Kas yra greitesnis už šviesos greitį? Kaip NASA mokslininkai ketina viršyti šviesos greitį erdvėje

Šiuolaikinėje fizikoje manoma, kad kūnas (turintis masę), įtaka ar informacija negali būti perduota/judinama greitesnis greitis Sveta. Daug bandoma įrodyti, kad šviesos greitį galima viršyti, tačiau kol kas nesėkmingai. Šio teiginio eksperimentiškai paneigti neįmanoma, tačiau eksperimentiškai net teoretikai nepasiekė didelės pažangos savo tyrimuose, sugalvoję hipotetinius tachionus (daleles, kurios visada juda greičiau nei šviesos greitis), o tada sustojo, perteikdami idėją. mokslinės fantastikos rašytojams įgyvendinti.

Tačiau yra keletas reiškinių, Atrodo, kurie pažeidžia aukščiau nurodytus apribojimus ir demonstruoja superluminalinį greitį.

Pavyzdžiui, kartais galite išgirsti žmonių argumentus, kad saulės spindulys gali „judėti“ palei sieną greičiau nei šviesos greitis. Kažkodėl saulės spindulio pavyzdys dažnai glumina žmones, nors "judantis saulės spindulys" ne geriau "judanti šlapia vieta" vandeniui iš po žarnos. „Saulėtas zuikis“ nejuda kaip daiktas, o kiaurai saulėtas zuikis neįmanoma perkelti informacijos iš vieno taško į kitą, o tai reiškia, kad šviesos greitis neviršija.

Arba vadinamieji „įsipainioję kvantai“, kurie, būdami atskirti bet kokiu atstumu, tiksliai „žino“, kokioje priešingoje būsenoje yra antrasis kvantas. Kai tik nustatysime vieno kvanto būseną, antrojo būsena tuo pačiu metu pasirodys visiškai priešinga. Tačiau kvantinis įsipainiojimas taip pat neleidžia perduoti bet kokios informacijos.

Tačiau ne apie tai straipsnis. Deja, pamiršau pirminį šaltinį, bet pasaulyje vis dar yra kažkas, kas plinta greičiau nei šviesos greitis:

"Pasak filosofo Lai Tin Widl, žinomas tik vienas dalykas, kuris juda greičiau nei įprasta šviesa. Tai yra monarchija. Widl samprotavimo linija yra maždaug tokia: kiekviename šiuo metu negali turėti daugiau nei vieno karaliaus. Be to, tradicija reikalauja, kad tarp karalių nebūtų spragų. Todėl karaliui mirus, sostas akimirksniu turi pereiti įpėdiniui. Tikėtina, teigia filosofas, turi būti kažkokios elementarios dalelės – karaliai arba, galbūt, korolevionai, užtikrinantys tęstinumą“.

Tęsiant šią logiką galima rasti daug panašių pavyzdžių „daiktai juda greičiau nei įprasta šviesa“ susijęs su asmens statuso pasikeitimu ir tai, žinoma, yra pokštas. Nors... kuo giliau pasineri į fizikos klausimus, tuo daugiau kyla naujų klausimų ir kartais atrodo, kad mokslo vyrų atsakymai per daug nenutolsta nuo Lai Tin Weed filosofinių minčių.

Tokia fizika. Būtent dėl ​​šios priežasties matematika išliks visų mokslų karaliene. Penktadienio pokštas šia tema:

Reliatyvumo teorija žavi savo paradoksais. Visi žinome apie dvynius, apie galimybę sutalpinti ilgą lėktuvą į trumpą dėžę. Šiandien kiekvienas abiturientas žino atsakymus į šias klasikines mįsles, o fizikos studentai dar labiau tiki, kad paslaptys specialioji teorija jiems nebelieka reliatyvumo.

Viskas būtų gerai, jei ne slegianti aplinkybė – superluminal greičio neįmanoma. Ar tikrai nėra galimybės važiuoti greičiau?! – Vaikystėje galvojau. Gal tai įmanoma?! Todėl kviečiu jus į, nežinau, juodosios ar baltosios magijos seansą, pavadintą Alberto Einšteino vardu, su apreiškimu pabaigoje. Tačiau tiems, kuriems to nepakanka, paruošiau ir galvosūkį.

UPD: Po dienos aš paskelbiu sprendimą. Pabaigoje daug formulių ir grafikų.

Link Alpha Centauri

Dabar jau padoriai įsibėgėjome, nors iki pusės šviesos greičio. Užduokime iš pažiūros paprastą klausimą: kokiu greičiu priartėsime prie Alfa Kentauro pagal savo (laivo) atskaitos sistemą. Atrodytų, viskas paprasta, jei skrendame greičiu stacionariame Žemės ir Alfa Kentauro atskaitos sistemoje, tai, mūsų požiūriu, artėjame prie tikslo greičiu.

Visi, kurie jau pajuto laimikį, yra visiškai teisūs. Atsakymas neteisingas! Čia reikia patikslinti: artėjimo prie Alfa Kentauro greičiu turiu galvoje likusio atstumo iki jo pokytį, padalijus iš laikotarpio, per kurį toks pokytis įvyko. Viskas, žinoma, matuojama mūsų atskaitos sistemoje, susijusioje su erdvėlaiviu.

Čia turime prisiminti apie Lorentzo ilgio susitraukimą. Galų gale, įsibėgėję iki pusės šviesos greičio, pamatysime, kad skalė išilgai mūsų judėjimo krypties sumažėjo. Leiskite man priminti jums formulę:

O dabar, jei per pusę šviesos greičiu išmatuotume atstumą nuo Žemės iki Alfa Kentauro, negautume 4 šviesos. metų, bet tik 3,46 šventų metų.

Pasirodo, tik dėl to, kad įsibėgėjome, atstumą iki galutinio kelionės taško jau sumažinome beveik 0,54 šviesmečio. O kas, jei mes ne tik judėsime didelis greitis, bet ir paspartinti, tada mastelio koeficientas turės išvestinę laiko atžvilgiu, kuri iš esmės taip pat yra artėjimo greitis ir pridedama prie .

Taigi, be mums įprasto, sakyčiau, klasikinio, greičio, pridedamas dar vienas terminas - dinaminis likusio kelio ilgio sumažinimas, kuris atsiranda tada ir tik tada, kai yra ne nulinis pagreitis. Na, paimkime pieštuką ir suskaičiuokime.

Ir tie, kurie tingi sekti skaičiavimus, kuriuos sutinku kitoje spoilerio pusėje

Dabartinis atstumas iki žvaigždės pagal laivo kapitono valdovą, - laikas pagal laikrodį drabužinėje, - greitis.

Jau čia matome, kad pirmoji dalinė išvestinė yra greitis, tik greitis su minuso ženklu, kai tik priartėjame prie Alfa Kentauro. Tačiau antrasis terminas yra pats laimikis, apie kurį, įtariu, ne visi pagalvojo.

Norėdami rasti greičio išvestinę laiko atžvilgiu antrajame termine, turite būti atsargūs, nes esame judančioje atskaitos sistemoje. Lengviausias būdas jį apskaičiuoti pirštais yra pagal reliatyvistinių greičių pridėjimo formulę. Tarkime, kad šiuo metu mes judame greičiu, o po tam tikro laiko padidiname greitį . Gautas greitis pagal reliatyvumo teorijos formulę bus

Dabar sudėkime (2) ir (3) kartu, o (3) išvestinė turi būti paimta , nes žiūrime mažais žingsneliais.

Ji nuostabi! Jei pirmąjį terminą – greitį – riboja šviesos greitis, tai antrojo termino niekas neriboja! Imk daugiau ir... antrasis terminas gali lengvai viršyti .

Ką-ką! - Kai kurie nepatikės.
„Taip, taip, būtent taip“, – atsakysiu. - Jis gali būti didesnis nei šviesos greitis, daugiau nei du šviesos greičiai, daugiau nei 10 šviesos greičių. Perfrazuodamas Archimedą, galiu pasakyti: „Duok man tinkamą, ir aš tau suteiksiu tiek greičio, kiek tik nori“.

Na, pakeiskime skaičius, skaičiai visada įdomesni. Kaip prisimename, kapitonas nustatė pagreitį, o greitis jau buvo pasiektas. Tada pamatysime, kad šviesmečiu mūsų artėjimo greitis bus lygus šviesos greičiui. Jei pakeisime šviesmečius, tada

Žodžiu: „trys taškai trys, trys dešimtosios šviesos greičio“.

Mes ir toliau stebimės

Taigi įsėdau į mašiną ir paspaudžiau dujas. Turiu greitį ir pagreitį. Ir šiuo metu galiu garantuoti, kad kažkur apie šimtą ar du milijonus šviesmečių prieš mane yra objektai, kurie dabar artėja prie manęs greičiau nei šviesa. Paprastumo dėlei aš dar neatsižvelgiau į Žemės judėjimo greitį savo orbitoje aplink Saulę ir Saulės aplink Galaktikos centrą. Atsižvelgiant į juos, objektai, kurių artėjimo greitis viršija šviesą, jau bus labai arti – ne kosmologiniu mastu, o kažkur mūsų Galaktikos periferijoje.

Pasirodo, nevalingai, net su minimaliais pagreičiais, pavyzdžiui, atsistojus nuo kėdės, dalyvaujame superluminaliniame judėjime.

Mes vis dar stebimės

Kitas stebinantis poveikis yra lengvai suprantamas. Juk kai tik pakeičiate pagreičio kryptį, antrasis (5) narys iš karto keičia ženklą. Tie. artėjimo greitis gali lengvai tapti nuliu ar net neigiamu. Nors mūsų įprastas greitis vis tiek bus nukreiptas link Alpha Centauri.

Poveikis

Neinercinėje atskaitos sistemoje Einšteinas mums nieko negarantuoja. Tokie dalykai!

Tas pats, šiek tiek išsamesnis ir šiek tiek sudėtingesnis

Formulėje (5) yra atstumas . Kai jis lygus nuliui, t.y. bandant lokaliai nustatyti greitį, palyginti su šalia esančiais objektais, liks tik pirmasis terminas, kuris, žinoma, neviršija šviesos greitis. Jokių problemų. Ir tik dideliais atstumais, t.y. ne lokaliai, galime gauti superluminal greitį.

