Hajde da shvatimo: zašto ništa ne može biti brže od svetlosti? (9 fotografija). Da li farovi svijetle ako se auto kreće brzinom svjetlosti?

Dom Obilježen je 20. vijek najveća otkrića

Preporučujemo

To nam daje nadu da je uz odgovarajući nivo tehnologije, teoretski, osoba sposobna da stigne do najudaljenijih kutaka Univerzuma u toku života jedne generacije. U ovom slučaju, vreme leta u zemaljskom referentnom okviru biće milioni godina, dok će na brodu koji leti brzinom skorom svetlosti proći samo nekoliko dana... Takve mogućnosti su impresivne, a ujedno i pitanje proizlazi: ako fizičari i inženjeri budućnosti nekako ubrzaju letjelicu do ogromnih vrijednosti, čak i teoretski do brzine svjetlosti (iako naša fizika negira tu mogućnost), hoćemo li moći doći ne samo do najudaljenijih galaksija i zvijezda, već takođe ivicu našeg Univerzuma, pogledati preko granice nepoznatog, o čemu naučnici nemaju pojma? Znamo da je Univerzum formiran prije oko 13,79 milijardi godina i da se od tada kontinuirano širi. Moglo bi se pretpostaviti da je njegov radijus trenutno

Uočavamo da se galaksije koje su nam najudaljenije brže udaljavaju od onih u blizini – prostor našeg svijeta se neprestano širi. Istovremeno, postoji dio Univerzuma koji se udaljava od nas brže od brzine svjetlosti. U ovom slučaju se ne krše nikakvi postulati i zaključci teorije relativnosti - objekti unutar Univerzuma ostaju na podsvjetlosnim brzinama. Ovaj dio Univerzuma se ne može vidjeti - brzina fotona koje emituju izvori zračenja jednostavno nije dovoljna da se savlada brzina širenja svemira.

Proračuni pokazuju da dio našeg svijeta koji nam je vidljiv ima prečnik od oko 93 milijarde svjetlosnih godina i zove se Metagalaksija. Možemo samo nagađati šta se nalazi izvan ove granice i koliko daleko se prostire Univerzum. Logično je pretpostaviti da se rub Univerzuma najbrže udaljava od nas i daleko premašuje brzinu svjetlosti. I ova brzina se stalno povećava. Postaje očito da čak i ako neki objekt leti brzinom svjetlosti, nikada neće doći do ruba Univerzuma, jer će se rub Univerzuma brže udaljavati od njega.

Ako pronađete grešku, označite dio teksta i kliknite Ctrl+Enter.

1) Da li farovi osvjetljavaju druge objekte i reflektiraju se natrag u vaše oči?

br. Kao što znate, ne možete premašiti brzinu svjetlosti. To znači da u jednom pravcu svetlost uopšte ne može da sija jer nije u stanju da prekorači brzinu automobila, pa nikada neće izaći iz farova. Međutim, mi živimo u multidimenzionalni svijet i ne sija sva svjetlost u jednom smjeru.

Zamislimo dvodimenzionalni automobil bez mase (tj. koji se kreće brzinom svjetlosti) koji emituje dva fotona, jedan gore i jedan dolje. Dvije grede se odvajaju od automobila i ostaju iza njega. Kreću se istom brzinom svjetlosti, ali se ne mogu kretati naprijed jednako brzo, pošto je jedan od vektora brzine usmjeren gore/dolje, pa ih pretičemo. Ovi fotoni tada nailaze na neku prepreku na svom putu, kao što je putokaz ili drvo, i odbijaju se nazad. Problem je što vas više ne mogu sustići. Drugi ljudi koji hodaju trotoarom mogu da vide reflektovanu svetlost, ali vi ste već otišli i nikada je nećete videti.

Evo, sve se može objasniti samo činjenicom da se sva svjetlost kreće istom brzinom, bez obzira gdje. Ovo teško da ima veze sa teorijom relativnosti.

Međutim, postoji i hardcore verzija.

2) Mogu li stvari koje se kreću brzinom svjetlosti imati prednja svjetla? Mogu li uopće imati viziju?

Tu zaista dolazi do izražaja luda istina relativnosti, tako da nema potrebe da se stidite ako nešto ne razumete, ali odgovor je opet ne.

Možda ste upoznati sa konceptom relativističke vremenske dilatacije. Pretpostavimo da moj prijatelj i ja uđemo u različite vozove i putujemo jedno prema drugom. Prolazeći, ako pogledamo kroz prozor na zidni sat u kupeu jedan drugog, onda oboje Imajte na umu da se kreću sporije nego inače. To nije zato što sat usporava, već zato što svjetlo između nas ulazi u igru: što se brže krećemo, to sporije starimo u odnosu na manje pokretne objekte. To je zato što vrijeme nije apsolutno za sve objekte u svemiru, ono je različito za svaki objekat i ovisi o njegovoj brzini. Naše vrijeme zavisi samo od toga naš brzina u svemiru. Ovo možete zamisliti kao kretanje u različitim smjerovima na skali prostor-vreme. Ovdje postoji određeni problem, jer naš mozak nije dizajniran da razumije geometriju prostor-vremena, već ima tendenciju da zamisli vrijeme kao neku vrstu apsoluta. Međutim, nakon što pročitate malo literature na ovu temu, normalno možete prihvatiti kao prirodnu činjenicu: oni koji se brzo kreću u odnosu na vas stare sporije.

