Mengatasi kecepatan cahaya. Kecepatan superluminal: seberapa realistiskah itu?

Ahli astrofisika dari Baylor University (AS) telah mengembangkan model matematis dari penggerak hyperspace yang memungkinkan Anda mengatasi jarak antariksa dengan kecepatan yang lebih tinggi daripada kecepatan cahaya sebanyak 10³² kali, yang memungkinkan Anda terbang ke galaksi tetangga dalam beberapa jam. dan kembali kembali.

Selama penerbangan, orang tidak akan merasakan kelebihan yang dirasakan di pesawat modern, namun, mesin seperti itu hanya dapat muncul di logam dalam beberapa ratus tahun.

Mekanisme penggerak didasarkan pada prinsip mesin deformasi ruang (Warp Drive), yang diusulkan pada tahun 1994 oleh fisikawan Meksiko Miguel Alcubierre. Amerika hanya perlu menyempurnakan model dan membuat perhitungan yang lebih rinci.
“Jika Anda memampatkan ruang di depan kapal, dan mengembang di belakangnya, sebaliknya, maka gelembung ruang-waktu muncul di sekitar kapal,” kata salah satu penulis studi, Richard Obousi. “Ini menyelimuti kapal dan menariknya keluar dari dunia biasa ke dalam sistem koordinatnya sendiri.karena perbedaan tekanan ruang-waktu, gelembung ini mampu bergerak ke segala arah, mengatasi ambang batas cahaya hingga ribuan kali lipat.

Diduga, ruang di sekitar kapal akan dapat berubah bentuk karena energi gelap, yang sejauh ini belum dipelajari. “Energi gelap adalah zat yang sangat kurang dipelajari, ditemukan relatif baru-baru ini dan menjelaskan mengapa galaksi tampak terbang terpisah satu sama lain,” kata Sergey Popov, peneliti senior di Departemen Astrofisika Relativistik di Institut Astronomi Negara Sternberg di Universitas Negeri Moskow. Ada beberapa model, tetapi yang mana "Belum ada yang diterima secara umum. Orang Amerika telah mengambil model berdasarkan dimensi ekstra sebagai dasar, dan mereka mengatakan bahwa adalah mungkin untuk mengubah sifat-sifat dimensi ini secara lokal. Kemudian ternyata ada konstanta kosmologis yang berbeda di arah yang berbeda. Dan kemudian kapal dalam gelembung akan mulai bergerak."

"Perilaku" Semesta seperti itu dapat dijelaskan dengan "teori string", yang menurutnya seluruh ruang kita diresapi dengan banyak dimensi lain. Interaksi mereka satu sama lain menghasilkan gaya tolak, yang mampu memperluas tidak hanya materi, seperti galaksi, tetapi juga badan ruang itu sendiri. Efek ini disebut "inflasi Semesta".

"Sejak detik pertama keberadaannya, Semesta telah meregang, - jelas Ruslan Metsaev, Doktor Ilmu Fisika dan Matematika, seorang karyawan Pusat Astro-Space Center dari Institut Fisika Lebedev. - Dan proses ini berlanjut hingga hari ini. " Mengetahui semua ini, Anda dapat mencoba memperluas atau mempersempit ruang secara artifisial. Untuk melakukan ini, itu seharusnya mempengaruhi dimensi lain, dengan demikian sepotong ruang dunia kita akan mulai bergerak ke arah yang benar di bawah pengaruh kekuatan energi gelap.

Dalam hal ini, hukum teori relativitas tidak dilanggar. Di dalam gelembung, hukum yang sama dari dunia fisik akan tetap ada, dan kecepatan cahaya akan menjadi batasnya. Apa yang disebut efek kembar tidak berlaku untuk situasi ini, yang mengatakan bahwa selama perjalanan ruang angkasa dengan kecepatan cahaya, waktu di dalam kapal melambat secara signifikan dan astronot, kembali ke Bumi, akan bertemu saudara kembarnya yang sudah sangat tua. Mesin Warp Drive menghilangkan kerumitan ini, karena mendorong ruang, bukan kapal.

Amerika telah menemukan target untuk penerbangan masa depan. Ini adalah planet Gliese 581 (Gliese 581), di mana kondisi iklim dan gravitasi mendekati bumi. Jaraknya adalah 20 tahun cahaya, dan bahkan jika Warp Drive beroperasi satu triliun kali lebih lemah dari daya maksimum, waktu tempuhnya hanya beberapa detik.

Tema "Mesin yang memungkinkan Anda untuk terbang dengan kecepatan superluminal", "Bepergian di ruang multidimensi" dan segala sesuatu yang berhubungan dengan topik penerbangan dengan kecepatan melebihi kecepatan cahaya, sejauh ini tidak melampaui spekulasi, meskipun dalam beberapa aspek itu datang ke dalam kontak dengan Ilmu dunia. Hari ini kita berada pada tahap di mana kita tahu bahwa kita mengetahui beberapa hal dan tidak mengetahui beberapa hal, tetapi kita tentu tidak tahu apakah mungkin untuk melakukan perjalanan lebih cepat dari kecepatan cahaya.

Kabar buruknya adalah bahwa dasar pengetahuan ilmiah saat ini menunjukkan bahwa perjalanan yang lebih cepat dari cahaya tidak mungkin dilakukan. Ini adalah artefak dari Teori Relativitas Khusus Einstein. Ya, ada konsep lain - partikel superluminal, lubang cacing ( terowongan di luar angkasa - kira-kira. terjemahan), alam semesta inflasi, deformasi ruang dan waktu, paradoks kuantum... Semua ide ini dibahas dalam literatur ilmiah yang serius, tetapi terlalu dini untuk berbicara tentang realitas mereka.

Salah satu pertanyaan yang muncul sehubungan dengan FTL adalah paradoks temporal: pelanggaran kausalitas dan apa yang dimaksud dengan perjalanan waktu. Seolah topik penerbangan superluminal tidak cukup, apakah mungkin juga mengembangkan skenario di mana kecepatan superluminal akan memungkinkan perjalanan waktu. Perjalanan waktu dianggap jauh lebih mustahil daripada perjalanan cahaya.

