Prekonanie rýchlosti svetla. Superluminálna rýchlosť: aká je realistická?

Astrofyzici z Baylor University (USA) vyvinuli matematický model hyperpriestorového pohonu, ktorý vám umožňuje prekonať vesmírne vzdialenosti rýchlosťou vyššou ako je rýchlosť svetla 10³² krát, čo vám umožní letieť do susednej galaxie v priebehu niekoľkých hodín. a vrátiť sa späť.

Počas letu ľudia nepocítia preťaženie, ktoré je cítiť v moderných lietadlách, takýto motor sa však môže objaviť v kove až o niekoľko stoviek rokov.

Pohonný mechanizmus je založený na princípe priestorového deformačného motora (Warp Drive), ktorý navrhol v roku 1994 mexický fyzik Miguel Alcubierre. Američanom stačilo model doladiť a urobiť podrobnejšie výpočty.
„Ak stlačíte priestor pred loďou a naopak, roztiahnete sa za ňou, potom sa okolo lode objaví časopriestorová bublina,“ hovorí jeden z autorov štúdie Richard Obousi. „Obklopuje loď a vytiahne ju z bežného sveta do vlastného súradnicového systému.v dôsledku tlakového rozdielu časopriestoru je táto bublina schopná pohybovať sa akýmkoľvek smerom, pričom svetelný prah prekoná o tisíce rádov.

Pravdepodobne sa priestor okolo lode bude môcť zdeformovať v dôsledku temnej energie, ktorá doteraz nebola skúmaná. „Temná energia je veľmi slabo preštudovaná látka, objavená relatívne nedávno a vysvetľujúca, prečo sa zdá, že galaxie od seba odlietajú,“ povedal Sergej Popov, vedúci výskumník na Katedre relativistickej astrofyziky na Sternbergskom štátnom astronomickom inštitúte Moskovskej štátnej univerzity. Existuje niekoľko jeho modelov, ale ktorý z nich "Zatiaľ neexistuje žiadny všeobecne uznávaný. Američania si za základ zobrali model založený na extra dimenziách a hovoria, že je možné vlastnosti týchto dimenzií lokálne meniť. Potom ukazuje sa, že v rôznych smeroch môžu existovať rôzne kozmologické konštanty. A potom sa loď v bubline začne pohybovať."

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

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

V tomto prípade nie sú porušené zákony teórie relativity. Vo vnútri bubliny zostanú rovnaké zákony fyzického sveta a rýchlosť svetla bude limitom. Na túto situáciu sa nevzťahuje takzvaný twin efekt, ktorý hovorí, že počas cestovania vesmírom rýchlosťou svetla sa čas vo vnútri lode výrazne spomalí a astronaut, vracajúci sa na Zem, stretne svojho brata-dvojča, už veľmi starého muža. Warp Drive engine tento problém eliminuje, pretože tlačí priestor, nie loď.

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

Téma „Motor, ktorý umožňuje lietať nadsvetelnou rýchlosťou“, „Cestovanie v multidimenzionálnom priestore“ a všetko, čo súvisí s témou letu rýchlosťou presahujúcou rýchlosť svetla, sa zatiaľ nevymyká špekuláciám, aj keď v niektorých aspektoch prichádza do kontaktu so svetovými vedami. Dnes sme v štádiu, keď vieme, že niektoré veci vieme a niektoré nevieme, no určite nevieme, či sa dá cestovať rýchlejšie ako je rýchlosť svetla.

Zlou správou je, že zo súčasných vedeckých poznatkov vyplýva, že cestovanie rýchlejšie ako svetlo je nemožné. Je to artefakt Einsteinovej špeciálnej teórie relativity. Áno, existujú aj iné pojmy - superluminálne častice, červie diery ( tunely vo vesmíre - cca. prekl.), inflačný vesmír, deformácia priestoru a času, kvantové paradoxy... Všetky tieto myšlienky sú rozoberané vo serióznej vedeckej literatúre, ale o ich realite je priskoro hovoriť.

Jednou z otázok, ktorá sa objavuje v súvislosti s cestovaním FTL, sú časové paradoxy: porušenie príčiny a následku a čo znamená cestovanie v čase. Akoby téma nadsvetelného letu nestačilo, je možné vypracovať aj scenár, v ktorom nadsvetelná rýchlosť umožní cestovanie v čase. Cestovanie v čase sa považuje za oveľa nemožnejšie ako cestovanie svetlom.

Aký je hlavný rozdiel?

Sotva prelomili zvukovú bariéru, ľudia sa čudovali: „Prečo teraz neprelomíme aj svetelnú bariéru, je to naozaj také iné? O prelomení svetelnej bariéry je priskoro hovoriť, no niečo sa už určite vie – ide o úplne iný problém ako prelomenie zvukovej bariéry. Zvukovú bariéru prelomil predmet vyrobený z materiálu, nie zo zvuku. Atómy a molekuly materiálu sú spojené elektromagnetickými poľami, z ktorých sa skladá svetlo. V prípade prelomenia svetelnej rýchlostnej bariéry je objekt, ktorý sa pokúša preraziť túto bariéru, zložený z toho istého, čo samotná bariéra. Ako sa môže objekt pohybovať rýchlejšie ako to, čo spája jeho atómy? Ako sme už poznamenali, ide o úplne iný problém ako prelomenie zvukovej bariéry.

Veľmi stručne môžete uviesť „Špeciálnu teóriu relativity“. V skutočnosti je vo svojom dizajne veľmi jednoduchý... Začnite dvoma jednoduchými pravidlami.

