Aurinkokunta ei ole pitkään aikaan kiinnostanut tieteiskirjailijoita. Mutta yllättäen "alkuperäiset" planeettamme eivät anna paljon inspiraatiota joillekin tiedemiehille, vaikka niitä ei ole vielä käytännössä tutkittu.
Hädin tuskin leikattuaan ikkunan avaruuteen ihmiskunta revitään tuntemattomiin etäisyyksiin, eikä vain unissa, kuten ennen.
Sergei Korolev lupasi myös pian lentää avaruuteen "ammattiliiton lipulla", mutta tämä lause on jo puoli vuosisataa vanha, ja avaruusodysseia on edelleen eliitin osa - liian kallis. Kuitenkin kaksi vuotta sitten HACA käynnisti suurenmoisen projektin 100 vuotta tähtialus, johon kuuluu tieteellisen ja teknisen perustan asteittainen ja pitkäaikainen luominen avaruuslennoille.
Tämän ennennäkemättömän ohjelman pitäisi houkutella tutkijoita, insinöörejä ja harrastajia kaikkialta maailmasta. Jos kaikki onnistuu, 100 vuoden kuluttua ihmiskunta pystyy rakentamaan tähtienvälisen laivan, ja me liikumme aurinkokunnassa kuin raitiovaunut.
Mitkä ovat ongelmat, jotka on ratkaistava, jotta tähtien lennosta tulisi todellisuutta?
AIKA JA NOPEUS OVAT SUHTEELLISTA
Niin oudolta kuin se saattaakin tuntua, automaattisten ajoneuvojen tähtitiede näyttää joidenkin tutkijoiden mielestä olevan melkein ratkaistu ongelma. Ja tämä huolimatta siitä, että ei ole mitään järkeä laukaista automaatteja tähtiin nykyisellä etananopeuksilla (noin 17 km / s) ja muilla primitiivisillä (tällaisille tuntemattomille teille) laitteille.
Nyt amerikkalaiset Pioneer 10 ja Voyager 1 ovat lähteneet aurinkokunnasta, eikä niihin ole enää yhteyttä. Pioneer 10 liikkuu kohti Aldebarania. Jos hänelle ei tapahdu mitään, hän saavuttaa tämän tähden läheisyyden ... 2 miljoonassa vuodessa. Samalla tavalla ryömi universumin ja muiden laitteiden avaruudessa.
Joten riippumatta siitä, onko alus asumiskelpoinen vai ei, se tarvitsee lentääkseen tähtiin suuren nopeuden, joka on lähellä valonnopeutta. Tämä auttaa kuitenkin ratkaisemaan ongelman lentää vain lähimpiin tähtiin.
"Vaikka onnistuisimme rakentamaan tähtialuksen, joka voisi lentää lähellä valonnopeutta", K. Feoktistov kirjoitti, "matka-aika vain galaksissamme lasketaan vuosituhansissa ja kymmenissä vuosituhanneissa, koska sen halkaisija on on noin 100 000 valovuotta. Mutta maan päällä tapahtuu paljon muuta tänä aikana.
Suhteellisuusteorian mukaan ajan kuluminen kahdessa suhteessa toisiinsa liikkuvassa järjestelmässä on erilainen. Koska suurilla etäisyyksillä aluksella on aikaa kehittää nopeus, joka on hyvin lähellä valon nopeutta, aikaero Maan päällä ja laivalla on erityisen suuri.
Oletetaan, että tähtienvälisten lentojen ensimmäinen tavoite on alfa Centauri (kolmen tähden järjestelmä) - lähinnä meitä. Valonnopeudella voit lentää sinne 4,5 vuodessa, maan päällä kuluu kymmenen vuotta tänä aikana. Mutta mitä suurempi etäisyys, sitä suurempi aikaero.
Muistatko Ivan Efremovin kuuluisan Andromeda-sumun? Siellä lentoa mitataan vuosina ja maallisissa. Lievästi sanottuna kaunis tarina. Tämä haluttu sumu (tarkemmin sanottuna Andromedan galaksi) sijaitsee kuitenkin 2,5 miljoonan valovuoden etäisyydellä meistä.
Joidenkin laskelmien mukaan astronautien matka kestää yli 60 vuotta (tähtilaivatuntien mukaan), mutta maapallolla kuluu kokonainen aikakausi. Kuinka heidän kaukaiset jälkeläisensä kohtaavat avaruuden "neandertalilaiset"? Ja tuleeko maapallo ylipäätään eloon? Eli paluu on periaatteessa merkityksetöntä. Kuitenkin, kuten itse lento: meidän on muistettava, että näemme Andromedan galaksin sellaisena kuin se oli 2,5 miljoonaa vuotta sitten - niin suuri osa sen valosta saavuttaa meidät. Mitä järkeä on lentää tuntemattomaan kohteeseen, jota ei kenties ole ollut pitkään aikaan, joka tapauksessa entisessä muodossaan ja vanhassa paikassa?
Tämä tarkoittaa, että jopa valonnopeudella tapahtuvat lennot ovat perusteltuja vain suhteellisen lähellä oleviin tähtiin asti. Kuitenkin valonnopeudella lentävät ajoneuvot elävät toistaiseksi vain teoriassa, joka muistuttaa tieteiskirjallisuutta, mutta tieteellistä.
PLANEETAN KOKO LAUS
Luonnollisesti ensinnäkin tiedemiehet keksivät idean käyttää tehokkainta lämpöydinreaktiota laivan moottorissa - kuten jo osittain hallittiin (sotilaallisiin tarkoituksiin). Kuitenkin, jotta voidaan matkustaa molempiin suuntiin nopeudella, joka on lähellä valonnopeutta, jopa järjestelmän ihanteellisella suunnittelulla, alkumassan ja lopullisen massan suhde on vähintään 10 kolmanteenkymmeneenteen potenssiin. Toisin sanoen avaruusalus näyttää valtavalta junalta, jossa on pienen planeetan kokoista polttoainetta. Tällaista kolossia on mahdotonta laukaista avaruuteen Maasta. Kyllä, ja kerää kiertoradalla - ei myöskään ole turhaan, että tutkijat eivät keskustele tästä vaihtoehdosta.
Ajatus aineen tuhoamisperiaatetta käyttävästä fotonimoottorista on erittäin suosittu.
Annihilaatio on hiukkasen ja antihiukkasen muuttumista törmäyksen aikana muiksi hiukkasiksi, jotka eroavat alkuperäisistä hiukkasista. Tutkituin on elektronin ja positronin tuhoutuminen, joka synnyttää fotoneja, joiden energia liikuttaa avaruusalusta. Amerikkalaisten fyysikkojen Ronan Keanen ja Wei-ming Zhangin laskelmat osoittavat, että nykyaikaisten teknologioiden perusteella on mahdollista luoda tuhoamismoottori, joka pystyy kiihdyttämään avaruusaluksen 70 prosenttiin valon nopeudesta.
Ongelmat alkavat kuitenkin lisää. Valitettavasti antiaineen käyttäminen rakettipolttoaineena on erittäin vaikeaa. Tuhoamisen aikana tapahtuu voimakkaimman gammasäteilyn välähdyksiä, jotka ovat haitallisia astronauteille. Lisäksi positronipolttoaineen kosketus alukseen on täynnä kohtalokasta räjähdystä. Lopuksi, ei ole vielä olemassa tekniikoita, joilla saataisiin riittävästi antimateriaa ja säilytetään sitä pitkään: esimerkiksi antivetyatomi "elää" nyt alle 20 minuuttia, ja milligramman positronien tuotanto maksaa 25 miljoonaa dollaria.
Mutta oletetaan, että ajan myötä nämä ongelmat voidaan ratkaista. Polttoainetta tarvitaan kuitenkin edelleen paljon, ja fotonitähtialuksen lähtömassa on verrattavissa Kuun massaan (Konstantin Feoktistovin mukaan).
PURJE Rikkoutui!
Suosituin ja realistisin tähtilaiva nykyään pidetään aurinkopurjeveneenä, jonka idea kuuluu Neuvostoliiton tiedemiehelle Friedrich Zanderille.