Apa perbedaan utamanya?

Hampir tidak menembus penghalang suara, orang-orang bertanya-tanya: "Mengapa kita sekarang tidak juga memecahkan penghalang cahaya, apakah itu benar-benar berbeda?" Masih terlalu dini untuk berbicara tentang memecahkan penghalang cahaya, tetapi sesuatu sudah diketahui dengan pasti - ini adalah masalah yang sama sekali berbeda dari memecahkan penghalang suara. Penghalang suara dihancurkan oleh benda yang terbuat dari material, bukan suara. Atom dan molekul suatu bahan dihubungkan oleh medan elektromagnetik, yang merupakan bahan penyusun cahaya. Dalam hal menembus penghalang kecepatan cahaya, objek yang mencoba menembus penghalang ini terdiri dari hal yang sama dengan penghalang itu sendiri. Bagaimana sebuah benda dapat bergerak lebih cepat dari apa yang mengikat atom-atomnya? Seperti yang telah kami catat, ini adalah masalah yang sama sekali berbeda dari memecahkan penghalang suara.

Anda dapat dengan singkat menyatakan "Teori Relativitas Khusus". Bahkan, sangat sederhana dalam desainnya... Mulailah dengan dua aturan sederhana.

Aturan #1: jarak yang telah Anda tempuh (d) tergantung pada kecepatan Anda (v) dan waktu perjalanan Anda (t). Jika Anda mengemudi dengan kecepatan 55 mil per jam, Anda akan menempuh jarak 55 mil dalam satu jam. Hanya.

Aturan #2: Ini adalah hal yang menakjubkan - tidak peduli seberapa cepat Anda bergerak, Anda akan terus-menerus memperhatikan bahwa kecepatan cahaya tetap sama.

Satukan keduanya dan bandingkan apa yang "dilihat" oleh seorang pelancong dibandingkan dengan seseorang yang bepergian dengan kecepatan berbeda - di situlah masalahnya muncul. Mari kita coba gambar yang berbeda. Tutup matamu. Bayangkan bahwa dari semua indera Anda, hanya pendengaran yang terlibat. Anda hanya merasakan suara. Anda mengidentifikasi objek hanya dengan suara yang mereka buat. Jadi, jika sebuah lokomotif lewat, apakah peluitnya berubah? Kita tahu bahwa kedengarannya pada nada tertentu, tetapi karena pergerakan kereta, itu berubah karena aksi yang disebut efek Doppler. Hal yang sama terjadi dengan cahaya. Segala sesuatu di sekitar kita, kita tahu karena adanya cahaya atau, lebih umum, elektromagnetisme. Apa yang kita lihat, apa yang kita rasakan (molekul udara memantul dari kulit kita), apa yang kita dengar (molekul saling bertabrakan di bawah tekanan gelombang), bahkan perjalanan waktu - semua ini dikendalikan oleh gaya elektromagnetik. Jadi jika kita mulai bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan di mana kita menerima semua informasi, informasi kita terdistorsi. Semua dalam semua, itu yang sederhana. Memahami ini sudah cukup jika Anda mencoba melakukan sesuatu. Tapi itu pertanyaan lain.

Penghalang kecepatan cahaya adalah salah satu konsekuensi dari Teori Relativitas Khusus. Anda dapat melihat ini secara berbeda. Untuk bergerak lebih cepat, Anda perlu menambahkan energi. Tetapi ketika Anda mulai mendekati kecepatan cahaya, jumlah energi yang dibutuhkan untuk gerakan meroket hingga tak terbatas. Dibutuhkan energi tak terbatas untuk memindahkan massa dengan kecepatan cahaya. Ternyata di sini Anda menghadapi penghalang nyata.

Apakah mungkin untuk melewati Teori Relativitas Khusus? Mungkin.

Apakah ada penelitian yang dilakukan ke arah ini? Ya, tapi dalam skala kecil.

Selain karya teoritis individu fisikawan seperti Matt Visser, Michael Morris, Miguel Alcubierre, dan lainnya, ada program NASA baru dalam fisika propulsi jet.

Materi InoSMI hanya memuat penilaian media asing dan tidak mencerminkan posisi redaksi InoSMI.

Tema "Mesin yang memungkinkan Anda terbang dengan kecepatan superluminal", "Bepergian di ruang multidimensi" dan segala sesuatu yang terkait dengan topik penerbangan dengan kecepatan melebihi kecepatan cahaya, sejauh ini tidak melampaui spekulasi, meskipun dalam beberapa aspek itu datang ke dalam kontak dengan Ilmu dunia.

Hari ini kita berada pada tahap di mana kita tahu bahwa kita mengetahui beberapa hal dan tidak mengetahui beberapa hal, tetapi kita tentu tidak tahu apakah mungkin untuk melakukan perjalanan lebih cepat dari kecepatan cahaya.

Ya, ada konsep lain - partikel superluminal, lubang cacing (terowongan di ruang angkasa - kira-kira Terjemahan), alam semesta inflasi, ruang dan waktu warps, paradoks kuantum ... Semua ide ini dibahas dalam literatur ilmiah yang serius, tetapi masih terlalu awal untuk berbicara tentang realitas mereka.

Apa perbedaan utamanya?

Atom dan molekul suatu bahan dihubungkan oleh medan elektromagnetik, yang merupakan bahan penyusun cahaya. Dalam hal menembus penghalang kecepatan cahaya, objek yang mencoba menembus penghalang ini terdiri dari hal yang sama dengan penghalang itu sendiri. Bagaimana sebuah benda dapat bergerak lebih cepat dari apa yang mengikat atom-atomnya? Seperti yang telah kami catat, ini adalah masalah yang sama sekali berbeda dari memecahkan penghalang suara.

Teori relativitas khusus

Anda dapat dengan singkat menyatakan "Teori Relativitas Khusus". Bahkan, sangat sederhana dalam desainnya... Mulailah dengan dua aturan sederhana.