Reikia pasakyti, kad, paprastai kalbant, santykinis vienas nuo kito nutolusių objektų greitis yra menkai apibrėžta sąvoka. Mūsų plokščias erdvėlaikis pagreitintoje atskaitos sistemoje atrodo išlenktas. Tai garsusis „Einšteino lifto“ atitikmuo gravitacinis laukas. Ir palyginkite abu vektoriniai dydžiai išlenktoje erdvėje yra teisinga tik tada, kai jie yra tame pačiame taške (toje pačioje liestinės erdvėje nuo atitinkamo vektorių pluošto).

Beje, apie mūsų superluminalinio greičio paradoksą galima kalbėti įvairiai, sakyčiau integraliai. Juk reliatyvistinė kelionė į Alfa Kentaurį pagal paties astronauto laikrodį užtruks kur kas mažiau nei 4 metus, todėl pradinį atstumą padalinę iš prabėgusio laiko gauname efektyvųjį greitį, didesnį už šviesos greitį. Iš esmės tai yra tas pats dvynių paradoksas. Tie, kurie yra patogūs, gali suprasti superluminalias keliones taip.

Tai ir yra triukas. Jūsų kapitonas akivaizdus.

Problema

Koks yra atstumas tarp laivų žemiškojo laivo atskaitos rėme paleidimo momentu, kai jie buvo atitinkamai netoli Žemės ir Alfa Kentauro? Savo atsakymą parašykite komentaruose.

UPD: sprendimas

Sutarkime, kad Alfa, Žemė, raketos ir lėkštės laikrodžiai yra sinchronizuoti (tai buvo padaryta iš anksto), o paleidimas ant visų keturių laikrodžių įvyko 12:00.

Panagrinėkime erdvės laiką grafiškai stacionariose koordinatėse. Žemė yra nulyje, o Alfa yra atstumu išilgai ašies. Pasaulio linija Alfa Kentauro, matyt, tiesiog kyla tiesiai aukštyn. Plokštės pasaulinė linija yra pasvirusi į kairę, nes jis išskrido iš taško Žemės kryptimi.

Dabar šiame grafike nubraižysime iš Žemės paleistos raketos atskaitos sistemos koordinačių ašis. Kaip žinoma, tokia koordinačių sistemos transformacija (CS) vadinama padidinimu. Šiuo atveju ašys yra pasvirusios simetriškai įstrižainės linijos, kuri rodo šviesos spindulį, atžvilgiu.

Manau, kad šiuo metu tau viskas jau tapo aišku. Žiūrėkite, ašis kerta pasaulio Alfa linijas ir skraidančią lėkštę skirtingus taškus. Kas atsitiko?

Nuostabus dalykas. Prieš paleidimą, raketos požiūriu, ir lėkštė, ir Alfa buvo tame pačiame taške, o įsibėgėjus paaiškėja, kad judančiame erdvėlaivyje raketos ir lėkštės paleidimas nebuvo vienu metu. Lėkštė, staiga pasirodo, prasidėjo anksčiau ir sugebėjo šiek tiek priartėti prie mūsų. Todėl dabar 12:00:01 pagal laikrodį raketos jau arčiau lėkštės nei Alfa.

O jei raketa dar labiau įsibėgės, ji „peršoks“ į kitą SC, kur plokštė dar arčiau. Be to, toks plokštės priartėjimas atsiranda tik dėl pagreičio ir dinaminio išilginės skalės suspaudimo (apie tai ir yra visas mano įrašas), o ne dėl raketos judėjimo erdvėje, nes Raketa iš tikrųjų dar nespėjo per ką nors praskristi. Šis plokštės aproksimavimas yra būtent antrasis (5) formulės narys.

Na, be kita ko, turime atsižvelgti į įprastą Lorenco atstumo sumažinimą. Iš karto pasakysiu atsakymą: raketos ir lėkštės greičiu, kiekvieną atstumą

• tarp raketos ir Alfa: 3,46 sv. metai (įprastas Lorentzo susitraukimas)
• tarp raketos ir plokštės: 2,76 Šv. metų

Besidomintiems pažaiskime magiją su formulėmis keturmatėje erdvėje

Tokią problemą galima patogiai išspręsti naudojant keturmačius vektorius. Nereikia jų bijoti, viskas daroma naudojant įprasčiausius veiksmus tiesinė algebra. Be to, judame tik išilgai vienos ašies, todėl iš keturių koordinačių lieka tik dvi: ir .

Toliau susitarsime dėl paprasto žymėjimo. Apskaičiuojame šviesos greitį lygus vienam. Mes, fizikai, visada tai darome. :) Planko konstantą ir gravitacinę konstantą taip pat dažniausiai laikome vienetais. Tai nekeičia esmės, bet labai palengvina rašymą.

Taigi, dėl įrašų kompaktiškumo, visur esančią „reliatyvistinę šaknį“ žymime gama koeficientu, kur yra žemės raketos greitis:

Dabar parašykime vektorių komponentuose:

Viršutinis komponentas yra laikas, apatinis - erdvinė koordinatė. Laivai vienu metu startuoja stacionarioje sistemoje, todėl viršutinė vektoriaus dedamoji lygi nuliui.

Dabar raskime taško koordinates judančioje koordinačių sistemoje, t.y. . Norėdami tai padaryti, naudojame transformaciją į judantį atskaitos kadrą. Tai vadinama padidinimu ir tai padaryti labai paprasta. Bet kuris vektorius turi būti padaugintas iš padidinimo matricos

Padauginti:

Kaip matome, šio vektoriaus laiko komponentas yra neigiamas. Tai reiškia, kad taškas judančios raketos požiūriu yra po ašimi, t.y. praeityje (kaip matyti aukščiau esančiame paveikslėlyje).

Raskime vektorių stacionarioje sistemoje. Laiko komponentas yra tam tikras nežinomas laiko tarpas, erdvinis komponentas yra atstumas, prie kurio laikui bėgant artėja plokštė, judanti greičiu:

Dabar sistemoje tas pats vektorius

Raskime įprastą vektorių sumą

Kodėl šią sumą dešinėje prilyginau tokiam vektoriui? Pagal apibrėžimą taškas yra ašyje, todėl laiko dedamoji turi būti lygi nuliui, o erdvinė dedamoji bus toks pat reikalingas atstumas nuo raketos iki plokštės. Iš čia gauname dviejų paprastų lygčių sistemą – laiko komponentus prilyginame atskirai, o erdvinius – atskirai.

Iš pirmosios lygties nustatome nežinomas parametras, pakeiskite ją į antrąją lygtį ir gaukite . Praleiskime paprastus skaičiavimus ir iškart užsirašykime

Pakeitę , , gauname

Iš mokyklos buvome mokomi, kad neįmanoma viršyti šviesos greičio, taigi ir perkelti žmogų kosminė erdvė yra didelė neišsprendžiama problema (kaip patekti į artimiausią saulės sistemą, jei šviesa šį atstumą gali įveikti tik per kelis tūkstančius metų?). Galbūt amerikiečių mokslininkai rado būdą skristi super greičiu, ne tik neapgaudinėjant, bet ir vadovaujantis esminiais Alberto Einšteino dėsniais. Bet kuriuo atveju taip tvirtina erdvės deformacijos variklio projekto autorius Haroldas White'as.

Redakcijoje šią naujieną įvertinome absoliučiai fantastiškomis, todėl šiandien, Kosmonautikos dienos išvakarėse, žurnalui „Popular Science“ publikuojame Konstantino Kakaeso reportažą apie fenomenalų NASA projektą, kurio sėkmės atveju žmogus galės keliauti ir toliau. saulės sistema.

2012 m. rugsėjį keli šimtai mokslininkų, inžinierių ir kosmoso entuziastų susirinko į antrąjį viešą grupės susitikimą, pavadintą „100 Year Starship“. Grupei vadovauja buvęs astronautas Mai Jemison ir įkūrė DARPA. Konferencijos tikslas – „padaryti galimos kelionėsžmones už Saulės sistemos į kitas žvaigždes per ateinančius šimtą metų. Dauguma konferencijos dalyvių pripažįsta, kad pažanga pilotuojamų kosmoso tyrinėjimų srityje yra per maža. Nepaisant milijardų dolerių, išleistų per pastaruosius kelis ketvirčius, kosmoso agentūros jie gali padaryti beveik tiek pat, kiek galėjo septintajame dešimtmetyje. Tiesą sakant, 100 metų žvaigždėlaivis buvo sušauktas visa tai išspręsti.

Bet eikime prie esmės. Po kelių dienų konferencijos jos dalyviai pasiekė fantastiškiausias temas: organų regeneraciją, organizuotos religijos problemą laive ir pan. Vienas iš įdomesnių 100 metų Starship susitikimo pranešimų vadinosi „Įtempimo lauko mechanika 102“, kurį skaitė Haroldas „Sonny“ White'as iš NASA. Agentūros veteranas White'as vadovauja pažangiai impulsų programai Johnson Space Center (JSC). Kartu su penkiais kolegomis jis sukūrė " Kelių žemėlapis kosminių varomųjų sistemų“, kuriame išsakomi NASA tikslai artimiausioje ateityje kosminės kelionės. Plane išvardyti visų rūšių varomieji projektai, pradedant pažangiomis cheminėmis raketomis ir baigiant toli siekiančiais pokyčiais, tokiais kaip antimedžiaga arba branduolinės mašinos. Tačiau White'o tyrimų sritis yra futuristiškiausia iš visų: ji susijusi su erdvės deformacijos varikliu.

Akivaizdu, kad visa tai skamba visiškai fantastiškai: tokie pokyčiai yra tikra revoliucija, kuri atriš rankas visiems pasaulio astrofizikams. Užuot praleidę 75 000 metų keliaudami į Alfa Kentaurį, artimiausią mums žvaigždžių sistemą, astronautai laive su šiuo varikliu galėtų nukeliauti per porą savaičių.

