Čo je rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Ako vedci z NASA prekročia rýchlosť svetla vo vesmíre

26. novembra 2017

Hornú hranicu rýchlosti poznajú aj školáci: Albert Einstein, ktorý spojil hmotu a energiu so slávnym vzorcom, začiatkom dvadsiateho storočia poukázal na zásadnú nemožnosť, aby sa čokoľvek s hmotou pohybovalo v priestore rýchlejšie ako rýchlosť svetla. vo vákuu. Táto formulácia však už obsahuje medzery, ktoré môžu niektoré fyzikálne javy a častice obísť.

Aspoň na javy, ktoré teoreticky existujú.

Prvá medzera sa týka slova „hmotnosť“: Einsteinove obmedzenia sa nevzťahujú na bezhmotné častice. Nevzťahujú sa ani na niektoré pomerne husté médiá, v ktorých môže byť rýchlosť svetla výrazne nižšia ako vo vákuu. Nakoniec, pri použití dostatočnej energie môže byť samotný priestor lokálne deformovaný, čo umožňuje pohyb takým spôsobom, že vonkajšiemu pozorovateľovi sa pohyb mimo tejto deformácie javí ako rýchlejší ako rýchlosť svetla.

Niektoré z týchto „vysokorýchlostných“ javov a častíc fyziky sa pravidelne zaznamenávajú a reprodukujú v laboratóriách a dokonca sa používajú v praxi v high-tech prístrojoch a zariadeniach. Vedci sa stále pokúšajú objaviť ďalšie teoreticky predpovedané v skutočnosti a pre iných majú veľké plány: možno nám raz tieto javy umožnia voľne sa pohybovať po celom vesmíre, dokonca nie sú obmedzené ani rýchlosťou svetla.

Kvantová teleportácia

Teleportácia živého tvora - dobrý príklad technológia, ktorá je teoreticky prípustná, ale v praxi zjavne nikdy nerealizovateľná. Ale ak hovoríme o teleportácia, teda okamžitý pohyb malých predmetov a najmä častíc z jedného miesta na druhé, je celkom možný. Aby sme si úlohu zjednodušili, začnime niečím jednoduchým – časticami.

Zdá sa, že budeme potrebovať zariadenia, ktoré (1) budú kompletne pozorovať stav častice, (2) prenesú tento stav rýchlejšie ako rýchlosť svetla, (3) obnovia pôvodný.

V takejto schéme sa však ani prvý krok nedá úplne zrealizovať. Heisenbergov princíp neurčitosti ukladá neprekonateľné obmedzenia na presnosť, s akou možno „spárované“ parametre častice merať. Napríklad, čím lepšie poznáme jeho hybnosť, tým horšie poznáme jeho súradnice a naopak. Avšak dôležitá vlastnosť kvantová teleportácia spočíva v tom, že v skutočnosti nie je potrebné merať častice, rovnako ako nie je potrebné nič obnovovať - stačí získať pár zapletených častíc.

Napríklad na prípravu takýchto zapletených fotónov budeme potrebovať osvetliť nelineárny kryštál laserové žiarenie určitú vlnu. Potom sa časť prichádzajúcich fotónov rozpadne na dva zapletené – nevysvetliteľne spojené, takže akákoľvek zmena stavu jedného okamžite ovplyvní stav druhého. Toto spojenie je skutočne nevysvetliteľné: mechanizmy kvantového zapletenia zostávajú neznáme, hoci samotný jav bol a je neustále demonštrovaný. To je ale jav, v ktorom sa dá naozaj ľahko zmiasť – stačí dodať, že pred meraním žiadna z týchto častíc nemá požadovanú charakteristiku a bez ohľadu na to, aký výsledok dostaneme meraním prvej, stav druhej bude napodiv korelovať s naším výsledkom .

Mechanizmus kvantovej teleportácie, ktorý v roku 1993 navrhli Charles Bennett a Gilles Brassard, vyžaduje pridanie len jedného ďalšieho účastníka k páru zapletených častíc – v skutočnosti k tej, ktorú sa chystáme teleportovať. Odosielatelia a príjemcovia sa zvyčajne nazývajú Alice a Bob a my budeme postupovať podľa tejto tradície tak, že každému z nich dáme jeden zo zapletených fotónov. Len čo ich delí slušná vzdialenosť a Alice sa rozhodne začať teleportovať, vezme želaný fotón a zmeria jeho stav spolu so stavom prvého zo zamotaných fotónov. Neistá vlnová funkcia tohto fotónu sa zrúti a okamžite sa odrazí v Bobovom druhom zapletenom fotóne.

Bob, žiaľ, presne nevie, ako jeho fotón reaguje na správanie Aliceho fotónu: aby to pochopil, musí počkať, kým pošle výsledky svojich meraní bežnou poštou, nie rýchlejšou ako rýchlosť svetla. Preto cez takýto kanál nebude možné prenášať žiadne informácie, ale faktom zostáva. Teleportovali sme stav jedného fotónu. Aby sme sa presunuli k ľuďom, zostáva už len prispôsobiť technológiu tak, aby pokryla každú časticu z iba 7000 biliónov biliónov atómov nášho tela – zdá sa, že od tohto prelomu nás delí len večnosť.

Kvantová teleportácia a zapletenie však zostávajú jednou z najhorúcejších tém modernej fyziky. Predovšetkým preto, že používanie takýchto komunikačných kanálov sľubuje nenapadnuteľnú ochranu prenášaných údajov: aby k nim útočníci získali prístup, musia sa zmocniť nielen listu od Alice Bobovi, ale aj prístupu k Bobovej zamotanej častici. , a aj keď sa im podarí dostať sa k nemu a meraniam, toto navždy zmení stav fotónu a bude okamžite odhalené.

Vavilov-Čerenkov efekt

Tento aspekt cestovania rýchlejšie ako rýchlosť svetla je príjemným dôvodom na pripomenutie si úspechov ruských vedcov. Tento jav objavil v roku 1934 Pavel Čerenkov pod vedením Sergeja Vavilova, o tri roky neskôr získal teoretické opodstatnenie v prácach Igora Tamma a Iľju Franka a v roku 1958 všetci účastníci týchto prác, okrem dnes už zosnulého Vavilova. , získali Nobelovu cenu za fyziku.

V skutočnosti teória relativity hovorí len o rýchlosti svetla vo vákuu. V iných priehľadných médiách sa svetlo značne spomaľuje, v dôsledku čoho možno pozorovať lom svetla na ich hranici so vzduchom. Index lomu skla je 1,49, čo znamená, že fázová rýchlosť svetla v ňom je 1,49-krát menšia a napríklad diamant má index lomu 2,42 a rýchlosť svetla v ňom je znížená o viac ako polovicu. Nič nebráni iným časticiam lietať rýchlejšie ako svetelné fotóny.

To je presne to, čo sa stalo s elektrónmi, ktoré boli pri Čerenkovových experimentoch vyrazené zo svojich miest v molekulách luminiscenčnej kvapaliny vysokoenergetickým gama žiarením. Tento mechanizmus sa často prirovnáva k vzniku rázovej vlny pri prelete atmosférou nadzvukovou rýchlosťou. Môžete si však tiež predstaviť, ako beh v dave: pohyb rýchlejšie ako svetlo elektróny sa rútia popri iných časticiach, akoby ich otrepali ramenom - a na každom centimetri ich dráhy, čo spôsobí, že nahnevane vyžarujú niekoľko až niekoľko stoviek fotónov.

