Сенките могат да се движат по-бързо от светлината, но не могат да транспортират материя или информация

Възможен ли е свръхсветлинен полет?

Разделите на тази статия са със субтитри и всеки раздел може да бъде цитиран отделно.

Прости примери за свръхсветлинно пътуване

1. Ефект на Черенков

Когато говорим за движение със свръхсветлинни скорости, имаме предвид скоростта на светлината във вакуум ° С(299 792 458 m/s). Следователно ефектът на Черенков не може да се разглежда като пример за движение със свръхсветлинна скорост.

2. Трети наблюдател

Ако ракетата Аотлита от мен със скорост 0,6cна запад и ракетата ботлита от мен със скорост 0,6cна изток, тогава виждам, че разстоянието между АИ бнараства със скоростта 1.2c. Гледане на полета на ракетите АИ ботвън третият наблюдател вижда, че общата скорост на извеждане на ракетата е по-голяма от ° С .

въпреки това относителна скоростне е равна на сумата от скоростите. Ракетна скорост Аспрямо ракетата бе скоростта, с която се увеличава разстоянието до ракетата А, което се вижда от наблюдател, летящ на ракета б. Относителната скорост трябва да се изчисли с помощта на релативистката формула за събиране на скорости. (Вижте Как добавяте скорости в специалната теория на относителността?) В този пример относителната скорост е приблизително равна на 0,88c. Така че в този пример не получихме свръхсветлинна скорост.

3. Светлина и сянка

Помислете колко бързо може да се движи една сянка. Ако лампата е близо, тогава сянката на пръста ви върху далечната стена се движи много по-бързо, отколкото пръстът ви се движи. Когато движите пръста си успоредно на стената, скоростта на сянката е D/dпъти по-бързо от скоростта на вашия пръст. Тук д- разстояние от лампата до пръста и д- от лампата до стената. Скоростта ще бъде още по-голяма, ако стената е разположена под ъгъл. Ако стената е много далеч, тогава движението на сянката ще изостане от движението на пръста, тъй като светлината отнема време, за да достигне стената, но скоростта на сянката, движеща се по стената, ще се увеличи още повече. Скоростта на сянката не се ограничава от скоростта на светлината.

Друг обект, който може да пътува по-бързо от светлината, е светлинното петно ​​от лазер, насочен към Луната. Разстоянието до Луната е 385 000 км. Можете сами да изчислите скоростта, с която светлинното петно ​​се движи по повърхността на Луната с леки вибрации на лазерната показалка в ръката ви. Може също да ви хареса примерът на вълна, която удря права линия на плажа под лек ъгъл. С каква скорост може да се движи точката на пресичане на вълната и брега по плажа?

Всички тези неща могат да се случат в природата. Например, лъч светлина от пулсар може да се движи покрай облак прах. Една мощна експлозия може да създаде сферични вълни от светлина или радиация. Когато тези вълни се пресичат с която и да е повърхност, върху тази повърхност се появяват светлинни кръгове и се разширяват по-бързо от светлината. Това явление възниква, например, когато електромагнитен импулс от светкавица преминава през горните слоеве на атмосферата.

4. Твърди

Ако имате дълга твърда пръчка и ударите единия край на пръчката, другият край няма ли да се премести веднага? Това не е ли начин за свръхсветлинно предаване на информация?

Би било истина акоИмаше съвършено твърди тела. На практика ударът се предава по пръта със скоростта на звука, която зависи от еластичността и плътността на материала на пръта. В допълнение, теорията на относителността ограничава възможните скорости на звука в даден материал със стойността ° С .

Същият принцип важи, ако държите кордаж или прът вертикално, пуснете го и той започва да пада под въздействието на гравитацията. Горният край, който сте пуснали, започва да пада веднага, но долният край ще започне да се движи едва след известно време, тъй като изчезването на задържащата сила се предава надолу по пръта със скоростта на звука в материала.

Формулировката на релативистката теория на еластичността е доста сложна, но общата идея може да бъде илюстрирана с помощта на Нютоновата механика. Уравнението за надлъжното движение на идеално еластично тяло може да се изведе от закона на Хук. Нека обозначим линейната плътност на пръта ρ , модул на еластичност на Юнг Y. Надлъжно преместване худовлетворява вълновото уравнение

ρ d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0

Разтворът с плоска вълна се движи със скоростта на звука с, което се определя от формулата s 2 = Y/ρ. Вълновото уравнение не позволява на смущенията в средата да се движат по-бързо от скоростта с. В допълнение, теорията на относителността дава граница на големината на еластичността: Y< ρc 2 . На практика никой известен материал не се доближава до тази граница. Моля, имайте предвид също, че дори скоростта на звука да е близка до ° С, тогава самата материя не се движи непременно с релативистка скорост.

Въпреки че в природата няма твърди тела, има движение на твърди тела, който може да се използва за преодоляване на скоростта на светлината. Тази тема е свързана с вече описания раздел за сенки и светли точки. (Вижте Свръхсветлинните ножици, Твърдият въртящ се диск в теорията на относителността).

5. Фазова скорост

Вълново уравнение
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0

има решение във формата
u = A cos(ax - bt), c 2 a 2 - b 2 + w 2 = 0

Това са синусоиди, разпространяващи се със скорост v
v = b/a = sqrt(c 2 + w 2 /a 2)

Но това е повече от c. Може би това е уравнението за тахионите? (вижте допълнителен раздел). Не, това е обикновено релативистично уравнение за частица с маса.

За да премахнете парадокса, трябва да правите разлика между „фазова скорост“ v ph и "групова скорост" vграндиозен
v ph · v gr = c 2

Вълновото решение може да има честотна дисперсия. В този случай вълновият пакет се движи с групова скорост, която е по-малка от ° С. С помощта на вълнов пакет информацията може да се предава само с групова скорост. Вълните във вълновия пакет се движат с фазова скорост. Фазовата скорост е друг пример за свръхсветлинно движение, което не може да се използва за предаване на съобщения.