Recimo da vaš prijatelj sjedi u hipotetičkom automobilu i putuje brzinom svjetlosti. Dakle, ubacimo njegovu brzinu u našu formulu i vidimo šta je odgovor.

Oh-oh! Izgleda da za njega uopšte nije prošlo vreme! Mora da nešto nije u redu sa našim proračunima?! Ispostavilo se da ne. Vrijeme. Ne. Postoji. Za. Objekti. On. Brzina. Sveta.

To jednostavno ne postoji.

To znači da stvari brzinom svjetlosti ne mogu percipirati „događaje“ na isti način na koji ih mi percipiramo. Događaji ne mogu desiti za njih. Mogu izvoditi radnje, ali ne mogu steći iskustvo. I sam Ajnštajn je jednom rekao: „Vreme postoji tako da se sve ne dešava odjednom.” svjetlo, ovaj princip ne funkcionira, jer Sve dešava istovremeno. Putnik brzinom svjetlosti nikada neće vidjeti, pomisliti ili osjetiti ništa što smatramo značajnim.

Ovo je tako neočekivan zaključak.

Ali zaista, šta će se dogoditi? Ovo pitanje zapravo nema odgovor, jer je u suprotnosti sa svim zakonima fizike, a, kao što znamo, eksperimenti se ne mogu izvoditi. Ali niko vam neće zabraniti da razmišljate teoretski. Dakle, recimo da smo dobili automobil VAZ koji može ubrzati, za početak, do brzine svjetlosti. idemo...

Kao što znamo iz kursa fizike za 11. razred, brzina svjetlosti je konstantna vrijednost i nije ni više ni manje, već 300.000 km u sekundi. Pri brzinama skorom svjetlosti, uobičajeni zakoni fizike ne vrijede. Ovdje vrijede zakoni relativističke fizike, pa ćemo se morati obratiti gospodinu Ajnštajnu i pročitati njegovu teoriju relativnosti.

Primjenjujući zakone klasične fizike, možemo pretpostaviti da će se brzina fotona (čestica svjetlosti) zbrajati sa brzinom automobila, a farovi će svijetliti kao i uvijek. Ali... Ispostavilo se da ti isti fotoni moraju letjeti dvostruko većom brzinom svjetlosti - zbrajaju se brzina automobila i brzina fotona. Ali to je nemoguće, jer je Einstein 1905. godine dokazao da je brzina svjetlosti konstantna u bilo kojem referentnom okviru. To znači da će foton iz prednjeg svjetla i dalje imati brzinu od 300.000 km/sec. Ali i auto ima istu brzinu. Dakle, fotoni svjetlosti će letjeti pored automobila? Tada vozač neće vidjeti farove. Posmatrač sa strane puta bi trebalo da se pojavi da vidi svetlosnu tačku koja leti pored. U stvari, ne baš tako.

Koristeći teoriju relativnosti, može se zamisliti druga slika, mnogo fantastičnija. Ovdje se mnogi faktori preklapaju i stvaraju nešto nezamislivo.

Na primjer, pri brzini bliskoj brzini svjetlosti, predmet, odnosno automobil, mora dobiti neograničenu masu. Rezultat bi trebao biti neka vrsta crne rupe, koja svojom gravitacijom neće dozvoliti nijednom fotonu da napusti svoju površinu. Naprotiv, on će, kako i priliči objektu nevjerovatne mase, uvući u sebe svu okolnu materiju. Pri brzini svjetlosti, masa našeg automobila bit će jednaka beskonačnosti. Pa, o još većoj brzini više ne vrijedi ni nagađati. U ovom slučaju, vrijeme u njemu će biti jednako nuli, odnosno zaustavit će se.

S druge strane, kretanje bilo koje čestice je određeno udaljenosti po jedinici vremena. A ako vrijeme stane, kakvo kretanje može biti? Sve se smrzava dok se brzina ne uspori. Teoretski, naš auto bi mogao preletjeti cijeli Univerzum, a sat u njemu ne bi brojao ni djelić sekunde! A kako bi se računali da su svi molekuli u njima prestali. Ali zaustavljanje molekula znači da je temperatura objekta apsolutna nula! Zamislite, za osobu u automobilu vrijeme ide sve sporije i sporije dok se potpuno ne zaustavi. On se smrzava, a čak i molekuli u njegovom tijelu miruju - temperatura mu je apsolutna nula. Ali nekako se brzina smanjuje i osoba oživi. Nije ni primetio ovo zaustavljanje. Tako on pruža ruku i troši sekunde svog vremena na ovo, ali sati, godine, pa čak i vijekovi prolaze za nama! Iako je ovdje sve nejasno, jer nakupljanje materije povećava pritisak i temperaturu, a ovdje je apsolutna nula. Bez obzira koliko supernova ispadne!