Čoskoro bolo rovnaké správanie objavené vo všetkých ostatných dostatočne čistých a číre tekutiny a následne Čerenkovovo žiarenie bolo zaznamenané aj hlboko v oceánoch. Samozrejme, fotóny svetla z povrchu sem naozaj nedosiahnu. Ale ultrarýchle častice, ktoré vyletujú z malých množstiev rozpadajúcich sa rádioaktívnych častíc, z času na čas vytvoria žiaru, možno prinajmenšom umožňujúcu miestnym obyvateľom vidieť.

Čerenkovovo-Vavilovovo žiarenie našlo uplatnenie vo vede, jadrovej energetike a príbuzných odboroch. Reaktory jadrových elektrární jasne žiaria, plné rýchlych častíc. Presným meraním charakteristík tohto žiarenia a poznaním fázovej rýchlosti v našom pracovnom prostredí môžeme pochopiť, aký druh častíc ho spôsobil. Astronómovia tiež používajú Cherenkovove detektory na detekciu ľahkých a energetických kozmických častíc: ťažké je neuveriteľne ťažké zrýchliť na požadovanú rýchlosť a nevytvárajú žiarenie.

Bubliny a diery

Tu je mravec, ktorý lezie po hárku papiera. Jeho rýchlosť je nízka a chudákovi trvá 10 sekúnd, kým sa dostane z ľavého okraja lietadla na pravú, no akonáhle sa nad ním zľutujeme a ohneme papier, spojíme jeho okraje, okamžite sa „teleportuje“. požadovaný bod. Niečo podobné sa dá urobiť aj s naším pôvodným časopriestorom, len s tým rozdielom, že ohýbanie si vyžaduje účasť iných nami nevnímaných dimenzií tvoriacich tunely časopriestoru – slávne červie diery, čiže červie diery.

Mimochodom, podľa nových teórií sú takéto červie diery akýmsi časopriestorovým ekvivalentom už známeho kvantového fenoménu zapletenia. Vo všeobecnosti ich existencia neodporuje žiadnym dôležitým pojmom modernej fyziky, vrátane všeobecnej teórie relativity. Ale na udržanie takéhoto tunela v štruktúre vesmíru bude potrebné niečo, čo sa len málo podobá skutočnej vede – hypotetická „exotická hmota“, ktorá má negatívnu hustotu energie. Inými slovami, musí to byť ten druh hmoty, ktorý spôsobuje gravitačné... odpudzovanie. Je ťažké si predstaviť, že tento exotický druh bude niekedy nájdený, tým menej skrotený.

Jedinečnou alternatívou k červím dieram môže byť ešte exotickejšia deformácia časopriestoru – pohyb vo vnútri bubliny zakrivenej štruktúry tohto kontinua. Myšlienku vyslovil v roku 1993 fyzik Miguel Alcubierre, hoci v dielach autorov sci-fi zaznela oveľa skôr. Je to ako vesmírna loď, ktorá sa pohybuje, stláča a drví časopriestor pred nosom a za sebou ho zase vyhladzuje. Samotná loď a jej posádka zostávajú v miestnej oblasti, kde si časopriestor zachováva normálnu geometriu, a nepociťujú žiadne nepríjemnosti. To je jasne vidieť v sérii Star Trek, obľúbenej medzi snívajúcimi, kde vám takýto „warp motor“ umožňuje cestovať bez skromnosti po celom vesmíre.

Tachyóny

Fotóny sú častice bez hmotnosti, ako neutrína a niektoré ďalšie: ich hmotnosť v pokoji je nula a aby úplne nezmizli, sú nútené sa stále pohybovať a vždy rýchlosťou svetla. Niektoré teórie však naznačujú existenciu oveľa exotickejších častíc – tachyónov. Ich hmotnosť, ktorá sa objavuje v našom obľúbenom vzorci E = mc2, nie je daná prvočíslom, ale imaginárnym číslom vrátane špeciálnej matematickej zložky, ktorej druhá mocnina dáva záporné číslo. Toto je veľmi užitočný majetok a autori nášho milovaného televízneho seriálu „Star Trek“ vysvetlili fungovanie svojho fantastického motora práve „využitím energie tachyónov“.

V skutočnosti imaginárna hmotnosť robí neuveriteľné: tachyóny musia pri zrýchľovaní strácať energiu, takže pre nich je všetko v živote úplne iné, ako sme si mysleli. Pri zrážke s atómami strácajú energiu a zrýchľujú sa, takže ďalšia zrážka bude ešte silnejšia, čo odoberie ešte viac energie a zrýchli tachyóny opäť do nekonečna. Je jasné, že takéto sebazapojenie jednoducho porušuje základné vzťahy príčiny a následku. Možno to je dôvod, prečo zatiaľ študujú tachyony len teoretici: nikto ešte nevidel jediný príklad rozpadu vzťahov príčina-následok v prírode, a ak to uvidíte, hľadajte tachyón a máte zaručenú Nobelovu cenu. cena.

Teoretici však stále ukázali, že tachyóny možno neexistujú, ale v dávnej minulosti pokojne existovať mohli a podľa niektorých predstáv to boli práve ich nekonečné možnosti, ktoré zohrali pri Veľkom tresku dôležitú úlohu. Prítomnosť tachyónov vysvetľuje extrémne nestabilný stav falošného vákua, v ktorom sa vesmír mohol nachádzať pred svojím zrodom. V takomto obraze sveta sú tachyóny pohybujúce sa rýchlejšie ako svetlo skutočným základom našej existencie a vznik Vesmíru je opísaný ako prechod tachyonového poľa falošného vákua do inflačného poľa skutočného. Stojí za to dodať, že všetky tieto teórie sú úplne rešpektované, napriek tomu, že hlavnými porušovateľmi Einsteinových zákonov a dokonca aj vzťahu príčiny a následku sú zakladatelia všetkých príčin a následkov v nich.

Rýchlosť temnoty

Filozoficky povedané, tma je jednoducho neprítomnosť svetla a ich rýchlosť by mala byť rovnaká. Ale premýšľajte opatrnejšie: tma môže nadobudnúť podobu, ktorá sa pohybuje oveľa rýchlejšie. Názov tohto tvaru je tieň. Predstavte si, že pomocou prstov ukazujete siluetu psa na protiľahlej stene. Lúč z baterky sa rozchádza a tieň vašej ruky je oveľa väčší ako samotná ruka. Dosť najmenší pohyb prstom tak, aby sa jeho tieň na stene posunul o značnú vzdialenosť. Čo ak vrhneme tieň na Mesiac? Alebo na pomyselnú obrazovku ešte ďalej?...

Sotva znateľná vlna - a pobeží akoukoľvek rýchlosťou, ktorá je nastavená iba geometriou, takže jej to nemôže povedať žiadny Einstein. S tieňmi je však lepšie nekoketovať, pretože nás ľahko oklamú. Stojí za to vrátiť sa na začiatok a pamätať si, že tma je jednoducho neprítomnosť svetla, takže žiadny fyzický objekt sa takýmto pohybom neprenáša. Neexistujú žiadne častice, žiadne informácie, žiadne deformácie časopriestoru, existuje len naša ilúzia, že ide o samostatný jav. V skutočnom svete sa žiadna tma nevyrovná rýchlosti svetla.

zdrojov
naked-science.ru

V (miestne) inerciálnej vzťažnej sústave s pôvodom uvažujme hmotný bod, ktorý je v danom čase v . Tento bod nazývame rýchlosťou nadsvetelný v momente, ak nerovnosť platí:

Src="/pictures/wiki/files/50/21ea15551d469cba11529bd16574e427.png" border="0">

Kde , je rýchlosť svetla vo vákuu a v spomínanom referenčnom systéme sa meria čas a vzdialenosť od bodu do.

kde je vektor polomeru v nerotačnom súradnicovom systéme, je vektor uhlovej rýchlosti otáčania súradnicového systému. Ako vidno z rovnice, v neinerciálny referenčného rámca spojeného s rotujúcim telesom sa vzdialené objekty môžu pohybovať nadsvetelnou rýchlosťou v tom zmysle, že src="/pictures/wiki/files/54/6fa9a2d9089db2f154c5c90051ce210b.png" border="0">. To nie je v rozpore s tým, čo bolo povedané v úvode, keďže. Napríklad pre súradnicový systém spojený s hlavou človeka na Zemi bude súradnicová rýchlosť pohybu Mesiaca s normálnou rotáciou hlavy väčšia ako rýchlosť svetla vo vákuu. V tomto systéme Mesiac pri krátkom otáčaní opíše oblúk s polomerom približne rovným vzdialenosti medzi počiatkom súradnicového systému (hlavou) a Mesiacom.

