Je možné prekonať rýchlosť svetla - vedci. Neutrína sa pohybujú rýchlejšie ako rýchlosť svetla

Ale ukázalo sa, že je to možné; teraz si myslia, že nikdy nebudeme môcť cestovať rýchlejšie ako svetlo... "Ale v skutočnosti nie je pravda, že niekto kedysi veril, že nie je možné pohybovať sa rýchlejšie ako zvuk. Dávno predtým, ako sa objavili nadzvukové lietadlá, už bolo známe, že guľky lietajú rýchlejšie ako zvuk. V skutočnosti sme hovorili o to je nemožné kontrolované nadzvukový let, a to bola chyba. Hnutie SS je úplne iná vec. Už od začiatku bolo jasné, že nadzvukový let brzdia technické problémy, ktoré jednoducho treba vyriešiť. Je však úplne nejasné, či sa problémy, ktoré bránia hnutiu SS, niekedy podarí vyriešiť. Teória relativity má k tomu veľa čo povedať. Ak je možné cestovanie SS alebo dokonca prenos signálu, bude narušená kauzalita a z toho vyplynú úplne neuveriteľné závery.

Najprv si rozoberieme jednoduché prípady pohybu CC. Spomíname ich nie preto, že sú zaujímavé, ale preto, že sa znovu a znovu objavujú v diskusiách hnutia SS, a preto sa nimi treba zaoberať. Potom budeme diskutovať o tom, čo považujeme za zložité prípady pohybu alebo komunikácie STS a zvážime niektoré argumenty proti nim. Nakoniec sa pozrieme na najvážnejšie predpoklady o skutočnom hnutí SS.

Jednoduchý pohyb SS

1. Fenomén Čerenkovovho žiarenia

Jedným zo spôsobov, ako sa pohybovať rýchlejšie ako svetlo, je najprv spomaliť samotné svetlo! :-) Vo vákuu sa svetlo šíri rýchlosťou c a toto množstvo je univerzálna konštanta (pozri otázku Je rýchlosť svetla konštantná) a v hustejšom prostredí ako voda alebo sklo sa spomaľuje na rýchlosť c/n, Kde n je index lomu média (1,0003 pre vzduch; 1,4 pre vodu). Preto sa častice môžu vo vode alebo vo vzduchu pohybovať rýchlejšie ako svetlo. V dôsledku toho dochádza k žiareniu Vavilov-Cherenkov (pozri otázku).

Ale keď hovoríme o pohybe SS, máme, samozrejme, na mysli prekročenie rýchlosti svetla vo vákuu c(299 792 458 m/s). Preto fenomén Čerenkov nemožno považovať za príklad hnutia SS.

2. Od tretej strany

Ak raketa A letí odo mňa rýchlosťou 0,6 c na západ a druhý B- odo mňa s rýchlosťou 0,6 c na východ, potom celková vzdialenosť medzi A A B v mojom referenčnom rámci rastie s rýchlosťou 1.2c. Zdanlivú relatívnu rýchlosť väčšiu ako c možno teda pozorovať „z tretej strany“.

Takáto rýchlosť však nie je to, čo zvyčajne chápeme pod relatívnou rýchlosťou. Skutočná raketová rýchlosť A vzhľadom na raketu B- ide o rýchlosť zväčšovania vzdialenosti medzi raketami, ktorú pozoruje pozorovateľ v rakete B. Dve rýchlosti treba sčítať pomocou relativistického vzorca na sčítanie rýchlostí (pozri otázku Ako sčítať rýchlosti v čiastočnej relativite). V tomto prípade je relatívna rýchlosť približne 0,88 c, teda nie je nadsvetelný.

3. Tiene a zajačiky

Zamyslite sa nad tým, ako rýchlo sa môže pohybovať tieň? Ak prstom z blízkej lampy vytvoríte tieň na vzdialenej stene a potom pohnete prstom, tieň sa bude pohybovať oveľa rýchlejšie ako váš prst. Ak sa prst pohybuje rovnobežne so stenou, rýchlosť tieňa bude D/d násobok rýchlosti prstov, kde d- vzdialenosť od prsta k lampe a D- vzdialenosť od svietidla k stene. A môžete dosiahnuť ešte väčšiu rýchlosť, ak je stena umiestnená pod uhlom. Ak je stena umiestnená veľmi ďaleko, pohyb tieňa bude zaostávať za pohybom prsta, pretože svetlo bude musieť stále dosahovať od prsta k stene, ale rýchlosť tieňa bude stále rovnaká. počet krát väčší. To znamená, že rýchlosť tieňa nie je obmedzená rýchlosťou svetla.

Okrem tieňov sa zajačiky môžu pohybovať aj rýchlejšie ako svetlo, napríklad škvrna z laserového lúča namiereného na Mesiac. S vedomím, že vzdialenosť od Mesiaca je 385 000 km, skúste vypočítať rýchlosť zajačika miernym pohybom lasera. Môžete tiež uvažovať o morskej vlne, ktorá naráža na breh šikmo. Ako rýchlo sa môže pohybovať bod, v ktorom sa vlna zlomí?

Podobné veci sa môžu stať aj v prírode. Napríklad svetelný lúč z pulzaru dokáže prečesať oblak prachu. Jasný záblesk vytvára rozširujúcu sa škrupinu svetla alebo iného žiarenia. Keď prekročí povrch, vytvorí prstenec svetla, ktorý rastie rýchlejšie ako rýchlosť svetla. V prírode k tomu dochádza, keď elektromagnetický impulz z blesku dosiahne horné vrstvy atmosféry.

To všetko boli príklady vecí, ktoré sa pohybovali rýchlejšie ako svetlo, ale ktoré neboli fyzickými telami. Použitie tieňa alebo zajačika nemôže sprostredkovať správu SS, takže komunikácia rýchlejšia ako svetlo nefunguje. A opäť, toto zjavne nie je to, čo chceme chápať pod hnutím SS, aj keď sa ukazuje, aké ťažké je určiť, čo presne potrebujeme (pozri otázku FTL nožnice).

4. Pevné látky

Ak vezmete dlhú tvrdú palicu a zatlačíte na jeden koniec, druhý koniec sa okamžite pohne alebo nie? Je možné vykonať CC prenos správy týmto spôsobom?

Áno, to bolo by možno vykonať, ak takéto pevné látky existovali. V skutočnosti sa vplyv úderu na koniec palice šíri pozdĺž neho rýchlosťou zvuku v danej látke a rýchlosť zvuku závisí od pružnosti a hustoty materiálu. Relativita ukladá absolútnu hranicu možnej tvrdosti akéhokoľvek telesa, takže rýchlosť zvuku v nich nemôže prekročiť c.

To isté sa stane, ak sa nachádzate v príťažlivom poli a najprv podržíte šnúrku alebo palicu vertikálne za horný koniec a potom ju uvoľníte. Bod, ktorý ste uvoľnili, sa začne okamžite pohybovať a spodný koniec nebude môcť začať klesať, kým ho vplyv uvoľnenia nedosiahne rýchlosťou zvuku.