Aurinkopurje (valo, fotoni) on laite, joka käyttää auringonvalon painetta tai laseria peilipinnalla avaruusaluksen liikuttamiseen.
Vuonna 1985 amerikkalainen fyysikko Robert Forward ehdotti tähtienvälisen luotain, jota kiihdytetään mikroaaltoenergialla. Hankkeessa ennakoitiin, että luotain saavuttaisi lähimmät tähdet 21 vuodessa.
Kansainvälisessä tähtitieteellisessä kongressissa XXXVI ehdotettiin projektia laseravaruusalukselle, jonka liike saadaan aikaan Merkuriuksen kiertoradalla olevien optisten lasereiden energialla. Laskelmien mukaan tämän mallin tähtialuksen matka Epsilon Eridaniin (10,8 valovuotta) ja takaisin kestäisi 51 vuotta.
"On epätodennäköistä, että pystymme saavuttamaan merkittävää edistystä ymmärtämään maailmaa, jossa elämme, perustuen aurinkokuntamme matkoista saatuihin tietoihin. Luonnollisesti ajatus kääntyy tähtiin. Loppujen lopuksi aiemmin ymmärrettiin, että lennot Maan ympäri, lennot muille aurinkokuntamme planeetoille eivät ole perimmäinen tavoite. Tien tasoittaminen tähtiin näytti olevan päätehtävä.Nämä sanat eivät kuulu tieteiskirjailijalle, vaan avaruusalusten suunnittelijalle ja kosmonautille Konstantin Feoktistoville. Tiedemiehen mukaan aurinkokunnasta ei löydy mitään erityisen uutta. Ja tämä huolimatta siitä, että ihminen on toistaiseksi lentänyt vain kuuhun ...
Aurinkokunnan ulkopuolella auringonvalon paine kuitenkin lähestyy nollaa. Siksi on olemassa projekti aurinkopurjeveneen nopeuttamiseksi jonkin asteroidin laserjärjestelmillä.
Kaikki tämä on vielä teoriaa, mutta ensimmäiset askeleet ovat jo otettu.
Vuonna 1993 venäläisellä Progress M-15 -aluksella otettiin ensimmäistä kertaa käyttöön 20 metriä leveä aurinkopurje osana Znamya-2-projektia. Kun Progressia telakoitiin Mir-asemaan, sen miehistö asensi Progressiin heijastimen asennusyksikön. Tämän seurauksena heijastin loi 5 km leveän valopilkun, joka kulki Euroopan läpi Venäjälle 8 km/s nopeudella. Valopisteen kirkkaus vastasi suunnilleen täysikuuta.
Joten aurinkopurjeveneen etu on polttoaineen puute aluksella, haittoja purjeen suunnittelun haavoittuvuus: itse asiassa se on ohut kalvo, joka on venytetty rungon päälle. Missä on takuu, ettei purjeeseen tule reikiä kosmisista hiukkasista matkan varrella?
Purjeversio saattaa soveltua robottiluotainten, -asemien ja rahtilaivojen laukaisuun, mutta ei sovellu miehitetyille paluulennoille. On olemassa muitakin tähtialusmalleja, mutta ne muistuttavat jotenkin yllä olevia (samoilla massiivisilla ongelmilla).
Yllätyksiä TÄHDENVÄLISESSÄ AVARUUKSESSA
Näyttää siltä, että monet yllätykset odottavat matkailijoita universumissa. Esimerkiksi amerikkalainen Pioneer-10-laite juuri nojautuessaan ulos aurinkokunnasta alkoi kokea tuntematonta alkuperää, mikä aiheutti heikkoa hidastuvuutta. On tehty monia ehdotuksia, aina vielä tuntemattomiin inertian tai jopa ajan vaikutuksiin asti. Tälle ilmiölle ei edelleenkään ole yksiselitteistä selitystä, harkitaan useita erilaisia hypoteeseja: yksinkertaisista teknisistä (esimerkiksi laitteen kaasuvuodosta johtuva reaktiivinen voima) uusien fysikaalisten lakien käyttöönottoon.
Toinen avaruusalus, Voyager 1, havaitsi aurinkokunnan reunalla alueen, jolla oli voimakas magneettikenttä. Siinä tähtienvälisestä avaruudesta peräisin olevien varautuneiden hiukkasten paine saa Auringon luoman kentän paksuuntumaan. Laite on myös rekisteröitynyt:
- tähtienvälisestä avaruudesta aurinkokuntaan tunkeutuvien korkeaenergisten elektronien määrän kasvu (noin 100 kertaa);
- galaktisten kosmisten säteiden tason jyrkkä nousu - tähtienvälistä alkuperää olevat korkeaenergiavaraiset hiukkaset.
Tähtien välinen tila ei ole tyhjä. Kaikkialla on jäänteitä kaasusta, pölystä, hiukkasista. Kun yritetään liikkua nopeudella, joka on lähellä valonnopeutta, jokainen alukseen törmäävä atomi on kuin suurienergisten kosmisten säteiden hiukkanen. Kovan säteilyn taso tällaisen pommituksen aikana nousee sietämättömästi jopa lentojen aikana lähimpiin tähtiin.
Ja hiukkasten mekaaninen vaikutus sellaisilla nopeuksilla verrataan räjähtäviin luodeihin. Joidenkin laskelmien mukaan tähtialuksen suojaverkon jokainen senttimetri ammuttaisiin jatkuvasti nopeudella 12 laukausta minuutissa. On selvää, että mikään näyttö ei kestä tällaista altistumista useiden lentovuosien ajan. Tai sen paksuuden (kymmeniä ja satoja metrejä) ja massan (satoja tuhansia tonneja) on oltava liian suuri.
Itse asiassa tähtilaiva koostuu pääasiassa tästä seulasta ja polttoaineesta, joka vaatii useita miljoonia tonneja. Näistä olosuhteista johtuen lennot sellaisilla nopeuksilla ovat mahdottomia, varsinkin kun matkan varrella voi törmätä pölyn lisäksi johonkin suurempaan tai jäädä loukkuun tuntemattomaan painovoimakenttään. Ja sitten kuolema on taas väistämätön. Siten, vaikka avaruusalus on mahdollista kiihdyttää subluminaaliseen nopeuteen, se ei saavuta lopullista tavoitetta - sen tiellä on liikaa esteitä. Siksi tähtienväliset lennot voidaan suorittaa vain huomattavasti pienemmillä nopeuksilla. Mutta sitten aikatekijä tekee näistä lennoista merkityksettömiä.
Osoittautuu, että on mahdotonta ratkaista materiaalikappaleiden kuljettamisen ongelmaa galaktisten etäisyyksien yli lähellä valonnopeutta. Ei ole mitään järkeä murtautua tilan ja ajan läpi mekaanisen rakenteen avulla.
MOLE REIKÄ
Tieteiskirjallisuus, joka yrittää voittaa väistämätöntä aikaa, keksi kuinka "puristaa reikiä" avaruudessa (ja ajassa) ja "taittaa" se. He keksivät erilaisia hyperavaruushyppyjä avaruuden pisteestä toiseen ohittaen välialueet. Nyt tiedemiehet ovat liittyneet tieteiskirjailijoiden joukkoon.
Fyysikot alkoivat etsiä universumin äärimmäisiä aineen tiloja ja eksoottisia porsaanreikiä, joissa voi liikkua superluminaalisella nopeudella vastoin Einsteinin suhteellisuusteoriaa.
Näin syntyi idea madonreiästä. Tämä kuoppa yhdistää kaksi maailmankaikkeuden osaa kuin veistetty tunneli, joka yhdistää kaksi kaupunkia, joita erottaa korkea vuori. Valitettavasti madonreiät ovat mahdollisia vain absoluuttisessa tyhjiössä. Universumissamme nämä kolot ovat erittäin epävakaita: ne voivat yksinkertaisesti romahtaa ennen kuin avaruusalus pääsee sinne.