Aturan #2: Ini adalah hal yang menakjubkan - tidak peduli seberapa cepat Anda bergerak, Anda akan terus-menerus memperhatikan bahwa kecepatan cahaya tetap sama.

Jadi, jika sebuah lokomotif lewat, apakah peluitnya berubah? Kita tahu bahwa kedengarannya pada nada tertentu, tetapi karena pergerakan kereta, itu berubah karena aksi yang disebut efek Doppler. Hal yang sama terjadi dengan cahaya. Segala sesuatu di sekitar kita, kita tahu karena adanya cahaya atau, lebih umum, elektromagnetisme. Apa yang kita lihat, apa yang kita rasakan (molekul udara memantul dari kulit kita), apa yang kita dengar (molekul saling bertabrakan di bawah tekanan gelombang), bahkan perjalanan waktu - semua ini dikendalikan oleh gaya elektromagnetik.

Jadi jika kita mulai bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan di mana kita menerima semua informasi, informasi kita terdistorsi. Semua dalam semua, itu yang sederhana. Memahami ini sudah cukup jika Anda mencoba melakukan sesuatu. Tapi itu pertanyaan lain.

penghalang kecepatan cahaya

Apakah mungkin untuk melewati Teori Relativitas Khusus? Mungkin.

Apakah ada penelitian yang dilakukan ke arah ini? Ya, tapi dalam skala kecil.

Selain karya teoritis individu fisikawan seperti Matt Visser, Michael Morris, Miguel Alcubierre, dan lainnya, ada program NASA baru dalam fisika propulsi jet.

Publikasi asli.

Kami diajari dari sekolah bahwa tidak mungkin melebihi kecepatan cahaya, dan oleh karena itu pergerakan seseorang di luar angkasa adalah masalah besar yang tidak terpecahkan (bagaimana terbang ke tata surya terdekat jika cahaya dapat mengatasi jarak ini hanya dalam beberapa menit). seribu tahun?). Mungkin para ilmuwan Amerika telah menemukan cara untuk terbang dengan kecepatan super, tidak hanya tanpa kecurangan, tetapi juga mengikuti hukum dasar Albert Einstein. Bagaimanapun, Harold White, penulis proyek mesin deformasi ruang angkasa, mengatakan demikian.

Kami di kantor redaksi menganggap berita itu benar-benar fantastis, jadi hari ini, menjelang Hari Kosmonotika, kami menerbitkan laporan oleh Konstantin Kakaes untuk majalah Popular Science tentang proyek NASA yang fenomenal, jika berhasil, seseorang akan dapat melampaui sistem tata surya.

Pada September 2012, beberapa ratus ilmuwan, insinyur, dan penggemar luar angkasa berkumpul untuk pertemuan publik kedua kelompok yang disebut 100 Year Starship. Kelompok ini dipimpin oleh mantan astronot May Jemison dan didirikan oleh DARPA. Tujuan konferensi ini adalah "untuk memungkinkan perjalanan manusia di luar tata surya ke bintang-bintang lain dalam seratus tahun ke depan." Sebagian besar peserta konferensi mengakui bahwa kemajuan dalam eksplorasi ruang angkasa berawak terlalu kecil. Meskipun miliaran dolar dihabiskan dalam beberapa kuartal terakhir, badan antariksa dapat melakukan hampir sebanyak yang mereka bisa pada tahun 1960-an. Sebenarnya, 100 Tahun Starship diadakan untuk memperbaiki semua ini.

Tapi lebih ke intinya. Setelah beberapa hari konferensi, para pesertanya mencapai topik yang paling fantastis: regenerasi organ, masalah agama yang terorganisir di atas kapal, dan sebagainya. Salah satu presentasi yang lebih menarik pada pertemuan 100 Tahun Kapal Luar Angkasa disebut Warp Field Mechanics 102, dan disampaikan oleh Harold "Sonny" White dari NASA. Seorang veteran agensi, White menjalankan Program Denyut Lanjutan di Johnson Space Center (JSC). Bersama lima rekannya, ia menciptakan "Peta Jalan Sistem Propulsi Luar Angkasa," yang menguraikan tujuan NASA untuk perjalanan ruang angkasa di masa depan. Rencana tersebut mencantumkan semua jenis proyek propulsi, mulai dari roket kimia canggih hingga pengembangan jangka panjang seperti antimateri atau mesin nuklir. Tetapi bidang penelitian White adalah yang paling futuristik: ini menyangkut mesin ruang angkasa.

ini adalah bagaimana gelembung Alcubierre biasanya digambarkan

Menurut rencana, mesin seperti itu akan memberikan pergerakan di luar angkasa dengan kecepatan melebihi kecepatan cahaya. Secara umum diterima bahwa ini tidak mungkin, karena ini jelas melanggar teori relativitas Einstein. Tapi White berpendapat sebaliknya. Sebagai konfirmasi dari kata-katanya, ia mengacu pada apa yang disebut gelembung Alcubierre (persamaan yang diturunkan dari teori Einstein, yang menyatakan bahwa benda di luar angkasa mampu mencapai kecepatan superluminal, tidak seperti benda dalam kondisi normal). Dalam presentasinya, dia menceritakan bagaimana dia baru-baru ini berhasil mencapai hasil teoretis yang secara langsung mengarah pada penciptaan mesin warp luar angkasa yang nyata.

Jelas bahwa semua ini terdengar sangat fantastis: perkembangan seperti itu adalah revolusi nyata yang akan melepaskan ikatan tangan semua astrofisikawan di dunia. Alih-alih menghabiskan 75.000 tahun bepergian ke Alpha Centauri, sistem bintang terdekat dengan kita, astronot di kapal dengan mesin seperti itu dapat melakukan perjalanan dalam beberapa minggu.

Mengingat penutupan program pesawat ulang-alik dan meningkatnya peran penerbangan pribadi ke orbit rendah Bumi, NASA mengatakan sedang memfokuskan kembali pada rencana yang jauh lebih berani yang jauh melampaui perjalanan ke bulan. Tujuan ini hanya dapat dicapai melalui pengembangan sistem propulsi baru - semakin cepat semakin baik. Beberapa hari setelah konferensi, kepala NASA Charles Bolden menggemakan kata-kata White: "Kami ingin melakukan perjalanan lebih cepat dari kecepatan cahaya dan tanpa henti di Mars."