Je ťažké sformulovať všeobecnú teóriu elastických materiálov v rámci relativity, ale základnú myšlienku možno demonštrovať na príklade newtonovskej mechaniky. Rovnicu pre pozdĺžny pohyb ideálne pružného telesa možno získať z Hookovho zákona. V hmotnostných premenných na jednotku dĺžky p a Youngov modul pružnosti Y, pozdĺžny posun X vyhovuje vlnovej rovnici.

Riešenie rovinných vĺn sa pohybuje rýchlosťou zvuku s, a s 2 = Y/p. Táto rovnica neznamená možnosť rýchlejšieho šírenia kauzálneho vplyvu s. Relativita teda ukladá teoretickú hranicu veľkosti elasticity: Y < PC 2. V praxi neexistujú žiadne materiály ani blízko nej. Mimochodom, aj keď sa rýchlosť zvuku v materiáli blíži c, hmota samotná nie je vôbec povinná pohybovať sa relativistickou rýchlosťou. Ako však vieme, že v zásade nemôže existovať látka, ktorá túto hranicu prekoná? Odpoveď je, že všetka hmota pozostáva z častíc, ktorých interakcia sa riadi štandardným modelom elementárnych častíc a v tomto modeli sa žiadna interakcia nemôže šíriť rýchlejšie ako svetlo (pozri nižšie o kvantovej teórii poľa).

5. Fázová rýchlosť

Pozrite sa na túto vlnovú rovnicu:

Má riešenia vo forme:

Tieto riešenia sú sínusové vlny pohybujúce sa rýchlosťou

Ale toto je rýchlejšie ako svetlo, čo znamená, že máme v rukách rovnicu tachyónového poľa? Nie, toto je len obyčajná relativistická rovnica masívnej skalárnej častice!

Paradox bude vyriešený, ak pochopíme rozdiel medzi touto rýchlosťou, nazývanou aj fázová rýchlosť vph z inej rýchlosti nazývanej skupinová rýchlosť v gr ktorý je daný vzorcom,

Ak má vlnový roztok frekvenčný rozptyl, potom bude mať formu vlnového balíka, ktorý sa pohybuje rýchlosťou skupiny nepresahujúcou c. Fázovou rýchlosťou sa pohybujú iba vrcholy vĺn. Pomocou takejto vlny je možné prenášať informácie iba skupinovou rýchlosťou, takže fázová rýchlosť nám dáva ďalší príklad nadsvetelná rýchlosť, ktorá nemôže prenášať informácie.

7. Relativistická raketa

Riadiaca jednotka na Zemi monitoruje vesmírnu loď odlietajúcu rýchlosťou 0,8 c. Podľa teórie relativity aj po zohľadnení Dopplerovho posunu signálov z lode uvidí, že čas na lodi je spomalený a hodiny tam bežia pomalšie o faktor 0,6. Ak vypočíta podiel vzdialenosti prejdenej loďou k času, ktorý merali lodné hodiny, dostane 4/3 c. To znamená, že pasažieri lode cestujú medzihviezdnym priestorom efektívnou rýchlosťou väčšou, ako je rýchlosť svetla, ktorú by zažili, keby bola meraná. Z pohľadu pasažierov lode medzihviezdne vzdialenosti podliehajú Lorentzovej kontrakcii rovnakým faktorom 0,6, a preto aj oni musia uznať, že pokrývajú známe medzihviezdne vzdialenosti v pomere 4/3. c.

Ide o skutočný fenomén a v zásade by ho mohli využiť vesmírni cestovatelia na prekonávanie obrovských vzdialeností počas svojho života. Ak budú zrýchľovať s konštantným zrýchlením rovným zrýchleniu voľného pádu na Zemi, potom budú mať na svojej lodi nielen ideálnu umelú gravitáciu, ale stihnú prejsť Galaxiu len za 12 svojich rokov! (pozri otázku Aké sú rovnice relativistickej rakety?)

Toto však nie je skutočné hnutie SS. Efektívna rýchlosť sa vypočíta zo vzdialenosti v jednom referenčnom rámci a času v inom. Toto nie je skutočná rýchlosť. Z tejto rýchlosti profitujú iba pasažieri lode. Dispečer napríklad za celý život nestihne vidieť, ako preletia gigantickú vzdialenosť.

Zložité prípady pohybu SS

9. Einstein, Podolsky, Rosenov paradox (EPR)

10. Virtuálne fotóny

11. Kvantové tunelovanie

Skutoční kandidáti na cestovateľov SS

Táto časť obsahuje špekulatívne, ale vážne špekulácie o možnosti nadsvetelného cestovania. Nepôjde o veci, ktoré by sa za normálnych okolností uvádzali v často kladených otázkach, pretože vyvolávajú viac otázok, ako odpovedajú. Uvádzajú sa tu najmä preto, aby sa ukázalo, že v tomto smere prebieha seriózny výskum. Ku každému smeru je uvedený len krátky úvod. Podrobnejšie informácie nájdete na internete.

19. Tachyóny

Tachyóny sú hypotetické častice, ktoré sa lokálne pohybujú rýchlejšie ako svetlo. Na to musia mať pomyselnú hmotnosť, no ich energia a hybnosť musia byť pozitívne. Niekedy sa predpokladá, že takéto častice SS by sa nemali dať odhaliť, ale v skutočnosti nie je dôvod si to myslieť. Tiene a zajačiky nám hovoria, že pohyb SS ešte neznamená neviditeľnosť.

Tachyóny neboli nikdy pozorované a väčšina fyzikov o ich existencii pochybuje. Raz sa uviedlo, že sa uskutočnili experimenty na meranie hmotnosti neutrín emitovaných počas rozpadu trícia a že tieto neutrína boli tachyónové. To je veľmi pochybné, ale stále nie vylúčené. V tachyónových teóriách sú problémy, keďže z hľadiska možné porušenia kauzalitu, destabilizujú vákuum. Možno bude možné tieto problémy obísť, ale potom bude nemožné použiť tachyóny v správe SS, ktorú potrebujeme.

Pravdou je, že väčšina fyzikov považuje tachyóny za znak omylu vo svojich teóriách poľa a záujem o ne medzi laickou verejnosťou živí najmä sci-fi (pozri článok Tachyóny).

20. Červí diery

Najznámejšou navrhovanou možnosťou cestovania STS je použitie červích dier. Červí diery sú tunely v časopriestore, ktoré spájajú jedno miesto vo vesmíre s druhým. Môžete ich použiť na presun medzi týmito bodmi rýchlejšie, ako by svetlo prešlo svojou normálnou dráhou. Červí diery sú fenoménom klasickej všeobecnej teórie relativity, no na ich vytvorenie je potrebné zmeniť topológiu časopriestoru. Táto možnosť môže byť obsiahnutá v teórii kvantovej gravitácie.

Aby boli červie diery otvorené, je potrebné obrovské množstvo negatívnej energie. Misner A Thorne navrhol, že rozsiahly Casimirov efekt možno použiť na generovanie negatívnej energie a Visser navrhol riešenie pomocou kozmických strún. Všetky tieto myšlienky sú vysoko špekulatívne a môžu byť jednoducho nereálne. Nezvyčajná látka s negatívnou energiou nemusí existovať vo forme potrebnej pre daný jav.

