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

Da li je superluminalni let moguć?

Odjeljci u ovom članku imaju podnaslove i svaki odjeljak možete pogledati zasebno.

Jednostavni primjeri FTL putovanja

1. Efekat Čerenkova

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

2. Treći posmatrač

Ako je raketa A odleti od mene brzinom 0.6c na zapadu i raketa B odleti od mene brzinom 0.6c istočno, onda vidim da je udaljenost između A i B raste sa brzinom 1.2c. Gledajući lete projektila A i B spolja, treći posmatrač vidi da je ukupna brzina uklanjanja projektila veća od c .

kako god relativna brzina nije jednak zbiru brzina. brzina rakete A u vezi rakete B je brzina kojom se povećava udaljenost do rakete A, koju vidi posmatrač kako leti na raketi B. Relativna brzina se mora izračunati korištenjem relativističke formule za zbrajanje brzina. (Pogledajte Kako dodajete brzine u specijalnoj relativnosti?) U ovom primjeru, relativna brzina je približno 0,88c. Dakle, u ovom primjeru nismo dobili FTL.

3. Svetlo i senka

Razmislite o tome koliko brzo se senka može kretati. Ako je lampa blizu, tada se senka vašeg prsta na udaljenom zidu kreće mnogo brže nego što se prst kreće. Prilikom pomicanja prsta paralelno sa zidom, brzina ulaska sjene D/d puta veća od brzine prsta. Evo d je udaljenost od lampe do prsta, i D- od lampe do zida. Brzina će biti još veća ako je zid 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.

Još jedan objekat koji može putovati brže od svjetlosti je svjetlosna tačka lasera ​​usmjerena na mjesec. Udaljenost do Mjeseca je 385.000 km. Brzinu kretanja svjetlosne tačke na površini Mjeseca možete sami izračunati uz male fluktuacije laserskog pokazivača u 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?

Sve ove stvari se mogu dogoditi u prirodi. Na primjer, snop svjetlosti iz pulsara može proći duž oblaka prašine. snažna eksplozija mogu stvoriti sferne valove svjetlosti ili zračenja. Kada se ovi valovi sijeku s površinom, na toj površini se pojavljuju svjetlosni krugovi koji se šire brže od svjetlosti. Ovaj fenomen se uočava, na primjer, kada elektromagnetni puls od bljeska munje prolazi kroz gornju atmosferu.

4. Čvrsto tijelo

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

To bi bilo tačno ako postojala su savršeno kruta tijela. U praksi se udar prenosi duž štapa brzinom zvuka koja ovisi o elastičnosti i gustoći materijala štapa. Osim toga, teorija relativnosti ograničava moguće brzine zvuka u materijalu vrijednošću c .

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 gubitak sile držanja prenosi niz štap brzinom zvuka u materijalu.

Formulacija relativističke teorije elastičnosti je prilično komplicirana, ali se opća ideja može ilustrirati korištenjem Newtonove mehanike. Jednačina uzdužnog kretanja idealno elastičnog tijela može se izvesti iz Hookeovog zakona. Označite linearnu gustinu štapa ρ , Youngov modul Y. Uzdužni pomak X zadovoljava talasnu jednačinu

ρ d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0

Rješenje ravnih valova putuje brzinom zvuka s, što se određuje iz formule s 2 = Y/ρ. Talasna jednadžba ne dozvoljava da se perturbacije medija kreću brže nego sa brzinom s. Osim toga, teorija relativnosti daje ograničenje količine elastičnosti: Y< ρc 2 . U praksi se nijedan poznati materijal ne približava ovoj granici. Imajte na umu da čak i ako je brzina zvuka blizu c, onda se sama materija ne mora nužno kretati relativističkom brzinom.