BAGAIMANA KITA TAHU TENTANG MESIN INI

Penggunaan populer pertama dari istilah "space warp drive" dimulai pada tahun 1966, ketika Star Trek dirilis oleh Jen Roddenberry. Selama 30 tahun berikutnya, mesin ini hanya ada sebagai bagian dari seri fantasi ini. Seorang fisikawan bernama Miguel Alcubierre menonton sebuah episode dari serial tersebut tepat saat ia sedang mengerjakan doktornya dalam relativitas umum dan bertanya-tanya apakah mungkin untuk membuat warp drive ruang angkasa dalam kenyataan. Pada tahun 1994, ia menerbitkan sebuah makalah yang menetapkan posisi ini.

Alcubierre membayangkan gelembung di luar angkasa. Di depan gelembung, ruang-waktu menyusut, dan di belakangnya mengembang (seperti halnya dengan Big Bang, menurut fisikawan). Deformasi tersebut akan menyebabkan kapal meluncur dengan mulus di luar angkasa, seolah-olah sedang berselancar di gelombang, meskipun ada kebisingan di sekitarnya. Pada prinsipnya, gelembung yang berubah bentuk dapat bergerak cepat secara sewenang-wenang; batasan kecepatan cahaya, menurut teori Einstein, hanya berlaku dalam konteks ruang-waktu, tetapi tidak dalam distorsi ruang-waktu semacam itu. Di dalam gelembung, Alcubierre memperkirakan, ruang-waktu tidak akan berubah dan penjelajah ruang angkasa tidak akan dirugikan.

Persamaan Einstein dalam relativitas umum sulit untuk dipecahkan dalam satu arah, mencari tahu bagaimana materi melengkungkan ruang, tetapi itu bisa dilakukan. Menggunakan mereka, Alcubierre menentukan bahwa distribusi materi adalah kondisi yang diperlukan untuk penciptaan gelembung cacat. Satu-satunya masalah adalah bahwa solusi mengarah ke bentuk materi yang tidak terbatas yang disebut energi negatif.

Secara sederhana, gravitasi adalah gaya tarik menarik antara dua benda. Setiap benda, terlepas dari ukurannya, memberikan beberapa gaya tarik pada materi di sekitarnya. Menurut Einstein, gaya ini merupakan kelengkungan ruang-waktu. Energi negatif, bagaimanapun, adalah negatif secara gravitasi, yaitu, menjijikkan. Alih-alih menghubungkan waktu dan ruang, energi negatif mengusir dan memisahkan mereka. Secara kasar, agar model ini bekerja, Alcubierra membutuhkan energi negatif untuk memperluas ruang-waktu di belakang kapal.

Terlepas dari kenyataan bahwa tidak ada yang pernah secara khusus mengukur energi negatif, menurut mekanika kuantum, energi itu ada, dan para ilmuwan telah belajar cara membuatnya di laboratorium. Salah satu cara untuk membuatnya kembali adalah melalui efek Kazimirov: dua pelat konduktif paralel yang ditempatkan berdekatan satu sama lain menciptakan sejumlah energi negatif. Titik lemah model Alcubierre adalah implementasinya membutuhkan energi negatif dalam jumlah besar, beberapa kali lipat lebih tinggi dari perkiraan para ilmuwan yang dapat dihasilkan.

White mengatakan dia telah menemukan jalan keluar dari batasan ini. Dalam simulasi komputer, White mengubah geometri bidang warp sehingga, secara teori, itu bisa menghasilkan gelembung cacat menggunakan jutaan kali lebih sedikit energi negatif daripada yang diperkirakan Alcubierra akan dibutuhkan, dan mungkin cukup sedikit untuk pesawat ruang angkasa untuk membawa sarananya. produksi. "Penemuan-penemuan itu," kata White, "mengubah metode Alcubierre dari tidak praktis menjadi cukup masuk akal."

LAPORAN DARI WHITE'S LAB

Johnson Space Center terletak di sebelah laguna Houston, dari mana jalan menuju Teluk Galveston terbuka. Pusatnya agak seperti kampus perguruan tinggi di pinggiran kota, hanya ditujukan untuk melatih astronot. Pada hari kunjungan saya, White menemui saya di Gedung 15, labirin bertingkat dari koridor, kantor, dan laboratorium pengujian mesin. White mengenakan kemeja polo Eagleworks, begitu ia menyebut eksperimen mesinnya, disulam dengan elang yang menjulang di atas pesawat ruang angkasa futuristik.

White memulai karirnya sebagai seorang insinyur yang melakukan penelitian sebagai bagian dari kelompok robot. Seiring waktu, ia mengambil alih komando seluruh sayap robotik ISS sambil menyelesaikan PhD-nya dalam fisika plasma. Baru pada tahun 2009 dia mengalihkan fokusnya ke studi tentang gerak, dan topik ini cukup menarik perhatiannya untuk menjadi alasan utama dia bekerja untuk NASA.

"Dia orang yang tidak biasa," kata bosnya, John Applewhite, yang mengepalai divisi sistem propulsi. - Dia pasti seorang pemimpi besar, tetapi pada saat yang sama seorang insinyur berbakat. Dia tahu bagaimana mengubah fantasinya menjadi produk rekayasa yang nyata.” Sekitar waktu yang sama ketika dia bergabung dengan NASA, White meminta izin untuk membuka laboratoriumnya sendiri yang didedikasikan untuk sistem propulsi canggih. Dia sendiri yang mencetuskan nama Eagleworks dan bahkan meminta NASA membuat logo untuk spesialisasinya. Kemudian pekerjaan ini dimulai.