Recimo čak da je naš auto ostao auto, a ispostavilo se da je vozač živ i da je mogao da upali farove. Kao što je poznato, pri velikim brzinama djeluje takozvani Doplerov efekat. Na kraju krajeva, svjetlost ima i talasnu prirodu. To znači da se frekvencija ili spektar vidljive svjetlosti mijenja. Ako se objekat približi, vidjet ćemo pomak spektra prema ljubičastom dijelu, a ako se udalji, prema crvenom.

Ako ovo primenimo na našu mašinu za skoro svetlo, onda umesto farova možemo dobiti teško gama zračenje, ili jednostavno zračenje. Vozač možda ništa ne razumije, ovo kontroverzno pitanje, jer se za njega ništa mnogo nije promijenilo. Ali malo je vjerovatno da će naš posmatrač živjeti više od djelića sekunde nakon što automobil proleti. On će primati sve vrste zračenja – ultraljubičasti dio dok se automobil približava, a infracrveni dio dok se udaljava. Ovo se teško može nazvati farovima.

Nema odgovora na pitanje šta će se dogoditi sa svjetlošću pri superluminalnim brzinama. Kao što to ne postoji za svjetlo. Blizu svjetlosti - molim vas, ovdje se primjenjuje teorija relativnosti. Svetlost ostaje obična svetlost. Ali kada se postigne brzina svjetlosti, počinju takva čuda da mozak radije proključa nego da pronađe odgovor ili zamisli sve moguće opcije. Tu počinju promjene u materiji i vremenu koje su nama nevjerovatne. Možda je najbolje što se takva brzina nikada ne može postići. Da ne spominjem superluminal...

Iako se na pitanje nije moglo odgovoriti zbog nemogućnosti objašnjenja nemogućeg, čini se da se hrana za razmišljanje pokazala ukusnom.

Sjene mogu putovati brže od svjetlosti, ali ne mogu prenositi materiju ili informacije

Da li je superluminalni let moguć?

Odjeljci ovog članka su titlovani i svaki odjeljak se može referencirati zasebno.

Jednostavni primjeri superluminalnog putovanja

1. Efekat Čerenkova

Kada govorimo o kretanju superluminalnim brzinama, mislimo na brzinu svjetlosti u vakuumu c(299,792,458 m/s). Stoga se efekat Čerenkova ne može smatrati primjerom kretanja superluminalnom brzinom.

2. Treći posmatrač

Ako je raketa A odleti od mene velikom brzinom 0.6c na zapadu, i raketa B odleti od mene velikom brzinom 0.6c prema istoku, onda vidim da je udaljenost između A I B raste sa brzinom 1.2c. Gledanje letenja raketa A I B spolja, treći posmatrač vidi da je ukupna brzina uklanjanja projektila veća od c .

Međutim relativna brzina nije jednak zbiru brzina. A Brzina rakete B u odnosu na raketu A je brzina kojom se povećava udaljenost do rakete B, koju vidi posmatrač kako leti na raketi . Relativna brzina se mora izračunati korištenjem relativističke formule za zbrajanje brzina. (Pogledajte kako se sabiraju brzine u specijalnoj relativnosti?) U ovom primjeru, relativna brzina je približno jednaka 0,88c

. Dakle, u ovom primjeru nismo dobili superluminalnu brzinu.

3. Svetlo i senka Razmislite koliko brzo senka može da se kreće. Ako je lampa blizu, tada se sjena vašeg prsta na udaljenom zidu pomiče mnogo brže nego što se pomiče vaš prst. Kada pomerite prst paralelno sa zidom, brzina senke je veća D/d puta brže od brzine vašeg prsta. Evo d- udaljenost od lampe do prsta, i

D

- od lampe do zida. Brzina će biti još veća ako se zid nalazi pod uglom. Ako je zid jako udaljen, tada će kretanje sjene zaostajati za pokretom prsta, jer svjetlosti treba vremena da stigne do zida, ali će se brzina sjene koja se kreće duž zida još više povećati. Brzina sjene nije ograničena brzinom svjetlosti. Drugi objekat koji može da putuje brže od svetlosti je svetlosna tačka lasera usmerena na Mesec. Udaljenost do Mjeseca je 385.000 km. Možete sami izračunati brzinu kojom se svjetlosna tačka kreće po površini Mjeseca uz lagane vibracije laserskog pokazivača u vašoj ruci. Možda će vam se svidjeti i primjer vala koji pod blagim uglom udara u ravnu liniju plaže. Kojom brzinom se tačka preseka talasa i obale može kretati duž plaže? mogu stvoriti sferne valove svjetlosti ili zračenja. Kada se ovi valovi sijeku s bilo kojom površinom, na toj površini se pojavljuju svjetlosni krugovi koji se šire brže od svjetlosti. Ova pojava se događa, na primjer, kada elektromagnetski impuls od bljeska munje prođe kroz gornju atmosferu.