Fázová rýchlosť

Fázová rýchlosť v smere odklonenom od vlnového vektora o uhol α. Uvažuje sa o monochromatickej rovinnej vlne.

Krasnikovova fajka

Kvantová mechanika

Princíp neurčitosti v kvantovej teórii

V kvantovej fyzike sú stavy častíc opísané Hilbertovými priestorovými vektormi, ktoré určujú iba pravdepodobnosť získania určitých hodnôt fyzikálnych veličín počas meraní (v súlade s princípom kvantovej neistoty). Najznámejším znázornením týchto vektorov sú vlnové funkcie, ktorých druhá mocnina modulu určuje hustotu pravdepodobnosti detekcie častice v danom mieste. Ukazuje sa, že táto hustota sa môže pohybovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla (napríklad pri riešení problému prechodu častice cez energetickú bariéru). V tomto prípade je účinok prekročenia rýchlosti svetla pozorovaný len na krátke vzdialenosti. Richard Feynman to vo svojich prednáškach vyjadril takto:

… Pre elektromagnetická radiácia existuje aj [nenulová] amplitúda pravdepodobnosti pohybu rýchlejšie (alebo pomalšie), ako je normálna rýchlosť svetla. V predchádzajúcej prednáške ste videli, že svetlo sa nešíri vždy len v priamom smere; Teraz uvidíte, že nie vždy sa pohybuje rýchlosťou svetla! Môže sa zdať prekvapujúce, že existuje [nenulová] amplitúda, aby sa fotón pohyboval rýchlejšie alebo pomalšie, než je normálna rýchlosť svetla. c

Pôvodný text(Angličtina)

… je tu tiež amplitúda, aby svetlo išlo rýchlejšie (alebo pomalšie) ako je konvenčná rýchlosť svetla. V minulej prednáške ste zistili, že svetlo nejde len v priamych líniách; teraz zistíte, že to nejde len rýchlosťou svetla! Možno vás prekvapí, že existuje amplitúda pre fotón, ktorý sa pohybuje rýchlosťou vyššou alebo nižšou ako je konvenčná rýchlosť, c

Richard Feynman, laureát Nobelovej ceny za fyziku z roku 1965.

Navyše kvôli princípu nerozoznateľnosti nie je možné povedať, či pozorujeme rovnakú časticu alebo jej novonarodenú kópiu. Vo svojej Nobelovej prednáške v roku 2004 Frank Wilczek uviedol nasledujúce dôvody:

Predstavte si, že častica sa pohybuje v priemere rýchlosťou veľmi blízkou rýchlosti svetla, ale s takou neistotou v polohe, akú vyžaduje kvantová teória. Je zrejmé, že bude existovať určitá pravdepodobnosť pozorovania tejto častice, ktorá sa pohybuje o niečo rýchlejšie ako priemer, a teda rýchlejšie ako svetlo, čo je v rozpore so špeciálnou teóriou relativity. Jediný známy spôsob, ako vyriešiť tento rozpor, vyžaduje použitie myšlienky antičastíc. Veľmi zhruba povedané, požadovaná neistota v polohe sa dosiahne predpokladom, že akt merania môže zahŕňať tvorbu antičastíc, z ktorých každá je nerozoznateľná od originálu, s iným usporiadaním. Aby sa zachovala rovnováha zachovaných kvantových čísel, ďalšie častice musia byť sprevádzané rovnakým počtom antičastíc. (Dirac dospel k antičasticovej predikcii prostredníctvom sledu dômyselných interpretácií a reinterpretácií elegantnej relativistickej vlnovej rovnice, ktorú odvodil, a nie prostredníctvom heuristickej úvahy, ako je tá, ktorú som uviedol. Nevyhnutnosť a univerzálnosť týchto záverov a ich priama význam pre základné princípy kvantovej mechaniky a špeciálnej teórie relativity sa ukázal až pri spätnom pohľade).

Pôvodný text(Angličtina)

Predstavte si, že častica sa pohybuje v priemere rýchlosťou blízkou rýchlosti svetla, ale s neistotou v polohe, ako to vyžaduje kvantová teória. Je zrejmé, že pri pozorovaní tejto častice bude určitá pravdepodobnosť, že sa bude pohybovať o niečo rýchlejšie, ako je priemer, a teda rýchlejšie ako svetlo, čo špeciálna relativita neumožňuje. Jediný známy spôsob, ako vyriešiť toto napätie, zahŕňa zavedenie myšlienky antičastíc. Veľmi zhruba povedané, požadovaná neistota polohy je prispôsobená tým, že sa pripúšťa možnosť, že akt merania môže zahŕňať vytvorenie niekoľkých častíc, z ktorých každá je nerozoznateľná od originálu, s rôznymi polohami. Aby sa zachovala rovnováha zachovaných kvantových čísel, extra častice musia byť sprevádzané rovnakým počtom antičastíc. (Dirac bol vedený k predpovedaniu existencie antičastíc prostredníctvom sledu dômyselných interpretácií a reinterpretácií elegantnej relativistickej vlnovej rovnice, ktorú vynašiel, a nie heuristickým uvažovaním typu, ktorý som prezentoval. Nevyhnutnosť a všeobecnosť jeho záverov, a ich priamy vzťah k základným princípom kvantovej mechaniky a špeciálnej teórie relativity sú jasné až pri spätnom pohľade).

Frank Wilczek

Scharnhorstov efekt

Rýchlosť vĺn závisí od vlastností prostredia, v ktorom sa šíria. Špeciálna teória relativity tvrdí, že nie je možné zrýchliť masívne teleso na rýchlosti presahujúce rýchlosť svetla vo vákuu. Teória zároveň nepredpokladá žiadnu konkrétnu hodnotu rýchlosti svetla. Meria sa experimentálne a môže sa meniť v závislosti od vlastností vákua. Pre vákuum, ktorého energia je menšia ako energia bežného fyzikálneho vákua, by rýchlosť svetla mala byť teoreticky vyššia a maximálna povolená rýchlosť prenosu signálu je určená maximálnou možnou zápornou hustotou energie. Príkladom takéhoto vákua je Casimirovo vákuum, ktoré sa vyskytuje v tenkých štrbinách a kapilárach s veľkosťou (priemerom) až desiatky nanometrov (asi stonásobok viac veľkostí typický atóm). Tento efekt možno vysvetliť aj znížením počtu virtuálnych častíc v Casimirovom vákuu, ktoré podobne ako častice spojitého prostredia spomaľujú šírenie svetla. Výpočty, ktoré vykonal Scharnhorst, naznačujú, že rýchlosť svetla v Casimirovom vákuu prevyšuje rýchlosť svetla o 1/10 24 pre medzeru širokú 1 nm v porovnaní s bežným vákuom. Ukázalo sa tiež, že prekročenie rýchlosti svetla v Casimirovom vákuu nevedie k porušeniu princípu kauzality. Prekročenie rýchlosti svetla v Casimirovom vákuu v porovnaní s rýchlosťou svetla v bežnom vákuu zatiaľ nebolo experimentálne potvrdené kvôli extrémnej náročnosti merania tohto efektu.