Pravidlo č.1: vzdialenosť, ktorú ste prešli (d), závisí od vašej rýchlosti (v) a času vašej cesty (t). Ak jazdíte rýchlosťou 55 míľ za hodinu, prejdete 55 míľ za hodinu. Len.

Pravidlo č. 2: To je úžasná vec - bez ohľadu na to, ako rýchlo sa pohybujete, neustále si všimnete, že rýchlosť svetla zostáva rovnaká.

Dajte si ich dokopy a porovnajte, čo „vidí“ jeden cestovateľ v porovnaní s niekým, kto cestuje inou rýchlosťou – v tom sú problémy. Skúsme iný obrázok. Zatvor oči. Predstavte si, že zo všetkých vašich zmyslov je zapojený iba sluch. Vnímaš len zvuky. Predmety identifikujete iba podľa zvuku, ktorý vydávajú. Ak teda okolo prešiel rušeň, zmenilo sa nejako jeho píšťalka? Vieme, že znie na určitú nôtu, ale pohybom vlaku sa mení pôsobením takzvaného Dopplerovho javu. To isté sa deje so svetlom. Všetko okolo nás poznáme vďaka prítomnosti svetla alebo všeobecnejšie elektromagnetizmu. Čo vidíme, čo cítime (molekuly vzduchu sa nám odrážajú od pokožky), čo počujeme (molekuly sa navzájom zrážajú pod tlakom vĺn), dokonca aj plynutie času – to všetko riadia elektromagnetické sily. Ak sa teda začneme pohybovať rýchlosťou blížiacou sa rýchlosti, ktorou prijímame všetky informácie, naše informácie sú skreslené. Celkovo je to také jednoduché. Pochopiť to stačí, ak sa s tým snažíte niečo urobiť. Ale to je už iná otázka.

Svetelná rýchlostná bariéra je jedným z dôsledkov špeciálnej teórie relativity. Môžete sa na to pozerať inak. Aby ste sa pohybovali rýchlejšie, musíte pridať energiu. Ale keď sa začnete blížiť k rýchlosti svetla, množstvo energie potrebnej na pohyb raketovo vyletí do nekonečna. Na pohyb hmoty rýchlosťou svetla je potrebná nekonečná energia. Ukazuje sa, že tu čelíte skutočnej bariére.

Je možné obísť špeciálnu teóriu relativity? Pravdepodobne.

Robí sa v tomto smere nejaký výskum? Áno, ale v malom meradle.

Okrem individuálnych teoretických prác fyzikov, akými sú Matt Visser, Michael Morris, Miguel Alcubierre a ďalší, je tu úplne nový program NASA vo fyzike prúdových pohonov.

Materiály InoSMI obsahujú len hodnotenia zahraničných médií a neodzrkadľujú stanovisko redaktorov InoSMI.

Dnes sme v štádiu, keď vieme, že niektoré veci vieme a niektoré nevieme, no určite nevieme, či sa dá cestovať rýchlejšie ako je rýchlosť svetla.

Zlou správou je, že zo súčasných súčasných vedeckých poznatkov vyplýva, že cestovanie rýchlejšie ako svetlo je nemožné. Je to artefakt Einsteinovej špeciálnej teórie relativity.

Áno, existujú aj iné pojmy - nadsvetelné častice, červie diery (tunely vo vesmíre - cca. prekl.), inflačný vesmír, priestorové a časové deformácie, kvantové paradoxy... O všetkých týchto myšlienkach sa diskutuje vo serióznej vedeckej literatúre, no stále je príliš skoro hovoriť o svojej realite.

Aký je hlavný rozdiel?

Atómy a molekuly materiálu sú spojené elektromagnetickými poľami, z ktorých sa skladá svetlo. V prípade prelomenia svetelnej rýchlostnej bariéry je objekt, ktorý sa pokúša preraziť túto bariéru, zložený z toho istého, čo samotná bariéra. Ako sa môže objekt pohybovať rýchlejšie ako to, čo spája jeho atómy? Ako sme už poznamenali, ide o úplne iný problém ako prelomenie zvukovej bariéry.

Špeciálna teória relativity

Veľmi stručne môžete uviesť „Špeciálnu teóriu relativity“. V skutočnosti je vo svojom dizajne veľmi jednoduchý... Začnite dvoma jednoduchými pravidlami.

Pravidlo č.1: vzdialenosť, ktorú ste prešli (d), závisí od vašej rýchlosti (v) a času vašej cesty (t). Ak jazdíte rýchlosťou 55 míľ za hodinu, prejdete 55 míľ za hodinu. Len.

Pravidlo č. 2: To je úžasná vec - bez ohľadu na to, ako rýchlo sa pohybujete, neustále si všimnete, že rýchlosť svetla zostáva rovnaká.

Ak teda okolo prešiel rušeň, zmenilo sa nejako jeho píšťalka? Vieme, že znie na určitú nôtu, ale pohybom vlaku sa mení pôsobením takzvaného Dopplerovho javu. To isté sa deje so svetlom. Všetko okolo nás poznáme vďaka prítomnosti svetla alebo všeobecnejšie elektromagnetizmu. Čo vidíme, čo cítime (molekuly vzduchu sa nám odrážajú od pokožky), čo počujeme (molekuly sa navzájom zrážajú pod tlakom vĺn), dokonca aj plynutie času – to všetko riadia elektromagnetické sily.