Atsižvelgdama į šaudyklų programos pabaigą ir didėjantį privačių skrydžių į žemą Žemės orbitą vaidmenį, NASA teigia, kad vėl sutelkia dėmesį į toli siekiančius, daug drąsesnius planus, kurie gerokai viršija keliones į Mėnulį. Šiuos tikslus galima pasiekti tik kuriant naujas variklių sistemas – kuo greičiau, tuo geriau. Praėjus kelioms dienoms po konferencijos NASA vadovas Charlesas Boldenas pakartojo White'o žodžius: „Norime keliauti greičiau nei šviesos greitis ir nesustodami Marse“.

IŠ KUR MES ŽINOME APIE ŠĮ VARIKLĮ

Pirmasis populiarus posakis „kosmoso metmenų variklis“ buvo vartojamas 1966 m., kai Jen Roddenberry išleido „Star Trek“. Kitus 30 metų šis variklis egzistavo tik kaip šios mokslinės fantastikos serijos dalis. Fizikas, vardu Miguelis Alcubierre'as, žiūrėjo šios serijos epizodą, kai dirbo doktorantūroje šioje srityje. bendroji teorija reliatyvumo teoriją ir susimąstė, ar realybėje įmanoma sukurti erdvės metmenų variklį. 1994 m. jis paskelbė dokumentą, kuriame išdėstė šią poziciją.

Alcubierre'as įsivaizdavo burbulą erdvėje. Priekinėje burbulo dalyje laikas-erdvė susitraukia, o gale plečiasi (kaip, anot fizikų, atsitiko per Didįjį sprogimą). Dėl deformacijos laivas sklandžiai slys erdvėje, tarsi jis banguotų bangomis aplinkos triukšmas. Iš esmės deformuotas burbulas gali judėti taip greitai, kaip norima; šviesos greičio apribojimai, pagal Einšteino teoriją, galioja tik erdvėlaikio kontekste, bet ne tokiems erdvės laiko iškraipymams. Burbulo viduje, kaip manė Alcubierre'as, erdvėlaikis nepasikeis ir kosmoso keliautojams nepadarys jokios žalos.

Einšteino lygtis bendrojoje reliatyvumo teorijoje sunku išspręsti viena kryptimi, išsiaiškinant, kaip materija lenkia erdvę, tačiau tai įmanoma. Naudodamas juos Alcubierre'as nustatė, kad materijos pasiskirstymas yra būtina sąlyga deformuoto burbulo susidarymui. Vienintelė problema ta, kad sprendimai lėmė neapibrėžta forma materija, vadinama neigiama energija.

Kalbėdamas paprasta kalba, gravitacija yra traukos jėga tarp dviejų objektų. Kiekvienas objektas, nepaisant jo dydžio, daro tam tikrą traukos jėgą aplinkinei medžiagai. Anot Einšteino, ši jėga yra erdvės laiko kreivumas. Tačiau neigiama energija yra gravitaciškai neigiama, tai yra, atstumianti. Užuot sujungusi laiką ir erdvę, neigiama energija juos atstumia ir atskiria. Grubiai tariant, kad toks modelis veiktų, Alcubierre reikia neigiamos energijos, kad praplėstų erdvėlaikį už laivo.

Nepaisant to, kad neigiamos energijos niekas iš tikrųjų nematavo, pagal kvantinę mechaniką ji egzistuoja, o mokslininkai išmoko ją sukurti laboratorines sąlygas. Vienas iš būdų jį atkurti yra per Kazimiero efektą: dvi lygiagrečiai laidžios plokštės, išdėstytos arti viena kitos, sukuria tam tikrą neigiamos energijos kiekį. Silpnoji vieta Alcubierre'o modelis yra toks, kad jo įgyvendinimui reikalingas didžiulis neigiamos energijos kiekis, keliomis eilėmis didesnės nei mokslininkai įvertino.

White'as sako, kad rado būdą, kaip apeiti šį apribojimą. Kompiuteriniu modeliavimu White'as modifikavo deformacijos lauko geometriją taip, kad teoriškai jis galėtų sukurti deformuotą burbulą, naudodamas milijonus kartų mažiau neigiamos energijos, nei apskaičiavo Alcubierre'as, ir galbūt pakankamai mažai, kad erdvėlaivis galėtų turėti priemones jam sukurti. "Atradimai, - sako White'as, - pakeičia Alcubierre'o metodą iš nepraktiško į visiškai patikimą".

ATASKAITA IŠ WHITE'S LAB

Džonsono kosmoso centras yra netoli Hiustono lagūnų, su vaizdu į Galvestono įlanką. Centras yra šiek tiek panašus į priemiesčio koledžo miestelį, skirtas tik astronautų mokymui. Apsilankymo dieną White'as mane pasitinka 15 pastate – kelių aukštų koridorių, biurų ir laboratorijų labirinte, kuriame atliekami variklio bandymai. White'as vilki „Eagleworks“ polo marškinėlius (taip jis vadina savo variklio eksperimentus), išsiuvinėtus virš futuristinio erdvėlaivio skrendančiu ereliu.

White'as savo karjerą pradėjo kaip inžinierius, atlikdamas tyrimus kaip robotų grupės dalis. Baigdamas plazmos fizikos mokslų daktaro laipsnį, jis galiausiai pradėjo vadovauti visam TKS robotikos sparnui. Tik 2009 metais jis pakeitė savo pomėgius į judesio studijas, ir ši tema jį taip sužavėjo, kad tapo pagrindine priežastimi, kodėl jis išvyko dirbti į NASA.

"Jis gana neįprastas žmogus, – sako jo viršininkas Johnas Applewhite'as, vadovaujantis varomųjų sistemų padaliniui. – Jis neabejotinai yra didelis svajotojas, bet kartu ir talentingas inžinierius. Jis žino, kaip savo fantazijas paversti tikru inžineriniu produktu. Maždaug tuo pačiu metu, kai jis prisijungė prie NASA, White'as paprašė leidimo atidaryti savo laboratoriją, skirtą pažangioms varymo sistemoms. Jis pats sugalvojo pavadinimą „Eagleworks“ ir netgi paprašė NASA sukurti jo specializacijos logotipą. Tada prasidėjo šis darbas.

White'as veda mane į savo biurą, kuriuo dalijasi su kolega, ieškančiu vandens Mėnulyje, o paskui į Eagleworks. Vaikščiodamas jis pasakoja man apie savo prašymą atidaryti laboratoriją ir vadina tai „ilgu sudėtingu procesu ieškant pažangaus judėjimo, kuris padėtų žmogui tyrinėti erdvę“.

Balta rodo man objektą ir jį parodo centrinė funkcija- kažką jis vadina "kvantine vakuumine plazmos varomoji jėga" (QVPT). Šis prietaisas atrodo kaip didžiulė raudona aksominė spurga su laidais, tvirtai apvyniotais aplink šerdį. Tai viena iš dviejų „Eagleworks“ iniciatyvų (kita – „Warp drive“). Tai taip pat yra slapta plėtra. Kai paklausiu, kas tai yra, White'as sako, kad viskas, ką jis gali pasakyti, yra tai, kad technologija yra dar šaunesnė nei metmenų pavara.) Pagal 2011 m. White'o parašytą NASA ataskaitą, laivas naudoja kvantinius svyravimus tuščioje erdvėje kaip kuro šaltinį, o tai reiškia, kad QVPT varomam erdvėlaiviui degalų nereikės.

Variklis naudoja kvantinius svyravimus tuščioje erdvėje kaip kuro šaltinį,
o tai reiškia erdvėlaivį,
varomas QVPT, nereikalauja kuro.

Kai prietaisas veikia, White'o sistema atrodo kinematografiškai tobula: lazerio spalva yra raudona, o du spinduliai sukryžiuoti kaip kardai. Žiedo viduje yra keturi keraminiai kondensatoriai, pagaminti iš bario titanato, kurį White įkrauna iki 23 000 voltų. White'as pastaruosius dvejus su puse metų praleido kurdamas eksperimentą ir sako, kad kondensatoriai turi didžiulę potencialią energiją. Tačiau kai paklausiu, kaip sukurti neigiamą energiją, reikalingą iškreiptam erdvėlaikiui, jis vengia atsakyti. Jis aiškina, kad pasirašė neatskleidimo sutartį, todėl detalių atskleisti negali. Klausiu, su kuo jis sudarė šias sutartis. Jis sako: „Su žmonėmis. Jie ateina ir nori pasikalbėti. Negaliu jums pateikti daugiau informacijos“.

VARIKLIO IDĖJOS PRIĖŠININKAI

Kol kas iškreipta kelionių teorija yra gana intuityvi – iškreipia laiką ir erdvę, kad susidarytų judantis burbulas – ir ji turi keletą reikšmingų trūkumų. Net jei White'as žymiai sumažintų neigiamos energijos kiekį, reikalingą Alcubierre'ui, tam vis tiek prireiktų daugiau, nei gali pagaminti mokslininkai, sako Lawrence'as Fordas, fizikas iš Tuftso universiteto, per pastaruosius 30 metų parašęs daugybę darbų neigiamos energijos tema. . Fordas ir kiti fizikai teigia, kad egzistuoja esminiai fiziniai apribojimai, ne tiek dėl inžinerinių trūkumų, kiek dėl to, kad toks neigiamos energijos kiekis negali ilgai egzistuoti vienoje vietoje.

Kitas iššūkis: norėdami sukurti metmenų rutulį, kuris skrieja greičiau nei šviesa, mokslininkai turės generuoti neigiamą energiją aplink erdvėlaivį ir virš jo. White nemano, kad tai yra problema; jis labai miglotai atsako, kad variklis veikiausiai dirbs dėka kažkokio esamo „aparato, kuris sukuria būtinas sąlygas“ Tačiau šių sąlygų sukūrimas priešais laivą reikštų nuolatinį neigiamos energijos, keliaujančios greičiau už šviesos greitį, tiekimą, o tai vėlgi prieštarauja bendrajam reliatyvumui.