Thorne zistil, že ak by sa dali vytvoriť červie diery, mohli by sa použiť na vytvorenie uzavretých časových slučiek, ktoré by umožnili cestovanie v čase. Bolo tiež navrhnuté, že mnohorozmerná interpretácia kvantovej mechaniky naznačuje, že cestovanie v čase nespôsobí žiadne paradoxy a že udalosti sa jednoducho vyvinú inak, keď sa vrátite v čase. Hawking hovorí, že červie diery môžu byť jednoducho nestabilné, a preto nepraktické. Ale samotná téma zostáva plodnou oblasťou pre myšlienkové experimenty, umožňujúce pochopiť, čo je možné a čo nie je možné na základe známych a predpokladaných fyzikálnych zákonov.
referencie:
W. G. Morris a K. S. Thorne, American Journal of Physics 56 , 395-412 (1988)
W. G. Morris, K. S. Thorne a U. Yurtsever, Phys. Rev. Listy 61 , 1446-9 (1988)
Matt Visser, fyzikálny prehľad D39, 3182-4 (1989)
pozri tiež "Čierne diery a časové deformácie" Kip Thorn, Norton & co. (1994)
Pre vysvetlenie multivesmíru pozri "Tkanina reality" David Deutsch, Penguin Press.

21. Deformačné motory

[Neviem, ako to preložiť! V originálnom warp pohone. - približne. prekladateľ;
preložené analogicky s článkom o Membráne]

Warp by mohol byť mechanizmus na krútenie časopriestoru, takže objekt môže cestovať rýchlejšie ako svetlo. Miguel Alcabière sa preslávil vývojom geometrie, ktorá opisuje takýto deformátor. Skreslenie časopriestoru umožňuje objektu cestovať rýchlejšie ako svetlo, pričom zostáva na krivke podobnej času. Prekážky sú rovnaké ako pri vytváraní červích dier. Na vytvorenie deformátora potrebujete látku s negatívnou hustotou energie a. Aj keď je takáto látka možná, stále nie je jasné, ako ju možno získať a ako ju použiť na fungovanie deformátora.
ref M. Alcubierre, Klasická a kvantová gravitácia, 11 , L73-L77, (1994)

Záver

Po prvé, ukázalo sa, že je ťažké všeobecne definovať, čo znamená cestovanie SS a správa SS. Mnoho vecí, ako napríklad tiene, vykonáva pohyb CC, ale takým spôsobom, že sa nedá použiť napríklad na prenos informácií. Existujú však aj vážne možnosti skutočného pohybu SS, ktoré sa vo vedeckej literatúre navrhujú, ale ich realizácia zatiaľ nie je technicky možná. Heisenbergov princíp neurčitosti znemožňuje použitie zdanlivého SS pohybu v kvantovej mechanike. Vo všeobecnej teórii relativity existujú potenciálne prostriedky pohonu SS, ale možno ich nebude možné použiť. Zdá sa krajne nepravdepodobné, že v dohľadnej budúcnosti, alebo vôbec, bude technológia schopná vytvoriť kozmickú loď s pohonom SS, ale je zvláštne, že teoretická fyzika, ako ju teraz poznáme, nezatvára dvere pohonu SS nadobro. Hnutie SS v štýle sci-fi románov je zrejme úplne nemožné. Zaujímavá otázka pre fyzikov znie: „Prečo je to vlastne nemožné a čo sa z toho dá naučiť?

Rýchlosť šírenia svetla je 299 792 458 metrov za sekundu, no už dávno nie je limitnou hodnotou. "Futurist" zhromaždil 4 teórie, kde svetlo už nie je Michael Schumacher.

Americký vedec japonského pôvodu, odborník v oblasti teoretickej fyziky, Michio Kaku, je presvedčený, že rýchlosť svetla sa dá ľahko prekonať.

Veľký tresk

Michio Kaku nazýva najznámejším príkladom prekonania svetelnej bariéry Veľký tresk – ultrarýchly „tresk“, ktorý sa stal začiatkom expanzie vesmíru, pred ktorým bol v jedinečnom stave.

„Žiadny hmotný objekt nemôže prekonať svetelnú bariéru. Ale prázdny priestor môže určite cestovať rýchlejšie ako svetlo. Nič nemôže byť prázdnejšie ako vákuum, čo znamená, že sa môže rozpínať vyššiu rýchlosť svetlo,“ je si istý vedec.

Baterka na nočnej oblohe

Ak svietite baterkou na nočnú oblohu, potom v zásade lúč, ktorý prechádza z jednej časti vesmíru do druhej, ktorý sa nachádza vo vzdialenosti mnohých svetelných rokov, môže cestovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Problém je, že v tomto prípade nebude existovať žiadny hmotný objekt, ktorý by sa skutočne pohyboval rýchlejšie ako svetlo. Predstavte si, že vás obklopuje obrovská guľa s priemerom jedného svetelného roka. Obraz lúča svetla sa cez túto guľu rozbehne v priebehu niekoľkých sekúnd, napriek jej veľkosti. Ale len obraz lúča sa môže pohybovať po nočnej oblohe rýchlejšie ako svetlo, nie informácie alebo hmotný objekt.

Kvantové zapletenie

Rýchlejší ako rýchlosť svetla nemusí byť nejaký objekt, ale celý jav, alebo skôr vzťah nazývaný kvantové zapletenie. Ide o kvantový mechanický jav, v ktorom sú kvantové stavy dvoch alebo viacerých objektov vzájomne závislé. Ak chcete vytvoriť pár kvantovo zapletených fotónov, môžete na nelineárny kryštál svietiť laserom so špecifickou frekvenciou a intenzitou. V dôsledku rozptylu laserového lúča sa fotóny objavia v dvoch rôznych kužeľoch polarizácie, pričom spojenie medzi nimi sa bude nazývať kvantové zapletenie. Takže kvantové zapletenie je jedným zo spôsobov interakcie subatomárnych častíc a proces tejto komunikácie môže prebiehať rýchlejšie ako svetlo.

„Ak sa dva elektróny spoja, budú podľa kvantovej teórie vibrovať jednotne. Ale ak potom tieto elektróny oddelíte o mnoho svetelných rokov, budú spolu stále komunikovať. Ak zatrasiete jedným elektrónom, druhý pocíti túto vibráciu a stane sa to rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Albert Einstein si myslel, že tento jav vyvráti kvantovú teóriu, pretože nič nemôže cestovať rýchlejšie ako svetlo, no v skutočnosti sa mýlil,“ hovorí Michio Kaku.

červích dier

Téma prelomenia rýchlosti svetla sa hrá v mnohých sci-fi filmoch. Teraz dokonca aj tí, ktorí sú ďaleko od astrofyziky, počuli frázu „červí diera“ vďaka filmu „Interstellar“. Ide o špeciálne zakrivenie v časopriestorovom systéme, tunel v priestore, ktorý umožňuje prekonať obrovské vzdialenosti v zanedbateľne krátkom čase.

O takýchto skresleniach hovoria nielen filmoví scenáristi, ale aj vedci. Michio Kaku verí, že červia diera, alebo, ako sa tomu hovorí, červia diera, je jednou z dvoch najčastejších skutočnými spôsobmi prenášať informácie rýchlejšie ako je rýchlosť svetla.