Ak sa teda začneme pohybovať rýchlosťou blížiacou sa rýchlosti, ktorou prijímame všetky informácie, naše informácie sú skreslené. Celkovo je to také jednoduché. Pochopiť to stačí, ak sa s tým snažíte niečo urobiť. Ale to je už iná otázka.

svetelná rýchlostná bariéra

Je možné obísť špeciálnu teóriu relativity? Pravdepodobne.

Robí sa v tomto smere nejaký výskum? Áno, ale v malom meradle.

Okrem individuálnych teoretických prác fyzikov, akými sú Matt Visser, Michael Morris, Miguel Alcubierre a ďalší, je tu úplne nový program NASA vo fyzike prúdových pohonov.

Pôvodná publikácia.

Zo školy nás učili, že nie je možné prekročiť rýchlosť svetla, a preto je pohyb človeka vo vesmíre veľkým neriešiteľným problémom (ako letieť do najbližšej slnečnej sústavy, keď svetlo dokáže prekonať túto vzdialenosť len za pár tisíc rokov?). Možno americkí vedci našli spôsob, ako lietať superrýchlosťou, nielen bez podvádzania, ale aj podľa základných zákonov Alberta Einsteina. V každom prípade to tvrdí Harold White, autor projektu vesmírneho deformačného motora.

My sme v redakcii považovali novinku za absolútne fantastickú, a tak dnes, v predvečer Dňa kozmonautiky, zverejňujeme pre magazín Popular Science reportáž Konstantina Kakaesa o fenomenálnom projekte NASA, v prípade úspechu sa človek dostane aj ďalej. solárny systém.

V septembri 2012 sa niekoľko stoviek vedcov, inžinierov a vesmírnych nadšencov zišlo na druhom verejnom stretnutí skupiny s názvom 100 Year Starship. Skupinu vedie bývalá astronautka May Jemisonová a založila ju agentúra DARPA. Cieľom konferencie je „umožniť ľuďom cestovať za hranice slnečnej sústavy k iným hviezdam v priebehu nasledujúcich sto rokov“. Väčšina účastníkov konferencie pripúšťa, že pokrok v prieskume vesmíru s ľudskou posádkou je príliš malý. Napriek miliardám dolárov vynaloženým v posledných štvrťrokoch môžu vesmírne agentúry urobiť takmer toľko, ako mohli v 60. rokoch. V skutočnosti je 100 Year Starship zvolaný, aby to všetko napravil.

Ale viac k veci. Po niekoľkých dňoch konferencie sa jej účastníci dostali k tým najfantastickejším témam: regenerácia orgánov, problém organizovaného náboženstva na palube lode atď. Jedna z najzaujímavejších prezentácií na stretnutí 100 Year Starship sa volala Warp Field Mechanics 102 a predniesol ju Harold "Sonny" White z NASA. White, veterán agentúry, vedie program Advanced Pulse Program v Johnsonovom vesmírnom stredisku (JSC). Spolu s piatimi kolegami vytvoril „Space Propulsion Systems Roadmap“, ktorá načrtáva ciele NASA pre budúce vesmírne lety. Plán uvádza všetky druhy projektov pohonu, od pokročilých chemických rakiet až po ďalekosiahly vývoj, ako je antihmota alebo jadrové stroje. Whiteova oblasť výskumu je však najfuturistickejšia zo všetkých: týka sa vesmírneho warp motora.

takto sa zvyčajne zobrazuje Alcubierrova bublina

Podľa plánu takýto motor zabezpečí pohyb vo vesmíre rýchlosťou presahujúcou rýchlosť svetla. Všeobecne sa uznáva, že to nie je možné, keďže ide o jasné porušenie Einsteinovej teórie relativity. White však tvrdí opak. Ako potvrdenie svojich slov apeluje na takzvané Alcubierrove bubliny (rovnice odvodené z Einsteinovej teórie, podľa ktorej je teleso vo vesmíre schopné dosahovať nadsvetelné rýchlosti, na rozdiel od telesa za normálnych podmienok). V prezentácii porozprával, ako sa mu nedávno podarilo dosiahnuť teoretické výsledky, ktoré priamo vedú k vytvoreniu skutočného vesmírneho warp motora.

Je jasné, že to všetko znie úplne fantasticky: takýto vývoj je skutočnou revolúciou, ktorá rozviaže ruky všetkým astrofyzikom na svete. Namiesto toho, aby astronauti na lodi s takýmto motorom strávili 75 000 rokov cestovaním do Alpha Centauri, najbližšej hviezdnej sústavy k našej, mohli cestu dokončiť za pár týždňov.

Vo svetle odstavenia programu raketoplánov a rastúcej úlohy súkromných letov na nízku obežnú dráhu Zeme NASA hovorí, že sa preorientuje na ďalekosiahle a oveľa odvážnejšie plány, ktoré idú ďaleko za hranice cestovania na Mesiac. Tieto ciele možno dosiahnuť len vývojom nových pohonných systémov – čím skôr, tým lepšie. Niekoľko dní po konferencii šéf NASA Charles Bolden zopakoval Whiteove slová: "Chceme cestovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla a bez medzipristátia na Marse."

AKO VIEME O TOMTO MOTORE

Prvé populárne použitie výrazu „vesmírny warp pohon“ sa datuje do roku 1966, keď Jen Roddenberry vydala Star Trek. Nasledujúcich 30 rokov tento engine existoval len ako súčasť tejto fantasy série. Fyzik menom Miguel Alcubierre sledoval epizódu seriálu práve vtedy, keď pracoval na doktoráte zo všeobecnej teórie relativity a premýšľal, či je možné v skutočnosti vytvoriť vesmírny warp pohon. V roku 1994 publikoval dokument, v ktorom uviedol túto pozíciu.