Galiausiai erdvės deformacijos variklis kelia konceptualų klausimą. Bendrojoje reliatyvumo teorijoje kelionė superluminal greičiu prilygsta keliavimui laiku. Jei toks variklis yra tikras, White'as sukuria laiko mašiną.

Šios kliūtys kelia rimtų abejonių. „Nemanau, kad mums žinoma fizika ir fizikos dėsniai leidžia tikėti, kad jis ką nors pasieks savo eksperimentais“, – sako Kenas Olumas, Tuftso universiteto fizikas, taip pat dalyvavęs diskusijose apie egzotišką varomą laivą „Starship 100th“. Jubiliejinis susitikimas“. Noah Graham, Middlebury koledžo fizikas, mano prašymu perskaitęs du White'o darbus, man atsiuntė el. laišką: „Nematau jokių vertingų mokslinių įrodymų, išskyrus nuorodas į ankstesnius jo darbus“.

Alcubierre'as, dabar fizikas iš Nacionalinio autonominio Meksikos universiteto, turi savo abejonių. „Net jei stovėčiau erdvėlaivyje ir turėčiau neigiamos energijos, niekaip negalėčiau jos įdėti ten, kur reikia“, – sako jis man telefonu iš savo namų Meksikoje. – Ne, idėja magiška, man patinka, pati parašiau. Tačiau jame yra keletas rimtų trūkumų, kuriuos matau dabar, bėgant metams, ir nežinau nei vieno būdo, kaip juos ištaisyti.

SUPER GREITIO ATEITIS

Į kairę nuo pagrindinių Johnsono mokslo centro vartų ant šono guli raketa Saturn V, jos pakopos atskirtos, kad būtų parodytas jos vidinis turinys. Jis milžiniškas – vieno iš daugelio variklių dydžio lygus dydžiui mažas automobilis, o pati raketa pora pėdų ilgesnė už futbolo aikštę. Tai, žinoma, gana iškalbingas kosminės navigacijos ypatumų įrodymas. Be to, jai 40 metų, o laikas, kuriam ji atstovauja, kai NASA buvo didžiulio nacionalinio plano pasiųsti žmogų į Mėnulį dalis, jau seniai praėjo. Šiandien JSC yra tiesiog vieta, kuri kažkada buvo puiki, bet nuo to laiko paliko kosmoso avangardą.

Proveržis gali reikšti naują JSC ir NASA erą ir tam tikru mastu dalis tos eros prasideda dabar. 2007 metais paleistas zondas Dawn tiria asteroido žiedą naudodamas jonų variklius. 2010 m. japonai užsakė pirmąjį tarpplanetinį žvaigždėlaivį Icarus saulės burė, kitas eksperimentinio judėjimo tipas. O 2016 m. mokslininkai planuoja išbandyti VASMIR – plazma varomą sistemą, sukurtą specialiai didelės varomosios jėgos traukai TKS. Tačiau kai šios sistemos gali nugabenti astronautus į Marsą, jos vis tiek negalės jų iškelti už Saulės sistemos ribų. White'o teigimu, kad tai pasiektų, NASA turės imtis rizikingesnių projektų.

„Warp drive“ yra turbūt labiausiai nutolusios Nas pastangos kurti judėjimo projektus. Mokslo bendruomenė sako, kad White negali to sukurti. Ekspertai teigia, kad tai prieštarauja gamtos ir fizikos dėsniams. Nepaisant to, NASA remia projektą. „Jis subsidijuojamas netinkamu lygiu valstybiniu lygiu, kurią jie turėtų turėti“, – sako Applewhite. - Manau, kad vadovybė yra ypatingai suinteresuota, kad jis tęstų savo darbą; Tai viena iš tų teorinių koncepcijų, kuri, jei pasiseka, visiškai pakeičia žaidimą.

Sausio mėnesį White'as surinko savo deformacijos interferometrą ir pajudėjo link sekantis tikslas. Eagleworks išaugo savo namus. Naujoji laboratorija yra didesnė ir, kaip jis entuziastingai pareiškia, „seismiškai izoliuotas“, o tai reiškia, kad jis yra apsaugotas nuo vibracijų. Tačiau turbūt geriausias dalykas naujojoje laboratorijoje (ir pats įspūdingiausias) yra tai, kad NASA suteikė White'ui tokias pačias sąlygas, kokias Mėnulyje turėjo Neilas Armstrongas ir Buzzas Aldrinas. Na, pažiūrėsim.

Viršutinę greičio ribą žino net moksleiviai: susiejęs masę ir energiją su garsiąja formule E = mc 2, dar XX amžiaus pradžioje jis atkreipė dėmesį į esminį dalyką, kurio masė erdvėje judėtų greičiau nei greitis. šviesos vakuume. Tačiau šioje formuluotėje jau yra spragų, kurias kai kurie fiziniai reiškiniai ir dalelės gali apeiti. Bent jau teoriškai egzistuojantiems reiškiniams.

Pirmoji spraga yra susijusi su žodžiu „masė“: Einšteino apribojimai netaikomi bemasėms dalelėms. Jie taip pat netaikomi kai kurioms gana tankioms terpėms, kuriose šviesos greitis gali būti žymiai mažesnis nei vakuume. Galiausiai, panaudojus pakankamai energijos, pati erdvė gali būti lokaliai deformuojama, leidžianti judėti taip, kad išoriniam stebėtojui, esant šiai deformacijai, judėjimas atrodo didesnis nei šviesos greitis.

Kai kurie iš šių „didelės spartos“ reiškinių ir fizikos dalelių yra reguliariai registruojami ir atkuriami laboratorijose ir netgi naudojami praktikoje aukštųjų technologijų prietaisuose ir prietaisuose. Mokslininkai vis dar bando atrasti kitus, teoriškai numatytus realybėje, o kitiems turi didelių planų: galbūt kada nors šie reiškiniai leis mums laisvai judėti visoje Visatoje, net neribotam šviesos greičio.

Kvantinė teleportacija

Būsena: aktyviai vystosi

Gyvas padaras - geras pavyzdys technologija, kuri teoriškai yra leistina, bet praktiškai, matyt, niekada neįgyvendinama. Bet jei mes kalbame apie teleportaciją, tai yra momentinis judėjimas iš vienos vietos į kitą smulkūs daiktai, o juo labiau daleles, tai visai įmanoma. Norėdami supaprastinti užduotį, pradėkime nuo kažko paprasto – dalelių.

Atrodo, kad mums prireiks prietaisų, kurie (1) visiškai stebės dalelės būseną, (2) perduos šią būseną greičiau nei šviesos greitis, (3) atstatys originalą.

Tačiau tokioje schemoje net pirmasis žingsnis negali būti visiškai įgyvendintas. Heisenbergo neapibrėžtumo principas nustato neįveikiamus apribojimus tikslumui, kuriuo galima išmatuoti „suporuotus“ dalelės parametrus. Pavyzdžiui, kuo geriau žinome jo impulsą, tuo blogiau žinome jo koordinates ir atvirkščiai. Tačiau svarbi savybė kvantinė teleportacija yra ta, kad iš tikrųjų nereikia matuoti dalelių, kaip ir nereikia nieko atkurti – pakanka gauti porą įsipainiojusių dalelių.

Pavyzdžiui, norėdami paruošti tokius įsipainiojusius fotonus, turėsime netiesinį kristalą apšviesti tam tikro bangos ilgio lazerio spinduliuote. Tada dalis įeinančių fotonų suirs į du susipynusius – nepaaiškinamai sujungtus, todėl bet koks vieno būsenos pasikeitimas akimirksniu paveiks kito būseną. Šis ryšys tikrai nepaaiškinamas: kvantinio susipynimo mechanizmai lieka nežinomi, nors pats reiškinys buvo ir yra demonstruojamas nuolat. Tačiau tai yra reiškinys, kuriame tikrai lengva susipainioti – užtenka pridurti, kad prieš matavimą nė viena iš šių dalelių neturi reikalingos savybės, ir nesvarbu, kokį rezultatą gausime matuodami pirmąjį, antrojo būsena keistai koreliuos su mūsų rezultatu.

Kvantinės teleportacijos mechanizmas, kurį 1993 m. pasiūlė Charlesas Bennettas ir Gillesas Brassardas, reikalauja pridėti tik vieną papildomą dalyvį prie susipynusių dalelių poros – iš tikrųjų tos, kurią ketiname teleportuoti. Siuntėjai ir gavėjai paprastai vadinami Alisa ir Bobu, ir mes laikysimės šios tradicijos, kiekvienam iš jų suteikdami po vieną iš įsipainiojusių fotonų. Kai tik juos skiria tinkamas atstumas ir Alisa nusprendžia pradėti teleportuotis, ji paima norimą fotoną ir išmatuoja jo būseną kartu su pirmojo įsipainiojusio fotono būsena. Neaiškus bangos funkcijašio fotono žlunga ir akimirksniu atsiliepia antrajame įsipainiojusiame Bobo fotone.

Deja, Bobas tiksliai nežino, kaip jo fotonas reaguoja į Alisos fotono elgesį: kad tai suprastų, jis turi palaukti, kol ji išsiųs matavimų rezultatus paprastu paštu, ne greičiau nei šviesos greitis. Todėl tokiu kanalu jokios informacijos perduoti nebus įmanoma, tačiau faktas lieka faktu. Mes teleportavome vieno fotono būseną. Norint pereiti prie žmonių, belieka pritaikyti technologiją, kad ji apimtų kiekvieną vos 7000 trilijonų trilijonų mūsų kūno atomų dalelę – atrodo, kad iki šio proveržio mums liko tik amžinybė.

Tačiau kvantinė teleportacija ir painiava išlieka viena karščiausių temų šiuolaikinė fizika. Visų pirma dėl to, kad tokių komunikacijos kanalų naudojimas žada neįveikiamą perduodamų duomenų apsaugą: norėdami prie jų prieiti, užpuolikai turės perimti ne tik Alisos laišką Bobui, bet ir prieigą prie įsipainiojusios Bobo dalelės. , ir net jei jiems pavyks pasiekti jį ir išmatuoti, tai amžiams pakeis fotono būseną ir bus nedelsiant atskleista.