Druhý spôsob, tiež spojený so zmenami hmoty, je stlačenie priestoru pred vami a expanzia za vami. V tomto deformovanom priestore vzniká vlna, ktorá sa pohybuje rýchlejšie ako rýchlosť svetla, ak je ovládaná temnou hmotou.

Môže sa tak skrývať jediná reálna šanca človeka naučiť sa prekonávať svetelnú bariéru všeobecná teória relativita a zakrivenie priestoru a času. Všetko však závisí od tej veľmi temnej hmoty: nikto nevie, či s istotou existuje a či sú červie diery stabilné.

Astrofyzici z Baylor University (USA) vyvinuli matematický model hyperpriestorového pohonu, ktorý umožňuje cestovať vesmírom rýchlosťou 10³²-krát vyššou ako je rýchlosť svetla, čo umožňuje letieť do susednej galaxie a vrátiť sa späť v priebehu niekoľkých minút. hodiny.

Pri lietaní ľudia nepocítia preťaženie, ktoré je cítiť v moderných dopravných lietadlách, ale takýto motor sa môže objaviť v kove až za niekoľko sto rokov.

Pohonný mechanizmus je založený na princípe priestorového deformačného motora (Warp Drive), ktorý navrhol v roku 1994 mexický fyzik Miguel Alcubierre. Američania musia len vylepšiť model a urobiť podrobnejšie výpočty.
„Ak stlačíte priestor pred loďou a naopak, rozšírite ho za ňou, okolo lode sa objaví časopriestorová bublina,“ hovorí jeden z autorov štúdie Richard Obousi loď a vytiahne ju z bežného sveta do svojho súradnicového systému V dôsledku rozdielu časopriestorového tlaku je táto bublina schopná pohybovať sa akýmkoľvek smerom a prekonať svetelný prah o tisíce rádov.“

Pravdepodobne sa priestor okolo lode bude môcť zdeformovať kvôli stále málo prebádanej temnej energii. „Temná energia je veľmi slabo preštudovaná látka, objavená relatívne nedávno a vysvetľujúca, prečo sa zdá, že galaxie od seba odlietajú,“ povedal Sergej Popov, vedúci výskumník na oddelení relativistickej astrofyziky na Sternbergskom štátnom astronomickom inštitúte Moskovskej štátnej univerzity. Existuje niekoľko jeho modelov, ale ktoré „Američania zatiaľ nevzali ako základ model založený na dodatočných rozmeroch a hovoria, že je možné lokálne meniť vlastnosti týchto rozmerov že môžu existovať rôzne kozmologické konštanty v rôznych smeroch a potom sa loď v bubline začne pohybovať.

Toto „správanie“ vesmíru možno vysvetliť „teóriou strún“, podľa ktorej je celý náš priestor preniknutý mnohými ďalšími dimenziami. Ich vzájomná interakcia vytvára odpudivú silu, ktorá je schopná rozpínať nielen hmotu, ako sú galaxie, ale aj samotné vesmírne teleso. Tento efekt sa nazýva „inflácia vesmíru“.

"Od prvých sekúnd svojej existencie sa vesmír naťahuje," vysvetľuje Ruslan Metsaev, doktor fyzikálnych a matematických vied, zamestnanec Astro-vesmírneho centra Lebedevovho fyzikálneho inštitútu "A tento proces pokračuje dodnes." Keď to všetko viete, môžete sa pokúsiť umelo rozšíriť alebo zúžiť priestor. K tomu má ovplyvňovať iné dimenzie, čím sa kúsok priestoru nášho sveta pod vplyvom síl temnej energie začne pohybovať správnym smerom.

V tomto prípade nie sú porušené zákony teórie relativity. Vo vnútri bubliny zostanú rovnaké zákony fyzického sveta a rýchlosť svetla bude maximálna. Táto situácia sa netýka takzvaného twin efektu, ktorý nám hovorí, že počas cestovania vesmírom rýchlosťou svetla sa čas vo vnútri lode výrazne spomalí a astronaut, vracajúci sa na Zem, stretne svojho brata-dvojča ako veľmi starého. muž. Warp Drive motor tento problém odstraňuje, pretože tlačí priestor, nie loď.

Američania už našli cieľ budúceho letu. Ide o planétu Gliese 581 (Gliese 581), na ktorej klimatické podmienky a gravitácia sa blíži k tým na Zemi. Vzdialenosť k nemu je 20 svetelných rokov a aj keď Warp Drive funguje biliónkrát slabšie ako jeho maximálny výkon, cesta k nemu bude trvať len niekoľko sekúnd.

Pre porovnanie, extrasolárna planéta Gliese 581 (planetárna sústava) je červený trpaslík nachádzajúci sa v súhvezdí Váh, vzdialený 20,4 svetelných rokov. rokov od Zeme. Hmotnosť hviezdy je približne jedna tretina hmotnosti Slnka. Gliese 581 je na zozname stovky hviezd najbližších k našej slnečnej sústave. Pomocou teleskopu by sa mal Gliese 581 pozrieť na dva stupne severne od β Libra.

Materiál pripravila redakcia rian.ru na základe informácií RIA Novosti a otvorených zdrojov

25. marca 2017

FTL cestovanie je jedným zo základov vesmírnej sci-fi. Asi každý – aj ľudia ďaleko od fyziky – však vie, že maximálna možná rýchlosť pohybu hmotných objektov či šírenia akýchkoľvek signálov je rýchlosť svetla vo vákuu. Je označený písmenom c a je takmer 300 tisíc kilometrov za sekundu; presná hodnota c = 299 792 458 m/s.

Rýchlosť svetla vo vákuu je jednou zo základných fyzikálnych konštánt. Nemožnosť dosiahnuť rýchlosti presahujúce c vyplýva z Einsteinovej špeciálnej teórie relativity (STR). Ak by sa dokázalo, že prenos signálov nadsvetelnou rýchlosťou je možný, teória relativity by padla. Doteraz sa tak nestalo, napriek početným pokusom vyvrátiť zákaz existencie rýchlostí väčších ako c. Nedávne experimentálne štúdie však odhalili niekoľko veľmi zaujímavých javov, ktoré naznačujú, že za špeciálne vytvorených podmienok možno pozorovať nadsvetelné rýchlosti bez porušenia princípov teórie relativity.

Na začiatok si pripomeňme hlavné aspekty súvisiace s problémom rýchlosti svetla.

Po prvé: prečo je to nemožné (ak normálnych podmienkach) prekročiť svetelný limit? Lebo vtedy sa to porušuje základného zákona nášho sveta – zákon kauzality, podľa ktorého účinok nemôže predchádzať príčine. Nikto nikdy nepozoroval, že by napríklad medveď najprv padol mŕtvy a potom poľovník zastrelil. Pri rýchlostiach presahujúcich c sa sled udalostí obráti, časová páska sa previnie späť. To sa dá ľahko overiť z nasledujúcej jednoduchej úvahy.