Alcubierre si predstavoval bublinu vo vesmíre. V prednej časti bubliny sa časopriestor zmenšuje a v zadnej sa rozširuje (ako to bolo podľa fyzikov pri veľkom tresku). Deformácia spôsobí, že loď bude napriek okolitému hluku hladko kĺzať vesmírom, ako keby surfovala na vlne. V zásade sa deformovaná bublina môže pohybovať ľubovoľne rýchlo; obmedzenia v rýchlosti svetla podľa Einsteinovej teórie platia len v kontexte časopriestoru, ale nie pri takýchto deformáciách časopriestoru. Vo vnútri bubliny, predpovedal Alcubierre, sa časopriestor nezmení a vesmírni cestovatelia nebudú zranení.

Einsteinove rovnice vo všeobecnej teórii relativity je zložité vyriešiť jedným smerom, zistiť, ako hmota zakrivuje priestor, ale je to možné. Pomocou nich Alcubierre určil, že rozloženie hmoty je nevyhnutnou podmienkou pre vytvorenie deformovanej bubliny. Jediným problémom je, že riešenia viedli k neurčitej forme hmoty nazývanej negatívna energia.

Jednoducho povedané, gravitácia je sila príťažlivosti medzi dvoma objektmi. Každý objekt, bez ohľadu na jeho veľkosť, pôsobí na okolitú hmotu nejakou príťažlivou silou. Podľa Einsteina je táto sila zakrivením časopriestoru. Negatívna energia je však gravitačne negatívna, teda odpudivá. Namiesto spojenia času a priestoru ich negatívna energia odpudzuje a oddeľuje. Zhruba povedané, aby tento model fungoval, Alcubierra potrebuje negatívnu energiu na rozšírenie časopriestoru za loďou.

Napriek tomu, že nikto nikdy špecificky nemeral negatívnu energiu, podľa kvantovej mechaniky existuje a vedci sa ju naučili vytvárať v laboratóriu. Jedným zo spôsobov, ako ho obnoviť, je Kazimirov efekt: dve paralelné vodivé dosky umiestnené blízko seba vytvárajú určité množstvo negatívnej energie. Slabou stránkou Alcubierrovho modelu je, že jeho realizácia si vyžaduje obrovské množstvo negatívnej energie, o niekoľko rádov vyššie, ako sa podľa vedcov dá vyrobiť.

White hovorí, že našiel spôsob, ako toto obmedzenie obísť. V počítačovej simulácii White zmenil geometriu warpového poľa tak, aby teoreticky mohlo vytvoriť deformovanú bublinu s použitím miliónkrát menšej negatívnej energie, než akú odhadoval Alcubierra, a možno len málo na to, aby vesmírna loď mohla niesť svoje výrobné prostriedky. . "Objavy," hovorí White, "menia Alcubierrovu metódu z nepraktickej na celkom prijateľnú."

SPRÁVA Z WHITEHO LABORATÓRIA

Johnsonovo vesmírne stredisko sa nachádza vedľa lagún v Houstone, odkiaľ sa otvára cesta do zálivu Galveston. Stredisko je trochu ako prímestský univerzitný kampus, zameraný len na výcvik astronautov. V deň mojej návštevy ma White stretne v budove 15, viacposchodovom bludisku chodieb, kancelárií a laboratórií na testovanie motorov. White má na sebe polokošeľu Eagleworks, ako nazýva svoje experimenty s motormi, s vyšívaným orlom vznášajúcim sa nad futuristickou vesmírnou loďou.

White začal svoju kariéru ako inžinier, ktorý sa venoval výskumu ako súčasť robotickej skupiny. Postupom času prevzal velenie nad celým robotickým krídlom ISS a zároveň dokončoval doktorát z fyziky plazmy. Až v roku 2009 presunul svoje zameranie na štúdium pohybu a táto téma ho zaujala natoľko, že sa stala hlavným dôvodom, prečo išiel pracovať pre NASA.

„Je to celkom nezvyčajný človek,“ hovorí jeho šéf John Applewhite, ktorý vedie divíziu pohonných systémov. - Určite je to veľký snílek, no zároveň talentovaný inžinier. Vie, ako premeniť svoje fantázie na skutočný inžiniersky produkt.“ Približne v rovnakom čase, keď sa pripojil k NASA, White požiadal o povolenie otvoriť si vlastné laboratórium venované pokročilým pohonným systémom. Sám prišiel s názvom Eagleworks a dokonca požiadal NASA, aby vytvorila logo pre svoju špecializáciu. Potom táto práca začala.

White ma vedie do svojej kancelárie, o ktorú sa delí s kolegom, ktorý hľadá vodu na Mesiaci, a potom ma vedie dolu do Eagleworks. Cestou mi rozpráva o svojej žiadosti o otvorenie laboratória a nazýva to „dlhý a náročný proces hľadania pokročilého pohybu, ktorý pomôže človeku preskúmať vesmír“.

White mi ukazuje objekt a ukazuje mi jeho centrálnu funkciu, niečo, čo nazýva "Quantum Vacuum Plasma Thruster" (QVPT). Toto zariadenie vyzerá ako obrovská červená zamatová šiška s drôtmi pevne opletenými okolo jadra. Toto je jedna z dvoch iniciatív Eagleworks (druhou je warp engine). Je to tiež tajný vývoj. Keď sa pýtam, čo to je, White odpovie, že môže povedať iba to, že táto technológia je ešte chladnejšia ako warp motor). Podľa správy NASA z roku 2011, ktorú napísal White, plavidlo využíva ako zdroj paliva kvantové fluktuácie v prázdnom priestore, čo znamená, že kozmická loď poháňaná QVPT nepotrebuje palivo.