6. Свръхсветлинни галактики

7. Релативистка ракета

Нека наблюдател на Земята види космически кораб, който се отдалечава със скорост 0,8cВ съответствие със теория на относителността, той ще види, че часовникът на космическия кораб работи 5/3 пъти по-бавно. Ако разделим разстоянието до кораба на времето на полета според бордовия часовник, получаваме скоростта 4/3c. Наблюдателят заключава, че използвайки бордовия си часовник, пилотът на кораба също ще определи, че той лети със свръхсветлинна скорост. От гледна точка на пилота часовникът му върви нормално, но междузвездното пространство се е свило 5/3 пъти. Затова той минава известни разстояниямежду звездите по-бързо, със скорост 4/3c .

Но това все още не е свръхсветлинен полет. Не можете да изчислите скоростта, като използвате разстоянието и времето, определени в различни референтни системи.

8. Скорост на гравитацията

Някои настояват, че скоростта на гравитацията е много по-голяма ° Сили дори безкрайно. Вижте Дали гравитацията пътува със скоростта на светлината? и какво е гравитационно лъчение? Гравитационни смущения и гравитационни вълниразпространява се на скорост ° С .

9. EPR парадокс

10. Виртуални фотони

11. Квантов тунелен ефект

IN квантова механикатунелният ефект позволява на частица да преодолее бариера, дори ако нейната енергия не е достатъчна за това. Възможно е да се изчисли времето за тунелиране през такава бариера. И може да се окаже по-малко от това, което е необходимо на светлината да измине същото разстояние със скорост ° С. Може ли това да се използва за предаване на съобщения по-бързо от светлината?

Квантовата електродинамика казва "Не!" Въпреки това беше проведен експеримент, който демонстрира свръхсветлинно предаване на информация с помощта на тунелния ефект. През бариера с ширина 11,4 см със скорост 4,7 ° СЧетиридесетата симфония на Моцарт е пренесена. Обяснението за този експеримент е много противоречиво. Повечето физици смятат, че ефектът на тунела не може да се използва за предаване информацияпо-бързо от светлината. Ако това беше възможно, тогава защо да не предадем сигнала в миналото, като поставим оборудването в бързо движеща се референтна рамка.

17. Квантова теория на полето

С изключение на гравитацията, всички наблюдаеми физични явленияотговарят на "Стандартния модел". Стандартният модел е релативистка квантова теория на полето, която обяснява електромагнитните и ядрените взаимодействия, както и всички известни частици. В тази теория всяка двойка оператори, съответстващи на физически наблюдаеми, разделени от пространствен интервал от събития, „комутират“ (т.е. редът на тези оператори може да бъде променен). По принцип това означава, че в стандартния модел ударът не може да се движи по-бързо от светлината и това може да се счита за еквивалент на квантово поле на аргумента за безкрайна енергия.

Въпреки това, няма безупречно строги доказателства за квантовата теория на полето на Стандартния модел. Все още никой не е доказал, че тази теория е вътрешно последователна. Най-вероятно това не е така. Във всеки случай няма гаранция, че все още няма неоткрити частици или сили, които не се подчиняват на забраната за свръхсветлинно пътуване. Също така няма обобщение на тази теория, което да включва гравитацията и общата теория на относителността. Много физици, работещи в областта на квантовата гравитация, се съмняват, че простите идеи за причинно-следствената връзка и локалността ще се обобщят. Няма гаранция, че в бъдеща по-пълна теория скоростта на светлината ще запази значението на крайната скорост.

18. Парадоксът на дядото

В специалната теория на относителността частица, движеща се по-бързо от светлината в една отправна система, се движи назад във времето в друга отправна система. FTL пътуването или трансферът на информация биха направили възможно пътуването или изпращането на съобщение в миналото. Ако подобно пътуване във времето беше възможно, бихте могли да се върнете назад във времето и да промените хода на историята, като убиете дядо си.

Това е много сериозен аргумент срещу възможността за свръхсветлинно пътуване. Вярно е, че остава почти неправдоподобна възможност някакво ограничено свръхсветлинно пътуване да е възможно, предотвратявайки връщане в миналото. Или може би пътуването във времето е възможно, но причинно-следствената връзка е нарушена по някакъв последователен начин. Всичко това е много пресилено, но ако обсъждаме свръхсветлинно пътуване, по-добре е да сме подготвени за нови идеи.

Обратното също е вярно. Ако можехме да пътуваме назад във времето, бихме могли да преодолеем скоростта на светлината. Можете да се върнете назад във времето, да летите някъде с ниска скорост и да пристигнете там, преди да пристигне светлината, изпратена по обичайния начин. Вижте Пътуване във времето за подробности по тази тема.

Отворени въпроси относно пътуването, по-бързо от светлината

В този последен раздел ще опиша някои сериозни идеи за възможно пътуване по-бързо от светлината. Тези теми не се включват често в ЧЗВ, защото изглеждат по-малко като отговори, а повече като много нови въпроси. Те са включени тук, за да покажат, че се правят сериозни изследвания в тази посока. Дава се само кратко въведение в темата. Можете да намерите подробности в интернет. Както към всичко в Интернет, бъдете критични към тях.

19. Тахиони

Тахионите са хипотетични частици, които локално пътуват по-бързо от светлината. За да направят това, те трябва да имат въображаема маса. Освен това енергията и импулсът на тахиона са реални величини. Няма причина да се смята, че свръхсветлинните частици не могат да бъдат открити. Сенките и светлините могат да се движат по-бързо от светлината и могат да бъдат открити.