Predpokladajme, že sme na nejakej vesmírnej zázračnej lodi, ktorá sa pohybuje rýchlejšie ako svetlo. Potom by sme postupne dobiehali svetlo vyžarované zdrojom v skorších a skorších časoch. Najprv by sme dohnali fotóny emitované povedzme včera, potom tie, ktoré boli emitované predvčerom, potom týždeň, mesiac, rok atď. Ak by zdrojom svetla bolo zrkadlo odrážajúce život, potom by sme najprv videli udalosti včerajška, potom predvčera atď. Mohli sme vidieť povedzme starca, ktorý sa postupne mení na muža v strednom veku, potom na mladíka, na mladosť, na dieťa... Teda čas by sa vrátil, presunuli by sme sa zo súčasnosti do minulosť. Príčiny a následky by potom zmenili miesto.

Hoci táto diskusia úplne ignoruje technické detaily procesu pozorovania svetla, z fundamentálneho hľadiska jasne ukazuje, že pohyb nadsvetelnou rýchlosťou vedie k situácii, ktorá je v našom svete nemožná. Príroda si však stanovila ešte prísnejšie podmienky: nedosiahnuteľný je pohyb nielen nadsvetelnou rýchlosťou, ale aj rýchlosťou rovnajúcou sa rýchlosti svetla – človek sa k nemu môže len priblížiť. Z teórie relativity vyplýva, že pri zvyšovaní rýchlosti pohybu vznikajú tri okolnosti: hmotnosť pohybujúceho sa objektu sa zväčšuje, jeho veľkosť v smere pohybu sa zmenšuje a tok času na tomto objekte sa spomaľuje (od bodu z pohľadu vonkajšieho „odpočívajúceho“ pozorovateľa). Pri bežných rýchlostiach sú tieto zmeny zanedbateľné, ale s približovaním sa k rýchlosti svetla sú čoraz zreteľnejšie a v limite - pri rýchlosti rovnajúcej sa c - sa hmotnosť nekonečne zväčšuje, objekt úplne stráca veľkosť v smere pohybu a zastavuje sa na ňom čas. Preto žiadne hmotné teleso nemôže dosiahnuť rýchlosť svetla. Takú rýchlosť má len samotné svetlo! (A tiež „všetko prenikajúca“ častica - neutríno, ktoré sa podobne ako fotón nemôže pohybovať rýchlosťou menšou ako c.)

Teraz o rýchlosti prenosu signálu. Tu je vhodné využiť znázornenie svetla vo forme elektromagnetických vĺn. čo je signál? Toto sú niektoré informácie, ktoré je potrebné preniesť. Ideálna elektromagnetická vlna je nekonečná sínusoida striktne jednej frekvencie a nemôže niesť žiadnu informáciu, pretože každá perióda takejto sínusoidy presne opakuje tú predchádzajúcu. Rýchlosť pohybu fázy sínusovej vlny - takzvaná fázová rýchlosť - môže za určitých podmienok prekročiť rýchlosť svetla vo vákuu v prostredí. Neexistujú žiadne obmedzenia, pretože fázová rýchlosť nie je rýchlosťou signálu - zatiaľ neexistuje. Ak chcete vytvoriť signál, musíte na vlne urobiť nejakú „značku“. Takouto značkou môže byť napríklad zmena niektorého z parametrov vlny – amplitúdy, frekvencie alebo počiatočnej fázy. Ale akonáhle je značka urobená, vlna stráca svoju sínusoidu. Stáva sa modulovaným, pozostáva zo súboru jednoduchých sínusových vĺn s rôznymi amplitúdami, frekvenciami a počiatočnými fázami - skupina vĺn. Rýchlosť, ktorou sa značka pohybuje v modulovanej vlne, je rýchlosť signálu. Pri šírení v médiu sa táto rýchlosť zvyčajne zhoduje so skupinovou rýchlosťou, ktorá charakterizuje šírenie vyššie uvedenej skupiny vĺn ako celku (pozri „Veda a život“ č. 2, 2000). Za normálnych podmienok je skupinová rýchlosť, a teda aj rýchlosť signálu, menšia ako rýchlosť svetla vo vákuu. Nie náhodou sa tu používa výraz „za normálnych podmienok“, pretože v niektorých prípadoch môže skupinová rýchlosť prekročiť c alebo dokonca stratiť svoj význam, ale potom sa netýka šírenia signálu. Čerpacia stanica zistí, že nie je možné prenášať signál rýchlosťou vyššou ako c.

Prečo je to tak? Pretože prekážkou prenosu akéhokoľvek signálu pri rýchlosti väčšej ako c je rovnaký zákon kauzality. Predstavme si takúto situáciu. V určitom bode A svetelný záblesk (udalosť 1) zapne zariadenie vysielajúce určitý rádiový signál a vo vzdialenom bode B pod vplyvom tohto rádiového signálu dôjde k výbuchu (udalosť 2). Je jasné, že udalosť 1 (vzplanutie) je príčinou a udalosť 2 (výbuch) je dôsledkom, ktorý nastane neskôr ako príčina. Ale ak by sa rádiový signál šíril nadsvetelnou rýchlosťou, pozorovateľ v blízkosti bodu B by najskôr videl výbuch a až potom príčinu výbuchu, ktorý ho dosiahol rýchlosťou svetelného záblesku. Inými slovami, pre tohto pozorovateľa by udalosť 2 nastala skôr ako udalosť 1, to znamená, že účinok by predchádzal príčine.

Je vhodné zdôrazniť, že „superluminálny zákaz“ teórie relativity je uvalený len na pohyb hmotných telies a prenos signálov. V mnohých situáciách je možný pohyb akoukoľvek rýchlosťou, ale nebude to pohyb hmotných predmetov alebo signálov. Predstavte si napríklad dva pomerne dlhé pravítka ležiace v rovnakej rovine, z ktorých jeden je umiestnený vodorovne a druhý ho pretína pod malým uhlom. Ak sa prvé pravítko posunie smerom nadol (v smere označenom šípkou) vysokou rýchlosťou, priesečník pravítok možno nastaviť tak, aby sa pohyboval tak rýchlo, ako si želáte, ale tento bod nie je hmotným telesom. Ďalší príklad: ak vezmete baterku (alebo povedzme laser, ktorý vytvára úzky lúč) a rýchlo opíšete oblúk vo vzduchu, potom lineárna rýchlosť Svetelný lúč bude narastať so vzdialenosťou a pri dostatočne veľkej vzdialenosti presiahne c. Svetelná škvrna sa bude pohybovať medzi bodmi A a B nadsvetelnou rýchlosťou, ale nepôjde o prenos signálu z A do B, keďže takáto svetelná škvrna nenesie žiadnu informáciu o bode A.

Zdá sa, že otázka nadsvetelných rýchlostí je vyriešená. Ale v 60. rokoch dvadsiateho storočia teoretickí fyzici predložili hypotézu o existencii nadsvetelných častíc nazývaných tachyóny. Sú to veľmi zvláštne častice: teoreticky sú možné, ale aby sa predišlo rozporom s teóriou relativity, musela im byť pridelená pomyselná pokojová hmotnosť. Fyzikálne imaginárna hmotnosť neexistuje; To však nevyvolalo veľký poplach, keďže tachyóny nemôžu byť v pokoji - existujú (ak existujú!) iba pri rýchlostiach presahujúcich rýchlosť svetla vo vákuu a v tomto prípade sa tachyónová hmota ukáže ako skutočná. Je tu určitá analógia s fotónmi: fotón má nulovú pokojovú hmotnosť, ale to jednoducho znamená, že fotón nemôže byť v pokoji - svetlo sa nedá zastaviť.