Motor využíva ako zdroj paliva kvantové fluktuácie v prázdnom priestore,
čo znamená vesmírna loď
poháňaný QVPT, nevyžaduje palivo.

Keď zariadenie funguje, Whiteov systém vyzerá filmársky dokonale: farba lasera je červená a dva lúče sú prekrížené ako šable. Vo vnútri prstenca sú štyri keramické kondenzátory vyrobené z titaničitanu bárnatého, ktoré White nabíja až 23 000 voltov. White strávil posledných dva a pol roka vývojom experimentu a hovorí, že kondenzátory vykazujú obrovskú potenciálnu energiu. Keď sa však opýtam, ako vytvoriť negatívnu energiu potrebnú pre pokrivený časopriestor, vyhýba sa odpovedi. Vysvetľuje, že podpísal zmluvu o mlčanlivosti, a preto nemôže prezradiť podrobnosti. Pýtam sa, s kým uzavrel tieto dohody. Hovorí: „S ľuďmi. Prichádzajú a chcú sa porozprávať. Viac podrobností vám nemôžem poskytnúť."

OPACI MYŠLIENKY MOTORA

Teória pokriveného cestovania je zatiaľ dosť intuitívna – deformácia času a priestoru na vytvorenie pohybujúcej sa bubliny – a má niekoľko významných nedostatkov. Aj keď White výrazne zníži množstvo negatívnej energie, ktorú Alcubierra požaduje, stále si to bude vyžadovať viac, než dokážu vedci vyrobiť, hovorí Lawrence Ford, teoretický fyzik z Tufts University, ktorý za posledných 30 rokov napísal množstvo prác na tému negatívnej energie. . Ford a ďalší fyzici tvrdia, že existujú zásadné fyzikálne obmedzenia a nejde ani tak o inžinierske nedokonalosti, ale o to, že také množstvo negatívnej energie nemôže existovať na jednom mieste dlhodobo.

Ďalšia komplikácia: na vytvorenie deformačnej gule, ktorá sa pohybuje rýchlejšie ako svetlo, budú musieť vedci generovať negatívnu energiu okolo kozmickej lode, a to aj nad ňou. White si nemyslí, že to je problém; odpovedá dosť nejasne, že motor bude s najväčšou pravdepodobnosťou fungovať vďaka nejakému existujúcemu „aparatúre, ktoré vytvára potrebné podmienky“. Vytvorenie týchto podmienok pred loďou by však znamenalo zabezpečenie neustáleho prísunu negatívnej energie, ktorá sa pohybuje rýchlejšie ako rýchlosť svetla, čo je opäť v rozpore so všeobecnou teóriou relativity.

Nakoniec, vesmírny warp motor vyvoláva koncepčnú otázku. Vo všeobecnej teórii relativity je cestovanie FTL ekvivalentné cestovaniu v čase. Ak je takýto motor skutočný, White vytvorí stroj času.

Tieto prekážky vyvolávajú vážne pochybnosti. „Nemyslím si, že fyzika, ktorú poznáme, a jej zákony nám dovoľujú predpokladať, že svojimi experimentmi niečo dosiahne,“ hovorí Ken Olum, fyzik z Tufts University, ktorý sa zúčastnil aj debaty o exotickom pohybe na Starship 100th. Jubilejné stretnutie." Noah Graham, fyzik z Middlebury College, ktorý si na moju žiadosť prečítal dve Whiteove práce, mi poslal e-mail: "Nevidím žiadne cenné vedecké dôkazy okrem odkazov na jeho predchádzajúcu prácu."

Alcubierre, teraz fyzik na Národnej autonómnej univerzite v Mexiku, má svoje vlastné pochybnosti. „Aj keď stojím na vesmírnej lodi a mám k dispozícii negatívnu energiu, neexistuje spôsob, ako ju umiestniť tam, kde je to potrebné,“ hovorí mi do telefónu zo svojho domu v Mexico City. - Nie, tá myšlienka je čarovná, páči sa mi, napísal som ju sám. Má však niekoľko vážnych nedostatkov, ktoré už v priebehu rokov vidím, a nepoznám jediný spôsob, ako ich opraviť.

BUDÚCNOSŤ SUPERRÝCHLOSTI

Naľavo od hlavnej brány Johnsonovho vedeckého centra leží na boku raketa Saturn-B, ktorej stupne sú odpojené, aby odhalili jej obsah. Je gigantická – veľkosť jedného z mnohých motorov je veľkosť malého auta a samotná raketa je o pár metrov dlhšia ako futbalové ihrisko. To je, samozrejme, celkom výrečný dôkaz o zvláštnostiach vesmírnej navigácie. Okrem toho má 40 rokov a doba, ktorú predstavuje – keď bola NASA súčasťou obrovského národného plánu poslať človeka na Mesiac – je dávno preč. Spoločnosť JSC je dnes len miestom, ktoré bolo kedysi skvelé, ale odvtedy opustilo vesmírnu avantgardu.

Prielom v doprave by mohol znamenať novú éru pre JSC a NASA a do istej miery sa časť tejto éry už začína. Sonda Dawn, vypustená v roku 2007, študuje prstenec asteroidov pomocou iónových trysiek. V roku 2010 Japonci objednali Icarus, prvú medziplanetárnu hviezdnu loď poháňanú solárnou plachtou, ďalší druh experimentálneho pohonu. A v roku 2016 plánujú vedci otestovať VASMIR, plazmový systém vyrobený špeciálne pre vysoký pohon na ISS. Ale keď tieto systémy možno dostanú astronautov na Mars, stále ich nebudú môcť vziať mimo slnečnej sústavy. Na dosiahnutie tohto cieľa, povedal White, NASA bude musieť prijať riskantnejšie projekty.