Teórie s premenlivosťou rýchlosti svetla vo vákuu

V modernej fyzike existujú hypotézy, podľa ktorých rýchlosť svetla vo vákuu nie je konštantná a jej hodnota sa môže v priebehu času meniť (Variable Speed of Light (VSL)). Najbežnejšia verzia tejto hypotézy naznačuje, že v raných fázach života nášho vesmíru bola hodnota konštanty (rýchlosti svetla) oveľa väčšia ako teraz. V súlade s tým sa predtým hmota mohla pohybovať rýchlosťou výrazne lepší moderná rýchlosť svetla.

Čo vyššiu rýchlosť svetlo alebo rýchlosť zvuku?

Rýchlosť svetla. Príklad: najprv blesk, potom hrom.
Zdá sa, že fyzika sa na našich školách nevyučuje! Rýchlosť SVETLA, baby, je samozrejme vyššia.
Svetlo samozrejme
Úprimne povedané, nepoznám správnu odpoveď, ale ak sa nad tým zamyslíte, je logickejšie, že rýchlosť svetla je vyššia.
Rýchlosť klepania. Na jednom konci si prdol, na druhom už hovoria, že sa posral.
rýchlosť svetla. keďže v búrke najskôr vidíme blesky, až potom počujeme hromy
rýchlosť zvuku (vo vákuu)
a teda rýchlosť svetla... svetlo sa k nám dostane zo slnka za 8 minút
Sveta
Slnečný lúč za úsvitu prekoná vzdialenosť k Zemi za 17 sekúnd a rýchlosť zvuku je 300 km za sekundu, takže vypočítajte
Ako si praješ
korytnačky....
Sveta...
Napríklad, keď je búrka... najprv príde blesk a potom hrom... No, tak mi to vysvetlili...:^^
Existuje vtip o tom: keď zapnete televízor, najprv sa objaví zvuk a potom obraz.
(Tí, ktorí odpovedali vyššie, to zrejme ani nepočuli)
V zemskej atmosfére je samozrejme rýchlosť svetla väčšia ako rýchlosť zvuku.
Ale všeobecne povedané, obe tieto veličiny závisia od prostredia, v ktorom sa vlny šíria – v prvom prípade elektromagnetické vlny a v druhom prípade vlny stláčajúce častice (akustické).
Takže – v niektorých prostrediach sa svetlo môže šíriť citeľne pomalšie ako vo vákuu alebo vo vzduchu. A v niektorých materiáloch sa zvuk šíri oveľa rýchlejšie ako vo vzduchu.
Stáva sa, že častice sa v médiu šíria rýchlosťou väčšou ako je rýchlosť svetla. A zároveň stále vyžarujú. (Vavilov-Cherenkovov efekt). Ale o zvukových vlnách zapnuté elementárne častice väčšinou nehovoria...
Zatiaľ sa mi nepodarilo nájsť informácie o látke, v ktorej by rýchlosť zvuku prevyšovala rýchlosť svetla, ale taktiež neexistujú informácie, že by to bolo teoreticky nemožné.
Vo všeobecnosti je rýchlosť svetla vyššia, ale možno existujú veľmi špecifické výnimky.
Rýchlosť svetla, banálnym príkladom je búrka: najprv blesk a potom hrom.
Rýchlosť medvedieho smiechu.
rýchlosť svetla
Myslím si, že nemá zmysel opakovať banálnu odpoveď po 100-krát, ale rád by som vyjadril svoju úctu Alexandrovi Korotejevovi. Keď som si prečítal vašu odpoveď, napadol mi jeden príklad. Vo vnútri Slnka (v zóne héliového jadra a v zóne radiačnej rovnováhy) je hustota hmoty taká kolosálna, že svetlo sa v nej šíri rýchlosťou niekoľkých CENTIMETROV za sekundu... Rýchlosť šírenia zvukovej vlny v morskej vode je o niečo menšia ako 1500 m/s...
Rýchlosť svetla 300 000 000 m/s
rýchlosť zvuku vo vzduchu 340 m/s
Rýchlosť svetla je miliónkrát vyššia a je to maximálna rýchlosť v prírode.
Svetlo sa môže pohybovať vo vákuu (priestor bez vzduchu), ale zvuk potrebuje médium – čím je médium hustejšie, tým je rýchlosť zvuku vyššia. Napríklad po daždi budete počuť zvuky lepšie a jasnejšie. V dávnych dobách, aby počuli, ako ďaleko je nepriateľské vojsko, priložili ucho k zemi.
Ak chcete počuť zvuk približujúceho sa vlaku, priložte ucho na koľajnice – pretože v hustejších prostrediach je rýchlosť zvuku väčšia
s rýchlosťou svetla sa mi niečo stalo....
rýchlosť svetla

Teória relativity fascinuje svojimi paradoxmi. Všetci vieme o dvojičkách, o schopnosti zmestiť dlhé lietadlo do krátkej krabice. Dnes pozná odpovede na tieto klasické hádanky každý absolvent školy a študenti fyziky ešte viac veria, že v špeciálnej teórii relativity pre nich nezostali žiadne tajomstvá.

Všetko by bolo v poriadku, keby nebolo deprimujúcej okolnosti – nemožnosti nadsvetelných rýchlostí. Naozaj neexistuje spôsob, ako ísť rýchlejšie?! - Myslel som si ako dieťa. Možno je to možné?! Preto vás pozývam na sedenie o, neviem, čiernej alebo bielej mágii pomenovanej po Albertovi Einsteinovi s odhalením na konci. Komu sa to však zdá málo, pripravil som aj hádanku.

UPD: O deň neskôr zverejňujem rozhodnutie. Množstvo vzorcov a grafov na záver.

Smerom k Alfa Centauri

Pozývam vás, aby ste sa usadili v našej medzihviezdnej lodi, ktorá smeruje k Alfa Centauri. Od konečného bodu trasy nás delia 4 svetelné roky. Pozor, štartujeme motory. Choď! Pre pohodlie cestujúcich náš kapitán nastavil ťah tak, aby sme zrýchľovali rýchlosťou a cítili gravitačnú silu, ktorú poznáme na Zemi.

Teraz sme už slušne zrýchlili, aj keď až polovičnou rýchlosťou svetla. Položme si zdanlivo jednoduchú otázku: akou rýchlosťou sa priblížime k Alfa Centauri v našom vlastnom (lodnom) referenčnom rámci. Zdalo by sa, že všetko je jednoduché, ak letíme rýchlosťou v stacionárnej vzťažnej sústave Zeme a Alfa Centauri, tak sa z nášho pohľadu rýchlosťou blížime k cieľu.

Každý, kto už cítil úlovok, má úplnú pravdu. Odpoveď je nesprávna! Tu si musíme ujasniť: rýchlosťou priblíženia k Alfa Centauri mám na mysli zmenu zostávajúcej vzdialenosti k nej, vydelenú časovým úsekom, počas ktorého k takejto zmene došlo. Všetko sa, samozrejme, meria v našom referenčnom rámci spojenom s kozmickou loďou.

Tu musíme pamätať na Lorentzovu kontrakciu dĺžky. Po zrýchlení na polovičnú rýchlosť svetla totiž zistíme, že mierka v smere nášho pohybu sa zmenšila. Dovoľte mi pripomenúť vzorec:

A teraz, ak rýchlosťou polovičnej rýchlosti svetla meriame vzdialenosť od Zeme k Alfa Centauri, nedostali sme 4 svetlo. rokov, ale len 3,46 svätých rokov.