4. Čvrsto

Ako imate dugu krutu šipku i udarite u jedan kraj štapa, zar se drugi kraj neće odmah pomaknuti? Nije li ovo način superluminalnog prijenosa informacija?

To bi bila istina ako Postojala su savršeno kruta tijela. U praksi se udar prenosi duž štapa brzinom zvuka koja ovisi o elastičnosti i gustoći materijala štapa. c .

Osim toga, teorija relativnosti ograničava moguće brzine zvuka u materijalu vrijednošću

Isti princip vrijedi ako držite tetivu ili štap okomito, otpustite je i ona počinje padati pod utjecajem gravitacije. Gornji kraj koji pustite odmah počinje da pada, ali donji će se početi pomicati tek nakon nekog vremena, jer se nestanak sile držanja prenosi niz štap brzinom zvuka u materijalu. ρ Formulacija relativističke teorije elastičnosti je prilično složena, ali se opća ideja može ilustrirati korištenjem Newtonove mehanike. Jednačina za uzdužno kretanje idealno elastičnog tijela može se izvesti iz Hookeovog zakona. Označimo linearnu gustinu štapa , Youngov modul elastičnosti Y . Uzdužni pomak X

zadovoljava talasnu jednačinu

ρ d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0 Rješenje ravnih valova kreće se brzinom zvuka s , što se određuje iz formule s 2 = Y/ρ Rješenje ravnih valova kreće se brzinom zvuka. Talasna jednačina ne dozvoljava da se poremećaji u mediju kreću brže od brzine . Osim toga, teorija relativnosti daje ograničenje veličine elastičnosti:< ρc 2 Y c. U praksi se nijedan poznati materijal ne približava ovoj granici. Također imajte na umu da čak i ako je brzina zvuka blizu

, onda se sama materija ne mora nužno kretati relativističkom brzinom. Iako ne u prirodičvrste materije , postoji kretanje krutih tijela

, koji se može koristiti za savladavanje brzine svjetlosti. Ova tema se odnosi na već opisani dio sjenki i svjetla. (Vidi Superluminalne makaze, Kruti rotirajući disk u relativnosti).

5. Fazna brzina
Talasna jednadžba

d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0
ima rješenje u obliku

To su sinusni valovi koji se šire brzinom v
v = b/a = sqrt(c 2 + w 2 /a 2)

Ali to je više od c. Možda je ovo jednačina za tahione? (vidi dalji dio). Ne, ovo je obična relativistička jednačina za česticu s masom.

Da biste eliminirali paradoks, morate razlikovati "brzinu faze" v ph i "brzina grupe" v gr , i
v ph ·v gr = c 2

Talasna otopina može imati disperziju frekvencije. U ovom slučaju, talasni paket kreće se grupnom brzinom koja je manja od c. Koristeći talasni paket, informacije se mogu prenositi samo grupnom brzinom. Talasi u talasnom paketu kreću se faznom brzinom. Fazna brzina je još jedan primjer superluminalnog kretanja koje se ne može koristiti za prijenos poruka.

6. Superluminalne galaksije

7. Relativistička raketa

Neka posmatrač na Zemlji vidi svemirski brod koji se udaljava velikom brzinom 0,8c Prema teoriji relativnosti, on će vidjeti da je sat uključen svemirski brod idite 5/3 puta sporije. Ako udaljenost do broda podijelimo s vremenom leta prema satu na brodu, dobićemo brzinu 4/3c. Posmatrač zaključuje da će, koristeći svoj sat na brodu, pilot broda također utvrditi da on leti superluminalnom brzinom. Sa tačke gledišta pilota, sat mu radi normalno, ali se međuzvjezdani prostor smanjio za 5/3 puta. Zbog toga leti poznate udaljenosti između zvijezda brže, brzinom 4/3c .

Ali ovo još uvijek nije superluminalni let. Ne možete izračunati brzinu koristeći udaljenost i vrijeme definirano u različitim referentnim sistemima.

8. Brzina gravitacije

Neki insistiraju da je brzina gravitacije mnogo veća c ili čak beskonačno. Provjerite Da li gravitacija putuje brzinom svjetlosti? i šta je gravitaciono zračenje? Gravitacijski poremećaji i gravitacionih talasaširi se brzinom c .

9. EPR paradoks

10. Virtuelni fotoni

11. Efekat kvantnog tunela

U kvantnoj mehanici, efekat tuneliranja omogućava čestici da savlada barijeru, čak i ako za to nema dovoljno energije. Moguće je izračunati vrijeme tuneliranja kroz takvu barijeru. A može se pokazati i manjim od onoga što je potrebno da svjetlost pređe istu udaljenost pri brzini c. Može li se ovo koristiti za prijenos poruka brže od svjetlosti?