Vavilovo-Čerenkovo ​​efektas

Būsena: ilgai naudotas

Šis greitesnis nei šviesos greitis kelionės aspektas yra maloni priežastis prisiminti Rusijos mokslininkų pasiekimus. Reiškinį 1934 m. atrado Pavelas Čerenkovas, vadovaujamas Sergejaus Vavilovo, po trejų metų jis gavo teorinį pagrindimą Igorio Tammo ir Iljos Franko darbuose, o 1958 m. visi šių darbų dalyviai, išskyrus dabar jau mirusį Vavilovą. , buvo apdovanoti Nobelio fizikos premija.

Tiesą sakant, tai kalba tik apie šviesos greitį vakuume. Kitose skaidriose terpėse šviesa gana pastebimai sulėtėja, todėl jų ribose su oru galima pastebėti refrakciją. Stiklo lūžio rodiklis yra 1,49, tai reiškia, kad šviesos fazinis greitis jame yra 1,49 karto mažesnis, o, pavyzdžiui, deimanto lūžio rodiklis yra 2,42, o šviesos greitis jame sumažėja daugiau nei per pusę. Niekas netrukdo kitoms dalelėms skristi greičiau nei šviesos fotonai.

Būtent taip atsitiko elektronams, kurie per Čerenkovo ​​eksperimentus buvo išmušti iš savo vietų liuminescencinio skysčio molekulėse dėl didelės energijos gama spinduliuotės. Šis mechanizmas dažnai lyginamas su šoko susidarymu garso banga skrendant atmosferoje viršgarsinis greitis. Bet jūs taip pat galite įsivaizduoti tai kaip bėgimą minioje: judėdami greičiau nei šviesa, elektronai veržiasi pro kitas daleles, tarsi braukdami jas pečiais – ir kiekvieną jų kelio centimetrą, todėl jie piktai išspinduliuoja nuo kelių iki kelių šimtų fotonų. .

Netrukus toks pat elgesys buvo aptiktas visuose kituose gana švariuose ir skaidriuose skysčiuose, o vėliau Čerenkovo ​​spinduliuotė buvo užfiksuota net giliai vandenynuose. Žinoma, šviesos fotonai iš paviršiaus čia tikrai nepasiekia. Tačiau itin greitos dalelės, kurios išskrenda iš nedidelio kiekio irimo radioaktyviųjų dalelių, kartkartėmis jie sukuria švytėjimą, galbūt bent jau leidžiantį pamatyti vietos gyventojams.

Čerenkovo-Vavilovo spinduliuotė buvo pritaikyta moksle, branduolinė energija ir susijusias sritis. Atominių elektrinių reaktoriai ryškiai šviečia, pilni greitų dalelių. Tiksliai išmatavus šios spinduliuotės charakteristikas ir žinant fazės greitį mūsų darbo aplinka, galime suprasti, kokios dalelės tai sukėlė. Astronomai taip pat naudoja Čerenkovo ​​detektorius, kad aptiktų šviesą ir energiją kosminės dalelės: sunkius neįtikėtinai sunku įsibėgėti iki norimo greičio, be to, jie nesukuria spinduliuotės.

Burbulai ir skylės

Štai ant popieriaus lapo ropoja skruzdėlė. Jo greitis mažas, o vargšeliui reikia 10 sekundžių, kad pakiltų nuo kairiojo lėktuvo krašto į dešinę, bet kai tik pasigailime ir sulenkiame popierių, sujungdami jo kraštus, jis akimirksniu „teleportuojasi“ į. norimą tašką. Kažką panašaus galima padaryti ir su mūsų gimtuoju erdvėlaikiu, tik tas skirtumas, kad lenkimui reikia kitų, mums nesuvokiamų, dimensijų, formuojančių erdvėlaikio tunelius – garsiąsias kirmgraužes, arba kirmgraužes.

Beje, remiantis naujomis teorijomis, tokios kirmgraužos yra tam tikras erdvės ir laiko atitikmuo jau pažįstamam kvantiniam susipynimo fenomenui. Apskritai jų egzistavimas neprieštarauja jokioms svarbioms šiuolaikinės fizikos sąvokoms, įskaitant. Tačiau išlaikyti tokį tunelį Visatos audinyje, kažkas šiek tiek panašaus į tikras mokslas, yra hipotetinė „egzotiška medžiaga“, kurios energijos tankis yra neigiamas. Kitaip tariant, tai turi būti tokia materija, kuri sukelia gravitacinį... atstūmimą. Sunku įsivaizduoti, kad ši egzotiška rūšis kada nors bus rasta, o tuo labiau prisijaukinta.

Unikali alternatyva kirmgraužoms gali būti dar egzotiškesnė erdvėlaikio deformacija – judėjimas šio kontinuumo lenktos struktūros burbulo viduje. Idėją 1993 metais išsakė fizikas Miguelis Alcubierre'as, nors mokslinės fantastikos rašytojų kūriniuose ji nuskambėjo gerokai anksčiau. Tai tarsi erdvėlaivis, kuris juda, suspausdamas ir sutraiškydamas erdvėlaikį priešais savo nosį ir vėl išlygindamas jį už nugaros. Pats laivas ir jo įgula lieka vietiniame regione, kur erdvė-laikas išlaiko normalią geometriją ir nepatiria jokių nepatogumų. Tai aiškiai matoma tarp svajotojų populiarioje „Star Trek“ serijoje, kur toks „metmenų variklis“ leidžia keliauti, nebūdami kuklūs, per visą Visatą.

Statusas: nuo fantastiško iki teorinio

Fotonai yra bemasės dalelės, kaip ir kai kurios kitos: jų masė ramybės būsenoje lygi nuliui, o kad visiškai neišnyktų, jie priversti visada judėti ir visada šviesos greičiu. Tačiau kai kurios teorijos rodo, kad egzistuoja kur kas egzotiškesnės dalelės – tachionai. Jų masė, kuri yra mūsų pamėgtoje formulėje E = mc 2, pateikiama ne pirminiu skaičiumi, o įsivaizduojamu skaičiumi, įskaitant specialų matematinį komponentą, kurio kvadratas suteikia neigiamas skaičius. Tai labai naudingą turtą, o mūsų mylimo serialo „Žvaigždžių kelias“ rašytojai savo fantastiško variklio veikimą paaiškino būtent „panaudodami tachionų energiją“.

Tiesą sakant, įsivaizduojama masė daro neįtikėtiną: tachionai, įsibėgėdami, turi prarasti energiją, todėl jiems viskas gyvenime yra visiškai kitaip, nei manėme. Susidūrę su atomais jie praranda energiją ir įsibėgėja, todėl kitas susidūrimas bus dar stipresnis, o tai atims dar daugiau energijos ir vėl paspartins tachionus iki begalybės. Akivaizdu, kad toks savęs įtraukimas tiesiog pažeidžia pagrindinius priežasties ir pasekmės ryšius. Galbūt todėl tachionus kol kas tiria tik teoretikai: niekas dar nematė nė vieno priežasties-pasekmės santykių nykimo pavyzdžio gamtoje, o jei matai, ieškok tachiono ir Nobelio premija numatyta jums.

Tačiau teoretikai vis dar įrodė, kad tachionų gali ir nebūti, bet tolimoje praeityje jie galėjo egzistuoti, ir, remiantis kai kuriomis idėjomis, begalinės jų galimybės suvaidino svarbų vaidmenį svarbus vaidmuo Didžiojo sprogimo metu. Tachionų buvimas paaiškina itin nestabilią netikro vakuumo būseną, kurioje Visata galėjo būti prieš savo gimimą. Tokiame pasaulio paveiksle greičiau už šviesą judantys tachionai yra tikrasis mūsų egzistavimo pagrindas, o Visatos atsiradimas apibūdinamas kaip klaidingo vakuumo tachioninio lauko perėjimas į tikrojo infliacinį lauką. Verta pridurti, kad visos tai yra gana garbingos teorijos, nepaisant to, kad pagrindiniai Einšteino dėsnių ir net priežasties-pasekmės santykio pažeidėjai pasirodo esą visų priežasčių ir pasekmių joje steigėjai.

Tamsos greitis

Statusas: filosofinis

Filosofiškai kalbant, tamsa yra tiesiog šviesos nebuvimas, o jų greitis turėtų būti vienodas. Tačiau pagalvokite atidžiau: tamsa gali įgauti formą, kuri juda daug greičiau. Šios formos pavadinimas yra šešėlis. Įsivaizduokite, kad pirštais rodote šuns siluetą priešingoje sienoje. Žibintuvėlio spindulys išsiskiria, o jūsų rankos šešėlis tampa daug didesnis nei pačios rankos. Pakanka menkiausio piršto judesio, kad jo šešėlis ant sienos judėtų pastebimu atstumu. O jei mestume šešėlį į Mėnulį? Ar į įsivaizduojamą ekraną dar toliau?..

Vos pastebima banga – ir ji bėgs bet kokiu greičiu, kurį nustato tik geometrija, todėl joks Einšteinas jai negali pasakyti. Tačiau su šešėliais geriau neflirtuoti, nes jie mus lengvai apgauna. Verta grįžti į pradžią ir prisiminti, kad tamsa yra tiesiog šviesos nebuvimas, todėl ne fizinis objektas tokiu judesiu neperduodama. Nėra dalelių, informacijos, erdvėlaikio deformacijų, yra tik mūsų iliuzija, kad tai atskiras reiškinys. Realiame pasaulyje jokia tamsa negali prilygti šviesos greičiui.

2017 m. kovo 25 d

Kelionės superluminal greičiu yra vienas iš kosmoso tyrinėjimo pagrindų. mokslinė fantastika. Tačiau turbūt visi – net ir nuo fizikos nutolę žmonės – žino, kad didžiausias galimas materialių objektų judėjimo ar bet kokių signalų sklidimo greitis yra šviesos greitis vakuume. Jis žymimas raide c ir yra beveik 300 tūkstančių kilometrų per sekundę; tiksli vertė c ​​= 299 792 458 m/s.