White membawa saya ke kantornya, yang dia bagikan dengan seorang rekan yang mencari air di Bulan, dan kemudian membawa saya ke Eagleworks. Dalam perjalanan, dia memberi tahu saya tentang permintaannya untuk membuka laboratorium dan menyebutnya "proses yang panjang dan sulit untuk menemukan gerakan lanjutan untuk membantu manusia menjelajahi ruang angkasa."

White menunjukkan objek dan menunjukkan fungsi utamanya, sesuatu yang dia sebut "Quantum Vacuum Plasma Thruster" (QVPT). Perangkat ini terlihat seperti donat beludru merah besar dengan kabel yang dikepang erat di sekitar intinya. Ini adalah salah satu dari dua inisiatif Eagleworks (yang lainnya adalah mesin warp). Ini juga merupakan perkembangan rahasia. Ketika saya bertanya apa itu, White menjawab bahwa dia hanya bisa mengatakan bahwa teknologi ini bahkan lebih keren dari mesin warp). Menurut laporan NASA 2011 yang ditulis oleh White, pesawat itu menggunakan fluktuasi kuantum di ruang kosong sebagai sumber bahan bakarnya, yang berarti bahwa pesawat ruang angkasa bertenaga QVPT tidak memerlukan bahan bakar.

Mesin menggunakan fluktuasi kuantum di ruang kosong sebagai sumber bahan bakar,
yang artinya pesawat luar angkasa
didukung oleh QVPT, tidak memerlukan bahan bakar.

Saat perangkat berfungsi, sistem White terlihat sempurna secara sinematik: warna lasernya merah, dan kedua sinarnya disilangkan seperti pedang. Di dalam cincin ada empat kapasitor keramik yang terbuat dari barium titanat, yang diisi oleh White hingga 23.000 volt. White telah menghabiskan dua setengah tahun terakhir mengembangkan eksperimen, dan dia mengatakan bahwa kapasitor menunjukkan energi potensial yang luar biasa. Namun, ketika saya bertanya bagaimana cara menciptakan energi negatif yang dibutuhkan untuk ruang-waktu yang terdeformasi, dia mengelak dari jawabannya. Dia menjelaskan bahwa dia menandatangani perjanjian kerahasiaan, dan karena itu tidak dapat mengungkapkan rinciannya. Saya bertanya dengan siapa dia membuat perjanjian ini. Dia berkata: “Dengan orang-orang. Mereka datang dan ingin berbicara. Saya tidak bisa memberi Anda detail lebih lanjut."

OPSITOR DARI IDE ENGINE

Sejauh ini, teori perjalanan melengkung cukup intuitif - membelokkan waktu dan ruang untuk menciptakan gelembung yang bergerak - dan memiliki beberapa kelemahan signifikan. Bahkan jika White secara signifikan mengurangi jumlah energi negatif yang diminta Alcubierra, itu masih akan membutuhkan lebih dari yang dapat dihasilkan para ilmuwan, kata Lawrence Ford, fisikawan teoretis di Universitas Tufts yang telah menulis banyak makalah tentang topik energi negatif selama 30 tahun terakhir. . Ford dan fisikawan lain mengklaim bahwa ada keterbatasan fisik yang mendasar, dan itu bukan ketidaksempurnaan teknik, tetapi energi negatif dalam jumlah seperti itu tidak dapat ada di satu tempat untuk waktu yang lama.

Komplikasi lain: untuk membuat bola deformasi yang bergerak lebih cepat dari cahaya, para ilmuwan perlu menghasilkan energi negatif di sekitar pesawat ruang angkasa, termasuk di atasnya. White tidak menganggap ini masalah; dia menjawab agak samar bahwa mesin kemungkinan besar akan bekerja karena beberapa "peralatan yang ada yang menciptakan kondisi yang diperlukan." Namun, menciptakan kondisi ini di depan kapal berarti menyediakan pasokan energi negatif yang konstan yang bergerak lebih cepat dari kecepatan cahaya, sekali lagi bertentangan dengan relativitas umum.

Akhirnya, mesin space warp memunculkan pertanyaan konseptual. Dalam relativitas umum, perjalanan FTL setara dengan perjalanan waktu. Jika mesin seperti itu nyata, White menciptakan mesin waktu.

Hambatan ini menimbulkan beberapa keraguan serius. “Saya tidak berpikir fisika yang kita ketahui dan hukumnya memungkinkan kita untuk berasumsi bahwa dia akan mencapai apa pun dengan eksperimennya,” kata Ken Olum, fisikawan di Universitas Tufts, yang juga berpartisipasi dalam debat tentang gerakan eksotis di Starship 100th Pertemuan ulang tahun.". Noah Graham, seorang fisikawan di Middlebury College yang membaca dua makalah White atas permintaan saya, mengirim email kepada saya: "Saya tidak melihat bukti ilmiah yang berharga selain referensi ke karyanya sebelumnya."

Alcubierre, sekarang seorang fisikawan di National Autonomous University of Mexico, memiliki keraguannya sendiri. "Bahkan jika saya berdiri di pesawat ruang angkasa dan saya memiliki energi negatif yang tersedia, tidak mungkin saya bisa meletakkannya di tempat yang dibutuhkan," katanya kepada saya melalui telepon dari rumahnya di Mexico City. - Tidak, idenya ajaib, saya suka, saya menulisnya sendiri. Tetapi itu memiliki beberapa kekurangan serius yang sudah saya lihat selama bertahun-tahun, dan saya tidak tahu satu cara untuk memperbaikinya. ”

MASA DEPAN SUPERSPEED

Di sebelah kiri gerbang utama Pusat Sains Johnson, sebuah roket Saturnus-B terletak di sisinya, panggungnya terlepas untuk mengungkapkan isinya. Ini sangat besar - ukuran salah satu dari banyak mesin adalah ukuran mobil kecil, dan roket itu sendiri beberapa kaki lebih panjang dari lapangan sepak bola. Ini, tentu saja, merupakan bukti yang cukup jelas tentang kekhasan navigasi ruang angkasa. Selain itu, dia berusia 40 tahun, dan waktu yang dia wakili - ketika NASA menjadi bagian dari rencana nasional besar untuk mengirim manusia ke bulan - sudah lama berlalu. JSC hari ini hanyalah sebuah tempat yang dulunya besar tetapi telah meninggalkan ruang avant-garde.