Kvantna elektrodinamika kaže "Ne!" Međutim, izveden je eksperiment koji je pokazao superluminalni prijenos informacija pomoću efekta tunela. Kroz barijeru širine 11,4 cm brzinom 4,7 c Mocartova Četrdeseta simfonija je prenesena. Objašnjenje ovog eksperimenta je vrlo kontroverzno. Većina fizičara vjeruje da se efekat tunela ne može koristiti za prijenos informacije

brži od svetlosti. Ako je to bilo moguće, zašto onda ne prenijeti signal u prošlost postavljanjem opreme u referentni okvir koji se brzo kreće.

17. Kvantna teorija polja

Sa izuzetkom gravitacije, sve posmatrane fizičke pojave odgovaraju Standardnom modelu. Standardni model je relativistička kvantna teorija polja koja objašnjava elektromagnetske i nuklearne interakcije, kao i sve poznate čestice. U ovoj teoriji, bilo koji par operatora koji odgovara fizičkim opservabilima razdvojenim prostornim intervalom događaja „komutira“ (to jest, redoslijed ovih operatora se može promijeniti). U principu, to implicira da u standardnom modelu udar ne može putovati brže od svjetlosti, i to se može smatrati ekvivalentom kvantnog polja argumenta beskonačne energije. Međutim, u kvantna teorija

ne postoje besprijekorno rigorozni dokazi za polje Standardnog modela. Niko još nije čak ni dokazao da je ova teorija interno konzistentna. Ovo najvjerovatnije nije slučaj. U svakom slučaju, ne postoji garancija da još ne postoje neotkrivene čestice ili sile koje ne poštuju zabranu putovanja u natsvetlosti. Takođe ne postoji generalizacija ove teorije koja uključuje gravitaciju i opštu relativnost. Mnogi fizičari koji rade na polju kvantne gravitacije sumnjaju da će se jednostavne ideje o kauzalnosti i lokalnosti generalizirati. Nema garancije da će u budućoj potpunijoj teoriji brzina svjetlosti zadržati značenje krajnje brzine.

18. Paradoks djeda

Ovo je vrlo ozbiljan argument protiv mogućnosti superluminalnog putovanja. Istina, ostaje gotovo nevjerojatna mogućnost da je moguće neko ograničeno superluminalno putovanje, sprječavajući povratak u prošlost. Ili je možda putovanje kroz vrijeme moguće, ali je uzročnost narušena na neki dosljedan način. Sve je ovo vrlo nategnuto, ali ako govorimo o superluminalnom putovanju, bolje je biti spreman za nove ideje.

Vrijedi i suprotno. Kad bismo mogli putovati u prošlost, mogli bismo savladati brzinu svjetlosti. Možete se vratiti u prošlost, letjeti negdje malom brzinom i stići tamo prije nego što stigne svjetlo poslano na uobičajen način. Pogledajte Putovanje kroz vrijeme za detalje o ovoj temi.

Otvorena pitanja o putovanju bržim od svjetlosti

U ovom poslednjem odeljku opisaću neke ozbiljne ideje o mogućim putovanjima bržim od svetlosti. Ove teme nisu često uključene u FAQ jer izgledaju manje kao odgovori, a više kao puno novih pitanja. Oni su ovde uključeni da pokažu da se ozbiljna istraživanja rade u ovom pravcu. Dat je samo kratak uvod u temu. Detalje možete pronaći na internetu. Kao i prema svemu na internetu, budite kritični prema njima.

19. Tahioni

Tahioni su hipotetičke čestice koje lokalno putuju brže od svjetlosti. Da bi to učinili, moraju imati zamišljenu masu.

Štaviše, energija i zamah tahiona su stvarne veličine. Nema razloga vjerovati da se superluminalne čestice ne mogu detektirati. Sjene i svjetla mogu putovati brže od svjetlosti i mogu se otkriti. Do sada tahioni nisu pronađeni, a fizičari sumnjaju u njihovo postojanje. Bilo je tvrdnji da u eksperimentima mjerenja

neutrina mase

neutrini nastali tokom beta raspada tricijuma bili su tahioni.

Ovo je sumnjivo, ali još nije definitivno opovrgnuto.

Postoje problemi sa teorijom tahiona. Pored mogućeg poremećaja uzročnosti, tahioni takođe čine vakuum nestabilnim. Možda je moguće zaobići ove poteškoće, ali čak ni tada nećemo moći koristiti tahione za superluminalni prijenos poruka. Većina fizičara smatra da je pojava tahiona u teoriji znak nekih problema u ovoj teoriji. Ideja o tahionima je toliko popularna u javnosti samo zato što se često spominju u naučnofantastičkoj literaturi. Vidi Tahioni. globalno superluminalno putovanje - korištenje crvotočina. Crvotočina je rez u prostor-vremenu od jedne tačke u svemiru do druge, što vam omogućava da putujete od jednog kraja rupe do drugog brže od uobičajene putanje. Crvotočine su opisane općom teorijom relativnosti.