Досега тахиони не са открити и физиците се съмняват в тяхното съществуване. Има твърдения, че в експерименти за измерване на масата на неутриното, получено от бета-разпада на тритий, неутриното са били тахиони. Това е съмнително, но все още не е категорично опровергано.

Има проблеми с тахионната теория. В допълнение към възможното нарушаване на причинно-следствената връзка, тахионите също правят вакуума нестабилен. Може да е възможно да се заобиколят тези трудности, но дори и тогава няма да можем да използваме тахиони за свръхсветлинно предаване на съобщения.

Повечето физици смятат, че появата на тахиони в теорията е знак за някои проблеми в тази теория. Идеята за тахионите е толкова популярна сред обществеността просто защото те често се споменават в научно-фантастичната литература. Вижте Тахиони.

20. Червееви дупки

Най-известният метод за глобално свръхсветлинно пътуване е използването на червееви дупки. Червеевата дупка е разрез в пространство-времето от една точка на Вселената до друга, което ви позволява да пътувате от единия край на дупката до другия по-бързо от обичайния път. Червеевите дупки се описват от общата теория на относителността. За да ги създадете, трябва да промените топологията на пространство-времето. Може би това ще стане възможно в рамките на квантовата теория на гравитацията.

Да задържа червеева дупкаотворени, имаме нужда от области от пространството с отрицателни енергии. C.W.Misner и K.S.Thorne предложиха използването на ефекта на Казимир в голям мащаб за създаване на отрицателна енергия. Висер предложи използването на космически струни за това. Това са много спекулативни идеи и може да не са възможни. Може би необходимата форма на екзотична материя с отрицателна енергия не съществува.

От училище ни учеха, че е невъзможно да надвишим скоростта на светлината и следователно движението на човек в космоса е голям неразрешим проблем (как да летим до най-близката слънчева система, ако светлината може да измине това разстояние само за няколко хиляда години?). Може би американски учени са намерили начин да летят със супер скорости, не само без измама, но и следвайки основните закони на Алберт Айнщайн. Във всеки случай това твърди авторът на проекта за космически деформационен двигател Харолд Уайт.

Ние в редакцията сметнахме новината за абсолютно фантастична, затова днес, в навечерието на Деня на космонавтиката, публикуваме репортаж на Константин Какаес за списание Popular Science за феноменален проект на НАСА, ако успее, човек ще може да пътува отвъд Слънчевата система.

През септември 2012 г. няколкостотин учени, инженери и космически ентусиасти се събраха за втората публична среща на групата, наречена 100 Year Starship. Групата се ръководи от бившия астронавт Май Джемисън и е основана от DARPA. Целта на конференцията е „да направи възможно човешкото пътуване извън Слънчевата система до други звезди през следващите сто години“. Повечето участници в конференцията признават, че напредъкът в пилотираните космически изследвания е твърде малък. Въпреки милиардите долари, похарчени през последните няколко тримесечия, космическите агенции могат да направят почти толкова, колкото през 60-те години на миналия век. Всъщност 100 Year Starship беше свикан, за да поправи всичко това.

Но да минем по същество. След няколко дни на конференцията участниците достигнаха до най-фантастичните теми: регенерация на органи, проблемът с организираната религия на борда на кораб и т.н. Една от най-интересните презентации на 100-годишната среща на Starship беше наречена „Механика на полето на деформация 102“ и беше изнесена от Харолд „Сони“ Уайт от НАСА. Ветеран от агенцията, Уайт ръководи напредналата импулсна програма в космическия център Джонсън (JSC). Заедно с петима колеги създава " Пътна картакосмически задвижващи системи”, който изразява целите на НАСА в близко бъдеще пътуване в космоса. Планът изброява всички видове проекти за задвижване, от модерни химически ракети до мащабни разработки като антиматерия или ядрени машини. Но областта на изследване на Уайт е най-футуристичната от всички: тя се отнася до космическия варп двигател.

Ясно е, че всичко това звучи абсолютно фантастично: подобни разработки са истинска революция, която ще развърже ръцете на всички астрофизици по света. Вместо да прекарат 75 000 години в пътуване до Алфа Кентавър, най-близката звездна система до нашата, астронавтите на кораб с този двигател биха могли да направят пътуването за няколко седмици.

В светлината на отпадането на програмата за совалки и нарастващата роля на частните полети до ниска земна орбитаНАСА казва, че се фокусира отново върху широкообхватни, много по-смели планове, които надхвърлят пътуването до Луната. Тези цели могат да бъдат постигнати само чрез разработването на нови двигателни системи - колкото по-бързо, толкова по-добре. Няколко дни след конференцията ръководителят на НАСА Чарлз Болдън повтори думите на Уайт: „Искаме да пътуваме по-бързо от скоростта на светлината и без да спираме на Марс“.

ОТКЪДЕ ЗНАЕМ ЗА ТОЗИ ДВИГАТЕЛ

Първата популярна употреба на израза "космическа машина за изкривяване" датира от 1966 г., когато Джен Родънбъри пусна Star Trek. През следващите 30 години този двигател съществува само като част от тази научнофантастична поредица. Физик на име Мигел Алкубиер гледа епизод от този сериал, точно когато работеше върху докторската си степен в тази област. обща теорияотносителността и се чудеше дали е възможно да се създаде машина за космическа деформация в действителност. През 1994 г. той публикува документ, очертаващ тази позиция.

Алкубиер си представя балон в космоса. В предната част на балона времето-пространството се свива, а в задната се разширява (какъвто беше случаят с Голям взрив, според физиците). Деформацията ще накара кораба да се плъзга гладко през пространството, сякаш сърфира на вълна, въпреки околния шум. По принцип един деформиран балон може да се движи толкова бързо, колкото желаете; ограниченията в скоростта на светлината, според теорията на Айнщайн, се прилагат само в контекста на пространство-времето, но не и в такива изкривявания на пространство-времето. Вътре в балона, както предположи Алкубиер, пространство-времето няма да се промени и няма да навреди на космическите пътници.