Šviesos greitis vakuume yra vienas iš pagrindinių fizinės konstantos. Iš Einšteino specialiosios reliatyvumo teorijos (STR) išplaukia, kad neįmanoma pasiekti greičio, viršijančio c. Jei būtų galima įrodyti, kad signalų perdavimas superluminal greičiu yra įmanomas, reliatyvumo teorija nukristų. Kol kas to neįvyko, nepaisant daugybės bandymų paneigti draudimą egzistuoti didesnius nei c greičius. Tačiau į eksperimentiniai tyrimai Pastaruoju metu buvo atrasti labai įdomūs reiškiniai, rodantys, kad specialiai sukurtomis sąlygomis galima stebėti superluminalinius greičius ir tuo pačiu nepažeidžiami reliatyvumo teorijos principai.

Pirmiausia prisiminkime pagrindinius aspektus, susijusius su šviesos greičio problema.

Visų pirma: kodėl neįmanoma (įprastomis sąlygomis) viršyti šviesos ribą? Nes tada pažeidžiamas pamatinis mūsų pasaulio dėsnis – priežastingumo dėsnis, pagal kurį pasekmė negali būti pirmesnė už priežastį. Niekas niekada nepastebėjo, kad, pavyzdžiui, lokys pirmiausia nukrito negyvas, o paskui nušovė medžiotojas. Kai greitis viršija c, įvykių seka pasikeičia, laiko juosta atsukama atgal. Tai lengva patikrinti remiantis toliau pateiktais paprastais argumentais.

Tarkime, kad esame kažkokiame kosminiame stebuklų laive, judančiame greičiau už šviesą. Tada palaipsniui pasivytume šaltinio skleidžiamą šviesą vis ankstesniais laikais. Pirmiausia pasivytume fotonus, išspinduliuotus, tarkime, vakar, tada tuos, kurie buvo išspinduliuoti užvakar, tada savaitę, mėnesį, prieš metus ir pan. Jei šviesos šaltinis būtų veidrodis, atspindintis gyvenimą, tai iš pradžių matytume vakarykščius įvykius, po to užvakar ir pan. Galėtume matyti, tarkime, senuką, kuris pamažu virsta vidutinio amžiaus vyru, paskui jaunuoliu, jaunyste, vaiku... Tai yra, laikas apsisuktų atgal, iš dabarties pereitume į praeitis. Tada priežastys ir pasekmės pakeistų vietas.

Nors ši diskusija visiškai ignoruoja technines šviesos stebėjimo proceso detales, iš esmės ji aiškiai parodo, kad judėjimas superluminal greičiu veda į situaciją, kuri mūsų pasaulyje yra neįmanoma. Tačiau gamta nustatė dar griežtesnes sąlygas: judėjimas ne tik superluminiu greičiu nepasiekiamas, bet ir dideliu greičiu. vienodas greitisšviesa – prie jos galima tik prieiti. Iš reliatyvumo teorijos seka, kad didėjant judėjimo greičiui, atsiranda trys aplinkybės: judančio objekto masė didėja, jo dydis judėjimo kryptimi mažėja, o laiko tėkmė šiuo objektu sulėtėja (nuo taško išorinio „ilsinčio“ stebėtojo žvilgsnis). Esant įprastam greičiui, šie pokyčiai yra nereikšmingi, tačiau artėjant prie šviesos greičio tampa vis labiau pastebimi, o ribinėje - esant c greičiui - masė tampa be galo didelė, objektas visiškai praranda dydį kryptimi. judėjimo ir laikas jame sustoja. Todėl joks materialus kūnas negali pasiekti šviesos greičio. Tik pati šviesa turi tokį greitį! (Ir taip pat „viską prasiskverbianti“ dalelė - neutrinas, kuris, kaip ir fotonas, negali judėti mažesniu nei c greičiu.)

Dabar apie signalo perdavimo greitį. Čia tikslinga naudoti šviesos vaizdavimą elektromagnetinių bangų pavidalu. Kas yra signalas? Tai tam tikra informacija, kurią reikia perduoti. Ideali elektromagnetinė banga yra begalinė, griežtai vieno dažnio sinusoidė, ir ji negali nešti jokios informacijos, nes kiekvienas tokios sinusoidės periodas tiksliai kartoja ankstesnįjį. Sinusinės bangos fazės judėjimo greitis – vadinamasis fazės greitis – tam tikromis sąlygomis gali viršyti šviesos greitį vakuume terpėje. Čia nėra jokių apribojimų, nes fazės greitis nėra signalo greitis - jo dar nėra. Norėdami sukurti signalą, turite padaryti tam tikrą "ženklą" ant bangos. Toks ženklas gali būti, pavyzdžiui, bet kurio bangos parametro pasikeitimas – amplitudė, dažnis ar pradinė fazė. Tačiau kai tik padaroma žyma, banga praranda savo sinusiškumą. Ji tampa moduliuota, susidedanti iš paprastų sinusinių bangų rinkinio su skirtingomis amplitudėmis, dažniais ir pradinės fazės- bangų grupės. Greitis, kuriuo ženklas juda moduliuotoje bangoje, yra signalo greitis. Sklindant terpėje šis greitis dažniausiai sutampa su grupės greičiu, kuris apibūdina minėtos bangų grupės kaip visumos sklidimą (žr. „Mokslas ir gyvenimas“ Nr. 2, 2000). Normaliomis sąlygomis grupės greitis, taigi ir signalo greitis, yra mažesnis už šviesos greitį vakuume. Neatsitiktinai čia vartojamas posakis „normaliomis sąlygomis“, nes kai kuriais atvejais grupės greitis gali viršyti c arba net prarasti prasmę, tačiau tada jis nereiškia signalo sklidimo. Degalinė nustato, kad neįmanoma perduoti signalo didesniu nei c greičiu.

Kodėl taip yra? Nes kliūtis bet kokiam signalui perduoti didesniu nei c greičiu yra tas pats priežastingumo dėsnis. Įsivaizduokime tokią situaciją. Tam tikru momentu A šviesos blyksnis (įvykis 1) įjungia įrenginį, siunčiantį tam tikrą radijo signalą, o atokiame taške B, veikiant šiam radijo signalui, įvyksta sprogimas (2 įvykis). Akivaizdu, kad 1 įvykis (sprogimas) yra priežastis, o 2 įvykis (sprogimas) yra pasekmė, kuri įvyksta. vėlesnės priežastys. Bet jei radijo signalas sklistų superluminal greičiu, stebėtojas šalia taško B pirmiausia pamatytų sprogimą, o tik tada šviesos blyksnio greičiu jį pasiekusio sprogimo priežastį. Kitaip tariant, šiam stebėtojui 2 įvykis būtų įvykęs anksčiau nei 1 įvykis, tai yra, poveikis būtų buvęs prieš priežastį.

Dera pabrėžti, kad reliatyvumo teorijos „superluminal draudimas“ taikomas tik materialių kūnų judėjimui ir signalų perdavimui. Daugeliu atvejų galimas judėjimas bet kokiu greičiu, tačiau tai nebus materialių objektų ar signalų judėjimas. Pavyzdžiui, įsivaizduokite dvi gana ilgas liniuotes, gulinčias toje pačioje plokštumoje, iš kurių viena yra horizontaliai, o kita kerta ją nedideliu kampu. Jei pirmoji liniuotė dideliu greičiu stumiama žemyn (rodyklės nurodyta kryptimi), liniuočių susikirtimo taškas gali bėgti taip greitai, kaip norima, tačiau šis taškas nėra materialus kūnas. Kitas pavyzdys: jei paimsite žibintuvėlį (arba, tarkime, lazerį, skleidžiantį siaurą spindulį) ir greitai aprašysite lanką ore, tada linijinis greitisŠviesos spindulys didės didėjant atstumui ir pakankamai dideliu atstumu viršys c. Šviesos taškas judės tarp taškų A ir B superluminal greičiu, tačiau tai nebus signalo perdavimas iš A į B, nes toks šviesos taškas neneša jokios informacijos apie tašką A.

Atrodytų, superluminal greičių klausimas buvo išspręstas. Tačiau XX amžiaus šeštajame dešimtmetyje teoriniai fizikai iškėlė superluminalinių dalelių, vadinamų tachionais, egzistavimo hipotezę. Tai labai keistos dalelės: teoriškai jos įmanomos, tačiau norint išvengti prieštaravimų su reliatyvumo teorija, joms reikėjo priskirti įsivaizduojamą ramybės masę. Fiziškai įsivaizduojama masė neegzistuoja, ji yra grynai matematinė abstrakcija. Tačiau tai nesukėlė didelio nerimo, nes tachionai negali būti ramybėje - jie egzistuoja (jei jie yra!) tik greičiu, viršijančiu šviesos greitį vakuume, ir tokiu atveju tachionų masė pasirodo esanti tikra. Čia yra tam tikra analogija su fotonais: fotonas turi nulinę ramybės masę, bet tai tiesiog reiškia, kad fotonas negali būti ramybės būsenoje – šviesa negali būti sustabdyta.

Sunkiausias dalykas, kaip ir buvo galima tikėtis, pasirodė tachiono hipotezę suderinti su priežastingumo dėsniu. Bandymai šia kryptimi, nors ir gana išradingi, akivaizdžios sėkmės neatnešė. Niekas taip pat negalėjo eksperimentiškai registruoti tachionų. Dėl to susidomėjimas tachionais kaip superluminal elementariomis dalelėmis palaipsniui išnyko.

Tačiau septintajame dešimtmetyje eksperimentiškai buvo atrastas reiškinys, kuris iš pradžių supainiojo fizikus. Tai išsamiai aprašyta A. N. Oraevskio straipsnyje „Super šviesos bangos stiprinančioje terpėje" (UFN Nr. 12, 1998). Čia trumpai apibendrinsime reikalo esmę, besidomintį skaitytoją nukreipdami į nurodytą straipsnį.