Da biste ih stvorili, morate promijeniti topologiju prostor-vremena. Možda će to postati moguće u okviru kvantne teorije gravitacije. Za držati

crvotočina

otvoreni, potrebni su nam prostori sa negativnim energijama. C.W.Misner i K.S.Thorne su predložili korištenje Casimirovog efekta u velikim razmjerima za stvaranje negativne energije..

Visser je predložio korištenje kosmičkih struna za ovo. Ovo su vrlo spekulativne ideje i možda neće biti moguće. Možda ne postoji potreban oblik egzotične materije sa negativnom energijom.

Ali da pređemo na stvar. Nakon nekoliko dana konferencije, njeni učesnici su došli do najfantastičnijih tema: regeneracija organa, problem organizovane religije na brodu itd. Jedna od zanimljivijih prezentacija na skupu 100 Year Starship nazvana je "Mehanika polja naprezanja 102", a održao ju je Harold "Sonny" White iz NASA-e. Veteran agencije, White vodi napredni pulsni program u svemirskom centru Johnson (JSC). Zajedno sa petoro kolega stvorio je " Mapa puta svemirski pogonski sistemi”, koji izražava NASA-ine ciljeve u predstojećem svemirskom putovanju. Plan navodi sve vrste pogonskih projekata, od naprednih hemijskih raketa do dalekosežnih razvoja poput antimaterije ili nuklearnih mašina. Ali Vajtovo područje istraživanja je najfuturističkije od svih: tiče se svemirskog warp motora.

Jasno je da sve ovo zvuči apsolutno fantastično: ovakav razvoj događaja je prava revolucija koja će osloboditi ruke svim astrofizičarima na svijetu. Umjesto da provedu 75.000 godina putujući do Alpha Centauri, najbližeg zvjezdanog sistema našem, astronauti na brodu s ovim motorom mogli bi putovati za nekoliko sedmica.

U svjetlu završetka programa šatla i rastuće uloge privatnih letova u nisku Zemljinu orbitu, NASA kaže da se preusmjerava na dalekosežne, mnogo hrabrije planove koji idu daleko dalje od putovanja na Mjesec. Ovi ciljevi se mogu postići samo razvojem novih motoričkih sistema – što brže to bolje. Nekoliko dana nakon konferencije, šef NASA-e Charles Bolden ponovio je Whiteove riječi: "Želimo putovati brže od brzine svjetlosti i bez zaustavljanja na Marsu."

KAKO ZNAMO ZA OVAJ MOTOR

Prva popularna upotreba izraza "space warp engine" datira iz 1966. godine, kada je Jen Roddenberry izdala " Star Trek" Sljedećih 30 godina ovaj motor je postojao samo kao dio ovog naučnofantastičnog serijala. Fizičar po imenu Miguel Alcubierre gledao je jednu epizodu ove serije baš dok je radio na svom doktoratu iz ove oblasti. opšta teorija relativnosti i pitao se da li je moguće stvoriti svemirski warp motor u stvarnosti. Godine 1994. objavio je dokument u kojem je iznio ovaj stav.

Alcubierre je zamislio balon u svemiru. U prednjem dijelu mjehurića vreme-prostor se skuplja, au stražnjem se širi (kao što je bio slučaj sa Big Bang prema fizičarima). Deformacija će uzrokovati da brod glatko klizi kroz svemir, kao da surfuje po talasu, uprkos okolnoj buci. U principu, deformisani mehur se može kretati onoliko brzo koliko želite; ograničenja u brzini svjetlosti, prema Ajnštajnovoj teoriji, važe samo u kontekstu prostor-vremena, ali ne i u takvim distorzijama prostor-vremena. Unutar balona, ​​kao što je Alcubierre pretpostavio, prostor-vrijeme se neće promijeniti, a svemirski putnici neće naškoditi.

Ajnštajnove jednadžbe u opštoj relativnosti je teško rešiti u jednom pravcu otkrivanjem kako materija savija prostor, ali to je izvodljivo. Koristeći ih je Alcubierre utvrdio da je raspodjela materije neophodan uslov za stvaranje deformisanog mjehura. Jedini problem je što su rješenja rezultirala nedefiniranim oblikom materije zvanom negativna energija.

Govoreći jednostavnim jezikom, gravitacija je sila privlačenja između dva objekta. Svaki predmet, bez obzira na svoju veličinu, vrši neku silu privlačenja na okolnu materiju. Prema Ajnštajnu, ova sila je zakrivljenost prostor-vremena. Negativna energija je, međutim, gravitaciono negativna, odnosno odbojna. Umjesto da poveže vrijeme i prostor, negativna energija ih odguruje i razdvaja. Grubo govoreći, da bi takav model funkcionirao, Alcubierreu je potrebna negativna energija da proširi prostor-vrijeme iza broda.

Unatoč činjenici da nitko nikada nije stvarno mjerio negativnu energiju, prema kvantnoj mehanici, ona postoji, a naučnici su naučili da je stvaraju u laboratoriji. Jedan od načina da se to ponovo stvori je kroz Casimirov efekat: dvije paralelne provodne ploče postavljene blizu jedna drugoj stvaraju određenu količinu negativne energije. Slaba tačka Alcubierreov model je da njegova implementacija zahtijeva ogromna količina negativna energija, nekoliko redova veličine veća nego što naučnici procjenjuju može se proizvesti.