Уравненията на Айнщайн в общата теория на относителността са трудни за решаване в една посока, като се разбере как материята огъва пространството, но е възможно. Използвайки ги, Алкубиер установи, че разпределението на материята е необходимо условие за създаването на деформиран мехур. Единственият проблем е, че решенията доведоха до недефинирана форма на материя, наречена отрицателна енергия.

Говорейки на прост език, гравитацията е силата на привличане между два обекта. Всеки обект, независимо от размера си, упражнява някаква сила на привличане върху околната материя. Според Айнщайн тази сила е кривината на пространство-времето. Отрицателната енергия обаче е гравитационно отрицателна, тоест отблъскваща. Вместо да свързва времето и пространството, негативната енергия ги отблъсква и разделя. Грубо казано, за да работи такъв модел, Алкубиер се нуждае от отрицателна енергия, за да разшири пространство-времето зад кораба.

Въпреки факта, че никой никога не е измервал отрицателната енергия, според квантовата механика тя съществува и учените са се научили да я създават в лабораторни условия. Един от начините да се пресъздаде е чрез ефекта на Казимир: две успоредни проводящи плочи, поставени близо една до друга, създават определено количество отрицателна енергия. Слабото място на модела на Алкубиер е, че той изисква огромно количество отрицателна енергия, с няколко порядъка по-висока, отколкото учените смятат, че може да се произведе.

Уайт казва, че е намерил начин да заобиколи това ограничение. В компютърна симулация Уайт модифицира геометрията на полето на деформация, така че на теория да може да произведе деформиран балон, използвайки милиони пъти по-малко отрицателна енергия, отколкото Алкубиер прецени, че е необходима, и може би достатъчно малко, за да може космически кораб да носи средствата за производството му. „Откритията“, казва Уайт, „променят метода на Алкубиер от непрактичен в напълно правдоподобен.“

ДОКЛАД ОТ ЛАБОРАТОРИЯТА НА УАЙТ

Космическият център Джонсън се намира близо до лагуните на Хюстън, с изглед към залива Галвестън. Центърът е малко като крайградски колеж, предназначен само за обучение на астронавти. В деня на посещението ми Уайт ме посреща в сграда 15, многоетажен лабиринт от коридори, офиси и лаборатории, където се извършват тестове на двигатели. Уайт носи поло тениска на Eagleworks (както той нарича експериментите си с двигател), бродиран с орел, реещ се над футуристичен космически кораб.

Уайт започва кариерата си като инженер, провеждайки изследвания като част от роботизирана група. В крайна сметка той пое командването на цялото роботизирано крило на МКС, докато завършва докторската си степен по физика на плазмата. Едва през 2009 г. той променя интересите си към изучаването на движението и тази тема го пленява толкова много, че се превръща в основната причина да отиде да работи в НАСА.

„Той е доста необичаен човек“, казва неговият шеф Джон Епълуайт, който ръководи отдела за задвижващи системи. - Определено е голям мечтател, но в същото време и талантлив инженер. Той знае как да превърне фантазиите си в истински инженерен продукт. Горе-долу по същото време, когато се присъединява към НАСА, Уайт иска разрешение да отвори собствена лаборатория, посветена на модерни системи за задвижване. Той сам измисли името Eagleworks и дори поиска от НАСА да създаде лого за неговата специализация. Тогава започна тази работа.

Уайт ме завежда до офиса си, който споделя с колега, който търси вода на Луната, и след това надолу до Eagleworks. Докато върви, той ми разказва за искането си да отвори лаборатория и го нарича „дълъг труден процес на намиране на напреднало движение, което да помогне на човека да изследва космоса“.

Уайт ми показва обекта и ми показва централната му функция - нещо, което той нарича "квантово вакуумно плазмено задвижване" (QVPT). Това устройство изглежда като огромна червена кадифена поничка с жици, плътно увити около сърцевината. Това е една от двете инициативи на Eagleworks (другата е warp drive). Това също е тайна разработка. Когато попитах какво е това, Уайт каза, че всичко, което може да каже, е, че технологията е дори по-готина от warp задвижването.) Според доклад на НАСА от 2011 г., написан от Уайт, корабът използва квантови флуктуации в празното пространство като източник на гориво, което означава, че космически кораб, задвижван от QVPT, няма да изисква гориво.

Двигателят използва квантови флуктуации в празното пространство като източник на гориво,
което означава космически кораб,
задвижван от QVPT, не изисква гориво.

Когато устройството работи, системата на Уайт изглежда кинематографично перфектна: цветът на лазера е червен, а двата лъча са кръстосани като саби. Вътре в пръстена има четири керамични кондензатора, направени от бариев титанат, които Уайт зарежда при 23 000 волта. Уайт прекара последните две години и половина в разработването на експеримента и казва, че кондензаторите показват огромни потенциална енергия. Когато обаче го попитам как да създам отрицателната енергия, необходима за изкривеното пространство-време, той избягва отговора. Той обяснява, че е подписал декларация за неразгласяване и затова не може да разкрива подробности. Питам с кого е правил тези споразумения. Той казва: „С хората. Те идват и искат да говорят. Не мога да ви дам повече подробности.

ПРОТИВНИЦИ НА ИДЕЯТА ЗА ДВИГАТЕЛЯ

Досега теорията за изкривеното пътуване е доста интуитивна - изкривява времето и пространството, за да създаде движещ се балон - и има няколко съществени недостатъка. Дори ако Уайт значително намали количеството отрицателна енергия, изисквано от Алкубиер, това пак ще изисква повече, отколкото учените могат да произведат, казва Лорънс Форд, теоретичен физик в университета Тъфтс, който е написал множество статии по темата за отрицателната енергия през последните 30 години . Форд и други физици казват, че има фундаментални физически ограничения, не толкова поради инженерни несъвършенства, колкото поради факта, че това количество отрицателна енергия не може да съществува на едно място за дълго.