Iako u prirodi nema čvrstih tijela, postoje kretanje krutih tijela, koji se može koristiti za savladavanje brzine svjetlosti. Ova tema pripada već opisanom dijelu sjenki i svjetlosnih mrlja. (Pogledajte Superluminalne makaze, Kruti rotirajući disk u relativnosti).

5. Fazna brzina

talasna jednačina
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0

ima rješenje u obliku
u \u003d A cos (ax - bt), c 2 a 2 - b 2 + w 2 \u003d 0

To su sinusoidni 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 odjeljak ispod). Ne, ovo je uobičajena relativistička jednačina za česticu s masom.

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

Rješenje u obliku vala 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 FTL kretanja koji se ne može koristiti za komunikaciju.

6. Superluminalne galaksije

7. Relativistička raketa

Neka posmatrač na Zemlji vidi letelicu koja se udaljava velikom brzinom 0,8c U skladu sa teorija relativnosti, videće da je sat na letelici 5/3 puta sporiji. Ako udaljenost do broda podijelimo s vremenom leta prema satu na brodu, dobićemo brzinu 4/3c. Posmatrač zaključuje da će pilot broda, koristeći svoj sat na brodu, utvrditi i da on leti superluminalnom brzinom. Sa tačke gledišta pilota, njegov sat radi normalno, a međuzvjezdani prostor se smanjio za faktor 5/3. Stoga brže, brzinom, leti poznate udaljenosti između zvijezda 4/3c .

Ali to još uvijek nije superluminalni let. Ne možete izračunati brzinu koristeći udaljenost i vrijeme definirane u različitim referentnim okvirima.

8. Brzina gravitacije

Neki insistiraju na tome da je brzina gravitacije mnogo veća c ili čak beskonačno. Pogledajte Da li gravitacija putuje brzinom svjetlosti? i šta je gravitaciono zračenje? Gravitacijske perturbacije i gravitacijski valovi se šire brzinom c .

9. EPR paradoks

10. Virtuelni fotoni

11. Efekat kvantnog tunela

U kvantnoj mehanici, efekat tunela omogućava čestici da savlada barijeru, čak i ako njena energija za to nije dovoljna. Moguće je izračunati vrijeme tuneliranja kroz takvu barijeru. A može se pokazati i manjim od onoga što je potrebno svjetlosti da pređe istu udaljenost brzinom c. Može li se koristiti za slanje poruka brže od svjetlosti?

Kvantna elektrodinamika kaže "Ne!" Ipak, sproveden je eksperiment koji je pokazao superluminalni prijenos informacija pomoću efekta tunela. Kroz barijeru širine 11,4 cm brzinom 4,7 c Predstavljena je Mocartova Četrdeseta simfonija. Objašnjenje ovog eksperimenta je vrlo kontroverzno. Većina fizičara vjeruje da je uz pomoć efekta tunela nemoguće prenijeti informacije brži od svetlosti. Ako je bilo moguće, zašto onda ne poslati 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 sile i sve poznate čestice. U ovoj teoriji, bilo koji par operatora koji odgovara fizičkim opservableima razdvojenim prostornim intervalom događaja "komutira" (to jest, može se promijeniti redoslijed ovih operatora). U principu, ovo implicira da u Standardnom modelu sila ne može da putuje brže od svjetlosti, i to se može smatrati kvantnim poljem ekvivalentom argumenta beskonačne energije.

Međutim, ne postoje besprijekorno rigorozni dokazi u kvantnoj teoriji polja Standardnog modela. Niko još nije čak ni dokazao da je ova teorija interno konzistentna. Najvjerovatnije nije. U svakom slučaju, nema garancije da nema još neotkrivenih čestica ili sila koje se ne povinuju zabrani superluminalnog kretanja. Takođe ne postoji generalizacija ove teorije, uključujući gravitaciju i opštu relativnost. Mnogi fizičari koji rade na polju kvantne gravitacije sumnjaju da će jednostavni koncepti kauzalnosti i lokalnosti biti generalizirani. Nema garancije da će u budućoj potpunijoj teoriji brzina svjetlosti zadržati značenje granične brzine.