Vakaiden madonreikien luomiseen voit kuitenkin käyttää hollantilaisen Hendrik Casimirin löytämää vaikutusta. Se koostuu johtavien varautumattomien kappaleiden keskinäisestä vetovoimasta kvanttivärähtelyjen vaikutuksesta tyhjiössä. Osoittautuu, että tyhjiö ei ole täysin tyhjä, gravitaatiokentässä on vaihteluita, joissa hiukkaset ja mikroskooppiset madonreiät ilmestyvät spontaanisti ja katoavat.
Jää vain löytää yksi rei'istä ja venyttää se asettamalla se kahden suprajohtavan pallon väliin. Madonreiän toinen suu jää maan päälle, avaruusalus siirtää toisen lähes valon nopeudella tähteen - lopulliseen kohteeseen. Eli avaruusalus ikään kuin lävistää tunnelin. Kun tähtialus saavuttaa määränpäänsä, madonreikä avautuu todelliselle salamannopealle tähtienväliselle matkalle, jonka kesto lasketaan minuuteissa.
LOIMINEN KUPLA
Muistuttaa madonreikien kuplan kaarevuuden teoriaa. Vuonna 1994 meksikolainen fyysikko Miguel Alcubierre suoritti laskelmia Einsteinin yhtälöiden mukaisesti ja löysi teoreettisen mahdollisuuden avaruudellisen jatkumon aaltomuodonmuutokselle. Tässä tapauksessa tila kutistuu avaruusaluksen edessä ja samalla laajenee sen takana. Tähtialus on ikään kuin asetettu kaarevuuskuplaan, joka pystyy liikkumaan rajoittamattomalla nopeudella. Ajatuksen nerokkuus on, että avaruusalus lepää kaarevuuskuplassa, eikä suhteellisuusteorian lakeja rikota. Samaan aikaan itse kaarevuuskupla liikkuu, vääristäen paikallisesti aika-avaruutta.
Valoa nopeammin kulkemisen mahdottomuudesta huolimatta mikään ei estä avaruutta liikkumasta tai levittämästä aika-avaruuden loimia valoa nopeammin, minkä uskotaan tapahtuneen heti alkuräjähdyksen jälkeen universumin muodostuessa.
Kaikki nämä ideat eivät vielä sovi modernin tieteen puitteisiin, mutta vuonna 2012 NASA:n edustajat ilmoittivat valmistelevansa kokeellisen testin tohtori Alcubierren teorialle. Kuka tietää, ehkä Einsteinin suhteellisuusteoriasta tulee joskus osa uutta globaalia teoriaa. Loppujen lopuksi oppimisprosessi on loputon. Joten jonain päivänä voimme murtautua orjantappurien läpi tähtiin.
Irina GROMOVA
1) Valaisevatko ajovalot muita kohteita ja heijastavatko ne takaisin silmiin?
Ei. Kuten tiedät, et voi ylittää valon nopeutta. Tämä tarkoittaa, että yhteen suuntaan valo ei voi loistaa ollenkaan, koska se ei pysty ylittämään auton nopeutta, joten se ei koskaan sammu ajovaloista. Elämme kuitenkin moniulotteisessa maailmassa, eikä kaikki valo loista yhteen suuntaan.
Kuvittele kaksiulotteinen auto ilman massaa (eli liikkuu valon nopeudella), joka emittoi kaksi fotonia, yksi ylös ja toinen alas. Kaksi palkkia irtaantuvat ajoneuvosta ja jäävät sen taakse. Ne liikkuvat samalla valonnopeudella, mutta eivät voi liikkua eteenpäin yhtä nopeasti, koska yksi nopeusvektoreista on ylös/alas, joten ohitamme ne. Nämä fotonit kohtaavat sitten tiellään jonkin esteen, kuten tienviitan tai puun, ja heijastuvat takaisin. Ongelmana on, että he eivät enää saa sinua kiinni. Muut jalkakäytävällä kävelevät ihmiset voivat nähdä heijastuneen valon, mutta sinä olet jo lähtenyt etkä koskaan näe sitä.
Kaikki voidaan selittää sillä tosiasialla, että kaikki valo liikkuu samalla nopeudella missä tahansa. Sillä tuskin on mitään tekemistä suhteellisuusteorian kanssa.
On kuitenkin olemassa myös kovempi versio.
2) Voiko valonnopeudella liikkuvilla asioilla olla ajovalot? Voiko heillä edes olla näköä?
Tässä suhteellisuuden hullu totuus todella tulee esiin, joten sinun ei tarvitse hävetä, jos et ymmärrä jotain, mutta vastaus on jälleen ei.
Saatat olla perehtynyt relativistisen aikadilataatioon. Oletetaan, että istumme ystäväni kanssa eri junissa ja menemme kohti toisiamme. Ajaessamme ohi, jos katsomme ikkunan läpi seinäkelloa toistensa osastolla, niin sitten molemmat huomaa, että ne kulkevat tavallista hitaammin. Tämä ei johdu siitä, että kello hidastuu, vaan siitä, että meidän välinen valo tulee voimaan: mitä nopeammin liikumme, sitä hitaammin ikääntymme verrattuna vähemmän liikkuviin esineisiin. Tämä johtuu siitä, että aika ei ole absoluuttinen kaikille universumin esineille, se on erilainen jokaiselle esineelle ja riippuu sen nopeudesta. Aikamme riippuu meidän nopeus universumissa. Voit ajatella sen liikkuvana eri suuntiin aika-avaruuden mittakaavassa. Tässä on tietty ongelma, koska aivomme eivät ole sopeutuneet ymmärtämään aika-avaruuden geometriaa, vaan niillä on taipumus esittää aikaa absoluuttisena. Aiheeseen liittyvää kirjallisuutta luettuasi voit kuitenkin normaalisti ottaa sen luonnollisena tosiasiana: sinuun nähden nopeasti liikkuvat ikääntyvät hitaammin.
Oletetaan, että ystäväsi istuu hypoteettisessa autossa ja kiihtyy valonnopeudella. Joten korvataan sen nopeus kaavaamme ja katsotaan mikä on vastaus.
Voi voi! Hänellä ei näköjään ollut aikaa ollenkaan! Laskelmissamme täytyy olla jotain vikaa?! Osoittautuu, että ei. Aika. Ei. Olla olemassa. varten. Objektit. Käytössä. Nopeudet. Sveta.
Sitä ei vain ole olemassa.
Tämä tarkoittaa, että valonnopeudella olevat asiat eivät voi havaita "tapahtuvia" tapahtumia samalla tavalla kuin me havaitsemme ne. Tapahtumat eivät voi tapahtua heille. He voivat toimia, mutta he eivät saa kokemusta. Einstein itse sanoi kerran: "Aika on olemassa, jotta kaikki ei tapahdu kerralla." Tämä on koordinaatti, joka on suunniteltu rakentamaan tapahtumia mielekkääksi sekvenssiksi, jotta voimme ymmärtää mitä tapahtuu Mutta esineelle, joka liikkuu nopeudella valo, tämä periaate ei toimi, koska kaikki tapahtuu samaan aikaan. Valonnopeudella matkustava ei koskaan näe, ajattele tai tunne mitään, mitä pidämme merkityksellisenä.
Tässä on niin odottamaton johtopäätös.
Varjot voivat kulkea valoa nopeammin, mutta ne eivät voi kuljettaa ainetta tai tietoa
Onko superluminaalinen lento mahdollista?
Tämän artikkelin osioissa on alaotsikot, ja voit viitata kuhunkin osioon erikseen.
Yksinkertaisia esimerkkejä FTL-matkoista
1. Cherenkov-efekti
Kun puhumme superluminaalisesta liikkeestä, tarkoitamme valon nopeutta tyhjiössä. c(299 792 458 m/s). Siksi Cherenkov-ilmiötä ei voida pitää esimerkkinä superluminaalisesta liikkeestä.