White kaže da je pronašao način da zaobiđe ovo ograničenje. U kompjuterskoj simulaciji, White je modificirao geometriju deformacijskog polja tako da je u teoriji mogao proizvesti deformirani balon koristeći milione puta manje negativne energije nego što je Alcubierre procijenio da je potrebna, a možda i dovoljno malo da bi svemirska letjelica mogla nositi sredstva za njegovu proizvodnju. "Otkrića," kaže White, "mjenjaju Alcubierreov metod od nepraktične do potpuno vjerodostojne."

IZVJEŠTAJ IZ WHITE'S LAB

Svemirski centar Džonson nalazi se u blizini laguna u Hjustonu, sa pogledom na zaliv Galveston. Centar je pomalo nalik kampusu u predgrađu, samo za obuku astronauta. Na dan moje posjete, White me sastaje u zgradi 15, višespratnom lavirintu hodnika, kancelarija i laboratorija u kojima se vrši ispitivanje motora. White nosi polo majicu Eagleworks (kako on naziva svoje eksperimente s motorom), izvezenu orlom koji lebdi iznad futurističkog svemirskog broda.

White je započeo svoju karijeru kao inženjer, vodeći istraživanja kao dio robotske grupe. Na kraju je preuzeo komandu nad cijelim robotskim krilom na ISS-u dok je završio doktorat iz fizike plazme. Tek 2009. godine promijenio je svoje zanimanje za proučavanje kretanja, a ta ga je tema toliko zaokupila da je postala glavni razlog zašto je otišao da radi u NASA-i.

„On je prilično neobična osoba, kaže njegov šef John Applewhite, koji vodi odjel za pogonske sisteme. - On je svakako veliki sanjar, ali istovremeno i talentovan inženjer. On zna kako svoje fantazije pretvoriti u pravi inženjerski proizvod.” Otprilike u isto vrijeme kada se pridružio NASA-i, White je zatražio dozvolu da otvori vlastitu laboratoriju posvećenu naprednim pogonskim sistemima. On je sam smislio ime Eagleworks i čak je zatražio od NASA-e da napravi logo za njegovu specijalizaciju. Tada je ovaj posao počeo.

Vajt me vodi do svoje kancelarije, koju deli sa kolegom koji traži vodu na Mesecu, a zatim dole u Eagleworks. Dok hoda, priča mi o svom zahtjevu za otvaranje laboratorije i naziva to “dugim napornim procesom pronalaženja naprednog pokreta koji bi pomogao čovjeku da istražuje svemir”.

Vajt mi pokazuje objekat i pokazuje njegovu centralnu funkciju - nešto što on naziva "kvantnim vakuumskim plazma propulzijom" (QVPT). Ovaj uređaj izgleda kao ogromna crvena baršunasta krofna sa žicama čvrsto omotanim oko jezgre. Ovo je jedna od dvije Eagleworks inicijative (druga je warp pogon). Takođe i ovo tajni razvoj. Kada pitam šta je to, White kaže da sve što može reći je da je tehnologija čak hladnija od warp pogona.) Prema NASA-inom izvještaju iz 2011. koji je napisao White, letjelica koristi kvantne fluktuacije u praznom prostoru kao izvor goriva, što znači da svemirska letjelica sa QVPT pogonom ne bi zahtijevala gorivo.

Motor koristi kvantne fluktuacije u praznom prostoru kao izvor goriva,
što znači svemirski brod,
pokreće QVPT, ne zahtijeva gorivo.

Kada uređaj radi, Whiteov sistem izgleda filmski savršeno: boja lasera je crvena, a dva zraka su ukrštena kao sablje. Unutar prstena su četiri keramička kondenzatora napravljena od barijum-titanata, koje White puni do 23.000 volti. White je proveo posljednje dvije i po godine razvijajući eksperiment i kaže da kondenzatori pokazuju ogromnu potencijalnu energiju. Međutim, kada ga pitam kako stvoriti negativnu energiju potrebnu za iskrivljeni prostor-vrijeme, izbjegava odgovor. Objašnjava da je potpisao ugovor o tajnosti podataka i stoga ne može otkriti detalje. Pitam s kim je sklapao te sporazume. On kaže: „Sa ljudima. Dolaze i žele da razgovaraju. Ne mogu vam dati više detalja.”

PROTIVNICI IDEJE MOTORA

Do sada je teorija iskrivljenog putovanja prilično intuitivna – iskrivljuje vrijeme i prostor kako bi se stvorio mehur u pokretu – i ima nekoliko značajnih nedostataka. Čak i da je White značajno smanjio količinu negativne energije koju Alcubierre zahtijeva, to bi ipak zahtijevalo više nego što naučnici mogu proizvesti, kaže Lawrence Ford, teorijski fizičar sa Univerziteta Tufts koji je napisao brojne radove na temu negativne energije u posljednjih 30 godina. . Ford i drugi fizičari tvrde da postoje fundamentalni fizička ograničenja, a poenta nije toliko u inženjerskim nesavršenostima, koliko u činjenici da tolika količina negativne energije ne može postojati na jednom mjestu dugo vremena.