Sebuah terobosan dalam lalu lintas bisa berarti era baru bagi JSC dan NASA, dan sampai batas tertentu bagian dari era itu sudah dimulai. Penyelidikan Dawn, diluncurkan pada 2007, mempelajari cincin asteroid menggunakan pendorong ion. Pada tahun 2010, Jepang menugaskan Icarus, kapal luar angkasa antarplanet pertama yang ditenagai oleh layar surya, jenis propulsi eksperimental lainnya. Dan pada tahun 2016, para ilmuwan berencana untuk menguji VASMIR, sistem bertenaga plasma yang dibuat khusus untuk propulsi tinggi di ISS. Tetapi ketika sistem ini mungkin membawa astronot ke Mars, mereka tetap tidak akan bisa membawa mereka keluar dari tata surya. Untuk mencapai ini, kata White, NASA perlu mengambil proyek yang lebih berisiko.

Warp Drive mungkin merupakan upaya desain gerak NASA yang paling tidak masuk akal. Komunitas ilmiah mengatakan bahwa White tidak dapat menciptakannya. Para ahli mengatakan itu bertentangan dengan hukum alam dan fisika. Meskipun demikian, NASA berada di belakang proyek tersebut. "Ini tidak disubsidi pada tingkat pemerintah yang tinggi yang seharusnya," kata Applewhite. - Saya pikir manajemen memiliki minat khusus padanya untuk melanjutkan pekerjaannya; itu salah satu konsep teoretis yang, jika berhasil, benar-benar mengubah permainan."

Pada bulan Januari, White memasang interferometer warpnya dan melanjutkan ke target berikutnya. Eagleworks telah melampaui rumahnya sendiri. Lab baru ini lebih besar dan, seperti yang dia nyatakan dengan antusias, "tersegel secara seismik," yang berarti terlindung dari getaran. Tapi mungkin hal terbaik tentang lab baru (dan paling mengesankan) adalah bahwa NASA memberi White kondisi yang sama seperti yang dimiliki Neil Armstrong dan Buzz Aldrin di Bulan. Nah, mari kita lihat.

Bayangan dapat bergerak lebih cepat daripada cahaya, tetapi tidak dapat membawa materi atau informasi

Apakah penerbangan superluminal mungkin?

Bagian dalam artikel ini memiliki subjudul dan Anda dapat merujuk ke setiap bagian secara terpisah.

Contoh sederhana dari perjalanan FTL

1. Efek Cherenkov

Ketika kita berbicara tentang gerak superluminal, yang kita maksud adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa. c(299 792 458 m/s). Oleh karena itu, efek Cherenkov tidak dapat dianggap sebagai contoh gerak superluminal.

2. Pengamat ketiga

Jika roket A terbang menjauh dariku dengan cepat 0.6c ke barat, dan roket B terbang menjauh dariku dengan cepat 0.6c timur, maka saya melihat bahwa jarak antara A dan B meningkat dengan kecepatan 1.2c. Menonton rudal terbang A dan B dari luar, pengamat ketiga melihat bahwa kecepatan pelepasan total rudal lebih besar dari c .

Namun kecepatan relatif tidak sama dengan jumlah kecepatan. kecepatan roket A tentang roket B adalah tingkat di mana jarak ke roket meningkat A, yang terlihat oleh pengamat yang terbang dengan roket B. Kecepatan relatif harus dihitung menggunakan rumus penambahan kecepatan relativistik. (Lihat Bagaimana Anda Menambahkan Kecepatan dalam Relativitas Khusus?) Dalam contoh ini, kecepatan relatifnya kira-kira 0.88c. Jadi dalam contoh ini kami tidak mendapatkan FTL.

3. Cahaya dan bayangan

Pikirkan tentang seberapa cepat bayangan dapat bergerak. Jika lampu dekat, maka bayangan jari Anda di dinding jauh bergerak jauh lebih cepat daripada gerakan jari. Saat menggerakkan jari sejajar dengan dinding, kecepatan bayangan dalam DD kali lebih besar dari kecepatan jari. Di Sini d adalah jarak dari lampu ke jari, dan D- dari lampu ke dinding. Kecepatannya akan lebih besar lagi jika dinding miring. Jika jarak dinding sangat jauh, maka gerakan bayangan akan tertinggal dari gerakan jari, karena cahaya membutuhkan waktu untuk mencapai dinding, tetapi kecepatan bayangan yang bergerak di sepanjang dinding akan semakin meningkat. Kecepatan bayangan tidak dibatasi oleh kecepatan cahaya.

Objek lain yang dapat melakukan perjalanan lebih cepat dari cahaya adalah titik cahaya dari laser yang ditujukan ke bulan. Jarak ke Bulan adalah 385.000 km. Anda dapat menghitung sendiri kecepatan pergerakan titik cahaya di permukaan Bulan dengan fluktuasi kecil penunjuk laser di tangan Anda. Anda mungkin juga menyukai contoh gelombang yang menghantam garis lurus pantai dengan sedikit miring. Dengan kecepatan berapa titik perpotongan gelombang dan pantai dapat bergerak sepanjang pantai?

Semua hal ini bisa terjadi di alam. Misalnya, seberkas cahaya dari pulsar dapat berjalan di sepanjang awan debu. Ledakan yang kuat dapat menciptakan gelombang cahaya atau radiasi berbentuk bola. Ketika gelombang ini berpotongan dengan permukaan, lingkaran cahaya muncul di permukaan itu dan mengembang lebih cepat daripada cahaya. Fenomena seperti itu diamati, misalnya, ketika pulsa elektromagnetik dari kilatan petir melewati atmosfer bagian atas.

4. Tubuh yang kokoh

Jika Anda memiliki batang yang panjang dan kaku dan Anda memukul salah satu ujung batang, bukankah ujung yang lain segera bergerak? Bukankah ini cara transmisi informasi superluminal?