2. Kolmas tarkkailija
Jos raketti A lentää pois minulta vauhdilla 0,6c länteen ja raketti B lentää pois minulta vauhdilla 0,6c itään, niin näen sen välisen etäisyyden A ja B kasvaa nopeuden myötä 1.2c. Ohjusten lentämistä katselemassa A ja B ulkopuolelta kolmas tarkkailija näkee, että ohjusten kokonaispoistonopeus on suurempi kuin c .
kuitenkin suhteellinen nopeus ei ole yhtä suuri kuin nopeuksien summa. raketin nopeus A raketin suhteen B on nopeus, jolla etäisyys rakettiin kasvaa A, jonka raketilla lentävä tarkkailija näkee B. Suhteellinen nopeus on laskettava käyttämällä relativistista nopeuden summauskaavaa. (Katso Kuinka lisäät nopeuksia erityissuhteellisuusteoriassa?) Tässä esimerkissä suhteellinen nopeus on suunnilleen 0,88c. Joten tässä esimerkissä emme saaneet FTL:ää.
3. Valo ja varjo
Ajattele kuinka nopeasti varjo voi liikkua. Jos lamppu on lähellä, sormesi varjo etäseinässä liikkuu paljon nopeammin kuin sormi liikkuu. Kun sormea liikutetaan yhdensuuntaisesti seinän kanssa, varjon nopeus sisään D/d kertaa sormen nopeutta suurempi. Tässä d on etäisyys lampusta sormeen ja D- lampusta seinään. Nopeus on vielä suurempi, jos seinä on vinossa. Jos seinä on hyvin kaukana, niin varjon liike jää sormen liikkeestä jälkeen, koska valon saavuttaminen seinään vie aikaa, mutta seinää pitkin liikkuvan varjon nopeus kasvaa entisestään. Valon nopeus ei rajoita varjon nopeutta.
Toinen kohde, joka voi kulkea valoa nopeammin, on kuuhun suunnatun laserin valopiste. Etäisyys Kuuhun on 385 000 km. Voit itse laskea valopisteen liikkeen nopeuden Kuun pinnalla laserosoittimen pienillä vaihteluilla kädessäsi. Saatat pitää myös esimerkistä aallosta, joka osuu suoraa rantaviivaa pienessä kulmassa. Millä nopeudella aallon ja rannan leikkauspiste voi liikkua rantaa pitkin?
Kaikki nämä asiat voivat tapahtua luonnossa. Esimerkiksi pulsarin valonsäde voi kulkea pölypilviä pitkin. Voimakas räjähdys voi luoda pallomaisia valon tai säteilyn aaltoja. Kun nämä aallot leikkaavat pinnan, valon ympyrät ilmestyvät tälle pinnalle ja laajenevat nopeammin kuin valo. Tällainen ilmiö havaitaan esimerkiksi silloin, kun salaman välähdyksen aiheuttama sähkömagneettinen pulssi kulkee yläilmakehän läpi.
4. Kiinteä runko
Jos sinulla on pitkä, jäykkä sauva ja osut vavan toiseen päähän, eikö toinen pää heti liiku? Eikö tämä ole tapa superluminaaliseen tiedon välittämiseen?
Se olisi oikein jos siellä oli täysin jäykkiä runkoja. Käytännössä isku välittyy tankoa pitkin äänen nopeudella, joka riippuu tangon materiaalin kimmoisuudesta ja tiheydestä. Lisäksi suhteellisuusteoria rajoittaa arvolla mahdollisia äänen nopeuksia materiaalissa c .
Sama periaate pätee, jos pidät narua tai sauvaa pystysuorassa, vapautat sen ja se alkaa pudota painovoiman vaikutuksesta. Päästämäsi yläpää alkaa pudota välittömästi, mutta alapää alkaa liikkua vasta hetken kuluttua, kun pitovoiman menetys välittyy tangoa pitkin materiaalissa äänen nopeudella.
Relativistisen kimmoisuusteorian muotoilu on melko monimutkaista, mutta yleisidea voidaan havainnollistaa Newtonin mekaniikan avulla. Ihanteellisen elastisen kappaleen pituussuuntaisen liikkeen yhtälö voidaan johtaa Hooken laista. Merkitse tangon lineaarista tiheyttä ρ , Youngin moduuli Y. Pituussuuntainen siirtymä X täyttää aaltoyhtälön
ρ d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0
Tasoaaltoratkaisu etenee äänen nopeudella s, joka määritetään kaavasta s2 = Y/ρ. Aaltoyhtälö ei salli väliaineen häiriöiden liikkua nopeammin kuin nopeudella s. Lisäksi suhteellisuusteoria antaa rajan elastisuuden määrälle: Y< ρc 2 . Käytännössä mikään tunnettu materiaali ei lähesty tätä rajaa. Huomaa myös, että vaikka äänen nopeus olisi lähellä c, silloin itse aine ei välttämättä liiku relativistisella nopeudella.
Vaikka luonnossa ei ole kiinteitä kappaleita, on jäykkien kappaleiden liikettä, jota voidaan käyttää valonnopeuden voittamiseksi. Tämä aihe kuuluu jo kuvattuun varjojen ja valopisteiden osioon. (Katso Superluminal Scissors, Rigid Rotating Disk in Suhteellisuusteoria).
5. Vaiheen nopeus
aaltoyhtälö
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0
on ratkaisu muodossa
u \u003d A cos (ax - bt), c 2 a 2 - b 2 + w 2 \u003d 0
Nämä ovat siniaaltoja, jotka etenevät nopeudella v
v = b/a = sqrt(c 2 + w 2 /a 2)
Mutta se on enemmän kuin c. Ehkä tämä on takyonien yhtälö? (katso alla oleva kohta). Ei, tämä on tavallinen relativistinen yhtälö hiukkaselle, jolla on massa.
Paradoksin poistamiseksi sinun on tehtävä ero "vaihenopeuden" välillä v ph ja "ryhmän nopeus" v gr , ja
v ph v gr = c 2
Aallon muodossa olevalla liuoksella voi olla taajuuden hajonta. Tässä tapauksessa aaltopaketti liikkuu ryhmänopeudella, joka on pienempi kuin c. Aaltopakettia käyttämällä informaatiota voidaan lähettää vain ryhmänopeudella. Aaltopaketin aallot liikkuvat vaihenopeudella. Vaihenopeus on toinen esimerkki FTL-liikkeestä, jota ei voida käyttää viestintään.
6. Superluminaaliset galaksit
7. Relativistinen raketti
Anna maan päällä olevan tarkkailijan nähdä avaruusaluksen poistuvan nopeudella 0,8c Suhteellisuusteorian mukaan hän näkee, että avaruusaluksen kello käy 5/3 kertaa hitaammin. Jos jaamme etäisyyden laivaan lentoajan mukaan laivassa olevan kellon mukaan, saadaan nopeus 4/3c. Tarkkailija päättelee, että aluksen luotsi määrittää omassa kellossaan myös lentävän superluminaalisella nopeudella. Lentäjän näkökulmasta hänen kellonsa käy normaalisti ja tähtienvälinen avaruus on kutistunut kertoimella 5/3. Siksi se lentää tunnetut etäisyydet tähtien välillä nopeammin, nopeudella 4/3c .
Mutta se ei silti ole superluminaalinen lento. Et voi laskea nopeutta käyttämällä eri viitekehyksessä määritettyä matkaa ja aikaa.
8. Painovoiman nopeus
Jotkut väittävät, että painovoiman nopeus on paljon suurempi c tai jopa ääretön. Katso, liikkuuko painovoima valon nopeudella? ja mikä on gravitaatiosäteily? Gravitaatiohäiriöt ja gravitaatioaallot etenevät nopeudella c .
9. EPR-paradoksi
10. Virtuaaliset fotonit
11. Kvanttitunneliefekti
Kvanttimekaniikassa tunneliilmiö sallii hiukkasen ylittää esteen, vaikka sen energia ei riitä tähän. Tunnelointiaika on mahdollista laskea tällaisen esteen läpi. Ja se voi osoittautua pienemmäksi kuin mitä tarvitaan valon voittamiseksi saman matkan nopeudella c. Voidaanko sillä lähettää viestejä valoa nopeammin?
Kvanttielektrodynamiikka sanoo "Ei!" Siitä huolimatta suoritettiin koe, joka osoitti superluminaalista tiedonvälitystä tunneliefektin avulla. 11,4 cm leveän esteen läpi nopeudella 4,7 c Mozartin neljäskymmenes sinfonia esiteltiin. Tämän kokeilun selitys on hyvin kiistanalainen. Useimmat fyysikot uskovat, että tunneliefektin avulla on mahdotonta välittää tiedot valoa nopeampi. Jos se olisi mahdollista, niin miksi ei lähettäisi signaalia menneisyyteen asettamalla laitteisto nopeasti liikkuvaan vertailukehykseen.