Ukazuje sa, že len vďaka tomu, že sme zrýchlili, sme už skrátili vzdialenosť do konečného bodu cesty o takmer 0,54 svetelného roka. A ak sa nielen pohybujeme vysokou rýchlosťou, ale aj zrýchľujeme, tak mierkový faktor bude mať deriváciu vzhľadom na čas, čo je v podstate aj rýchlosť priblíženia a pripočítava sa k .

K našej bežnej, povedal by som klasickej, rýchlosti sa tak pridáva ďalší pojem - dynamické zmenšovanie dĺžky zostávajúcej dráhy, ku ktorému dochádza vtedy a len vtedy, ak dôjde k nenulovému zrýchleniu. Nuž, zoberme si ceruzku a počítajme.

A stretávam tých, ktorí sú príliš leniví na to, aby sa riadili výpočtami na druhej strane spojlera

Aktuálna vzdialenosť k hviezde podľa pravítka kapitána lode, - čas na hodinách v uborovni, - rýchlosť.

Už tu vidíme, že prvou čiastočnou deriváciou je rýchlosť, len rýchlosť so znamienkom mínus, akonáhle sa priblížime k Alfa Centauri. Ale druhý termín je práve ten háčik, o ktorom, tuším, neuvažoval každý.

Ak chcete nájsť deriváciu rýchlosti vzhľadom na čas v druhom člene, musíte byť opatrní, pretože sme v pohyblivom referenčnom rámci. Najjednoduchšie sa to vypočíta na prstoch zo vzorca na sčítanie relativistických rýchlostí. Predpokladajme, že v určitom okamihu sa pohybujeme rýchlosťou a po určitom čase zvýšime rýchlosť o . Výsledná rýchlosť podľa vzorca teórie relativity bude

Teraz dajme (2) a (3) dokopy a deriváciu (3) musíme brať ako , pretože pozeráme na malé prírastky.

Obdivujme konečný vzorec

Je úžasná! Ak je prvý člen - rýchlosť - obmedzený rýchlosťou svetla, tak druhý člen nie je limitovaný ničím! Vezmite si viac a... druhý termín môže ľahko prekročiť .

Prepáč, čo! - niektorí tomu nebudú veriť.
"Áno, áno, presne to," odpoviem. - Môže byť väčšia ako rýchlosť svetla, viac ako dve rýchlosti svetla, viac ako 10 rýchlostí svetla. Aby som parafrázoval Archimeda, môžem povedať: „Dajte mi ten správny a ja vám poskytnem toľko rýchlosti, koľko chcete.

No, dosaďte si čísla, čísla sú vždy zaujímavejšie. Ako si pamätáme, kapitán nastavil zrýchlenie a rýchlosť už dosiahla . Potom zistíme, že kedy svetelné roky, naša približujúca sa rýchlosť bude rovná rýchlosti svetla. Ak nahradíme svetelné roky, potom

Slovami: „tri body tri, tri desatiny rýchlosti svetla“.

Naďalej sa nechávame prekvapovať

Pozrime sa ešte bližšie na vzorec (5). Koniec koncov, nie je potrebné nastúpiť na relativistickú vesmírnu loď. Rýchlosť aj zrýchlenie môžu byť veľmi malé. Všetko je to o mágii. Len sa nad tým zamyslite!

Tak som sadol do auta a stlačil plyn. Mám rýchlosť a zrýchlenie. A práve v tejto chvíli môžem zaručiť, že niekde okolo sto alebo dvoch miliónov svetelných rokov predo mnou sú objekty, ktoré sa ku mne teraz približujú rýchlejšie ako svetlo. Pre jednoduchosť som ešte nebral do úvahy rýchlosť obehu Zeme okolo Slnka a Slnka okolo stredu Galaxie. Ak ich vezmeme do úvahy, objekty s nadsvetelnou rýchlosťou priblíženia už budú veľmi blízko – nie v kozmologickom meradle, ale niekde na periférii našej Galaxie.

Ukazuje sa, že nedobrovoľne, dokonca aj s minimálnymi zrýchleniami, napríklad vstávaním zo stoličky, sa podieľame na nadsvetelnom pohybe.

Stále sme prekvapení

Pozrite sa na vzorec (5) veľmi, veľmi pozorne. Poďme zistiť nie rýchlosť priblíženia sa k Alfa Centauri, ale skôr rýchlosť odstránenia zo Zeme. Ak je Δ dostatočne veľké, napríklad v polovici cesty k cieľu, môžeme zistiť, že Zem aj Alfa Centauri sa k nám približujú. Po spamätaní sa z prekvapenia si samozrejme môžete domyslieť, že na vine je skrátenie dĺžky, ktoré funguje nielen dopredu, ale aj dozadu. Priestor za kozmickou loďou sa stláča rýchlejšie, ako odlietame od štartovacieho bodu.

Ďalší prekvapivý efekt je ľahko pochopiteľný. Koniec koncov, akonáhle zmeníte smer zrýchlenia, druhý člen v (5) okamžite zmení znamienko. Tie. nájazdová rýchlosť sa môže ľahko stať nulovou alebo dokonca zápornou. Aj keď naša normálna rýchlosť bude stále smerovať k Alfa Centauri.

Vystavenie

Dúfam, že som vás dostatočne zmiatol. Ako to, že nás učili, že rýchlosť svetla je maximálna! K ničomu sa nemôžete priblížiť rýchlejšie, ako je rýchlosť svetla! Tu však stojí za to venovať pozornosť prísloviu akéhokoľvek relativistického zákona. Nachádza sa v každej učebnici, ale zdá sa, že len preťažuje formuláciu, hoci je tam všetka „soľ“. Toto príslovie hovorí, že postuláty špeciálnej teórie relativity fungujú „v inerciálnej vzťažnej sústave“.

V neinerciálnej vzťažnej sústave nám Einstein nič negarantuje. Tak to ide!

To isté, trochu podrobnejšie a trochu zložitejšie

Vzorec (5) obsahuje vzdialenosť . Keď sa rovná nule, t.j. keď sa pokúsime určiť rýchlosť lokálne voči blízkym objektom, zostane len prvý člen, ktorý samozrejme nepresahuje rýchlosť svetla. Žiaden problém. A to len na veľké vzdialenosti, t.j. nie lokálne, môžeme získať nadsvetelné rýchlosti.

Treba povedať, že vo všeobecnosti je relatívna rýchlosť objektov vzdialených od seba zle definovaný pojem. Náš plochý časopriestor v zrýchlenom referenčnom rámci vyzerá zakrivene. Toto je slávny „Einsteinov výťah“ ekvivalentný gravitačnému poľu. A je správne porovnávať dve vektorové veličiny v zakrivenom priestore len vtedy, keď sú v rovnakom bode (v rovnakom dotyčnicovom priestore z príslušného vektorového zväzku).

Keď už hovoríme o našom paradoxe nadsvetelná rýchlosť Môžete myslieť inak, povedal by som integrálne. Koniec koncov, relativistická cesta k Alfa Centauri bude podľa astronautových vlastných hodín trvať oveľa menej ako 4 roky, takže počiatočnú vzdialenosť vydelíme prejdenou vzdialenosťou. vlastný čas, dostaneme efektívnu rýchlosť väčšiu ako je rýchlosť svetla. V podstate ide o rovnaký paradox dvojčiat. Tí, ktorí sú pohodlní, môžu takto pochopiť nadsvetelné cestovanie.

V tom je ten trik. Váš kapitán Obvious.

A nakoniec som vám vymyslela domácu úlohu alebo osnovu, o ktorej môžete diskutovať v komentároch.