Друго предизвикателство: За да създадат уорп топка, която се движи по-бързо от светлината, учените ще трябва да генерират отрицателна енергия около и над космическия кораб. Уайт не смята, че това е проблем; той отговаря много неясно, че двигателят най-вероятно ще работи благодарение на някакъв съществуващ „апарат, който създава необходимите условия" Създаването на тези условия пред кораба обаче би означавало осигуряване на постоянна доставка на отрицателна енергия, движеща се по-бързо от скоростта на светлината, което отново противоречи на общата теория на относителността.

И накрая, машината за космическа деформация поставя концептуален въпрос. В общата теория на относителността пътуването със свръхсветлинни скорости е еквивалентно на пътуване във времето. Ако такъв двигател е реален, Уайт създава машина на времето.

Тези пречки пораждат някои сериозни съмнения. „Не мисля, че физиката, която познаваме, и законите на физиката ни позволяват да вярваме, че той ще постигне нещо с експериментите си“, казва Кен Олум, физик от университета Тъфтс, който също участва в дебата за екзотичното задвижване на Starship 100th Юбилейна среща." Ноа Греъм, физик от Мидълбъри Колидж, който прочете две от статиите на Уайт по моя молба, ми изпрати имейл: „Не виждам ценни научни доказателства, освен препратки към предишните му трудове.“

Алкубиер, който сега е физик в Националния автономен университет на Мексико, има свои съмнения. „Дори ако стоях на космически кораб и имах налична отрицателна енергия, нямаше начин да я поставя там, където трябваше“, казва ми той по телефона от дома си в Мексико Сити. - Не, идеята е вълшебна, харесва ми, написах я сам. Но има няколко сериозни недостатъка в него, които виждам сега, през годините, и не знам нито един начин да ги поправя.

БЪДЕЩЕТО НА СУПЕР СКОРОСТТА

Вляво от главната порта на научния център Джонсън ракета Сатурн V лежи настрани, нейните степени разделени, за да се покаже вътрешното й съдържание. Тя е гигантска – един от многото й двигатели е с размерите на малка кола, а самата ракета е няколко фута по-дълга от футболно игрище. Това, разбира се, е доста красноречиво доказателство за особеностите на космическата навигация. Освен това тя е на 40 години и времето, което представлява - когато НАСА беше част от огромен национален план за изпращане на човек на Луната - отдавна е отминало. Днес JSC е просто място, което някога е било страхотно, но оттогава е напуснало космическия авангард.

Пробив в движението може да означава нова ераза JSC и НАСА и до известна степен част от тази ера започва сега. Сондата Dawn, изстреляна през 2007 г., изучава астероидния пръстен с помощта на йонни двигатели. През 2010 г. японците поръчаха Icarus, първият междупланетен кораб звезден кораб, задвижван от слънчево платно, друг вид експериментално движение. А през 2016 г. учените планират да тестват VASMIR, система, задвижвана от плазма, създадена специално за висока тяга на задвижване в МКС. Но когато тези системи могат да превозват астронавти до Марс, те все още няма да могат да ги отведат извън Слънчевата система. За да постигне това, каза Уайт, НАСА ще трябва да поеме по-рискови проекти.

Warp задвижването е може би най-пресиленото от усилията на Nas да създава проекти за движение. Научната общност казва, че Уайт не може да го създаде. Експертите казват, че работи срещу законите на природата и физиката. Въпреки това НАСА стои зад проекта. „Субсидиран е на грешно ниво държавно ниво, което трябва да имат“, казва Applewhite. - Мисля, че ръководството има някакъв особен интерес той да продължи работата си; това е един от тези теоретични концепции, ако успее, играта се променя напълно.

През януари Уайт сглоби своя щам интерферометър и премина към следващата си цел. Eagleworks надрасна собствена къща. Новата лаборатория е по-голяма и, ентусиазирано заявява той, „сеизмично изолирана“, което означава, че е защитен от вибрации. Но може би най-хубавото в новата лаборатория (и най-впечатляващото) е, че НАСА даде на Уайт същите условия, които Нийл Армстронг и Бъз Олдрин имаха на Луната. Е, да видим.

Астрофизици от университета Бейлър (САЩ) са разработили математически моделхиперпространствено устройство, което ви позволява да преодолявате космически разстояния със скорост, по-висока от скоростта на светлината с 10³² пъти, което ви позволява да летите до съседна галактика и да се върнете обратно в рамките на няколко часа.

Когато летят, хората няма да усетят претоварванията, които се усещат в съвременните самолети, но такъв двигател може да се появи в метал само след няколкостотин години.

Задвижващият механизъм се основава на принципа на двигателя за пространствена деформация (Warp Drive), предложен през 1994 г. от мексиканския физик Мигел Алкубиер. Американците просто трябва да прецизират модела и да направят по-подробни изчисления.
"Ако компресирате пространството пред кораба и, напротив, го разширите зад него, тогава около кораба се появява балон пространство-време", казва един от авторите на изследването Ричард Обуси. "Той обгръща кораба и го изтегля от обикновения свят в неговата координатна система. Благодарение на разликата в пространствено-времевото налягане, този балон е способен да се движи във всяка посока, преодолявайки светлинния праг с хиляди порядъци по величина."

Предполага се, че пространството около кораба ще може да се деформира поради все още слабо проучената тъмна енергия. " Тъмна енергия„е много слабо проучена субстанция, открита сравнително наскоро и обясняваща защо галактиките сякаш отлитат една от друга“, каза старши изследовател в отдела по релативистична астрофизика в Държавния астрономически институт. Московският държавен университет "Щернберг" Сергей Попов. - Има няколко негови модела, но все още няма общоприет. Американците взеха за основа модел, базиран на допълнителни измерения, и казват, че е възможно да се променят локално свойствата на тези измерения. Тогава се оказва, че може да има различни космологични константи в различни посоки. И тогава корабът в балона ще започне да се движи."