17. Kvanttikenttäteoria
Painovoimaa lukuun ottamatta kaikki havaitut fyysiset ilmiöt vastaavat "standardimallia". Standardimalli on relativistinen kvanttikenttäteoria, joka selittää sähkömagneettiset ja ydinvoimat sekä kaikki tunnetut hiukkaset. Tässä teoriassa mikä tahansa operaattoripari, joka vastaa fyysisiä havaintoja, jotka on erotettu avaruuden kaltaisella tapahtumavälillä, "liikkuu" (eli näiden operaattorien järjestystä voidaan muuttaa). Periaatteessa tämä tarkoittaa, että standardimallissa voima ei voi kulkea valoa nopeammin, ja tätä voidaan pitää äärettömän energia-argumentin kvanttikentän ekvivalenttina.
Standardimallin kvanttikenttäteoriassa ei kuitenkaan ole moitteettoman tiukkoja todisteita. Kukaan ei ole vielä edes todistanut, että tämä teoria on sisäisesti johdonmukainen. Todennäköisimmin se ei ole. Joka tapauksessa ei ole takeita siitä, ettei ole olemassa vielä löytämättömiä hiukkasia tai voimia, jotka eivät tottele superluminaalisen liikkeen kieltoa. Tässä teoriassa ei myöskään ole yleistystä, mukaan lukien painovoima ja yleinen suhteellisuusteoria. Monet kvanttigravitaation alalla työskentelevät fyysikot epäilevät, että yksinkertaiset syy- ja paikallisuuskäsitteet yleistyisivät. Ei ole mitään takeita siitä, että valonnopeus säilyisi tulevaisuudessa täydellisemmässä teoriassa rajoittavan nopeuden merkityksen.
18. Isoisän paradoksi
Erityisessä suhteellisuusteoriassa valoa nopeammin yhdessä vertailukehyksessä kulkeva hiukkanen liikkuu ajassa taaksepäin toisessa vertailukehyksessä. FTL-matkailu tai tiedonvälitys mahdollistaisi matkustamisen tai viestin lähettämisen menneisyyteen. Jos tällainen aikamatka olisi mahdollista, voisit mennä ajassa taaksepäin ja muuttaa historian kulkua tappamalla isoisäsi.
Tämä on erittäin vahva argumentti FTL-matkailun mahdollisuutta vastaan. On totta, että on olemassa lähes epätodennäköinen mahdollisuus, että jokin rajoitettu superluminaalinen matka on mahdollista, mikä ei salli paluuta menneisyyteen. Tai ehkä aikamatkustus on mahdollista, mutta syy-yhteyttä rikotaan jollain johdonmukaisella tavalla. Kaikki tämä on hyvin epäuskottavaa, mutta jos keskustelemme FTL:stä, on parempi olla valmis uusiin ideoihin.
Päinvastoin on myös totta. Jos voisimme matkustaa ajassa taaksepäin, voisimme voittaa valon nopeuden. Voit palata ajassa taaksepäin, lentää jonnekin pienellä nopeudella ja saapua sinne ennen kuin tavalliseen tapaan lähetetty valo saapuu. Katso Aikamatkailu saadaksesi lisätietoja tästä aiheesta.
FTL-matkailun avoimia kysymyksiä
Tässä viimeisessä osiossa kuvailen joitain vakavia ajatuksia mahdollisesta valoa nopeammasta matkustamisesta. Näitä aiheita ei usein sisällytetä usein kysyttyihin kysymyksiin, koska ne ovat enemmän kuin paljon uusia kysymyksiä kuin vastauksia. Ne on sisällytetty tähän osoittamaan, että tähän suuntaan tehdään vakavaa tutkimusta. Aiheeseen annetaan vain lyhyt johdatus. Yksityiskohdat löytyvät Internetistä. Kuten kaikessa Internetissä, suhtaudu niihin kriittisesti.
19. Takyonit
Takyonit ovat hypoteettisia hiukkasia, jotka kulkevat paikallisesti valoa nopeammin. Tätä varten niillä on oltava kuvitteellinen massa-arvo. Tässä tapauksessa takyonin energia ja liikemäärä ovat todellisia suureita. Ei ole mitään syytä uskoa, että superluminaalisia hiukkasia ei voida havaita. Varjot ja valokohdat voivat kulkea valoa nopeammin ja ne voidaan havaita.
Toistaiseksi takyoneja ei ole löydetty, ja fyysikot epäilevät niiden olemassaoloa. Väitettiin, että tritiumin beetahajoamisen tuottamien neutriinojen massan mittaamiseksi tehdyissä kokeissa neutriinot olivat takyoneja. Tämä on kyseenalaista, mutta sitä ei ole vielä lopullisesti kumottu.
Takyonien teoriassa on ongelmia. Sen lisäksi, että takyonit mahdollisesti rikkovat kausaalisuutta, ne myös tekevät tyhjiöstä epävakaa. Nämä vaikeudet voi olla mahdollista kiertää, mutta silloinkaan emme voi käyttää takyoneja viestien superluminaaliseen lähettämiseen.
Useimmat fyysikot uskovat, että takyonien esiintyminen teoriassa on merkki joistakin tämän teorian ongelmista. Takyonien idea on niin suosittu yleisön keskuudessa yksinkertaisesti siksi, että ne mainitaan usein fantasiakirjallisuudessa. Katso Takyonit.
20. Madonreiät
Tunnetuin tapa maailmanlaajuisessa FTL-matkailussa on "madonreikien" käyttö. Madonreikä on aika-avaruusrako universumin pisteestä toiseen, jonka avulla pääset reiän päästä toiseen tavallista polkua nopeammin. Madonreiät kuvataan yleisellä suhteellisuusteorialla. Niiden luomiseksi sinun on muutettava aika-avaruuden topologiaa. Ehkä tämä tulee mahdolliseksi painovoiman kvanttiteorian puitteissa.
Pitääksesi madonreiän auki, tarvitset avaruusalueita negatiivisilla energioilla. C.W.Misner ja K.S.Thorne ehdottivat Casimir-ilmiön käyttöä suuressa mittakaavassa negatiivisen energian luomiseksi. Visser ehdotti kosmisten merkkijonojen käyttöä tähän. Nämä ovat hyvin spekulatiivisia ajatuksia, eivätkä ne välttämättä ole mahdollisia. Ehkä vaadittua negatiivisen energian eksoottisen aineen muotoa ei ole olemassa.