Problém

Pozemšťania a Alfa Centauri sa rozhodli vymeniť si delegácie. Vesmírna loď vyštartovala zo Zeme rýchlosťou . V tom istom čase rovnakou rýchlosťou vyrazil mimozemský lietajúci tanier z Alpha Centauri.

Aká je vzdialenosť medzi loďami v referenčnej sústave pozemskej lode v momente štartu, keď boli blízko Zeme, respektíve Alpha Centauri? Svoju odpoveď napíšte do komentárov.

UPD: Riešenie

Takže riešenie problému. Pozrime sa na to najskôr kvalitatívne.

Dohodnime sa, že hodiny na Alfe, Zemi, rakete a tanieriku sú synchronizované (to bolo urobené vopred) a štart na všetkých štyroch hodinách prebehol o 12:00.

Uvažujme časopriestor graficky v stacionárnych súradniciach. Zem je na nule, Alfa je vo vzdialenosti pozdĺž osi. Svetová línia Alpha Centauri zjavne ide priamo hore. Svetová línia dosky je naklonená doľava, pretože vyletel z bodu v smere k Zemi.

Teraz na tomto grafe nakreslíme súradnicové osi referenčného systému rakety vypustenej zo Zeme. Ako je známe, takáto transformácia súradnicového systému (CS) sa nazýva boost. V tomto prípade sú osi naklonené symetricky vzhľadom na diagonálnu čiaru, ktorá zobrazuje svetelný lúč.

Myslím, že v tejto chvíli je vám už všetko jasné. Pozri, os pretína svetové línie Alfy a lietajúceho taniera v rôznych bodoch. Čo sa stalo?

Úžasná vec. Pred štartom boli z pohľadu rakety tanier aj Alfa na rovnakom mieste a po nabratí rýchlosti sa ukazuje, že v pohybujúcej sa kozmickej lodi nebol štart rakety a taniera súčasne. Platňa, zrazu sa ukáže, začala skôr a stihla sa k nám trochu priblížiť. Preto teraz o 12:00:01 podľa hodín sú už rakety bližšie k tanieru ako k Alfe.

A ak raketa ďalej zrýchľuje, „skočí“ na ďalší SC, kde je tanier ešte bližšie. Navyše k takémuto priblíženiu platne dochádza len vďaka zrýchleniu a dynamickému stláčaniu pozdĺžnej mierky (o čom je celý môj príspevok), a nie vďaka napredovaniu rakety vo vesmíre, pretože Raketa v skutočnosti ešte nemala čas preletieť cez nič. Táto aproximácia dosky je presne druhým pojmom vo vzorci (5).

No a okrem iného musíme brať do úvahy obvyklé Lorentzove zmenšenie vzdialenosti. Hneď vám poviem odpoveď: pri rýchlostiach rakety a taniera, pri každej vzdialenosti

medzi raketou a Alfou: 3,46 sv. rok (zvyčajná Lorentzova kontrakcia)
medzi raketou a tanierom: 2,76 St. roku

Pre záujemcov, poďme sa trochu čarovať so vzorcami v štvorrozmernom priestore

Tento druh problému možno pohodlne vyriešiť pomocou štvorrozmerných vektorov. Netreba sa ich báť, všetko prebieha pomocou najbežnejších operácií lineárnej algebry. Navyše sa pohybujeme len po jednej osi, takže zo štyroch súradníc ostanú len dve: a .

Ďalej sa dohodneme na jednoduchom zápise. Rýchlosť svetla považujeme za rovnajúcu sa jednotke. My fyzici to robíme vždy. :) Za jednotky zvyčajne považujeme aj Planckovu konštantu a gravitačnú konštantu. To nič nemení na podstate, ale výrazne to uľahčuje písanie.

V záujme kompaktnosti záznamov teda všadeprítomný „relativistický koreň“ označujeme faktorom gama, kde je rýchlosť zemskej rakety:

Teraz napíšme vektor do komponentov:

Horná zložka je čas, spodná je priestorová súradnica. Lode štartujú súčasne v stacionárnom systéme, takže horná zložka vektora je nulová.

Teraz nájdime súradnice bodu v pohyblivom súradnicovom systéme, t.j. . Na to používame transformáciu na pohyblivý referenčný rámec. Nazýva sa to boost a je to veľmi jednoduché. Akýkoľvek vektor musí byť vynásobený maticou boost

Násobiť:

Ako vidíme, časová zložka tohto vektora je záporná. To znamená, že bod z pohľadu pohybujúcej sa rakety sa nachádza pod osou, t.j. v minulosti (ako je vidieť na obrázku vyššie).

Nájdite vektor v stacionárnom systéme. Časová zložka je nejaký neznámy časový úsek, priestorová zložka je vzdialenosť, na ktorú sa doska približuje v čase a pohybuje sa rýchlosťou:

Teraz ten istý vektor v systéme

Nájdite obvyklý vektorový súčet

Prečo som prirovnal túto sumu napravo k takémuto vektoru? Podľa definície je bod na osi, takže časová zložka sa musí rovnať nule a priestorová zložka bude mať rovnakú požadovanú vzdialenosť od rakety k platni. Odtiaľ dostaneme systém dvoch jednoduché rovnice- časové zložky stotožňujeme zvlášť, priestorové zvlášť.

Z prvej rovnice určíme neznámy parameter, dosadíme ho do druhej rovnice a dostaneme. Preskočme jednoduché výpočty a okamžite zapíšme

Nahradením , , dostaneme

Zo školy nás učili, že nie je možné prekročiť rýchlosť svetla, a preto je pohyb človeka vo vesmíre veľkým neriešiteľným problémom (ako letieť do najbližšej slnečnej sústavy, ak svetlo dokáže túto vzdialenosť prekonať len za pár tisíc rokov?). Možno americkí vedci našli spôsob, ako lietať super rýchlosťami, nielen bez podvádzania, ale aj podľa základných zákonov Alberta Einsteina. V každom prípade to tvrdí autor projektu vesmírneho deformačného motora Harold White.

My sme v redakcii považovali novinku za absolútne fantastickú, a tak dnes, v predvečer Dňa kozmonautiky, zverejňujeme pre magazín Popular Science reportáž Konstantina Kakaesa o fenomenálnom projekte NASA, v prípade úspechu sa človek dostane aj ďalej. slnečná sústava.

V septembri 2012 sa niekoľko stoviek vedcov, inžinierov a vesmírnych nadšencov zišlo na druhom verejnom stretnutí skupiny s názvom 100 Year Starship. Skupinu vedie bývalá astronautka Mai Jemison a založila ju agentúra DARPA. Cieľom konferencie je „umožniť ľuďom cestovať mimo slnečnej sústavy k iným hviezdam v priebehu nasledujúcich sto rokov“. Väčšina účastníkov konferencie pripúšťa, že pokrok v prieskume vesmíru s ľudskou posádkou je príliš malý. Napriek miliardám dolárov vynaloženým v posledných štvrťrokoch môžu vesmírne agentúry urobiť takmer toľko, čo mohli v 60. rokoch. V skutočnosti bola 100 Year Starship zvolaná, aby to všetko napravila.

Ale poďme k veci. Po niekoľkých dňoch konferencie sa jej účastníci dostali k tým najfantastickejším témam: regenerácia orgánov, problém organizovaného náboženstva na palube lode a pod. Jedna z najzaujímavejších prezentácií na stretnutí 100 Year Starship sa volala „Strin Field Mechanics 102“ a predniesol ju Harold „Sonny“ White z NASA. White, veterán z agentúry, vedie pokročilý impulzný program spoločnosti. vesmírne centrum Johnson (JSC). Spolu s piatimi kolegami vytvoril Plán vesmírnych pohonných systémov, ktorý načrtáva ciele NASA pre budúce vesmírne lety. Plán uvádza všetky druhy projektov pohonu, od pokročilých chemických rakiet až po ďalekosiahly vývoj, ako je antihmota alebo jadrové stroje. Whiteova oblasť výskumu je však najfuturistickejšia zo všetkých: týka sa vesmírneho warp motora.