Itu akan benar jika ada tubuh yang sangat kaku. Dalam praktiknya, tumbukan ditransmisikan sepanjang batang dengan kecepatan suara, yang tergantung pada elastisitas dan kepadatan bahan batang. Selain itu, teori relativitas membatasi kemungkinan kecepatan suara dalam material dengan nilai c .

Prinsip yang sama berlaku jika Anda memegang tali atau batang secara vertikal, lepaskan, dan itu mulai jatuh di bawah pengaruh gravitasi. Ujung atas yang Anda lepaskan mulai segera jatuh, tetapi ujung bawah hanya akan mulai bergerak setelah beberapa saat, karena hilangnya gaya penahan ditransmisikan ke bawah batang dengan kecepatan suara dalam material.

Perumusan teori elastisitas relativistik agak rumit, tetapi gagasan umumnya dapat diilustrasikan dengan menggunakan mekanika Newton. Persamaan gerak membujur suatu benda elastik ideal dapat diturunkan dari hukum Hooke. Tunjukkan kerapatan linier batang ρ , modulus young kamu. Offset memanjang X memenuhi persamaan gelombang

d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0

Solusi gelombang bidang bergerak dengan kecepatan suara s, yang ditentukan dari rumus s 2 = Y/ρ. Persamaan gelombang tidak memungkinkan gangguan medium untuk bergerak lebih cepat daripada dengan kecepatan s. Selain itu, teori relativitas memberikan batasan jumlah elastisitas: kamu< ρc 2 . Dalam praktiknya, tidak ada bahan yang diketahui mendekati batas ini. Perhatikan juga bahwa meskipun kecepatan suara mendekati c, maka materi itu sendiri tidak selalu bergerak dengan kecepatan relativistik.

Meskipun tidak ada benda padat di alam, ada gerak benda tegar, yang dapat digunakan untuk mengatasi kecepatan cahaya. Topik ini termasuk dalam bagian bayangan dan titik cahaya yang sudah dijelaskan. (Lihat Gunting Superluminal, Disk Berputar Kaku dalam Relativitas).

5. Kecepatan fase

persamaan gelombang
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0

memiliki solusi dalam bentuk
u \u003d A cos (ax - bt), c 2 a 2 - b 2 + w 2 \u003d 0

Ini adalah gelombang sinusoidal yang merambat dengan kecepatan v
v = b/a = kuadrat(c 2 + w 2 /a 2)

Tapi itu lebih dari c. Mungkin ini persamaan untuk tachyon? (lihat bagian di bawah). Tidak, ini adalah persamaan relativistik biasa untuk partikel bermassa.

Untuk menghilangkan paradoks, Anda perlu membedakan antara "kecepatan fase" v ph , dan "kecepatan grup" v gr , dan
v ph v gr = c 2

Solusi dalam bentuk gelombang mungkin memiliki dispersi dalam frekuensi. Dalam hal ini, paket gelombang bergerak dengan kecepatan grup yang kurang dari c. Menggunakan paket gelombang, informasi hanya dapat ditransmisikan pada kecepatan grup. Gelombang dalam paket gelombang bergerak dengan kecepatan fase. Kecepatan fase adalah contoh lain dari gerak FTL yang tidak dapat digunakan untuk berkomunikasi.

6. Galaksi superluminal

7. Roket relativistik

Biarkan seorang pengamat di Bumi melihat pesawat ruang angkasa bergerak menjauh dengan kecepatan 0.8c Menurut teori relativitas, ia akan melihat bahwa jam di pesawat ruang angkasa berjalan 5/3 kali lebih lambat. Jika kita membagi jarak ke kapal dengan waktu penerbangan sesuai dengan jam di kapal, kita mendapatkan kecepatannya 4/3c. Pengamat menyimpulkan bahwa, dengan menggunakan jamnya, pilot kapal juga akan menentukan bahwa dia terbang dengan kecepatan superluminal. Dari sudut pandang pilot, jamnya berjalan normal, dan ruang antarbintang telah menyusut dengan faktor 5/3. Oleh karena itu, ia terbang dengan jarak yang diketahui antara bintang-bintang lebih cepat, dengan kecepatan 4/3c .

Tapi itu masih bukan penerbangan superluminal. Anda tidak dapat menghitung kecepatan menggunakan jarak dan waktu yang ditentukan dalam kerangka acuan yang berbeda.

8. Kecepatan gravitasi

Beberapa bersikeras bahwa kecepatan gravitasi jauh lebih cepat c atau bahkan tak terbatas. Lihat Apakah Gravitasi Bergerak dengan Kecepatan Cahaya? dan Apa itu Radiasi Gravitasi? Gangguan gravitasi dan gelombang gravitasi merambat dengan kecepatan c .

9. paradoks EPR

10. Foton virtual

11. Efek terowongan kuantum

Dalam mekanika kuantum, efek terowongan memungkinkan partikel untuk mengatasi penghalang, bahkan jika energinya tidak cukup untuk itu. Dimungkinkan untuk menghitung waktu tunneling melalui penghalang seperti itu. Dan mungkin ternyata kurang dari yang dibutuhkan cahaya untuk menempuh jarak yang sama dengan kecepatan c. Bisakah itu digunakan untuk mengirim pesan lebih cepat dari cahaya?

Elektrodinamika kuantum mengatakan "Tidak!" Namun demikian, percobaan dilakukan yang menunjukkan transmisi informasi superluminal menggunakan efek terowongan. Melalui penghalang selebar 11,4 cm dengan kecepatan 4,7 c Simfoni Keempat Puluh Mozart dipersembahkan. Penjelasan untuk eksperimen ini sangat kontroversial. Kebanyakan fisikawan percaya bahwa dengan bantuan efek terowongan tidak mungkin untuk mentransmisikan informasi lebih cepat dari cahaya. Jika memungkinkan, mengapa tidak mengirim sinyal ke masa lalu dengan menempatkan peralatan dalam kerangka acuan yang bergerak cepat.