Još jedan izazov: da bi stvorili warp loptu koja putuje brže od svjetlosti, naučnici će morati generirati negativnu energiju oko i iznad svemirske letjelice. White ne misli da je to problem; vrlo nejasno odgovara da će motor najvjerovatnije raditi zahvaljujući nekom postojećem „aparatu koji stvara neophodni uslovi" Međutim, stvaranje ovih uvjeta ispred broda značit će osiguranje stalnog dotoka negativne energije koja se kreće brži od brzine svetlost, što je opet u suprotnosti sa opštom teorijom relativnosti.

Konačno, space warp motor postavlja konceptualno pitanje. U općoj teoriji relativnosti, putovanje superluminalnim brzinama je ekvivalentno putovanju kroz vrijeme. Ako je takav motor stvaran, White stvara vremensku mašinu.

Ove prepreke izazivaju ozbiljne sumnje. "Mislim da nam fizika koju poznajemo i zakoni fizike ne dozvoljavaju da vjerujemo da će on postići bilo šta svojim eksperimentima", kaže Ken Olum, fizičar sa Univerziteta Tufts koji je također učestvovao u debati o egzotičnom pogonu na Starship 100th Godišnjica susreta." Noah Graham, fizičar na koledžu Middlebury koji je na moj zahtjev pročitao dva Whiteova rada, poslao mi je e-poštu: "Ne vidim nikakve vrijedne naučne dokaze osim referenci na njegove prethodne radove."

Alcubierre, sada fizičar na Nacionalnom autonomnom univerzitetu Meksika, ima svoje sumnje. „Čak i da sam stajao na svemirskom brodu i imao negativnu energiju na raspolaganju, nije bilo šanse da je stavim tamo gde treba“, kaže mi preko telefona iz svoje kuće u Meksiko Sitiju. - Ne, ideja je magična, sviđa mi se, sama sam je napisala. Ali postoji nekoliko ozbiljnih nedostataka koje vidim sada, tokom godina, i ne znam niti jedan način da ih popravim.”

BUDUĆNOST SUPER BRZINE

Lijevo od glavne Johnsonove kapije naučni centar Raketa Saturn V leži na boku, a stepenice su joj razdvojene kako bi se prikazao njen unutrašnji sadržaj. Ogroman je — jedan od njegovih mnogih motora je veličine malog automobila, a sama raketa je nekoliko stopa duža od fudbalskog terena. Ovo je, naravno, prilično elokventan dokaz o posebnostima svemirske navigacije. Osim toga, ona ima 40 godina, a vrijeme koje predstavlja - kada je NASA bila dio velikog nacionalnog plana za slanje čovjeka na Mjesec - davno je prošlo. Danas je JSC jednostavno mjesto koje je nekada bilo sjajno, ali je od tada napustilo svemirsku avangardu.

Proboj u pokretu mogao bi značiti nova era za JSC i NASA, iu određenoj mjeri, dio ove ere počinje sada. Sonda Dawn, lansirana 2007. godine, proučava asteroidni prsten pomoću jonskih motora. Japanci su 2010. godine naručili Ikar, prvi međuplanetarni zvjezdani brod pokretan solarnim jedrom, još jedan tip eksperimentalnog pogona. A 2016. godine naučnici planiraju da testiraju VASMIR, sistem na plazmu napravljen posebno za veliki propulzioni potisak u ISS-u. Ali kada ovi sistemi budu mogli da odnesu astronaute na Mars, i dalje ih neće moći odvesti izvan Sunčevog sistema. Da bi se to postiglo, rekao je White, NASA će morati da preuzme rizičnije projekte.

Warp pogon je možda najnapredniji od Nasovih napora da kreira projekte pokreta. Naučna zajednica kaže da je White ne može stvoriti. Stručnjaci kažu da djeluje protiv zakona prirode i fizike. Uprkos tome, NASA stoji iza projekta. “Subvencioniše se na pogrešnom nivou državnom nivou, što bi trebali imati”, kaže Applewhite. - Mislim da menadžment ima poseban interes da on nastavi svoj posao; To je jedan od onih teorijskih koncepata koji, ako su uspješni, potpuno mijenjaju igru.”

U januaru je Vajt sastavio svoj interferometar deformacije i krenuo ka sljedeći cilj. Eagleworks je prerastao vlastitu kuću. Nova laboratorija je veća i, kako on oduševljeno izjavljuje, "seizmički izolirana", što znači da je zaštićen od vibracija. Ali možda je najbolja stvar u novoj laboratoriji (i najimpresivnija) to što je NASA dala Vajtu iste uslove koje su imali Neil Armstrong i Buzz Aldrin na Mesecu. Pa, da vidimo.