18. Paradoks deda

U specijalnoj relativnosti, čestica koja putuje brže od svjetlosti u jednom referentnom okviru vraća se u prošlost u drugom referentnom okviru. FTL putovanja ili prijenos informacija bi omogućili putovanje ili slanje poruke u prošlost. Kada bi takvo putovanje kroz vrijeme bilo moguće, onda biste se mogli vratiti u prošlost i promijeniti tok istorije ubivši svog djeda.

Ovo je vrlo jak argument protiv mogućnosti FTL putovanja. Istina, ostaje gotovo nevjerovatna mogućnost da je moguće neko ograničeno superluminalno putovanje, koje ne dopušta povratak u prošlost. Ili je možda putovanje kroz vrijeme moguće, ali je uzročnost narušena na neki dosljedan način. Sve je to vrlo nevjerojatno, ali ako govorimo o FTL-u, bolje je biti spreman za nove ideje.

I obrnuto je istina. 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 FTL putovanja

U ovom poslednjem odeljku opisaću neke ozbiljne ideje o mogućim putovanjima bržim od svetlosti. Ove teme nisu često uključene u FAQ, jer više liče na puno novih pitanja nego na odgovore. 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, oni moraju imati zamišljenu vrijednost mase. U ovom slučaju, energija i zamah tahiona su realne 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. Postojale su tvrdnje da su u eksperimentima za mjerenje mase neutrina proizvedenih beta raspadom tritijuma, neutrini bili tahioni. Ovo je sumnjivo, ali još nije definitivno opovrgnuto.

Postoje problemi u teoriji tahiona. Pored mogućeg kršenja 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 vjeruje da je pojava tahiona u teoriji znak nekih problema s ovom teorijom. Ideja o tahionima je toliko popularna u javnosti samo zato što se često spominju u fantazijskoj literaturi. Vidi Tachyons.

20. Crvotočine

Najpoznatija metoda globalnog FTL putovanja je korištenje "crvotočina". Crvotočina je prorez u prostor-vremenu od jedne tačke u svemiru do druge, što vam omogućava da dođete s jednog kraja rupe na drugi brže od uobičajenog puta. Crvotočine su opisane općom teorijom relativnosti. Da biste ih kreirali, morate promijeniti topologiju prostor-vremena. Možda će to postati moguće u okviru kvantne teorije gravitacije.

Da biste držali crvotočinu otvorenom, potrebna su vam područja s negativnom energijom. C.W.Misner i K.S.Thorne predložili su 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.

U septembru 2011. fizičar Antonio Ereditato šokirao je cijeli svijet. Najava koju je dao obećala je da će preokrenuti cjelokupno razumijevanje univerzuma. A ako su podaci koje je prikupilo 160 naučnika koji su učestvovali u programu OPERA bili tačni, onda je to značilo da je otkriveno nešto neverovatno. Čestice, u ovom slučaju neutrini, kretale su se brže od brzine svjetlosti.

Nevjerovatno otkriće

Prema Ajnštajnovoj teoriji relativnosti, to ne bi trebalo da bude slučaj. A posljedice demonstracije da se to dogodilo bile bi ogromne. Mnoge tačke u fizici bi morale biti revidirane. I iako su Ereditato i njegov tim izvijestili da imaju visok nivo povjerenja u ono što su otkrili, nisu izjavili da su sto posto sigurni u tačnost svojih zapažanja. U stvari, tražili su od drugih naučnika da im pomognu da shvate šta se dogodilo.

Greška u eksperimentu

Kao rezultat toga, ispostavilo se da je program OPERA bio pogrešan. Problem sa mjerenjem vremena nastao je zbog činjenice da je kabel bio loše povezan, koji je trebao prenositi nevjerovatno precizne signale sa GPS satelita. Shodno tome, došlo je do neočekivanog kašnjenja u prijenosu signala. Dakle, mjerenja koliko dugo je neutrino prešao određenu udaljenost imala su grešku od oko 73 nanosekunde. To je dalo utisak da se ove čestice kreću brže od čestica svetlosti.