Warp Drive je možno tým najzaujímavejším zo snáh NASA o pohybový dizajn. Vedecká komunita hovorí, že White to nedokáže vytvoriť. Odborníci tvrdia, že pôsobí proti prírodným a fyzikálnym zákonom. Napriek tomu za projektom stojí NASA. „Nie je to dotované na vysokej vládnej úrovni, ako by malo byť,“ hovorí Applewhite. - Myslím si, že vedenie má osobitný záujem na tom, aby pokračoval vo svojej práci; je to jeden z tých teoretických konceptov, ktorý v prípade úspechu úplne zmení hru.“

V januári White zostavil svoj warp interferometer a presunul sa k svojmu ďalšiemu cieľu. Eagleworks prerástol svoj vlastný domov. Nové laboratórium je väčšie a ako nadšene uvádza, je „seizmicky utesnené“, čo znamená, že je chránené pred vibráciami. Ale možno najlepšie na novom laboratóriu (a najpôsobivejšie) je, že NASA dala Whiteovi rovnaké podmienky, aké mali Neil Armstrong a Buzz Aldrin na Mesiaci. No uvidíme.

Tiene môžu cestovať rýchlejšie ako svetlo, ale nemôžu prenášať hmotu ani informácie

Je možný nadsvetelný let?

Časti v tomto článku majú podnadpisy a na každú časť sa môžete odvolávať samostatne.

Jednoduché príklady cestovania FTL

1. Čerenkovov efekt

Keď hovoríme o nadsvetelnom pohybe, máme na mysli rýchlosť svetla vo vákuu. c(299 792 458 m/s). Čerenkovov efekt preto nemožno považovať za príklad nadsvetelného pohybu.

2. Tretí pozorovateľ

Ak raketa A letí odo mňa rýchlosťou 0,6 c na západ a raketa B letí odo mňa rýchlosťou 0,6 c východ, potom vidím, že vzdialenosť medzi A a B zvyšuje s rýchlosťou 1.2c. Sledovanie lietania rakiet A a B zvonku tretí pozorovateľ vidí, že celková rýchlosť odstraňovania rakiet je väčšia ako c .

Avšak relatívna rýchlosť sa nerovná súčtu rýchlostí. raketová rýchlosť A ohľadom rakety B je rýchlosť, ktorou sa zväčšuje vzdialenosť od rakety A, ktorú vidí pozorovateľ letiaci na rakete B. Relatívna rýchlosť sa musí vypočítať pomocou vzorca sčítania relativistickej rýchlosti. (Pozri Ako pridávate rýchlosti v špeciálnej teórii relativity?) V tomto príklade je relatívna rýchlosť približne 0,88 c. Takže v tomto príklade sme nedostali FTL.

3. Svetlo a tieň

Premýšľajte o tom, ako rýchlo sa tieň môže pohybovať. Ak je lampa blízko, potom sa tieň vášho prsta na vzdialenej stene pohybuje oveľa rýchlejšie ako prst. Pri pohybe prsta rovnobežne so stenou rýchlosť tieňa dovnútra D/d krát väčšia ako rýchlosť prsta. Tu d je vzdialenosť od lampy k prstu a D- od lampy po stenu. Rýchlosť bude ešte väčšia, ak bude stena pod uhlom. Ak je stena veľmi ďaleko, pohyb tieňa bude zaostávať za pohybom prsta, pretože svetlu trvá určitý čas, kým dosiahne stenu, ale rýchlosť tieňa, ktorý sa pohybuje pozdĺž steny, sa ešte zvýši. Rýchlosť tieňa nie je obmedzená rýchlosťou svetla.

Ďalším objektom, ktorý sa môže pohybovať rýchlejšie ako svetlo, je svetelná škvrna z laseru namiereného na Mesiac. Vzdialenosť k Mesiacu je 385 000 km. Rýchlosť pohybu svetelnej škvrny na povrchu Mesiaca si viete vypočítať sami s malými výkyvmi laserového ukazovátka v ruke. Tiež by sa vám mohol páčiť príklad vlny narážajúcej na rovnú líniu pláže pod miernym uhlom. Akou rýchlosťou sa môže priesečník vlny a pobrežia pohybovať pozdĺž pláže?

Všetky tieto veci sa môžu stať v prírode. Napríklad lúč svetla z pulzaru môže prebiehať pozdĺž oblaku prachu. Silný výbuch môže vytvoriť sférické vlny svetla alebo žiarenia. Keď sa tieto vlny pretnú s povrchom, objavia sa na ňom svetelné kruhy a rozšíria sa rýchlejšie ako svetlo. Takýto jav sa pozoruje napríklad vtedy, keď elektromagnetický impulz z blesku prejde hornými vrstvami atmosféry.

4. Pevné telo

Ak máte dlhú, pevnú tyč a narazíte na jeden koniec tyče, druhý koniec sa okamžite nepohne? Nie je to spôsob nadsvetelného prenosu informácií?

To by bolo správne ak boli tam dokonale tuhé telá. V praxi sa náraz prenáša pozdĺž tyče rýchlosťou zvuku, ktorá závisí od pružnosti a hustoty materiálu tyče. Okrem toho teória relativity obmedzuje možné rýchlosti zvuku v materiáli hodnotou c .