Това „поведение“ на Вселената може да се обясни с „теорията на струните“, според която цялото ни пространство е пронизано от много други измерения. Тяхното взаимодействие помежду си генерира отблъскваща сила, която е в състояние да разшири не само материята, като галактиките, но и самото космическо тяло. Този ефект се нарича "раздуване на Вселената".

„От първите секунди на съществуването си Вселената се разтяга“, обяснява докторът на физико-математическите науки, служител на Астро-космическия център Физически институттях. Лебедева Руслан Мецаев. „И този процес продължава и до днес." Знаейки всичко това, можете да опитате да разширите или стесните пространството изкуствено. За да направите това, трябва да повлияете на други измерения, като по този начин част от пространството на нашия свят ще започне да се движи в правилна посока под въздействието на силите на тъмната енергия.

В този случай законите на теорията на относителността не са нарушени. Вътре в балона ще останат същите закони физически свят, а скоростта на светлината ще бъде ограничаваща. Тази ситуация не се отнася за така наречения ефект на близнаците, който ни казва, че по време на космическото пътуване със скоростта на светлината времето вътре в кораба се забавя значително и астронавтът, връщайки се на Земята, ще срещне своя брат близнак като много стар човек Двигателят Warp Drive елиминира този проблем, защото избутва пространството, а не кораба.

Американците вече са намерили цел за бъдещия полет. Това е планетата Глизе 581 (Gliese 581), на която климатичните условия и гравитацията се доближават до тези на Земята. Разстоянието до него е 20 светлинни години и дори ако Warp Drive работи на трилиони пъти по-слаба от максималната си мощност, времето за пътуване до него ще бъде само няколко секунди.

За справка, извънслънчевата планета Gliese 581 (планетна система) е звезда червено джудже, разположена в съзвездието Везни, на 20,4 светлинни години. години от Земята. Масата на звездата е приблизително една трета от тази на Слънцето. Gliese 581 е в списъка на стоте най-близки звезди до нашата слънчева система. През телескоп Gliese 581 трябва да се търси на два градуса северно от β Везни.

Материалът е подготвен от редакторите на rian.ru въз основа на информация от РИА Новости и открити източници

Но се оказа, че е възможно; сега те вярват, че никога няма да можем да пътуваме по-бързо от светлината..." Но всъщност не е вярно, че някой някога е вярвал, че пътуването по-бързо от звука е невъзможно. Много преди да се появят свръхзвуковите самолети, вече е известно, че тези куршуми лети по-бързо от звука, но в действителност говорихме за това, че е невъзможно контролиранисвръхзвуков полет и това беше грешката. Движението на СС е съвсем друг въпрос. От самото начало беше ясно, че свръхзвуковият полет е възпрепятстван от технически проблеми, които просто трябваше да бъдат решени. Но е напълно неясно дали проблемите, възпрепятстващи движението на SS, могат някога да бъдат решени. Теорията на относителността има какво да каже по този въпрос. Ако е възможно SS пътуване или дори предаване на сигнал, тогава причинно-следствената връзка ще бъде нарушена и от това ще последват напълно невероятни заключения.

Първо ще обсъдим прости случаи на CC движение. Споменаваме ги не защото са интересни, а защото се появяват отново и отново в дискусиите на движението на SS и следователно трябва да бъдат разгледани. След това ще обсъдим това, което считаме за трудни случаи на STS движение или комуникация и ще разгледаме някои от аргументите срещу тях. Накрая ще разгледаме най-сериозните предположения за истинското движение на СС.

Обикновено SS движение

1. Феноменът на Черенковското лъчение

Един от начините да се движите по-бързо от светлината е първо да забавите самата светлина! :-) Във вакуум светлината се движи със скорост ° С, и това количество е универсална константа (вижте въпроса Постоянна ли е скоростта на светлината) и в по-плътна среда като вода или стъкло се забавя до скоростта c/n, Където не индексът на пречупване на средата (1,0003 за въздух; 1,4 за вода). Следователно частиците могат да се движат по-бързо във вода или въздух, отколкото светлината пътува там. В резултат на това възниква радиация на Вавилов-Черенков (виж въпроса).

Но когато говорим за SS движение, ние, разбира се, имаме предвид надвишаване на скоростта на светлината във вакуум ° С(299 792 458 m/s). Следователно феноменът Черенков не може да се счита за пример за движението на SS.

2. От третото лице

Ако ракетата Аотлита от мен със скорост 0,6cна запад, а другата б- от мен със скорост 0,6cна изток, след това общото разстояние между АИ бв моята референтна система нараства със скорост 1.2c. Така видима относителна скорост, по-голяма от c, може да се наблюдава „от третата страна“.

Тази скорост обаче не е това, което обикновено разбираме под относителна скорост. Реална ракетна скорост Аспрямо ракетата б- това е скоростта на увеличаване на разстоянието между ракетите, която се наблюдава от наблюдателя в ракетата б. Трябва да се добавят две скорости, като се използва релативистичната формула за събиране на скорости (вижте въпроса Как да добавите скорости в частичната теория на относителността). В този случай относителната скорост е приблизително 0,88c, тоест не е свръхсветлинен.

3. Сенки и зайчета

Помислете колко бързо може да се движи една сянка? Ако създадете сянка на далечна стена с пръст от близката лампа и след това преместите пръста си, сянката се движи много по-бързо от пръста ви. Ако пръстът се движи успоредно на стената, тогава скоростта на сянката ще бъде D/dпъти скоростта на пръста, където д- разстоянието от пръста до лампата и д- разстояние от лампата до стената. И можете да получите още по-голяма скорост, ако стената е разположена под ъгъл. Ако стената е разположена много далеч, тогава движението на сянката ще изостане от движението на пръста, тъй като светлината все още ще трябва да достигне от пръста до стената, но въпреки това скоростта на сянката ще бъде същата брой пъти по-голям. Тоест скоростта на сянката не е ограничена от скоростта на светлината.