Takto sa zvyčajne zobrazuje bublina Alcubierre

Podľa plánu takýto motor zabezpečí pohyb vo vesmíre rýchlosťou presahujúcou rýchlosť svetla. Všeobecne sa uznáva, že to nie je možné, keďže ide o jasné porušenie Einsteinovej teórie relativity. Ale White tvrdí opak. Aby svoje slová potvrdil, apeluje na takzvané Alcubierrove bubliny (rovnice odvodené z Einsteinovej teórie, podľa ktorej je teleso vo vesmíre schopné dosiahnuť nadsvetelné rýchlosti, na rozdiel od telesa za normálnych podmienok). V prezentácii vysvetlil, ako nedávno dosiahol teoretické výsledky, ktoré priamo vedú k vytvoreniu skutočného motora na deformáciu priestoru.

Je jasné, že to všetko znie úplne fantasticky: takýto vývoj je skutočnou revolúciou, ktorá uvoľní ruky všetkým astrofyzikom na svete. Namiesto toho, aby astronauti na lodi s týmto motorom strávili 75 000 rokov cestovaním do Alpha Centauri, najbližšieho hviezdneho systému k nášmu, mohli cestu absolvovať za pár týždňov.

Vo svetle konca programu raketoplánov a rastúcej úlohy súkromných letov na nízku obežnú dráhu Zeme NASA hovorí, že sa preorientuje na ďalekosiahle a oveľa odvážnejšie plány, ktoré idú ďaleko za cesty na Mesiac. Tieto ciele možno dosiahnuť len vývojom nových motorických systémov – čím rýchlejšie, tým lepšie. Niekoľko dní po konferencii šéf NASA Charles Bolden zopakoval Whiteove slová: "Chceme cestovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla a bez zastavenia na Marse."

AKO VIEME O TOMTO MOTORE

Prvé populárne použitie výrazu „vesmírny warp engine“ sa datuje do roku 1966, keď Jen Roddenberry vydala Star Trek. Nasledujúcich 30 rokov tento motor existoval iba ako súčasť tejto sci-fi série. Fyzik menom Miguel Alcubierre sledoval epizódu tohto seriálu práve v čase, keď pracoval na svojom doktoráte v tejto oblasti. všeobecná teória relativity a premýšľal, či je možné v skutočnosti vytvoriť vesmírny warp motor. V roku 1994 uverejnil dokument, v ktorom načrtol túto pozíciu.

Alcubierre si predstavoval bublinu vo vesmíre. V prednej časti bubliny sa časopriestor sťahuje a v zadnej sa rozširuje (ako sa to podľa fyzikov stalo počas Veľkého tresku). Deformácia spôsobí, že loď bude aj napriek okolitému hluku hladko kĺzať vesmírom, ako keby surfovala na vlne. V zásade sa deformovaná bublina môže pohybovať tak rýchlo, ako je potrebné; obmedzenia v rýchlosti svetla podľa Einsteinovej teórie platia len v kontexte časopriestoru, ale nie pri takýchto deformáciách časopriestoru. Vo vnútri bubliny, ako Alcubierre predpokladal, sa časopriestor nezmení a cestujúcim vo vesmíre by sa nič nestalo.

Einsteinove rovnice vo všeobecnej teórii relativity je ťažké vyriešiť v jednom smere tým, že sa zistí, ako hmota ohýba priestor, ale je to možné. Pomocou nich Alcubierre určil, že rozloženie hmoty je nevyhnutnou podmienkou pre vytvorenie deformovanej bubliny. Jediným problémom je, že rozhodnutia viedli k neurčitá forma hmota nazývaná negatívna energia.

Rozprávanie jednoduchým jazykom, gravitácia je sila príťažlivosti medzi dvoma objektmi. Každý objekt, bez ohľadu na jeho veľkosť, pôsobí na okolitú hmotu nejakou príťažlivou silou. Táto sila je podľa Einsteina zakrivením časopriestoru. Negatívna energia je však gravitačne negatívna, teda odpudivá. Namiesto spojenia času a priestoru ich negatívna energia odtláča a oddeľuje. Zhruba povedané, aby takýto model fungoval, Alcubierre potrebuje negatívnu energiu na rozšírenie časopriestoru za loďou.

Napriek tomu, že negatívnu energiu nikto nikdy reálne nemeral, podľa kvantovej mechaniky existuje a vedci sa ju naučili vytvárať v laboratóriu. Jedným zo spôsobov, ako ho obnoviť, je Casimirov efekt: dve paralelné vodivé dosky umiestnené blízko seba vytvárajú určité množstvo negatívnej energie. Slabou stránkou Alcubierrovho modelu je, že si vyžaduje obrovské množstvo negatívnej energie, ktorá je o niekoľko rádov vyššia, ako vedci odhadujú.

White hovorí, že našiel spôsob, ako toto obmedzenie obísť. V počítačovej simulácii White upravil geometriu deformačného poľa tak, aby teoreticky mohol vytvoriť deformovanú bublinu s použitím miliónkrát menšej negatívnej energie, než akú odhadoval Alcubierre, a možno dosť málo na to, aby vesmírna loď mohla niesť prostriedky na jej výrobu. "Objavy," hovorí White, "menia Alcubierrovu metódu z nepraktickej na úplne hodnovernú."

SPRÁVA Z WHITEHO LABORATÓRIA

Johnsonovo vesmírne stredisko sa nachádza v blízkosti lagún v Houstone s výhľadom na záliv Galveston. Stredisko je trochu ako prímestský vysokoškolský kampus, zameraný len na výcvik astronautov. V deň mojej návštevy ma White stretne v budove 15, viacposchodovom bludisku chodieb, kancelárií a laboratórií, kde sa vykonávajú testy motorov. White má na sebe polokošeľu Eagleworks (ako nazýva svoje experimenty s motorom), na ktorej je vyšívaný orol vznášajúci sa nad futuristickou vesmírnou loďou.

White začal svoju kariéru ako inžinier a viedol výskum ako súčasť robotickej skupiny. Nakoniec prevzal velenie nad celým robotickým krídlom na ISS, keď dokončil doktorát z fyziky plazmy. Až v roku 2009 zmenil svoje záujmy na štúdium pohybu a táto téma ho natoľko uchvátila, že sa stala hlavným dôvodom, prečo sa dal zamestnať pre NASA.

„Je celkom nezvyčajná osoba, hovorí jeho šéf John Applewhite, ktorý vedie divíziu pohonných systémov. - Určite je to veľký snílek, no zároveň talentovaný inžinier. Vie, ako premeniť svoje fantázie na skutočný inžiniersky produkt.“ Približne v rovnakom čase, keď sa pripojil k NASA, White požiadal o povolenie otvoriť si vlastné laboratórium venované pokročilým pohonným systémom. Sám prišiel s názvom Eagleworks a dokonca požiadal NASA, aby vytvorila logo pre svoju špecializáciu. Potom táto práca začala.

White ma vedie do svojej kancelárie, o ktorú sa delí s kolegom hľadajúcim vodu na Mesiaci, a potom dole do Eagleworks. Ako kráča, hovorí mi o svojej požiadavke na otvorenie laboratória a nazýva to „dlhý náročný proces hľadania pokročilého pohybu, ktorý pomôže človeku preskúmať vesmír“.