Efekti

Uprkos mjesecima pažljivih provjera prije početka eksperimenta, velikom broju ponovljenih provjera informacija dobijenih tokom eksperimenta, ovoga puta naučnici su ipak pogriješili. Ereditato se povukao, iako su mnogi primijetili da se takve greške u izuzetno složenoj tehnologiji akceleratora čestica događaju prilično često. Ali zašto je čak i najmanji nagoveštaj da nešto može putovati brže od brzine svjetlosti toliko važan? I da li ljudi zaista vjeruju da to ništa ne može učiniti?

brzina svetlosti

Pogledajmo prvo drugo od ovih pitanja. Brzina svjetlosti u vakuumu je 299792,458 kilometara u sekundi - malo manje od prelijepe okrugle brojke od 300.000 kilometara u sekundi. Veoma je brz. Sunce je udaljeno 150 miliona kilometara od Zemlje, a svjetlosti je potrebno samo osam minuta i dvadeset sekundi da putuje ovim putem. Može li se nešto što je čovjek stvorio takmičiti sa svjetlom? Jedan od najbržih objekata koje je čovjek ikada napravio je svemirska sonda New Horizons koja je proletjela pored Plutona i Harona 2015. godine. Maksimalna brzina koju je mogao postići je 16 kilometara u sekundi, odnosno mnogo manje od 300 hiljada kilometara u sekundi.

Eksperimentišite sa elektronima

Međutim, ljudi su uspjeli učiniti da se sitne čestice kreću mnogo većom brzinom. Početkom šezdesetih, William Bertozzi sa Massachusetts Institute of Technology eksperimentirao je sa ubrzanjem elektrona. Budući da elektroni imaju negativan naboj, moguće ih je pokrenuti odbijanjem ako je materijal nabijen istim nabojem. Što se više energije koristi, to su elektroni brži.

Zašto ne primijeniti maksimalnu energiju?

Moglo bi se pomisliti da je dovoljno povećati primijenjenu energiju do te mjere da se brzina čestice razvije do potrebnih 300.000 kilometara u sekundi. Međutim, pokazalo se da se elektroni ne mogu kretati tako brzo. Bertozzijevi eksperimenti su pokazali da korištenje više energije nije stvorilo proporcionalno povećanje brzine elektrona. Morao je primijeniti sve više i više energije kako bi postigao sve manje povećanje brzine čestica. Približavali su se brzini svjetlosti, ali je nikada nisu dostigli.

Nemogućnost postignuća

Zamislite da trebate doći do vrata, poduzeti korake, ali svaki sljedeći korak će biti upola manji od prethodnog. Jednostavno rečeno, nikada nećete doći do vrata, jer će svakim sljedećim korakom i dalje biti određena udaljenost između vas i vrata. Upravo je to problem s kojim se Bertozzi susreo u svom eksperimentu s elektronima. Međutim, svjetlost se sastoji od čestica koje se nazivaju fotoni. Zašto se ove čestice mogu kretati brzinom svjetlosti ako elektroni ne mogu obaviti posao?

Karakteristike fotona

Kako se predmet kreće sve brže i brže, postaje sve teži i teži, pa im postaje teže postići brzinu, zbog čega nikada ne mogu postići brzinu svjetlosti. Fotoni nemaju masu. Da imaju masu, ne bi se mogli kretati brzinom svjetlosti. Fotoni su jedinstvene čestice. Oni nemaju masu koja im daje beskrajne mogućnosti dok se kreću u vakuumu, ne moraju da ubrzavaju. Prirodna energija koju posjeduju dok se kreću u valovima osigurava da, u vrijeme stvaranja, fotoni već imaju ograničenje brzine.