Освен сенките, зайчетата могат да се движат и по-бързо от светлината, например петънце от лазерен лъч, насочен към Луната. Като знаете, че разстоянието до Луната е 385 000 км, опитайте се да изчислите скоростта на зайчето, като преместите леко лазера. Можете също така да мислите за морска вълна, която се удря косо в брега. Колко бързо може да се движи точката, в която се разбива вълната?

Подобни неща могат да се случат и в природата. Например, светлинен лъч от пулсар може да премине през облак прах. Ярка светкавица създава разширяваща се обвивка от светлина или друго излъчване. Когато пресича повърхността, тя създава пръстен от светлина, който расте по-бързо от скоростта на светлината. В природата това се случва, когато електромагнитен импулс от мълния достигне горните слоеве на атмосферата.

Всичко това бяха примери за неща, движещи се по-бързо от светлината, но които не бяха физически тела. Използването на сянка или зайче не може да предаде SS съобщение, така че комуникацията, по-бърза от светлината, не работи. И отново, това очевидно не е това, което искаме да разбираме под SS движение, въпреки че става ясно колко трудно е да се определи какво точно ни трябва (вижте въпроса FTL ножици).

4. Твърди вещества

Ако вземете дълга твърда пръчка и бутнете единия край, другият край веднага ли се придвижва или не? Възможно ли е да се извърши CC предаване на съобщение по този начин?

Да, това е би семоже да се направи, ако такива твърди вещества съществуват. В действителност въздействието на удар върху края на пръчка се разпространява по него със скоростта на звука в дадено вещество, а скоростта на звука зависи от еластичността и плътността на материала. Относителността налага абсолютна граница на възможната твърдост на всяко тяло, така че скоростта на звука в тях не може да превишава ° С.

Същото се случва, ако сте в поле на привличане и първо държите връв или прът вертикално за горния край и след това го пуснете. Точката, която сте освободили, ще започне да се движи веднага и долният край няма да може да започне да пада, докато въздействието на освобождаването не достигне до него със скоростта на звука.

Трудно е да се формулира обща теория на еластичните материали в рамките на теорията на относителността, но основната идея може да бъде демонстрирана на примера на Нютоновата механика. Уравнението за надлъжното движение на идеално еластично тяло може да се получи от закона на Хук. В променливи на масата на единица дължина стри модул на еластичност на Юнг Y, надлъжно преместване худовлетворява вълновото уравнение.

Разтворът с плоска вълна се движи със скоростта на звука с, и с 2 = Y/p. Това уравнение не предполага възможността причинно-следственото влияние да се разпространява по-бързо с. По този начин относителността налага теоретично ограничение на големината на еластичността: Y < компютър 2. На практика няма материали дори близки до него. Между другото, дори ако скоростта на звука в материала е близка до ° С, самата материя изобщо не е задължена да се движи с релативистка скорост. Но как да знаем, че по принцип не може да има вещество, което да преодолява тази граница? Отговорът е, че цялата материя е изградена от частици, взаимодействията между които следват стандартния модел елементарни частиции в този модел никое взаимодействие не може да се разпространява по-бързо от светлината (вижте по-долу за квантовата теория на полето).

5. Фазова скорост

Виж това вълново уравнение:

Има решения от вида:

Тези решения са синусоидални вълни, движещи се със скорост

Но това е по-бързо от светлината, което означава, че имаме уравнението на тахионното поле в ръцете си? Не, това е просто обикновено релативистично уравнение на масивна скаларна частица!

Парадоксът ще бъде разрешен, ако разберем разликата между тази скорост, наричана още фазова скорост vphот друга скорост, наречена групова скорост vgrкоето се дава от формулата,

Ако вълновото решение има честотно разпространение, тогава то ще приеме формата на вълнов пакет, който се движи с групова скорост, която не надвишава ° С. Само вълновите гребени се движат с фазова скорост. Възможно е да се предава информация с помощта на такава вълна само при групова скорост, така че фазовата скорост ни дава друг пример за свръхсветлинна скорост, която не може да носи информация.

7. Релативистка ракета

Контролер на Земята наблюдава космически кораб, отлитащ със скорост 0,8 ° С. Според теорията на относителността, дори след като вземе предвид Доплеровото изместване на сигналите от кораба, той ще види, че времето на кораба се забавя и часовникът там тече по-бавно с коефициент 0,6. Ако изчисли частното от разстоянието, изминато от кораба, от времето, измерено от часовника на кораба, той ще получи 4/3 ° С. Това означава, че пътниците на кораба преодоляват междузвездно пространствос ефективна скорост, по-голяма от скоростта на светлината, която биха получили, ако беше измерена. От гледна точка на пътниците на кораба, междузвездните разстояния са обект на свиване на Лоренц със същия коефициент от 0,6 и следователно те също трябва да признаят, че покриват известни междузвездни разстояния със скорост 4/3 ° С.

Това истински феномени по принцип може да се използва от космически пътешественици за покриване на огромни разстояния през живота им. Ако се ускорят с постоянно ускорение, равно на ускорението на свободното падане на Земята, тогава те не само ще имат идеална изкуствена гравитация на своя кораб, но и ще имат време да прекосят Галактиката само за 12 от своите години! (вижте въпроса Какви са уравненията на релативистка ракета?)

Това обаче не е истинско СС движение. Ефективната скорост се изчислява от разстоянието в една отправна система и времето в друга. Това не е реална скорост. От тази скорост печелят само пътниците на кораба. Диспечерът, например, няма да има време през целия си живот да види как летят на гигантско разстояние.