Najťažšie sa ukázalo, ako by sa dalo očakávať, zosúladiť tachyónovú hypotézu so zákonom kauzality. Pokusy v tomto smere, aj keď dosť dômyselné, neviedli k zjavnému úspechu. Nikomu sa nepodarilo ani experimentálne zaregistrovať tachyóny. Výsledkom je záujem o tachyóny ako nadsvetelné elementárne častice postupne vybledla.

V 60. rokoch bol však experimentálne objavený jav, ktorý fyzikov spočiatku zmiatol. Toto je podrobne popísané v článku A. N. Oraevského „Superluminálne vlny v zosilňovacích médiách“ (UFN č. 12, 1998). Tu stručne zhrnieme podstatu veci a odkážeme čitateľa zaujímajúceho sa o podrobnosti na uvedený článok.

Čoskoro po objavení laserov - začiatkom 60-tych rokov - vznikol problém získať krátke (trvajúce asi 1 ns = 10-9 s) vysokovýkonné svetelné impulzy. Za týmto účelom prešiel cez optický kvantový zosilňovač krátky laserový impulz. Pulz bol rozdelený na dve časti zrkadlom rozdeľujúcim lúč. Jeden z nich, výkonnejší, bol poslaný do zosilňovača a druhý sa šíril vzduchom a slúžil ako referenčný impulz, s ktorým bolo možné porovnávať impulz prechádzajúci zosilňovačom. Oba impulzy boli privádzané do fotodetektorov a ich výstupné signály bolo možné vizuálne pozorovať na obrazovke osciloskopu. Očakávalo sa, že svetelný impulz prechádzajúci zosilňovačom bude mať určité oneskorenie v porovnaní s referenčným impulzom, to znamená, že rýchlosť šírenia svetla v zosilňovači bude menšia ako vo vzduchu. Predstavte si údiv vedcov, keď zistili, že impulz sa cez zosilňovač šíri nielen rýchlosťou väčšou ako vo vzduchu, ale aj niekoľkonásobne vyššou ako rýchlosť svetla vo vákuu!

Po zotavení z prvého šoku začali fyzici hľadať dôvod takého neočakávaného výsledku. O princípoch špeciálnej teórie relativity nikto ani v najmenšom nepochyboval a práve toto pomohlo nájsť správne vysvetlenie: ak sú princípy SRT zachované, potom treba hľadať odpoveď vo vlastnostiach zosilňovacieho média.

Bez toho, aby sme tu zachádzali do podrobností, len na to poukážeme podrobná analýza mechanizmus účinku posilňujúceho média úplne objasnil situáciu. Pointou bola zmena koncentrácie fotónov pri šírení impulzu - zmena spôsobená zmenou zosilnenia média až na negatívnu hodnotu pri prechode zadnej časti impulzu, kedy už médium absorbuje energie, pretože jeho vlastná rezerva sa už vyčerpala v dôsledku prenosu na svetelný impulz. Absorpcia spôsobí nie zvýšenie, ale oslabenie impulzu a tým sa impulz v prednej časti zosilňuje a v zadnej časti oslabuje. Predstavme si, že sledujeme impulz pomocou zariadenia pohybujúceho sa rýchlosťou svetla v zosilňovacom médiu. Ak by bolo médium priehľadné, videli by sme impulz zamrznutý v nehybnosti. V prostredí, v ktorom sa spomínaný proces vyskytuje, sa zosilnenie nábežnej hrany a zoslabenie odtokovej hrany impulzu pre pozorovateľa prejaví tak, že médium akoby impulz posunulo dopredu. Ale keďže sa zariadenie (pozorovateľ) pohybuje rýchlosťou svetla a impulz ho predbehne, potom rýchlosť impulzu prekročí rýchlosť svetla! Práve tento efekt zaznamenali experimentátori. A tu naozaj nie je rozpor s teóriou relativity: proces zosilnenia je jednoducho taký, že koncentrácia fotónov, ktoré vyšli skôr, sa ukáže byť väčšia ako tých, ktoré vyšli neskôr. Nie fotóny sa pohybujú nadsvetelnou rýchlosťou, ale obálka impulzu, najmä jeho maximum, ktoré sa pozoruje na osciloskope.

Kým teda v bežných médiách dochádza vždy k zoslabovaniu svetla a poklesu jeho rýchlosti, určovanej indexom lomu, v aktívnych laserových médiách dochádza nielen k zosilneniu svetla, ale aj k šíreniu impulzu nadsvetelnou rýchlosťou.

Niektorí fyzici sa pokúsili experimentálne dokázať prítomnosť nadsvetelného pohybu počas tunelového efektu – jedného z najúžasnejších javov v kvantovej mechanike. Tento efekt spočíva v tom, že mikročastica (presnejšie mikroobjekt, ktorý za rôznych podmienok vykazuje vlastnosti častice aj vlastnosti vlny) je schopná preniknúť cez tzv. nemožné v klasickej mechanike (v ktorej by takáto situácia bola analogická: loptička hodená na stenu by skončila na druhej strane steny, alebo by sa vlnovitý pohyb prenášaný lanom priviazaným k stene preniesol na lano priviazané k stene na druhej strane). Podstata tunelového efektu v kvantovej mechanike je nasledovná. Ak mikroobjekt s určitou energiou na svojej ceste narazí na oblasť s potenciálnou energiou prevyšujúcou energiu mikroobjektu, táto oblasť je pre neho bariérou, ktorej výška je určená rozdielom energií. Ale mikroobjekt „preniká“ cez bariéru! Túto možnosť mu dáva známy Heisenbergov vzťah neurčitosti, napísaný pre energiu a čas interakcie. Ak k interakcii mikroobjektu s bariérou dôjde v pomerne určitom čase, potom bude energia mikroobjektu naopak charakterizovaná neistotou, a ak je táto neistota rádovo vo výške výšky bariéry, potom ten prestáva byť pre mikroobjekt neprekonateľnou prekážkou. Práve rýchlosť prieniku cez potenciálnu bariéru sa stala predmetom výskumu množstva fyzikov, ktorí sa domnievajú, že môže prekročiť c.

V júni 1998 a medzinárodné sympózium o problémoch nadsvetelných pohybov, kde sa diskutovalo o výsledkoch získaných v štyroch laboratóriách – v Berkeley, Viedni, Kolíne nad Rýnom a Florencii.

A napokon v roku 2000 sa objavili správy o dvoch nových experimentoch, v ktorých sa objavili účinky superluminálneho šírenia. Jeden z nich vykonal Lijun Wong a jeho kolegovia z Princetonského výskumného inštitútu (USA). Výsledkom je, že svetelný impulz vstupujúci do komory naplnenej parami cézia zvýši svoju rýchlosť 300-krát. Ukázalo sa, že Hlavná časť Impulz opustí vzdialenú stenu komory ešte skôr, ako impulz vstúpi do komory prednou stenou. Táto situácia je v rozpore nielen so zdravým rozumom, ale v podstate aj s teóriou relativity.