Netrukus po lazerių atradimo – šeštojo dešimtmečio pradžioje – iškilo problema gauti trumpus (trunkančius apie 1 ns = 10-9 s) didelės galios šviesos impulsus. Norėdami tai padaryti, per optinį kvantinį stiprintuvą buvo perduotas trumpas lazerio impulsas. Spindulį skaidantis veidrodis impulsas buvo padalintas į dvi dalis. Vienas iš jų, galingesnis, buvo siunčiamas į stiprintuvą, o kitas sklindantis ore ir tarnavo kaip atskaitos impulsas, su kuriuo buvo galima palyginti impulsą, einantį per stiprintuvą. Abu impulsai buvo tiekiami į fotodetektorius, o jų išvesties signalus buvo galima vizualiai stebėti osciloskopo ekrane. Buvo tikimasi, kad šviesos impulsas, einantis per stiprintuvą, patirs tam tikrą vėlavimą, palyginti su etaloniniu impulsu, tai yra, šviesos sklidimo greitis stiprintuve bus mažesnis nei ore. Įsivaizduokite mokslininkų nuostabą, kai jie atrado, kad impulsas stiprintuvu sklinda ne tik didesniu greičiu nei ore, bet ir kelis kartus didesniu nei šviesos greitis vakuume!

Atsigavęs po pirmojo šoko, fizikai pradėjo ieškoti tokio netikėto rezultato priežasties. Dėl specialiosios reliatyvumo teorijos principų niekam nekilo net menkiausios abejonės, ir būtent tai padėjo rasti teisingą paaiškinimą: jei SRT principai išsaugomi, tai atsakymo reikėtų ieškoti stiprinančios terpės savybėse.

Čia nesigilindami į detales, mes tik tai atkreipsime dėmesį išsamią analizę sustiprinančios terpės veikimo mechanizmas visiškai išaiškino situaciją. Esmė buvo fotonų koncentracijos pasikeitimas impulso sklidimo metu – pokytis, kurį sukelia terpės stiprinimo pokytis iki neigiama reikšmė praeinant galinei impulso daliai, kai terpė jau sugeria energiją, nes dėl jos perdavimo šviesos impulsui jau išnaudotas jos pačios rezervas. Absorbcija sukelia ne impulso padidėjimą, o susilpnėjimą, todėl impulsas sustiprėja priekinėje dalyje ir susilpnėja užpakalinėje dalyje. Įsivaizduokime, kad stebime impulsą, naudodami prietaisą, judantį šviesos greičiu stiprintuvo terpėje. Jei terpė būtų skaidri, pamatytume impulsą sustingusį nejudėjimo. Aplinkoje, kurioje vyksta aukščiau minėtas procesas, pulso priekinės briaunos stiprėjimas ir užpakalinės briaunos susilpnėjimas stebėtojui pasirodys taip, kad terpė tarsi pastūmėjo impulsą į priekį. Bet kadangi prietaisas (stebėtojas) juda šviesos greičiu, o impulsas jį aplenkia, tai impulso greitis viršija šviesos greitį! Būtent šį efektą užfiksavo eksperimentuotojai. Ir čia tikrai nėra jokio prieštaravimo reliatyvumo teorijai: amplifikacijos procesas yra tiesiog toks, kad anksčiau išlindusių fotonų koncentracija pasirodo didesnė nei vėliau. Ne fotonai juda superluminal greičiu, o impulso gaubtas, ypač jo maksimumas, kuris stebimas osciloskopu.

Taigi, kai įprastose terpėse visada silpnėja šviesa ir mažėja jos greitis, nulemtas lūžio rodiklio, tai aktyviosiose lazerinėse terpėse vyksta ne tik šviesos stiprinimas, bet ir impulso sklidimas superluminal greičiu.

Kai kurie fizikai bandė eksperimentiškai įrodyti superluminalinį judėjimą tunelio efekto metu – vieną iš labiausiai nuostabūs reiškiniai kvantinėje mechanikoje. Šis efektas susideda iš to, kad mikrodalelė (tiksliau, mikroobjektas, kuris skirtingomis sąlygomis pasižymi ir dalelės, ir bangos savybėmis) gali prasiskverbti per vadinamąjį potencialų barjerą – reiškinį, kuris yra visiškai neįmanoma klasikinėje mechanikoje (kurioje tokia situacija būtų analogiška: į sieną įmestas kamuolys atsidurtų kitoje sienos pusėje arba banginis judesys, perduotas prie sienos pririštai virvei kitoje pusėje prie sienos pririšta virvė). Tunelio efekto esmė kvantinėje mechanikoje yra tokia. Jei tam tikrą energiją turintis mikroobjektas susiduria su sritimi su potenciali energija, viršijant mikroobjekto energiją, ši sritis jam yra barjeras, kurio aukštį lemia energijos skirtumas. Bet mikroobjektas „nuteka“ per užtvarą! Tokią galimybę jam suteikia gerai žinomas Heisenbergo neapibrėžtumo santykis, parašytas sąveikos energijai ir laikui. Jei mikroobjekto sąveika su barjeru vyksta per gana tam tikrą laiką, tada mikroobjekto energija, priešingai, pasižymės neapibrėžtumu, o jei ši neapibrėžtis yra užtvaros aukščio dydžio, tada pastaroji nustoja būti neįveikiama kliūtimi mikroobjektui. Būtent prasiskverbimo per potencialų barjerą greitis tapo daugelio fizikų tyrimų objektu, manančių, kad jis gali viršyti c.

1998 m. birželį Kelne įvyko tarptautinis simpoziumas superluminalinio judėjimo problemoms spręsti, kuriame buvo aptarti keturiose laboratorijose – Berklyje, Vienoje, Kelne ir Florencijoje – gauti rezultatai.

Ir galiausiai, 2000 m., pasirodė pranešimai apie du naujus eksperimentus, kuriuose pasirodė superluminalinio sklidimo poveikis. Vieną jų atliko Lijunas Wongas su kolegomis Prinstono tyrimų institute (JAV). Jo rezultatas – šviesos impulsas, patekęs į kamerą, užpildytą cezio garais, padidina jo greitį 300 kartų. Paaiškėjo, kad pagrindinė dalis Impulsas palieka tolimąją kameros sienelę net anksčiau nei impulsas patenka į kamerą per priekinę sieną. Ši situacija prieštarauja ne tik sveikas protas, bet iš esmės reliatyvumo teorija.

L. Wongo žinia sukėlė intensyvias diskusijas tarp fizikų, kurių dauguma nebuvo linkę gautuose rezultatuose įžvelgti reliatyvumo principų pažeidimo. Jų nuomone, iššūkis yra teisingai paaiškinti šį eksperimentą.

L. Wong eksperimente šviesos impulsas, patekęs į kamerą su cezio garais, truko apie 3 μs. Cezio atomai gali egzistuoti šešiolikoje galimų kvantinių mechaninių būsenų, vadinamų „hipersmulkiais pagrindinės būsenos magnetiniais polygiais“. Naudojant optinį lazerinį siurbimą, beveik visi atomai buvo perkelti tik į vieną iš šių šešiolikos būsenų, atitinkančių beveik absoliučią nulinę temperatūrą Kelvino skalėje (-273,15 ° C). Cezio kameros ilgis buvo 6 centimetrai. Vakuume šviesa nuskrieja 6 centimetrus per 0,2 ns. Kaip parodė matavimai, šviesos impulsas praėjo per kamerą su ceziu per laiką, kuris buvo 62 ns trumpesnis nei vakuume. Kitaip tariant, laikas, per kurį pulsas praeina per cezio terpę, turi minuso ženklą! Iš tiesų, jei iš 0,2 ns atimsime 62 ns, gausime „neigiamą“ laiką. Šis „neigiamas delsimas“ terpėje – nesuprantamas laiko šuolis – lygus laikui, per kurį impulsas 310 kartų praeitų per kamerą vakuume. Šio „laikino apsisukimo“ pasekmė buvo ta, kad iš kameros išeinantis impulsas sugebėjo nuo jos pasislinkti 19 metrų, kol įeinantis impulsas pasiekė artimą kameros sienelę. Kaip galima tokius paaiškinti neįtikėtina situacija(nebent, žinoma, abejojate eksperimento grynumu)?

Sprendžiant iš vykstančios diskusijos, tikslus paaiškinimas dar nerastas, tačiau neabejotina, kad čia turi įtakos neįprastos terpės sklaidos savybės: cezio garai, susidedantys iš lazerio šviesos sužadintų atomų, yra terpė su anomalia dispersija. . Trumpai prisiminkime, kas tai yra.

Medžiagos dispersija – tai fazinio (įprastojo) lūžio rodiklio n priklausomybė nuo šviesos bangos ilgio l. Esant normaliai dispersijai, lūžio rodiklis didėja mažėjant bangos ilgiui, o taip yra stikle, vandenyje, ore ir visose kitose šviesai skaidriose medžiagose. Medžiagose, kurios stipriai sugeria šviesą, lūžio rodiklio eiga pasikeitus bangos ilgiui pasikeičia ir tampa daug statesnė: mažėjant l (didėjant dažniui w), lūžio rodiklis smarkiai sumažėja ir tam tikroje bangos ilgio srityje tampa mažesnis už vienetą ( fazės greitis Vf > s ). Tai anomali dispersija, kai šviesos sklidimo medžiagoje modelis radikaliai pasikeičia. Grupės greitis Vgr tampa didesnis už bangų fazinį greitį ir gali viršyti šviesos greitį vakuume (taip pat tapti neigiamas). L. Wong nurodo šią aplinkybę kaip priežastį, slypinčią priežastį, pagrindžiančią galimybę paaiškinti savo eksperimento rezultatus. Tačiau reikia pažymėti, kad sąlyga Vgr > c yra grynai formali, nes grupės greičio sąvoka buvo įvesta mažos (normalios) dispersijos atveju, skaidrioms terpėms, kai bangų grupė beveik nekeičia savo formos. dauginimosi metu. Anomalios sklaidos regionuose šviesos impulsas greitai deformuojasi ir grupės greičio sąvoka praranda prasmę; šiuo atveju įvedamos signalo greičio ir energijos sklidimo greičio sąvokos, kurios skaidriose terpėse sutampa su grupės greičiu, o terpėse su sugertimi išlieka mažesni už šviesos greitį vakuume. Tačiau Wongo eksperimente įdomu štai kas: šviesos impulsas, praeinantis per terpę su anomalia sklaida, nėra deformuojamas – jis tiksliai išlaiko savo formą! Ir tai atitinka prielaidą, kad impulsas sklinda grupės greičiu. Bet jei taip, tada pasirodo, kad terpėje nėra absorbcijos, nors anomali terpės sklaida yra būtent dėl ​​absorbcijos! Pats Wongas, nors ir pripažįsta, kad daug kas lieka neaišku, mano, kad tai, kas vyksta jo eksperimentinėje sąrangoje, gali būti aiškiai paaiškinta taip.