Сложни случаи на движение на СС

9. Парадоксът на Айнщайн, Подолски, Розен (EPR)

10. Виртуални фотони

11. Квантово тунелиране

Истински кандидати за пътници в СС

Този раздел съдържа спекулативни, но сериозни спекулации относно възможността за свръхсветлинно пътуване. Това няма да са нещата, които обикновено се поставят в ЧЗВ, тъй като повдигат повече въпроси, отколкото отговарят. Те са представени тук най-вече за да покажат, че се правят сериозни изследвания в тази насока. За всяка посока е дадено само кратко въведение. По-подробна информация можете да намерите в интернет.

19. Тахиони

Тахионите са хипотетични частици, които локално се движат по-бързо от светлината. За да направят това, те трябва да имат въображаема маса, но тяхната енергия и импулс трябва да са положителни. Понякога се смята, че такива SS частици трябва да бъдат невъзможни за откриване, но всъщност няма причина да се мисли така. Сенките и зайчетата ни казват, че движението на SS все още не предполага невидимост.

Тахионите никога не са били наблюдавани и повечето физици се съмняват в тяхното съществуване. Веднъж беше заявено, че са проведени експерименти за измерване на масата на неутрино, излъчени по време на разпадането на трития, и че тези неутрино са тахионни. Това е много съмнително, но все пак не е изключено. Има проблеми в теориите за тахионите, тъй като от гледна точка на възможните нарушения на причинно-следствената връзка те дестабилизират вакуума. Може да е възможно да се заобиколят тези проблеми, но тогава ще бъде невъзможно да се използват тахиони в SS съобщението, от което се нуждаем.

Истината е, че повечето физици смятат тахионите за признак на грешка в техните полеви теории, а интересът към тях сред широката публика се подхранва главно от научната фантастика (виж статията Тахиони).

20. Червееви дупки

Най-известната предложена възможност за STS пътуване е използването на червееви дупки. Червеевите дупки са тунели в пространство-времето, които свързват едно място във Вселената с друго. Можете да ги използвате, за да се движите между тези точки по-бързо, отколкото светлината би поела по нормалния си път. Червеевите дупки са феномен на класическата обща теория на относителността, но за да ги създадете, трябва да промените топологията на пространство-времето. Възможността за това може да се съдържа в теорията на квантовата гравитация.

За да се запазят червейните дупки отворени, са необходими огромни количества отрицателна енергия. МизнерИ Торнпредложи широкомащабният ефект на Казимир да се използва за генериране на отрицателна енергия и Висерпредложи решение с помощта на космически струни. Всички тези идеи са силно спекулативни и може просто да са нереалистични. Необичайно вещество с отрицателна енергия може да не съществува във формата, необходима за явлението.

Торн откри, че ако могат да бъдат създадени дупки от червеи, те биха могли да се използват за създаване на затворени времеви вериги, които биха направили възможно пътуването във времето. Предполага се също, че многовариантната интерпретация на квантовата механика показва, че пътуването във времето няма да причини никакви парадокси и че събитията просто ще се развият по различен начин, когато се върнете назад във времето. Хокинг казва, че червеевите дупки може просто да са нестабилни и следователно непрактични. Но самата тема остава плодотворна област за мисловни експерименти, позволяваща да се разбере какво е възможно и какво не е възможно въз основа на известните и предполагаеми закони на физиката.
препратки:
W. G. Morris и K. S. Thorne, American Journal of Physics 56 , 395-412 (1988)
W. G. Morris, K. S. Thorne и U. Yurtsever, Phys. Rev. Писма 61 , 1446-9 (1988)
Мат Висер, Физически преглед D39, 3182-4 (1989)
вижте също "Черни дупки и изкривявания на времето" Kip Thorn, Norton & co. (1994)
За обяснение на мултивселената вижте „The Fabric of Reality“ David Deutsch, Penguin Press.

21. Деформаторни двигатели

[Нямам идея как да преведа това! В оригиналното warp устройство. - прибл. преводач;
преведено по аналогия със статията за Мембрана]

Деформацията може да бъде механизъм за усукване на пространство-времето, така че даден обект да може да пътува по-бързо от светлината. Мигел Алкабиерстана известен с разработването на геометрията, която описва такъв деформатор. Изкривяването на пространство-времето прави възможно обектът да пътува по-бързо от светлината, като същевременно остава на времеподобна крива. Препятствията са същите като при създаването на червееви дупки. За да създадете деформатор, имате нужда от вещество с отрицателна енергийна плътност и. Дори ако такова вещество е възможно, все още не е ясно как може да се получи и как да се използва, за да накара деформатора да работи.
рефМ. Алкубиер, Класическа и квантова гравитация, 11 , L73-L77, (1994)

Заключение

Първо, оказа се трудно да се дефинира най-общо какво означава SS пътуване и SS съобщение. Много неща, като сенките, извършват CC движение, но по такъв начин, че не могат да бъдат използвани, например, за предаване на информация. Но има и сериозни възможности за реално движение на SS, които се предлагат в научна литература, но изпълнението им все още не е технически възможно. Принципът на неопределеността на Хайзенберг прави невъзможно използването на видимо SS движение в квантовата механика. Има потенциални средства за задвижване на SS в общата теория на относителността, но те може да не са възможни за използване. Изглежда, че е изключително малко вероятно в обозримо бъдеще или като цяло технологията да може да създаде Космически корабис SS двигатели, но е любопитно, че теоретичната физика, както я познаваме сега, не затваря завинаги вратата за SS задвижването. SS движение в стила на научнофантастичните романи очевидно е напълно невъзможно. Интересен въпрос за физиците е: "защо всъщност това е невъзможно и какво може да се научи от това?"