Nykyinen nopeusennätys avaruudessa on pidetty 46 vuotta. Milloin hänet hakataan? Me ihmiset olemme pakkomielle nopeudesta. Joten vasta viime kuukausina tuli tiedoksi, että Saksassa opiskelijat tekivät sähköauton nopeusennätyksen, ja Yhdysvalloissa he suunnittelevat parantavansa hyperäänilentokoneita siten, että ne saavuttavat viisinkertaisen äänennopeuden, ts. yli 6100 km/h. Tällaisilla koneilla ei ole miehistöä, mutta ei siksi, että ihmiset eivät voi liikkua niin suurella nopeudella. Itse asiassa ihmiset ovat jo liikkuneet nopeudella, joka on moninkertainen äänen nopeus. Onko kuitenkin olemassa rajaa, jonka ylittämisen jälkeen nopeasti ryntäävät kehomme eivät enää kestä ylikuormituksia? Nykyinen nopeusennätys on yhtä lailla kolmen Apollo 10 -avaruustehtävään osallistuneen astronautin hallussa ", - Tom Stafford, John Young ja Eugene Cernan. Vuonna 1969, kun astronautit lensivät kuun ympäri ja palasivat takaisin, kapseli, jossa he olivat, kehitti nopeuden, joka Maan nopeus olisi 39,897 km/h. "Luulen, että sata vuotta sitten tuskin olisimme voineet kuvitella, että ihminen voisi liikkua avaruudessa lähes 40 tuhannen kilometrin tuntinopeudella", sanoo Jim Bray ilmailualan konserni Lockheed Martin. Bray on Yhdysvaltain avaruusjärjestö NASA:n kehittämän edistyneen Orionin asumismoduuliprojektin johtaja. Orion-avaruusalus on kehittäjien näkemyksen mukaan monikäyttöinen ja osittain uudelleenkäytettävä - pitäisi tuoda astronautit matalalle Maan kiertoradalle. Voi hyvinkin olla, että sen avulla on mahdollista rikkoa ihmiselle 46 vuotta sitten asetettu nopeusennätys.Uuden Space Launch Systemiin kuuluvan superraskaan raketin pitäisi suunnitelman mukaan tehdä omansa. ensimmäinen miehitetty lento vuonna 2021. Tämä on asteroidin ohilento kuun kiertoradalla, ja sen jälkeen pitäisi seurata useita kuukausia kestäviä retkiä Marsiin. Nyt Orionin tavanomaisen huippunopeuden pitäisi suunnittelijoiden mukaan olla noin 32 000 km/h. Apollo 10:n saavuttama nopeus voitaisiin kuitenkin ylittää vaikka Orionin peruskokoonpano säilyisi.mitä nyt suunnittelemme.Mutta Orionkaan ei edusta ihmisen nopeuspotentiaalin huippua. "Periaatteessa nopeudelle, jolla voimme matkustaa, ei ole muuta rajaa kuin valon nopeus", Bray sanoo. Valon nopeus on miljardi km/h. Onko toivoa, että pystymme ylittämään 40 tuhannen km/h:n ja näiden arvojen välisen eron?Yllättäen nopeus vektorisuureena, joka ilmaisee liikkeen nopeutta ja liikkeen suuntaa, ei ole fyysisessä mielessä ongelma, kunhan se on suhteellisen vakio ja suunnattu yhteen suuntaan. puolelle. Siksi ihmiset - teoriassa - voivat liikkua avaruudessa vain hieman hitaammin kuin "universumin nopeusraja", ts. valon nopeus. Mutta vaikka oletammekin, että ylitämme nopeiden avaruusalusten rakentamiseen liittyvät merkittävät tekniset esteet, herkät, enimmäkseen vesistömme kohtaavat uusia suuren nopeuden vaikutuksiin liittyviä vaaroja. Ja toistaiseksi vain kuvitteellisia vaaroja voi syntyä, jos ihmiset voivat matkustaa valonnopeutta nopeammin hyödyntämällä modernin fysiikan porsaanreikiä tai löytöjä, jotka rikkovat kuvion. Kuinka kestää ylikuormitusta Jos aiomme kuitenkin liikkua yli 40 tuhatta km/h nopeudella, meidän on saavutettava se ja sitten hidastettava hitaasti ja kärsivällisesti. Nopea kiihtyvyys ja yhtä nopea hidastuminen ovat täynnä kuolemanvaaraa ihmiskehoon. Tästä kertoo auto-onnettomuuksien aiheuttamien ruumiinvammojen vakavuus, jossa nopeus putoaa useista kymmenistä kilometreistä tunnissa nollaan. Mistä tämä johtuu? Siinä maailmankaikkeuden ominaisuudessa, jota kutsutaan inertiaksi tai massallisen fyysisen kappaleen kyvyksi vastustaa lepotilansa tai liikkeensä muutosta ulkoisten vaikutusten puuttuessa tai kompensoituessa. Tämä ajatus on muotoiltu Newtonin ensimmäisessä laissa, joka sanoo: "Jokainen keho pysyy edelleen lepotilassaan tai tasaisessa ja suoraviivaisessa liikkeessä niin kauan kuin siihen kohdistetut voimat eivät pakota muuttamaan tätä tilaa. "Lepotila ja liikkuminen vakionopeudella on normaalia ihmiskeho", selittää Bray. "Meidän pitäisi pikemminkin olla huolissaan ihmisen tilasta kiihtyvyyshetkellä. "Noin sata vuotta sitten nopeudella liikkuvien kestävien lentokoneiden kehitys sai lentäjät puhumaan oudoista oireista, jotka johtuvat muutoksista nopeus ja lennon suunta. Näitä oireita olivat tilapäinen näön menetys ja joko raskauden tai painottomuuden tunne Syynä on g-voimat, jotka mitataan G:n yksiköissä, joka on lineaarisen kiihtyvyyden suhde painovoiman aiheuttamaan kiihtyvyyteen Maan pinnalla vetovoima tai painovoima. Nämä yksiköt heijastavat vapaan pudotuksen kiihtyvyyden vaikutusta esimerkiksi ihmiskehon massaan.1 G:n ylikuormitus vastaa Maan painovoimakentässä olevan ja planeetan keskustaan vetoavan kappaleen painoa. 9,8 m/s nopeudella (merenpinnan tasolla), jonka ihminen kokee pystysuorassa päästä varpaisiin tai päinvastoin, ovat todella huonoja uutisia lentäjille ja matkustajille. hidastuu, veri ryntää varpaista päähän, on ylikyllästymisen tunne, kuten käsilläseisonnassa. "Punainen verho" (tunne, jonka ihminen kokee, kun veri ryntää päähän) syntyy, kun veren turvonnut, läpikuultava alaluomet nousevat ja sulkevat silmäpupillit. Ja päinvastoin, kiihdytyksen tai positiivisten g-voimien aikana veri valuu päästä jalkoihin, silmät ja aivot alkavat kokea hapenpuutetta, koska veri kerääntyy alaraajoissa. värinäön menetys ja rullaa, kuten sanotaan, "harmaa verho", sitten tapahtuu täydellinen näön menetys tai "musta verho", mutta henkilö pysyy tajuissaan. Liiallinen ylikuormitus johtaa täydelliseen tajunnan menetykseen. Tätä tilaa kutsutaan ruuhkan aiheuttamaksi pyörtymäksi. Monet lentäjät ovat kuolleet, koska "musta verho" on pudonnut heidän silmilleen - ja he törmäsivät. Keskivertoihminen kestää noin viiden G:n ylikuormituksen ennen tajuntansa menettämistä. Lentäjät ovat pukeutuneet erityisiin anti-g-pukuihin ja koulutettuja erityinen tapa rasittaa ja rentouttaa vartalon lihaksia, jotta veri ei valu pois päästä, pystyvät lentämään lentokonetta noin yhdeksän Gs:n g-voimilla. "Ihmiskeho kestää lyhyitä aikoja paljon enemmän G-voimia kuin yhdeksän G:tä", sanoo Jeff Sventek, Association Aerospace Medicinen toiminnanjohtaja, joka sijaitsee Alexandriassa, Virginiassa. - Mutta vain harvat ihmiset kestävät korkeita G-voimia pitkän aikaa. "Me ihmiset pystymme kestää valtavia G-joukkoja ilman vakavia vammoja, kuitenkin vain muutaman hetken. laittoi Yhdysvaltain ilmavoimien kapteeni Eli Bieding Jr. viabase Holloman New Mexicossa. Vuonna 1958, kun hän jarrutti erityisellä rakettikäyttöisellä kelalla, kiihtyi nopeuteen 55 km/h 0,1 sekunnissa, hän koki 82,3 G:n ylikuormituksen. Tämä tulos