Šviesos impulsą sudaro daugybė skirtingų bangos ilgių (dažnių) komponentų. Paveikslėlyje pavaizduoti trys iš šių komponentų (1-3 bangos). Tam tikru momentu visos trys bangos yra fazėje (jų maksimumai sutampa); čia jie, sumuodami, sustiprina vienas kitą ir formuoja impulsą. Kadangi bangos ir toliau sklinda erdvėje, jos tampa defazuotos ir taip „atšaukia“ viena kitą.

Anomalinės dispersijos srityje (cezio ląstelės viduje) trumpesnė banga (1 banga) tampa ilgesnė. Ir atvirkščiai, banga, kuri buvo ilgiausia iš trijų (3 banga), tampa trumpiausia.

Vadinasi, bangų fazės atitinkamai kinta. Kai bangos praėjo pro cezio ląstelę, jos bangų frontai yra restauruojami. Patyrusios neįprastą fazės moduliavimą medžiagoje, kurios dispersija yra nenormali, trys aptariamos bangos tam tikru momentu vėl atsiduria fazėje. Čia jie vėl sumuojasi ir sudaro lygiai tokios pat formos impulsą, kaip ir į cezio terpę.

Paprastai ore ir iš tikrųjų bet kokioje skaidrioje aplinkoje su normali dispersijašviesos impulsas negali tiksliai išlaikyti savo formos, kai sklinda per tolimą atstumą, tai yra, visi jo komponentai negali būti fazuojami jokiame tolimame sklidimo kelio taške. O normaliomis sąlygomis tokiame tolimame taške po kurio laiko atsiranda šviesos impulsas. Tačiau dėl nenormalių eksperimente naudotos terpės savybių impulsas atokiame taške pasirodė fazuotas taip pat, kaip ir įeinant į šią terpę. Taigi šviesos impulsas elgiasi taip, tarsi pakeliui į tolimą tašką turėtų neigiamą laiko uždelsimą, tai yra, jis atvyktų į jį ne vėliau, o anksčiau, nei praėjo per terpę!

Dauguma fizikų yra linkę sieti šį rezultatą su mažo intensyvumo pirmtako atsiradimu dispersinėje kameros terpėje. Esmė ta, kad kada spektrinis skilimas impulso spektre yra savavališkai aukštų dažnių komponentai, kurių amplitudė yra nežymiai maža, vadinamasis pirmtakas, einantis prieš „pagrindinę impulso dalį“. Įsikūrimo pobūdis ir pirmtako forma priklauso nuo sklaidos aplinkoje dėsnio. Atsižvelgiant į tai, Wongo eksperimento įvykių seką siūloma aiškinti taip. Ateinanti banga, „ištempdama“ pranašą į priekį, artėja prie kameros. Prieš įeinančios bangos smailei pasiekiant artimą kameros sienelę, pirmtakas kameroje pradeda impulsą, kuris pasiekia tolimąją sieną ir atsispindi nuo jos, sudarydamas „atvirkštinę bangą“. Ši banga, sklindanti 300 kartų greičiau nei c, pasiekia artimą sieną ir susitinka su įeinančia banga. Vienų bangų viršūnės susitinka su kitos bangomis, todėl jos viena kitą naikina ir dėl to nieko nelieka. Pasirodo, ateinanti banga „grąžina skolą“ cezio atomams, kurie jai „paskolino“ energiją kitame kameros gale. Kiekvienas, kuris stebėjo tik eksperimento pradžią ir pabaigą, matytų tik šviesos impulsą, kuris „šoktelėjo“ į priekį laike, judėdamas greičiau nei c.

L. Wongas mano, kad jo eksperimentas neatitinka reliatyvumo teorijos. Teiginys apie superluminalinio greičio nepasiekimą, jo manymu, taikomas tik objektams, kurių masė yra ramybės būsenoje. Šviesa gali būti pavaizduota arba bangų pavidalu, kurioms masės sąvoka paprastai netaikoma, arba fotonų pavidalu, kurių ramybės masė, kaip žinoma, lygi nuliui. Todėl šviesos greitis vakuume, pasak Wongo, nėra riba. Tačiau Wongas pripažįsta, kad jo atrastas efektas neleidžia perduoti informacijos didesniu nei c greičiu.

„Čia informacija jau yra priekiniame pulso krašte, – sako JAV Los Alamos nacionalinės laboratorijos fizikas P. Milonni jos nesiunčia“.

Dauguma fizikų tuo tiki naujas darbas netaikomas gniuždantis smūgis pagal pamatinius principus. Tačiau ne visi fizikai mano, kad problema išspręsta. Profesorius A. Ranfagni iš italų tyrimų grupė, kuris atliko kitą įdomus eksperimentas 2000 m., mano, kad klausimas vis dar lieka atviras. Šis eksperimentas, kurį atliko Danielis Mugnai, Anedio Ranfagni ir Rocco Ruggeri, atskleidė, kad centimetrinės bangos radijo bangos įprastu oru sklinda 25% greičiau nei c.

Apibendrinant galime pasakyti štai ką.

Pastarųjų metų darbas rodo, kad tam tikromis sąlygomis iš tikrųjų gali atsirasti superluminal greitis. Bet kas tiksliai juda superluminal greičiu? Reliatyvumo teorija, kaip jau minėta, draudžia tokį greitį materialiems kūnams ir informaciją nešantiems signalams. Nepaisant to, kai kurie tyrėjai labai atkakliai bando pademonstruoti, kad įveikia šviesos barjerą specialiai signalams. To priežastis slypi tame, kad specialioji reliatyvumo teorija neturi griežto matematinio pagrindimo (pagrįsta, tarkime, Maksvelo lygtimis elektromagnetinis laukas) neįmanoma perduoti signalų didesniu nei c greičiu. Toks STR neįmanomumas nustatytas, galima sakyti, grynai aritmetiškai, remiantis Einšteino greičių pridėjimo formule, tačiau tai iš esmės patvirtina priežastingumo principas. Pats Einšteinas, svarstydamas superluminalinio signalo perdavimo klausimą, rašė, kad šiuo atveju „... esame priversti apsvarstyti galimą signalo perdavimo mechanizmą, kuriame pasiektas veiksmas yra prieš priežastį, tačiau tai yra grynai logiškas rezultatas požiūryje nėra savęs, mano nuomone, nėra prieštaravimų, tačiau jis taip prieštarauja visos mūsų patirties pobūdžiui, kad prielaidos V > c neįmanomas yra pakankamai įrodytas. Priežastingumo principas yra kertinis akmuo, dėl kurio neįmanoma perduoti superluminalinio signalo. Ir, matyt, visos be išimties superluminalinių signalų paieškos užkliūva už šio akmens, kad ir kaip eksperimentuotojai norėtų tokius signalus aptikti, nes tokia yra mūsų pasaulio prigimtis.

Bet vis tiek įsivaizduokime, kad reliatyvumo matematika vis tiek veiks superluminal greičiu. Tai reiškia, kad teoriškai vis dar galime sužinoti, kas nutiktų, jei kūnas viršytų šviesos greitį.

Įsivaizduokime du erdvėlaivius, skriejančius iš Žemės link žvaigždės, kuri yra 100 šviesmečių atstumu nuo mūsų planetos. Pirmasis laivas palieka Žemę 50% šviesos greičiu, todėl kelionę užbaigti prireiks 200 metų. Antrasis laivas, aprūpintas hipotetine metmenų pavara, skris 200% šviesos greičio, bet praėjus 100 metų po pirmojo. Kas atsitiks?

Remiantis reliatyvumo teorija, teisingas atsakymas labai priklauso nuo stebėtojo perspektyvos. Iš Žemės atrodys, kad pirmasis laivas jau nuplaukė nemažą atstumą, kol jį aplenkė antrasis laivas, judantis keturis kartus greičiau. Tačiau žvelgiant iš žmonių, esančių pirmame laive, požiūriu, viskas yra šiek tiek kitaip.

Laivas Nr. 2 juda greičiau nei šviesa, o tai reiškia, kad jis netgi gali aplenkti šviesą, kurią pats skleidžia. Tai veda prie savotiškos „šviesos bangos“ (analogiškai garso bangai, tik vietoje oro virpesių čia vibruoja šviesos bangos), kuri sukuria keletą įdomių efektų. Prisiminkite, kad 2 laivo šviesa juda lėčiau nei pats laivas. Rezultatas bus vizualinis padvigubėjimas. Kitaip tariant, pirmiausia laivo Nr.1 ​​įgula pamatys, kad šalia jų lyg niekur nieko atsirado antrasis laivas. Tada šviesa iš antrojo laivo su nedideliu vėlavimu pasieks pirmąjį, o rezultatas bus matoma kopija, kuri su nedideliu atsilikimu judės ta pačia kryptimi.

Kažką panašaus galima pastebėti ir kompiuteriniuose žaidimuose, kai dėl sistemos gedimo variklis įkelia modelį ir jo algoritmus galutiniame judesio taške greičiau nei baigiasi pati judesio animacija, todėl atsiranda daug kartų. Tikriausiai todėl mūsų sąmonė nesuvokia to hipotetinio Visatos aspekto, kuriame kūnai juda superluminal greičiu – galbūt taip yra geriausia.

P.S. ... bet viduje paskutinis pavyzdys Kažko nesuprantu, kodėl tikroji laivo padėtis siejama su "jo skleidžiama šviesa"? Na, net jei jie pamatys jį netinkamoje vietoje, iš tikrųjų jis aplenks pirmąjį laivą!

šaltinių