Je možné pohybovať sa rýchlejšie ako svetlo? Čo je rýchlejšie, rýchlosť svetla alebo rýchlosť zvuku.

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 prekonať túto vzdialenosť len za pár tisíc rokov?). Možno americkí vedci našli spôsob, ako lietať super rýchlosťami, a to nielen bez klamania, ale aj nasledovania základné zákony Albert Einstein. 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, ak bude úspešný, človek bude môcť ísť 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 v priestore 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 sa pohnúť vyššiu rýchlosť svetlo a nepretržite 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 zverejnil 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, že sa dá vyrobiť.

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 svoje experimenty s motorom nazýva), 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, rozpráva 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 z 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 inžinierskym nedokonalostiam, ako skôr kvôli skutočnosti, že takéto množstvo negatívnej energie nemôže existovať na jednom mieste dlho.

Ďalší problém: vytvoriť warp guľu, ktorá sa pohybuje rýchlejšie ako svetlo Vedci budú musieť 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 „aparatúre, ktorá tvorí 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 relativite, cestovanie nadsvetelná rýchlosť 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 na 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 keby som stál na vesmírnej lodi a mal som k dispozícii negatívnu energiu, nemohol som ju dať tam, kde mala 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 pár 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, no odvtedy opustilo vesmírny predvoj.

Prielom v pohybe 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.

Čo je rýchlejšie ako rýchlosť svetla 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-Čerenkovov efekt). Ale o zvukových vlnách zapnuté elementárne častice ach, zvyčajne 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... No, rýchlosť šírenia zvuková vlna v morskej vode o niečo menej 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 sú zvuky počuť lepšie a zreteľnejšie. 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 hustejšom prostredí je rýchlosť zvuku väčšia
s rýchlosťou svetla sa mi niečo stalo...
rýchlosť svetla

Rýchlosť je väčšia ako rýchlosť svetla vo vákuu – to je realita. Einsteinova teória relativity zakazuje iba nadsvetelný prenos informácií. Preto existuje pomerne veľa prípadov, keď sa predmety môžu pohybovať rýchlejšie ako svetlo a nič nerozbijú. Začnime tieňmi a slnečnými lúčmi.

Ak vytvoríte tieň na vzdialenej stene z prsta, na ktorý si posvietite baterkou, a potom prstom pohnete, tieň sa pohybuje oveľa rýchlejšie ako váš prst. 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 rýchlejšie ako svetlo môžu pohybovať aj slnečné lúče. Napríklad škvrna z laserového lúča namiereného na Mesiac. Vzdialenosť k Mesiacu je 385 000 km. Ak laserom mierne pohnete a posuniete ho sotva o 1 cm, stihne prebehnúť Mesiac rýchlosťou asi o tretinu rýchlejšie ako svetlo.

Podobné veci sa môžu stať aj v prírode. Napríklad svetelný lúč z pulzaru, neutrónovej hviezdy, dokáže prečesať oblak prachu. Jasný záblesk vytvára rozširujúcu sa škrupinu svetla alebo iného žiarenia. Keď prekročí povrch oblaku, vytvorí svetelný prstenec, ktorý rastie rýchlejšie ako rýchlosť svetla.

Toto všetko sú príklady vecí, ktoré sa pohybujú rýchlejšie ako svetlo, ale ktoré neboli fyzickými telami. Použitie tieňa alebo zajačika nedokáže preniesť nadsvetelnú správu, takže komunikácia rýchlejšia ako svetlo nefunguje.

A tu je príklad, ktorý je spojený s fyzickými telami. Pri pohľade do budúcnosti povieme, že opäť nadsvetelné správy nebudú fungovať.

V referenčnom rámci spojenom s rotujúcim telesom sa môžu vzdialené objekty pohybovať nadsvetelnou rýchlosťou. Napríklad Alpha Centauri sa v rámci Zeme pohybuje rýchlosťou viac ako 9 600-krát vyššou ako rýchlosť svetla, pričom „prejde“ vzdialenosť asi 26 svetelných rokov za deň. A presne ten istý príklad s Mesiacom. Postavte sa čelom k nemu a za pár sekúnd sa otočte okolo svojej osi. Počas tejto doby sa okolo vás otočil asi 2,4 milióna kilometrov, teda 4-krát rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Ha-ha, poviete si, to sa netočila ona, ale ja... A pamätajte, že v teórii relativity sú všetky referenčné sústavy nezávislé, vrátane rotačných. Takže z ktorej strany by ste sa mali pozerať...

Čo by sme teda mali robiť? No v skutočnosti tu nie sú žiadne rozpory, pretože opäť tento jav nemožno použiť na nadsvetelný prenos správ. Všimnite si tiež, že v jeho blízkosti Mesiac neprekračuje rýchlosť svetla. Totiž všetky zákazy sú vo všeobecnej teórii relativity uvalené na prekročenie lokálnej rýchlosti svetla.