kirjattiin hänen rintaan kiinnitetyllä kiihtyvyysmittarilla. Beedingin silmät olivat myös "mustalla verholla" peitossa, mutta hän selvisi vain mustelmilla tämän ihmiskehon kestävyyden erinomaisen esittelyn aikana. Totta, saapumisen jälkeen hän vietti kolme päivää sairaalassa. Ja nyt avaruuteen Astronautit kokivat ajoneuvosta riippuen myös melko suuria G-voimia - kolmesta viiteen G:tä - lentoonlähdöissä ja vastaavasti ilmakehän tiheisiin kerroksiin palatessa. vatsa asento lennon suunnassa. saavuttaen vakaan risteilynopeuden 26 000 km/h kiertoradalla, astronautit kokevat nopeutta vain kaupallisten lentojen matkustajat. Jos ylikuormitukset eivät ole ongelma pitkillä retkillä Orion-avaruusaluksilla, niin pienillä avaruuskivillä - mikrometeoriitteilla - on yhä enemmän Nämä riisinjyvän kokoiset hiukkaset voivat kehittää vaikuttavia ja samalla tuhoisia nopeuksia jopa 300 tuhatta km/h. Aluksen eheyden ja miehistön turvallisuuden varmistamiseksi Orion on varustettu ulkoisella suojakerroksella, jonka paksuus vaihtelee 18-30 cm. Lisäksi on lisäsuojat ja näppärä laitteiden sijoittaminen sisälle. laivaa käytetään. tärkeää koko avaruusalukselle, meidän on laskettava tarkasti mikrometeoriittien lähestymiskulmat", sanoo Jim Bray. Voitte olla varmoja, että mikrometeoriitit eivät ole ainoa este avaruustehtäville, joiden aikana suuret ihmisen lennon nopeudet tyhjiössä vaikuttavat yhä tärkeämpi rooli. Mars-matkan aikana tulee ratkaista muita käytännön ongelmia, esimerkiksi miehistön ruokien toimittaminen ja avaruussäteilyn ihmiskehoon aiheuttaman lisääntyneen syöpäriskin torjuminen Matkustamisen vähentäminen aika vähentää tällaisten ongelmien vakavuutta, joten liikkeen nopeus tulee yhä toivottavammaksi vai niin. Seuraavan sukupolven avaruuslentoTämä nopeuden tarve nostaa uusia esteitä avaruusmatkustajien tielle. NASA:n uudet avaruusalukset, jotka uhkaavat rikkoa Apollo 10 -nopeusennätyksen, luottavat jatkossakin aikatestattuihin rakettien propulsiokemiallisiin järjestelmiin, joita on käytetty ensimmäisten avaruuslentojen jälkeen. Mutta näillä järjestelmillä on ankarat nopeusrajoitukset, koska polttoaineyksikköä kohden vapautuu pieniä määriä energiaa. Siksi tarvitaan täysin uusia lähestymistapoja, jotta Marsiin ja sen ulkopuolelle menevien ihmisten lentonopeutta voidaan merkittävästi lisätä, kuten tutkijat tunnustavat. "Tämän päivän järjestelmät pystyvät saamaan meidät perille", Bray sanoo, "mutta me kaikki haluaisimme todistaa propulsiovallankumousta." Eric Davis, vanhempi tutkijafyysikko Institute for Advanced Studyssa Austinissa, Texasissa, ja NASAn Breakthrough Motion Physics -ohjelman jäsen, kuusivuotinen tutkimusprojekti, joka päättyi vuonna 2002, tunnisti kolme perinteisen fysiikan kannalta lupaavinta keinoa, jotka pystyvät auttamaan ihmiskuntaa saavuttamaan kohtuudella riittävät nopeudet planeettojen väliseen matkaan.. Lyhyesti sanottuna puhumme energian vapautumisen ilmiöistä aineen halkeamisen, lämpöydinfuusion ja antiaineen tuhoaminen. Ensimmäinen menetelmä koostuu atomien fissiosta ja sitä käytetään kaupallisissa ydinreaktoreissa. Toinen, lämpöydinfuusio, on luoda raskaampia atomeja yksinkertaisemmista atomeista - sellaisia reaktioita, jotka saavat voiman aurinkoon. Tämä on tekniikka, joka kiehtoo, mutta jota ei anneta käsiin; se on "aina 50 vuoden päässä" - ja tulee aina olemaan, kuten alan vanha motto sanoo. "Nämä ovat erittäin kehittyneitä tekniikoita", Davis sanoo, "mutta ne perustuvat perinteiseen fysiikkaan ja ovat olleet vakiintuneita vuoden 2010 alusta lähtien. atomiaika." Optimististen arvioiden mukaan atomifission ja lämpöydinfuusion käsitteisiin perustuvat propulsiojärjestelmät pystyvät teoriassa kiihdyttämään laivan 10 prosenttiin valon nopeudesta, ts. erittäin arvokkaaseen 100 miljoonaan km/h asti. Nopean avaruusaluksen suosituin, vaikkakin vaikeasti saavutettavissa oleva energianlähde on antimateria, tavallisen aineen kaksois- ja antipoodi. Kun kaksi ainetta joutuvat kosketuksiin, ne tuhoavat toisensa, tuloksena vapautuu puhdasta energiaa .Teknologioita, jotka mahdollistavat - toistaiseksi erittäin merkityksettömien - antimateriaalimäärien tuotannon ja varastoinnin, on jo olemassa. Samaan aikaan antiaineen tuotanto hyödyllisissä määrin vaatii uuden sukupolven uusia erikoiskapasiteettia , ja tekniikan on ryhdyttävä kilpailemaan sopivan avaruusaluksen luomiseksi. Mutta Daviesin mukaan piirustuslaudoilla työstetään jo useita hienoja ideoita. Antimateriaalienergialla toimivat avaruusalukset voivat kiihtyä kuukausia ja jopa vuosia ja saavuttaa suurempi prosenttiosuus valon nopeudesta. Samalla aluksen ylikuormitukset pysyvät laivojen asukkaiden kannalta hyväksyttävinä, ja samalla tällaiset upeat uudet nopeudet ovat täynnä muita vaaroja ihmiskeholle. Energinen rakeet Useiden satojen miljoonien kilometrien tunnissa nopeudella mikä tahansa pölyhiukkanen avaruudessa, jauhemaisista vetyatomeista mikrometeoriitteihin, muuttuu väistämättä suurienergiseksi luotiksi, joka voi lävistää laivan rungon." Kun liikut erittäin suurella nopeudella, tämä tarkoittaa, että sinua kohti lentävät hiukkaset liikkuvat samoilla nopeuksilla", sanoo Arthur Edelstein. Yhdessä edesmenneen isänsä, Johns Hopkinsin yliopiston lääketieteellisen korkeakoulun radiologian professorin William Edelsteinin kanssa hän työskenteli tieteellisen työn parissa, jossa tutkittiin kosmisille vetyatomeille altistumisen vaikutukset (ihmisiin ja laitteisiin) ultranopean avaruusmatkan aikana. Vaikka sen pitoisuus ei ylitä yhtä atomia kuutiosenttimetriä kohden, avaruudessa hajallaan oleva vety voi saada voimakkaan säteilypommituksen ominaisuudet. Vety alkaa hajoaa subatomisiksi hiukkasiksi, jotka tunkeutuvat alukseen ja paljastavat säteilyä sekä miehistöön että laitteisiin. Nopeudella, joka on 95 % valon nopeudesta, altistuminen sellaiselle säteilylle merkitsisi lähes välitöntä kuolemaa. , kiehuu välittömästi. "Nämä ovat kaikki erittäin epämiellyttäviä ongelmia", Edelstein huomauttaa synkän huumorin kanssa. Hän ja hänen isänsä laskivat karkeasti, että luodakseen jonkinlaisen hypoteettisen magneettisen suojajärjestelmän, joka voisi suojella alusta ja sen ihmisiä tappavalta vetysateelta, tähtialus voisi liikkua nopeudella, joka on alle puolet äänen nopeudesta. Sitten aluksella olevilla ihmisillä on mahdollisuus selviytyä. Mark Millis, translaatiofyysikko ja NASAn Breakthrough Motion Physics -ohjelman entinen johtaja, varoittaa, että tämä mahdollinen avaruuslentojen nopeusrajoitus on ongelma kaukaiselle tulevaisuudelle. tähän mennessä voidaan sanoa, että on äärimmäisen vaikeaa kehittää nopeutta yli 10 % valon nopeudesta", Millis sanoo. "Emme