Odkaz L. Wonga vyvolal intenzívnu diskusiu medzi fyzikmi, z ktorých väčšina nebola naklonená vidieť v získaných výsledkoch porušenie princípov relativity. Veria, že výzvou je správne vysvetliť tento experiment.

V experimente L. Wonga mal svetelný impulz vstupujúci do komory s parami cézia trvanie asi 3 μs. Atómy cézia môžu existovať v šestnástich možných kvantovo mechanických stavoch, ktoré sa nazývajú „hyperjemné magnetické podúrovne základného stavu“. Pomocou optického laserového čerpania sa takmer všetky atómy dostali len do jedného z týchto šestnástich stavov, čo zodpovedá takmer absolútnej nulovej teplote na Kelvinovej stupnici (-273,15 °C). Dĺžka céziovej komory bola 6 centimetrov. Vo vákuu sa svetlo pohybuje 6 centimetrov za 0,2 ns. Cez komoru s céziom, ako ukázali merania, svetelný impulz prešiel za čas o 62 ns kratší ako vo vákuu. Inými slovami, čas potrebný na prechod impulzu cez cézne médium má znamienko mínus! V skutočnosti, ak odpočítame 62 ns od 0,2 ns, dostaneme „záporný“ čas. toto " negatívne oneskorenie"v médiu - nepochopiteľný časový skok - rovný času, za ktorý by impulz vykonal 310 prechodov komorou vo vákuu. Dôsledkom tejto "časovej revolúcie" bolo, že impulz opúšťajúci komoru sa dokázal posunúť o 19 metrov ďalej. z nej skôr, než prichádzajúci impulz dosiahol blízku stenu komory, ako možno vysvetliť takú neuveriteľnú situáciu (pokiaľ samozrejme nepochybujeme o čistote experimentu)?

Súdiac podľa prebiehajúcej diskusie, presné vysvetlenie ešte nebolo nájdené, ale niet pochýb o tom, že tu zohrávajú úlohu nezvyčajné disperzné vlastnosti média: para cézia, pozostávajúca z atómov excitovaných laserovým svetlom, je médium s anomálnou disperziou. . V krátkosti si pripomeňme, čo to je.

Disperzia látky je závislosť fázového (obyčajného) indexu lomu n od vlnovej dĺžky svetla l. Pri normálnej disperzii sa index lomu zvyšuje s klesajúcou vlnovou dĺžkou, a to je prípad skla, vody, vzduchu a všetkých ostatných látok priepustných pre svetlo. V látkach, ktoré silne absorbujú svetlo, je priebeh indexu lomu so zmenou vlnovej dĺžky obrátený a stáva sa oveľa strmším: s klesajúcou l (zvyšujúca sa frekvencia w) index lomu prudko klesá a v určitej oblasti vlnových dĺžok je menší ako jednota ( fázová rýchlosť Vf > s ). Ide o anomálnu disperziu, pri ktorej sa vzor šírenia svetla v látke radikálne mení. Skupinová rýchlosť Vgr sa stáva väčšou ako fázová rýchlosť vĺn a môže prekročiť rýchlosť svetla vo vákuu (a tiež môže byť záporná). L. Wong poukazuje na túto okolnosť ako na dôvod, ktorý je základom možnosti vysvetliť výsledky svojho experimentu. Treba však poznamenať, že podmienka Vgr > c je čisto formálna, keďže pojem skupinová rýchlosť bol zavedený pre prípad malého (normálneho) rozptylu, pre transparentné médiá, keď skupina vĺn takmer nemení svoj tvar. počas rozmnožovania. V oblastiach anomálneho rozptylu sa svetelný impulz rýchlo deformuje a pojem skupinová rýchlosť stráca význam; v tomto prípade sa zavádzajú pojmy rýchlosť signálu a rýchlosť šírenia energie, ktoré sa v transparentných médiách zhodujú so skupinovou rýchlosťou a v médiách s absorpciou zostávajú nižšie ako rýchlosť svetla vo vákuu. Na Wongovom experimente je však zaujímavé: svetelný impulz prechádzajúci médiom s anomálnou disperziou sa nedeformuje – presne si zachováva svoj tvar! A to zodpovedá predpokladu, že impulz sa šíri skupinovou rýchlosťou. Ale ak áno, potom sa ukáže, že v médiu nie je žiadna absorpcia, hoci anomálna disperzia média je spôsobená práve absorpciou! Sám Wong, aj keď uznáva, že veľa zostáva nejasných, verí, že to, čo sa deje v jeho experimentálnom usporiadaní, možno na prvé priblíženie jasne vysvetliť nasledovne.

Svetelný impulz pozostáva z mnohých komponentov s rôznymi vlnovými dĺžkami (frekvenciami). Obrázok ukazuje tri z týchto komponentov (vlny 1-3). V určitom bode sú všetky tri vlny vo fáze (ich maximá sa zhodujú); tu sa sčítavajú, navzájom sa posilňujú a tvoria impulz. Ako sa ďalej šíria priestorom, vlny sa rozfázujú a tým sa navzájom „rušia“.

V oblasti anomálnej disperzie (vo vnútri céznej bunky) sa vlna, ktorá bola kratšia (vlna 1), predĺži. Naopak, vlna, ktorá bola z troch najdlhších (vlna 3), sa stáva najkratšou.

V dôsledku toho sa fázy vĺn zodpovedajúcim spôsobom menia. Akonáhle vlny prejdú cez céznu bunku, ich vlnoplochy sa obnovia. Po nezvyčajnej fázovej modulácii v látke s anomálnou disperziou sa tieto tri vlny v určitom bode opäť ocitnú vo fáze. Tu sa opäť sčítajú a tvoria pulz presne rovnakého tvaru ako ten, ktorý vstupuje do cézneho média.

Typicky vo vzduchu a v skutočnosti v akomkoľvek priehľadnom médiu s normálnou disperziou si svetelný impulz nemôže presne udržať svoj tvar, keď sa šíri na vzdialenú vzdialenosť, to znamená, že všetky jeho zložky nemôžu byť fázované v žiadnom vzdialenom bode pozdĺž dráhy šírenia. A za normálnych podmienok sa v tak vzdialenom bode po určitom čase objaví svetelný impulz. Avšak vzhľadom na anomálne vlastnosti média použitého v experimente sa ukázalo, že pulz vo vzdialenom bode je fázovaný rovnakým spôsobom ako pri vstupe do tohto média. Svetelný impulz sa teda správa tak, ako keby mal na ceste do vzdialeného bodu záporné časové oneskorenie, to znamená, že by k nemu nedorazil neskôr, ale skôr, ako by prešiel médiom!