17. Teori medan kuantum

Dengan pengecualian gravitasi, semua fenomena fisik yang diamati sesuai dengan "Model Standar". Model Standar adalah teori medan kuantum relativistik yang menjelaskan gaya elektromagnetik dan nuklir dan semua partikel yang diketahui. Dalam teori ini, setiap pasangan operator yang berhubungan dengan pengamatan fisik yang dipisahkan oleh interval peristiwa "perjalanan" seperti ruang angkasa (yaitu, seseorang dapat mengubah urutan operator ini). Pada prinsipnya, ini menyiratkan bahwa dalam Model Standar, gaya tidak dapat bergerak lebih cepat daripada cahaya, dan ini dapat dianggap sebagai medan kuantum yang setara dengan argumen energi tak terbatas.

Namun, tidak ada bukti yang sangat ketat dalam teori medan kuantum Model Standar. Belum ada yang membuktikan bahwa teori ini konsisten secara internal. Kemungkinan besar, tidak. Bagaimanapun, tidak ada jaminan bahwa tidak ada partikel atau kekuatan yang belum ditemukan yang tidak mematuhi larangan gerakan superluminal. Juga tidak ada generalisasi dari teori ini, termasuk gravitasi dan relativitas umum. Banyak fisikawan yang bekerja di bidang gravitasi kuantum meragukan bahwa konsep sederhana kausalitas dan lokalitas akan digeneralisasi. Tidak ada jaminan bahwa di masa depan teori yang lebih lengkap kecepatan cahaya akan mempertahankan arti dari kecepatan yang membatasi.

18. Paradoks Kakek

Dalam relativitas khusus, sebuah partikel yang bergerak lebih cepat dari cahaya dalam satu kerangka acuan bergerak mundur ke masa lalu di kerangka acuan yang lain. Perjalanan FTL atau transmisi informasi akan memungkinkan untuk melakukan perjalanan atau mengirim pesan ke masa lalu. Jika perjalanan waktu seperti itu mungkin, maka Anda bisa kembali ke masa lalu dan mengubah jalannya sejarah dengan membunuh kakek Anda.

Ini adalah argumen yang sangat kuat terhadap kemungkinan perjalanan FTL. Benar, masih ada kemungkinan yang hampir tidak mungkin bahwa beberapa perjalanan superluminal terbatas adalah mungkin, yang tidak memungkinkan kembali ke masa lalu. Atau mungkin perjalanan waktu, tetapi kausalitas dilanggar dalam beberapa cara yang konsisten. Semua ini sangat tidak masuk akal, tetapi jika kita membahas FTL, lebih baik siap untuk ide-ide baru.

Kebalikannya juga benar. Jika kita bisa melakukan perjalanan kembali ke masa lalu, kita bisa mengatasi kecepatan cahaya. Dimungkinkan untuk kembali ke masa lalu, terbang ke suatu tempat dengan kecepatan rendah, dan tiba di sana sebelum cahaya yang dikirim dengan cara biasa tiba. Lihat Perjalanan Waktu untuk detail tentang topik ini.

Pertanyaan terbuka tentang perjalanan FTL

Di bagian terakhir ini, saya akan menjelaskan beberapa ide serius tentang kemungkinan perjalanan yang lebih cepat dari cahaya. Topik-topik ini tidak sering dimasukkan dalam FAQ, karena mereka lebih menyukai banyak pertanyaan baru daripada jawaban. Mereka disertakan di sini untuk menunjukkan bahwa penelitian serius sedang dilakukan ke arah ini. Hanya pengantar singkat untuk topik yang diberikan. Detailnya dapat ditemukan di Internet. Seperti semua yang ada di Internet, bersikaplah kritis terhadap mereka.

19. Tachyons

Tachyon adalah partikel hipotetis yang bergerak lebih cepat daripada cahaya secara lokal. Untuk melakukan ini, mereka harus memiliki nilai massa imajiner. Dalam hal ini, energi dan momentum tachyon adalah besaran nyata. Tidak ada alasan untuk percaya bahwa partikel superluminal tidak dapat dideteksi. Bayangan dan sorotan dapat bergerak lebih cepat daripada cahaya dan dapat dideteksi.

Sejauh ini, tachyon belum ditemukan, dan fisikawan meragukan keberadaannya. Ada klaim bahwa dalam percobaan untuk mengukur massa neutrino yang dihasilkan oleh peluruhan beta tritium, neutrino adalah takyon. Ini diragukan, tetapi belum dapat disangkal secara definitif.

Ada masalah dalam teori tachyon. Selain mungkin melanggar kausalitas, tachyon juga membuat vakum tidak stabil. Dimungkinkan untuk menghindari kesulitan ini, tetapi meskipun demikian kita tidak akan dapat menggunakan tachyon untuk transmisi pesan superluminal.

Sebagian besar fisikawan percaya bahwa munculnya tachyon dalam sebuah teori adalah tanda dari beberapa masalah dengan teori ini. Ide tachyon begitu populer di masyarakat hanya karena mereka sering disebutkan dalam literatur fantasi. Lihat Tachyon.

20. Lubang cacing

Metode perjalanan FTL global yang paling terkenal adalah penggunaan "lubang cacing". Lubang cacing adalah celah dalam ruang-waktu dari satu titik di alam semesta ke titik lainnya, yang memungkinkan Anda untuk berpindah dari satu ujung lubang ke ujung lainnya lebih cepat daripada jalur biasa. Lubang cacing dijelaskan oleh teori relativitas umum. Untuk membuatnya, Anda perlu mengubah topologi ruang-waktu. Mungkin ini akan menjadi mungkin dalam kerangka teori gravitasi kuantum.

Untuk menjaga lubang cacing tetap terbuka, Anda membutuhkan area ruang dengan energi negatif. C.W.Misner dan K.S.Thorne mengusulkan untuk menggunakan efek Casimir dalam skala besar untuk menciptakan energi negatif. Visser menyarankan menggunakan string kosmik untuk ini. Ini adalah ide yang sangat spekulatif dan mungkin tidak mungkin. Mungkin bentuk materi eksotik yang dibutuhkan dengan energi negatif tidak ada.

Portal untuk siswa. Latihan mandiri