ole vielä vaarassa. Yksinkertainen analogia: miksi pelätä, että voimme hukkua , jos emme vieläkään menneet veteen. Valoa nopeampi? Jos oletamme, että olemme niin sanotusti oppineet uimaan, voimmeko sitten hallita luistoa avaruus-ajassa - jos kehitämme tätä analogiaa edelleen - ja lentää superluminaalisella nopeudella? Vaikka ympäristö onkin kyseenalainen, se ei sisällä tiettyjä pilkkuja koulutetusta valaistumisesta pilkkopimeässä. Yksi näistä kiehtovista kulkuvälineistä perustuu tekniikoihin, jotka ovat samankaltaisia kuin Star Trek -sarjan "warp drive" tai "warp drive". Tämän propulsiojärjestelmän, joka tunnetaan myös nimellä "Alcubierre-moottori"* (nimetty meksikolaisen teoreettisen fyysikon Miguel Alcubierren mukaan), toimintaperiaate on, että se antaa aluksen puristaa Albert Einsteinin kuvaaman normaalin aika-avaruuden edessään ja laajentaa. Pohjimmiltaan alus liikkuu jossain tila-avaruudessa, eräänlainen "kaarevuuskupla", joka liikkuu valon nopeutta nopeammin. Siten alus pysyy paikallaan normaalissa aika-avaruudessa tässä "kuplassa" vääristymättä ja välttäen valon yleisen nopeusrajoituksen rikkomista. kuin surffaaja, joka ryntää laudalla pitkin aallon harjaa. "Tässä on tietty saalis. Tämän ajatuksen toteuttamiseksi tarvitaan eksoottista aineen muotoa, jolla on negatiivinen massa avaruuden tiivistämiseen ja laajentamiseen. "Fysiikka ei sisällä negatiivista massaa koskevia vasta-aiheita", Davis sanoo, "mutta siitä ei ole esimerkkejä, ja meillä on en ole koskaan nähnyt sitä luonnossa." "On toinenkin saalis. Sydneyn yliopiston tutkijat arvelivat vuonna 2012 julkaistussa artikkelissa, että "loimikupla" kerääntyisi korkeaenergisiä kosmisia hiukkasia, kun se väistämättä alkaa olla vuorovaikutuksessa maailmankaikkeuden sisällön kanssa. Jotkut hiukkasista tunkeutuisivat itse kuplan sisälle ja pumppaa laiva säteilyllä. Jumissa alivalon nopeuksilla? Olemmeko todella tuomittuja jumiutumaan alivalon nopeuksille herkän biologiamme vuoksi? Kyse ei ole niinkään uuden maailman (galaktisen?) nopeusennätyksen asettamisesta ihmisille, vaan ihmiskunnan tulevaisuudesta. muuttumassa tähtienväliseksi yhteiskunnaksi. Puolella valon nopeudella - mikä on raja, jonka Edelsteinin tutkimus viittaa kehomme kestävään - edestakainen matka lähimpään tähteen kestäisi yli 16 vuotta. (Aikalaajenemisen vaikutukset, jotka saisivat tähtialuksen miehistön kuluttamaan vähemmän aikaa koordinaattijärjestelmässään kuin ihmiset, jotka jäävät maan päälle koordinaatistossaan, eivät olisi dramaattisia puolella valon nopeudella.) Mark Millis on täynnä toivoa. . Ottaen huomioon, että ihmiskunta on kehittänyt anti-g-pukuja ja suojan mikrometeoriitteja vastaan, mikä mahdollistaa ihmisten turvallisen matkustamisen suuressa sinisessä etäisyydellä ja avaruuden tähtikirkkaassa mustuudessa, hän luottaa siihen, että voimme löytää tapoja selviytyä riippumatta siitä, kuinka suurella nopeudella. rajoja saavutamme tulevaisuudessa. "Juuri teknologiat, jotka voivat auttaa meitä saavuttamaan uskomattomia uusia nopeuksia, Millis pohtii, tarjoavat meille uusia, toistaiseksi tuntemattomia ominaisuuksia miehistön suojelemiseksi. Ja vuonna 1995 venäläinen teoreettinen fyysikko Sergei Krasnikov ehdotti laitteen konseptia avaruusmatkalle, joka on nopeampi kuin äänen nopeus. Ideaa kutsuttiin "Krasnikovin putkiksi". Tämä on keinotekoinen aika-avaruuden kaarevuus ns. madonreiän periaatteen mukaisesti. Hypoteettisesti alus liikkuu suorassa linjassa Maasta tiettyyn tähteen kaarevan aika-avaruuden kautta, kulkeen muiden ulottuvuuksien läpi.Krasnikovin teorian mukaan avaruusmatkustaja palaa takaisin samaan aikaan kuin lähti liikkeelle.
1900-lukua leimasivat suurimmat löydöt fysiikan ja kosmologian alalla. Näiden löytöjen perustana olivat tunnetuiden fyysikkojen galaksien kehittämät teoriat. Tunnetuin heistä on Albert Einstein, jonka työhön moderni fysiikka suurelta osin perustuu. Tiedemiesten teorioista seuraa, että valon nopeus tyhjiössä on hiukkasten ja vuorovaikutuksen rajoittava nopeus. Ja näistä teorioista johtuvat aikaparadoksit ovat täysin hämmästyttäviä: liikkuville esineille aika virtaa hitaammin suhteessa levossa oleviin, ja mitä lähempänä valonnopeutta, sitä enemmän aika hidastuu. Osoittautuu, että valonnopeudella lentävälle esineelle aika pysähtyy kokonaan.
| Suositeltava |
Tämä antaa toivoa, että oikealla tekniikan tasolla ihminen voi teoreettisesti päästä maailmankaikkeuden syrjäisimpiin kolkoihin yhden sukupolven elämässä. Samaan aikaan lentoaika maan vertailukehyksessä on miljoonia vuosia, kun taas lähes valon nopeudella lentävässä laivassa kuluu vain muutama päivä... Tällaiset mahdollisuudet ovat vaikuttavia, ja samalla herää kysymys: jos tulevaisuuden fyysikot ja insinöörit kiihdyttävät jotenkin avaruusaluksen valtaviin arvoihin, jopa teoreettisesti valonnopeuteen asti (vaikka fysiikkamme kieltää tällaisen mahdollisuuden), pystymmekö saavuttamaan paitsi kaukaisimpien galaksien ja tähdet, mutta myös universumimme reuna, katsovat tuntemattoman rajan taakse, josta tiedemiehillä ei ole aavistustakaan?
Tiedämme, että maailmankaikkeus syntyi noin 13,79 miljardia vuotta sitten ja on siitä lähtien jatkuvasti laajentunut. Voidaan olettaa, että sen säteen tällä hetkellä pitäisi olla 13,79 miljardia valovuotta ja halkaisijan vastaavasti 27,58 miljardia valovuotta. Ja tämä olisi totta, jos universumi laajenee tasaisesti valon nopeudella - nopeimmalla mahdollisella nopeudella. Mutta saadut tiedot kertovat meille, että maailmankaikkeus laajenee kiihtyvällä vauhdilla.
Havaitsemme, että meistä kauimpana olevat galaksit liikkuvat meistä nopeammin kuin lähellä olevat galaksit - maailmamme avaruus laajenee jatkuvasti. Samaan aikaan maailmankaikkeudessa on osa, joka etenee meistä valon nopeutta nopeammin. Samaan aikaan mitään suhteellisuusteorian postulaatteja ja johtopäätöksiä ei rikota - universumin sisällä esineillä on alivalon nopeuksia. Tätä maailmankaikkeuden osaa ei voida nähdä - säteilylähteiden lähettämien fotonien nopeus ei yksinkertaisesti riitä voittamaan avaruuden laajenemisnopeutta.
Laskelmat osoittavat, että meille näkyvä osa maailmasta on halkaisijaltaan noin 93 miljardia valovuotta ja on ns. Metagalaksi. Voimme vain arvailla, mitä tämän rajan ulkopuolella on ja kuinka pitkälle universumi ulottuu. On loogista olettaa, että maailmankaikkeuden reuna etenee meistä nopeimmin ja ylittää selvästi valon nopeuden. Ja tämä nopeus kasvaa jatkuvasti. On selvää, että vaikka jokin esine lentää valonnopeudella, se ei koskaan saavuta universumin reunaa, koska universumin reuna siirtyy siitä nopeammin.
Jos löydät virheen, korosta tekstinpätkä ja napsauta Ctrl+Enter.