Väčšina fyzikov má sklon spájať tento výsledok s objavením sa prekurzora nízkej intenzity v disperznom médiu komory. Faktom je, že počas spektrálneho rozkladu impulzu spektrum obsahuje zložky ľubovoľne vysokých frekvencií so zanedbateľne malou amplitúdou, takzvaný prekurzor, ktorý predbieha „hlavnú časť“ impulzu. Povaha usadzovania a tvar prekurzora závisia od zákona disperzie v médiu. S ohľadom na túto skutočnosť sa navrhuje, aby sa postupnosť udalostí vo Wongovom experimente interpretovala nasledovne. Prichádzajúca vlna, ktorá „naťahuje“ predzvesť pred seba, sa blíži k fotoaparátu. Predtým, ako vrchol prichádzajúcej vlny zasiahne blízku stenu komory, prekurzor spustí objavenie sa impulzu v komore, ktorý dosiahne vzdialenú stenu a odrazí sa od nej, čím vytvorí „reverznú vlnu“. Táto vlna, ktorá sa šíri 300-krát rýchlejšie ako c, dosiahne blízku stenu a stretne sa s prichádzajúcou vlnou. Vrcholy jednej vlny sa stretávajú s korytami druhej, takže sa navzájom ničia a v dôsledku toho nezostane nič. Ukazuje sa, že prichádzajúca vlna „spláca dlh“ atómom cézia, ktoré jej „požičali“ energiu na druhom konci komory. Každý, kto by sledoval iba začiatok a koniec experimentu, by videl iba pulz svetla, ktorý „skočil“ vpred v čase a pohyboval by sa rýchlejšie ako c.

L. Wong sa domnieva, že jeho experiment nie je v súlade s teóriou relativity. Tvrdenie o nedosiahnuteľnosti nadsvetelnej rýchlosti sa podľa neho vzťahuje len na objekty s pokojovou hmotnosťou. Svetlo môže byť reprezentované buď vo forme vĺn, na ktoré je pojem hmotnosti všeobecne nepoužiteľný, alebo vo forme fotónov s pokojovou hmotnosťou, ako je známe. rovná nule. Preto rýchlosť svetla vo vákuu podľa Wonga nie je limitná. Wong však pripúšťa, že efekt, ktorý objavil, neumožňuje prenášať informácie rýchlosťou vyššou ako c.

„Informácie sú už obsiahnuté v prednej hrane pulzu,“ hovorí P. Milonni, fyzik z Národného laboratória Los Alamos v Spojených štátoch neposielajú to."

Väčšina fyzikov tomu verí Nová práca nezasiahne drvivú ranu základným princípom. Ale nie všetci fyzici veria, že problém je vyriešený. Profesor A. Ranfagni z talianskej výskumnej skupiny, ktorá v roku 2000 uskutočnila ďalší zaujímavý experiment, sa domnieva, že otázka je stále otvorená. Tento experiment, ktorý uskutočnili Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni a Rocco Ruggeri, zistil, že rádiové vlny s centimetrovými vlnami sa v normálnom lietadle pohybujú rýchlosťou o 25 % rýchlejšími ako c.

Aby sme to zhrnuli, môžeme povedať nasledovné.

Práca v posledných rokoch ukazuje, že za určitých podmienok môže skutočne nastať nadsvetelná rýchlosť. Ale čo presne sa pohybuje nadsvetelnou rýchlosťou? Teória relativity, ako už bolo spomenuté, takúto rýchlosť pre hmotné telesá a pre signály nesúce informácie zakazuje. Napriek tomu sa niektorí výskumníci veľmi vytrvalo snažia demonštrovať prekonávanie svetelnej bariéry špeciálne pre signály. Dôvod spočíva v tom, že špeciálna teória relativity nemá striktné matematické opodstatnenie (založené povedzme na Maxwellových rovniciach pre elektromagnetického poľa) nemožnosť prenosu signálov rýchlosťou vyššou ako c. Takáto nemožnosť v STR je stanovená, dalo by sa povedať, čisto aritmeticky, na základe Einsteinovho vzorca na sčítanie rýchlostí, čo je však zásadne potvrdené princípom kauzality. Sám Einstein, berúc do úvahy otázku prenosu superluminálneho signálu, napísal, že v tomto prípade „...sme nútení uvažovať o možnom mechanizme prenosu signálu, v ktorom dosiahnutá akcia predchádza príčine, hoci to vyplýva z čisto logického hľadiska názor neobsahuje podľa mňa žiadne rozpory, napriek tomu tak odporuje povahe celej našej skúsenosti, že nemožnosť predpokladu V > c sa zdá byť dostatočne preukázaná.“ Princíp kauzality je základným kameňom, ktorý je základom nemožnosti prenosu superluminálneho signálu. A zdá sa, že všetky pátrania po nadsvetelných signáloch bez výnimky zakopnú o tento kameň, bez ohľadu na to, ako veľmi by experimentátori chceli takéto signály odhaliť, pretože taká je povaha nášho sveta.

Ale aj tak si predstavme, že matematika relativity bude stále fungovať nadsvetelnou rýchlosťou. To znamená, že teoreticky stále vieme zistiť, čo by sa stalo, keby teleso prekročilo rýchlosť svetla.

Predstavme si dve vesmírna loď, smerujúci zo Zeme k hviezde, ktorá je od našej planéty vzdialená 100 svetelných rokov. Prvá loď opustí Zem rýchlosťou 50% rýchlosti svetla, takže dokončenie cesty bude trvať 200 rokov. Druhá loď, vybavená hypotetickým warp pohonom, bude cestovať rýchlosťou 200% svetla, ale 100 rokov po prvej. Čo sa bude diať?

Podľa teórie relativity závisí správna odpoveď vo veľkej miere od perspektívy pozorovateľa. Zo Zeme sa ukáže, že prvá loď už prešla značnú vzdialenosť, kým ju predbehla druhá loď, ktorá sa pohybuje štyrikrát rýchlejšie. No z pohľadu ľudí na prvej lodi je všetko trochu inak.

Loď č. 2 sa pohybuje rýchlejšie ako svetlo, čo znamená, že môže dokonca predbehnúť svetlo, ktoré sama vyžaruje. Výsledkom je akási „svetelná vlna“ (podobná zvukovej vlne, ale namiesto vibrácií vzduchu vibrujú svetelné vlny), ktorá dáva vznik niekoľkým zaujímavým efektom. Pripomeňme si, že svetlo z lode #2 sa pohybuje pomalšie ako samotná loď. Výsledkom bude vizuálne zdvojnásobenie. Inými slovami, najprv posádka lode č.1 uvidí, že sa vedľa nich akoby z ničoho nič objavila druhá loď. Potom sa svetlo z druhej lode dostane k prvej s miernym oneskorením a výsledkom bude viditeľná kópia, ktorá sa bude pohybovať rovnakým smerom s miernym oneskorením.

Niečo podobné možno vidieť v počítačové hry keď v dôsledku zlyhania systému motor načíta model a jeho algoritmy v koncovom bode pohybu rýchlejšie, než skončí samotná animácia pohybu, takže dôjde k viacnásobným záberom. To je pravdepodobne dôvod, prečo naše vedomie nevníma ten hypotetický aspekt vesmíru, v ktorom sa telesá pohybujú nadsvetelnou rýchlosťou – možno je to tak najlepšie.

P.S. ... ale v poslednom príklade som niečomu nerozumel, prečo je skutočná poloha lode spojená so „svetlom, ktoré vyžaruje“? No aj keď ho uvidia na zlom mieste, v skutočnosti predbehne prvú loď!

zdrojov