Rovnaký princíp platí, ak motúz alebo tyč držíte kolmo, uvoľníte ich a ona začne vplyvom gravitácie padať. Horný koniec, ktorý pustíte, začne okamžite klesať, no spodný koniec sa začne pohybovať až po chvíli, pretože strata prídržnej sily sa prenáša po tyči rýchlosťou zvuku v materiáli.

Formulácia relativistickej teórie pružnosti je pomerne komplikovaná, ale všeobecnú myšlienku možno ilustrovať pomocou newtonovskej mechaniky. Rovnicu pozdĺžneho pohybu ideálne pružného telesa možno odvodiť z Hookovho zákona. Označte lineárnu hustotu tyče ρ , Youngov modul Y. Pozdĺžny posun X vyhovuje vlnovej rovnici

ρ d2 X/dt2 - Yd2 X/dx2 = 0

Riešenie rovinných vĺn sa pohybuje rýchlosťou zvuku s, ktorý sa určí zo vzorca s2 = Y/ρ. Vlnová rovnica neumožňuje, aby sa poruchy média pohybovali rýchlejšie ako s rýchlosťou s. Okrem toho teória relativity dáva limit pre množstvo elasticity: Y< ρc 2 . V praxi sa k tejto hranici nepribližuje žiadny známy materiál. Všimnite si tiež, že aj keď je rýchlosť zvuku blízka c, potom sa samotná hmota nemusí nutne pohybovať relativistickou rýchlosťou.

Hoci v prírode neexistujú pevné telesá, existujú pohyb tuhých telies, pomocou ktorého možno prekonať rýchlosť svetla. Táto téma patrí do už popísanej sekcie tieňov a svetlých škvŕn. (Pozri Superluminálne nožnice, Pevný rotujúci disk v relativite).

5. Fázová rýchlosť

vlnová rovnica
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + š 2 u = 0

má riešenie vo forme
u \u003d A cos (ax - bt), c 2 a 2 - b 2 + w 2 \u003d 0

Ide o sínusové vlny šíriace sa rýchlosťou v
v = b/a = sqrt(c 2 + w 2 /a 2)

Ale je to viac ako c. Možno toto je rovnica pre tachyóny? (pozri časť nižšie). Nie, toto je obvyklá relativistická rovnica pre časticu s hmotnosťou.

Aby ste odstránili paradox, musíte rozlišovať medzi „fázovou rýchlosťou“ v ph a "skupinová rýchlosť" v gr a
v ph v gr = c 2

Roztok vo forme vlny môže mať rozptyl vo frekvencii. V tomto prípade sa vlnový balík pohybuje skupinovou rýchlosťou, ktorá je menšia ako c. Pomocou vlnového paketu možno informácie prenášať iba skupinovou rýchlosťou. Vlny vo vlnovom balíku sa pohybujú fázovou rýchlosťou. Fázová rýchlosť je ďalším príkladom pohybu FTL, ktorý nemožno použiť na komunikáciu.

6. Nadsvetelné galaxie

7. Relativistická raketa

Nechajte pozorovateľa na Zemi vidieť vesmírnu loď, ktorá sa vzďaľuje rýchlosťou 0,8 c Podľa teórie relativity uvidí, že hodiny na kozmickej lodi bežia 5/3 krát pomalšie. Ak vzdialenosť k lodi vydelíme časom letu podľa palubných hodín, dostaneme rýchlosť 4/3c. Pozorovateľ prichádza k záveru, že pomocou svojich palubných hodín pilot lode tiež určí, že letí nadsvetelnou rýchlosťou. Z pohľadu pilota jeho hodiny bežia normálne a medzihviezdny priestor sa zmenšil 5/3. Preto letí známe vzdialenosti medzi hviezdami rýchlejšie, rýchlosťou 4/3c .

Ale stále to nie je nadsvetelný let. Nemôžete vypočítať rýchlosť pomocou vzdialenosti a času definovaného v rôznych referenčných rámcoch.

8. Rýchlosť gravitácie

Niektorí tvrdia, že rýchlosť gravitácie je oveľa vyššia c alebo dokonca nekonečné. Pozri Gravitácia cestuje rýchlosťou svetla? a Čo je to gravitačné žiarenie? Gravitačné poruchy a gravitačné vlny sa šíria rýchlosťou c .

9. Paradox EPR

10. Virtuálne fotóny

11. Kvantový tunelový efekt

V kvantovej mechanike tunelový efekt umožňuje častici prekonať bariéru, aj keď jej energia na to nestačí. Cez takúto bariéru je možné vypočítať čas razenia tunela. A môže sa ukázať, že je to menej, ako je potrebné na to, aby svetlo prekonalo rovnakú vzdialenosť rýchlosťou c. Dá sa použiť na odosielanie správ rýchlejšie ako svetlo?

Kvantová elektrodynamika hovorí "Nie!" Napriek tomu sa uskutočnil experiment, ktorý demonštroval nadsvetelný prenos informácií pomocou tunelového efektu. Cez bariéru šírky 11,4 cm pri rýchlosti 4,7 c Zaznela Mozartova 40. symfónia. Vysvetlenie tohto experimentu je veľmi kontroverzné. Väčšina fyzikov verí, že pomocou tunelového efektu je prenos nemožné informácie rýchlejšie ako svetlo. Ak by to bolo možné, tak prečo nevyslať signál do minulosti umiestnením zariadenia do rýchlo sa pohybujúceho referenčného rámca.