V modernej fyzike sa verí, že teleso (ktoré má hmotnosť), vplyv alebo informácie sa nemôžu prenášať/pohybovať rýchlejšie ako je rýchlosť svetla. Prebiehajú mnohé pokusy dokázať, že rýchlosť svetla sa dá prekročiť, no zatiaľ neúspešne. Experimentálne nie je možné toto tvrdenie vyvrátiť, ale experimentálne ani teoretici vo svojom výskume príliš nepokročili, prišli s hypotetickými tachyónmi (častice, ktoré sa vždy pohybujú rýchlejšie ako rýchlosť svetla) a zastavili sa tam, pričom tento nápad odovzdali autorov sci-fi na realizáciu.

Existuje však množstvo javov, ktoré zdá sa, ktoré porušujú vyššie uvedené obmedzenie a vykazujú nadsvetelné rýchlosti.

Napríklad niekedy môžete počuť argumenty ľudí, že slnečný lúč sa môže „pohybovať“ pozdĺž steny rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Z nejakého dôvodu príklad slnečného lúča ľudí často mätie "pohyblivý slnečný lúč" nie lepšie "pohybujúce sa mokré miesto" na vodu spod hadice. „Slnečný lúč“ sa nepohybuje ako určitý objekt a prostredníctvom slnečného lúča nie je možné prenášať informácie z jedného bodu do druhého, čo znamená, že nedochádza k prekročeniu rýchlosti svetla.

Alebo takzvané „zapletené kvantá“, ktoré, keďže sú oddelené na akúkoľvek vzdialenosť, presne „vedia“, v akom opačnom stave sa druhé kvantum nachádza. Len čo určíme stav jedného kvanta, stav druhého sa v tom istom momente ukáže ako presne opačný. Kvantové previazanie však bráni aj prenosu akýchkoľvek informácií.

O tom však tento článok nie je. Bohužiaľ som zabudol na pôvodný zdroj, ale stále je na svete niečo, čo sa šíri rýchlejšie ako rýchlosť svetla:

"Podľa filozofa Lai Tin Wiedla je len jedna známa vec, ktorá sa pohybuje rýchlejšie ako obyčajné svetlo. Toto je monarchia. Widlove uvažovanie je asi takéto: v žiadnom momente nemôžete mať viac ako jedného kráľa. Spolu s Toto, tradícia vyžaduje, aby medzi kráľmi neboli prestávky. Preto, keď kráľ zomrie, trón musí okamžite prejsť na dediča, tvrdí filozof, že musia existovať nejaké elementárne častice - králi alebo možno kráľovné. kontinuita."

V tejto logike možno nájsť mnoho podobných príkladov "veci sa pohybujú rýchlejšie ako obyčajné svetlo" spojené so zmenou stavu osoby a to je, samozrejme, vtip. Aj keď... čím hlbšie sa ponoríte do problematiky fyziky, tým viac sa vynára nových otázok a niekedy sa zdá, že odpovede vedcov sa príliš nevzdialili od filozofických myšlienok Lai Tin Weeda.

To je fyzika. Práve z tohto dôvodu zostane matematika kráľovnou všetkých vied. Piatkový vtip na tému:

Ale ukázalo sa, že je to možné; teraz veria, že nikdy nebudeme schopní cestovať rýchlejšie ako svetlo...“ Ale v skutočnosti nie je pravda, že niekto kedysi veril, že cestovať rýchlejšie ako zvuk je nemožné Dávno predtým, ako sa objavili nadzvukové lietadlá, už bolo známe, že guľky lietať rýchlejšie ako zvuk V skutočnosti sme hovorili o tom, čo 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 táto veličina je univerzálna konštanta (pozri otázku Je rýchlosť svetla konštantná) a v hustejšom prostredí ako voda alebo sklo sa spomalí 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 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 je potrebné 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 vytvoríte tieň na vzdialenej stene prstom z blízkej lampy 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 k Mesiacu 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 vgr 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 nadsvetelnej rýchlosti, 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 princípe by ho mohli využiť vesmírni cestovatelia na prekonávanie obrovských vzdialeností počas svojho života. Ak budú zrýchľovať s konštantným zrýchlením, ktoré sa rovná 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 nestihne za svoj život 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 nedalo 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. Je to 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, ktoré umožňujú 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 pôvodnom 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, že je mimoriadne nepravdepodobné, že v dohľadnej budúcnosti alebo vo všeobecnosti bude technológia schopná vytvoriť vesmírne lode s motormi SS, ale je kuriózne, že teoretická fyzika, ako ju dnes 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?