White mi ukazuje objekt a ukazuje mi jeho centrálnu funkciu - niečo, čo nazýva "kvantový vákuový plazmový pohon" (QVPT). Toto zariadenie vyzerá ako obrovská červená zamatová šiška s drôtmi pevne omotanými okolo jadra. Toto je jedna z dvoch iniciatív Eagleworks (druhá je warpový pohon). Toto je tiež tajný vývoj. Keď sa pýtam, čo to je, White povedal, že všetko, čo môže povedať, je, že technológia je ešte chladnejšia ako warp pohon.) Podľa správy NASA z roku 2011, ktorú napísal White, plavidlo využíva ako zdroj paliva kvantové fluktuácie v prázdnom priestore, čo znamená, že kozmická loď poháňaná QVPT by nepotrebovala žiadne palivo.

Motor využíva ako zdroj paliva kvantové fluktuácie v prázdnom priestore,
čo znamená vesmírnu loď,
poháňaný QVPT, nevyžaduje žiadne palivo.

Keď zariadenie funguje, Whiteov systém vyzerá filmovo dokonale: farba lasera je červená a dva lúče sú prekrížené ako šable. Vo vnútri prstenca sú štyri keramické kondenzátory vyrobené z titaničitanu bárnatého, ktoré White nabíja na 23 000 voltov. White strávil posledných dva a pol roka vývojom experimentu a hovorí, že kondenzátory vykazujú obrovskú potenciálnu energiu. Keď sa však spýtam, ako vytvoriť negatívnu energiu potrebnú pre pokrivený časopriestor, vyhýba sa odpovedi. Vysvetľuje, že podpísal zmluvu o mlčanlivosti, a preto nemôže prezradiť podrobnosti. Pýtam sa, s kým uzavrel tieto dohody. Hovorí: „S ľuďmi. Prichádzajú a chcú sa porozprávať. Viac podrobností vám nemôžem poskytnúť."

Oponenti MYŠLIENKY MOTORA

Zatiaľ je teória pokriveného cestovania pomerne intuitívna – deformácia času a priestoru na vytvorenie pohybujúcej sa bubliny – a má niekoľko významných nedostatkov. Aj keby White výrazne znížil množstvo negatívnej energie, ktorú Alcubierre vyžaduje, stále by to vyžadovalo viac, než dokážu vedci vyrobiť, hovorí Lawrence Ford, teoretický fyzik na Tufts University, ktorý za posledných 30 rokov napísal množstvo článkov na tému negatívnej energie. . Ford a ďalší fyzici tvrdia, že existujú zásadné fyzikálne obmedzenia, ani nie tak kvôli nedokonalostiam inžinierstva, ako skôr kvôli skutočnosti, že toto množstvo negatívnej energie nemôže existovať na jednom mieste dlho.

Ďalšia výzva: Na vytvorenie warpovej gule, ktorá sa pohybuje rýchlejšie ako svetlo, budú musieť vedci generovať negatívnu energiu okolo a nad kozmickou loďou. White si nemyslí, že je to problém; odpovedá veľmi nejasne, že motor bude s najväčšou pravdepodobnosťou fungovať vďaka nejakému existujúcemu „zariadeniu, ktoré vytvára potrebné podmienky“. Vytvorenie týchto podmienok pred loďou by však znamenalo zabezpečenie neustáleho prísunu negatívnej energie putujúcej rýchlejšie ako rýchlosť svetla, čo opäť odporuje všeobecnej teórii relativity.

Nakoniec, vesmírny warp motor predstavuje koncepčnú otázku. Vo všeobecnej teórii relativity je cestovanie nadsvetelnou rýchlosťou ekvivalentné cestovaniu v čase. Ak je takýto motor skutočný, White vytvorí stroj času.

Tieto prekážky vyvolávajú vážne pochybnosti. „Nemyslím si, že fyzika, ktorú poznáme, a fyzikálne zákony nám dovoľujú veriť, že svojimi experimentmi niečo dosiahne,“ hovorí Ken Olum, fyzik z Tufts University, ktorý sa zúčastnil aj debaty o exotickom pohone na Starship 100th. Jubilejné stretnutie." Noah Graham, fyzik z Middlebury College, ktorý si na moju žiadosť prečítal dve Whiteove práce, mi napísal: „Nevidím žiadne cenné vedecký dôkaz, okrem odkazov na jeho predchádzajúce diela.“

Alcubierre, teraz fyzik na Národnej autonómnej univerzite v Mexiku, má svoje vlastné pochybnosti. „Aj keď stojím ďalej vesmírna loď a mám k dispozícii negatívnu energiu, nemôžem ju dať tam, kde má byť,“ hovorí mi do telefónu zo svojho domu v Mexico City. - Nie, tá myšlienka je čarovná, páči sa mi, napísal som ju sám. Ale je v ňom niekoľko vážnych nedostatkov, ktoré vidím teraz, v priebehu rokov, a nepoznám jediný spôsob, ako ich opraviť."

BUDÚCNOSŤ SUPER RÝCHLOSTI

Naľavo od hlavnej brány Johnsonovho vedeckého centra leží na boku raketa Saturn V, ktorej stupne sú oddelené, aby ukázali jej vnútorný obsah. Je gigantický – jeden z jeho mnohých motorov má veľkosť malého auta a samotná raketa je o pár stôp dlhšia ako futbalové ihrisko. To je, samozrejme, celkom výrečný dôkaz o zvláštnostiach vesmírnej navigácie. Okrem toho má 40 rokov a doba, ktorú predstavuje – keď bola NASA súčasťou obrovského národného plánu poslať človeka na Mesiac – je už dávno preč. Dnes je JSC jednoducho miesto, ktoré bolo kedysi skvelé, ale odvtedy opustilo vesmírny predvoj.

Prielom by mohol znamenať novú éru pre JSC a NASA a do určitej miery sa časť tejto éry začína práve teraz. Sonda Dawn, vypustená v roku 2007, študuje prstenec asteroidov pomocou iónových motorov. V roku 2010 Japonci objednali Icarus, prvú medziplanetárnu hviezdnu loď poháňanú solárnou plachtou, ďalší typ experimentálneho pohonu. A v roku 2016 vedci plánujú otestovať VASMIR, plazmový systém vyrobený špeciálne pre vysoký ťah na ISS. Ale keď tieto systémy môžu prepraviť astronautov na Mars, stále ich nebudú môcť dostať za hranice slnečnej sústavy. Na dosiahnutie tohto cieľa, povedal White, NASA bude musieť prijať riskantnejšie projekty.

Warp pohon je možno najzaujímavejším z Nasových snáh o vytvorenie pohybových projektov. Vedecká komunita tvrdí, že to White nedokáže vytvoriť. Odborníci tvrdia, že pôsobí proti prírodným a fyzikálnym zákonom. Napriek tomu za projektom stojí NASA. "Nie je to dotované na vysokej vládnej úrovni, ako by to malo byť," hovorí Applewhite. - Myslím si, že vedenie má osobitný záujem na tom, aby pokračoval vo svojej práci; Je to jeden z tých teoretických konceptov, ktorý v prípade úspechu úplne zmení hru."

V januári White zostavil svoj interferometer napätia a presunul sa k svojmu ďalšiemu cieľu. Eagleworks prerástol svoj vlastný domov. Nové laboratórium je väčšie a nadšene vyhlasuje, že je „seizmicky izolované“, čo znamená, že je chránené pred vibráciami. Ale možno najlepšie na novom laboratóriu (a najpôsobivejšie) je, že NASA dala Whiteovi rovnaké podmienky, aké mali Neil Armstrong a Buzz Aldrin na Mesiaci. No uvidíme.