17. Kvantová teória poľa

S výnimkou gravitácie všetky pozorované fyzikálne javy zodpovedajú „Štandardnému modelu“. Štandardný model je relativistická kvantová teória poľa, ktorá vysvetľuje elektromagnetické a jadrové sily a všetky známe častice. V tejto teórii každá dvojica operátorov zodpovedajúcich fyzickým pozorovateľným veličinám oddeleným priestorovým intervalom udalostí „dochádza“ (to znamená, že je možné zmeniť poradie týchto operátorov). V zásade to znamená, že v štandardnom modeli sa sila nemôže pohybovať rýchlejšie ako svetlo, čo možno považovať za ekvivalent kvantového poľa argumentu nekonečnej energie.

V kvantovej teórii poľa štandardného modelu však neexistujú žiadne dokonale presné dôkazy. Nikto ešte ani nedokázal, že táto teória je vnútorne konzistentná. S najväčšou pravdepodobnosťou nie je. V každom prípade nie je zaručené, že neexistujú žiadne ešte neobjavené častice alebo sily, ktoré by sa neriadili zákazom nadsvetelného pohybu. Neexistuje ani zovšeobecnenie tejto teórie, vrátane gravitácie a všeobecnej relativity. Mnoho fyzikov pracujúcich v oblasti kvantovej gravitácie pochybuje, že jednoduché pojmy kauzality a lokality budú zovšeobecnené. Neexistuje žiadna záruka, že v budúcej úplnejšej teórii si rýchlosť svetla zachová význam obmedzujúcej rýchlosti.

18. Dedo Paradox

V špeciálnej teórii relativity sa častica pohybujúca sa rýchlejšie ako svetlo v jednej referenčnej sústave pohybuje späť v čase v inej referenčnej sústave. FTL cestovanie alebo prenos informácií by umožnili cestovať alebo poslať správu do minulosti. Ak by takéto cestovanie v čase bolo možné, potom by ste sa mohli vrátiť v čase a zmeniť chod dejín tým, že zabijete svojho starého otca.

To je veľmi silný argument proti možnosti cestovania FTL. Je pravda, že zostáva takmer nepravdepodobná možnosť, že je možné nejaké obmedzené superluminálne cestovanie, ktoré neumožňuje návrat do minulosti. Alebo možno cestovanie v čase je možné, ale kauzalita sa nejakým konzistentným spôsobom porušuje. To všetko je veľmi nepravdepodobné, ale ak diskutujeme o FTL, je lepšie byť pripravený na nové nápady.

Platí to aj naopak. Ak by sme mohli cestovať späť v čase, dokázali by sme prekonať rýchlosť svetla. Je možné vrátiť sa v čase, letieť niekam nízkou rýchlosťou a doraziť tam skôr, než príde svetlo vyslané zvyčajným spôsobom. Podrobnosti o tejto téme nájdete v časti Cestovanie v čase.

Otvorené otázky cestovania FTL

V tejto poslednej časti popíšem niekoľko serióznych myšlienok o možnom cestovaní rýchlejšie ako svetlo. Tieto témy nie sú často zahrnuté do FAQ, pretože sú skôr množstvom nových otázok ako odpovedí. Sú tu zahrnuté, aby ukázali, že v tomto smere sa robí seriózny výskum. Uvádza sa len krátky úvod k téme. Podrobnosti nájdete na internete. Rovnako ako všetko na internete, buďte k nim kritickí.

19. Tachyóny

Tachyóny sú hypotetické častice, ktoré sa lokálne pohybujú rýchlejšie ako svetlo. Na to musia mať pomyselnú masovú hodnotu. V tomto prípade sú energia a hybnosť tachyónu skutočné veličiny. Nie je dôvod sa domnievať, že nadsvetelné častice nemožno detegovať. Tiene a svetlá sa môžu pohybovať rýchlejšie ako svetlo a možno ich rozpoznať.

Doteraz sa tachyóny nenašli a fyzici o ich existencii pochybujú. Objavili sa tvrdenia, že v experimentoch na meranie hmotnosti neutrín produkovaných beta rozpadom trícia boli neutrína tachyónmi. Je to sporné, ale ešte to nebolo definitívne vyvrátené.

V teórii tachyónov sú problémy. Okrem možného narušenia kauzality tachyóny tiež spôsobujú, že vákuum je nestabilné. Možno bude možné obísť tieto ťažkosti, ale ani potom nebudeme môcť použiť tachyóny na superluminálny prenos správ.

Väčšina fyzikov verí, že výskyt tachyónov v teórii je znakom niektorých problémov s touto teóriou. Myšlienka tachyónov je tak populárna u verejnosti jednoducho preto, že sa často spomínajú vo fantasy literatúre. Pozri Tachyony.

20. Červí diery

Najznámejšou metódou globálneho cestovania FTL je použitie „červích dier“. Červí diera je štrbina v časopriestore z jedného bodu vo vesmíre do druhého, čo vám umožňuje dostať sa z jedného konca diery na druhý rýchlejšie, než je obvyklé. Červí diery popisuje všeobecná teória relativity. Na ich vytvorenie je potrebné zmeniť topológiu časopriestoru. Možno to bude možné v rámci kvantovej teórie gravitácie.

Aby ste udržali červiu dieru otvorenú, potrebujete priestory s negatívnymi energiami. C.W.Misner a K.S.Thorne navrhli využiť Casimirov efekt vo veľkom na vytvorenie negatívnej energie. Visser navrhol použiť na to kozmické struny. Sú to veľmi špekulatívne nápady a nemusia byť možné. Možno požadovaná forma exotickej hmoty s negatívnou energiou neexistuje.

Portál pre študenta. Samotréning