25. marta 2017

FTL putovanja su jedan od temelja svemirske naučne fantastike. Međutim, vjerojatno svi - čak i ljudi daleko od fizike - znaju da je najveća moguća brzina kretanja materijalnih objekata ili širenja bilo kojeg signala brzina svjetlosti u vakuumu. Označava se slovom c i iznosi skoro 300 hiljada kilometara u sekundi; tačna vrijednost c = 299 792 458 m/s.

Brzina svjetlosti u vakuumu jedna je od osnovnih fizičkih konstanti. Nemogućnost postizanja brzina većih od c proizilazi iz Ajnštajnove specijalne teorije relativnosti (SRT). Kada bi bilo moguće dokazati da je prijenos signala superluminalnom brzinom moguć, teorija relativnosti bi pala. Do sada se to nije dogodilo, uprkos brojnim pokušajima da se pobije zabrana postojanja brzina većih od c. Međutim, nedavne eksperimentalne studije su otkrile neke vrlo zanimljivih pojava, što ukazuje da je u posebno stvorenim uslovima moguće posmatrati superluminalne brzine, a da se pritom ne krše principi teorije relativnosti.

Za početak, prisjetimo se glavnih aspekata koji se odnose na problem brzine svjetlosti.

Pre svega: zašto je nemoguće (u normalnim uslovima) prekoračiti ograničenje svetlosti? Jer tada se krši osnovni zakon našeg svijeta – zakon uzročnosti, prema kojem posljedica ne može nadmašiti uzrok. Niko nikada nije primetio da je, na primer, medved prvo pao mrtav, a onda lovac pucao. Pri brzinama većim od c, niz događaja postaje obrnut, vremenska traka se premotava unazad. To se može lako vidjeti iz sljedećeg jednostavnog rezonovanja.

Pretpostavimo da se nalazimo na određenom kosmičkom čudotvornom brodu koji se kreće brže od svjetlosti. Tada bismo postupno sustizali svjetlo koje je emitovao izvor u ranijim i ranijim vremenskim točkama. Prvo bismo uhvatili korak sa fotonima emitovanim, recimo, juče, zatim - emitovanim prekjučer, zatim - pre nedelju dana, mesec dana, godinu dana i tako dalje. Kada bi izvor svjetlosti bio ogledalo koje odražava život, tada bismo prvo vidjeli jučerašnje događaje, pa prekjučerašnje i tako dalje. Mogli smo da vidimo, recimo, starca koji se postepeno pretvara u sredovečnog čoveka, pa u mladića, u mladića, u dete... Odnosno, vreme bi se vratilo, iz sadašnjosti bismo se preselili u prošlost. Uzrok i posljedica bi tada bili obrnuti.

Iako ovaj argument potpuno zanemaruje tehničke detalje procesa promatranja svjetlosti, sa fundamentalne tačke gledišta jasno pokazuje da kretanje superluminalnom brzinom dovodi do situacije koja je nemoguća u našem svijetu. Međutim, priroda je postavila još strože uslove: kretanje je nedostižno ne samo pri superluminalnoj brzini, već i brzinom jednakoj brzini svjetlosti - možete mu samo prići. Iz teorije relativnosti proizilazi da s povećanjem brzine kretanja nastaju tri okolnosti: povećava se masa objekta koji se kreće, njegova veličina se smanjuje u smjeru kretanja, a protok vremena na ovom objektu usporava (od tačka gledišta spoljašnjeg posmatrača koji „odmara“). Pri običnim brzinama ove promjene su zanemarljive, ali kako se približavamo brzini svjetlosti, one postaju sve uočljivije, a u granici - brzinom jednakom c - masa postaje beskonačno velika, objekt potpuno gubi svoju veličinu u smjer kretanja i vrijeme se zaustavlja na njemu. Stoga, nijedno materijalno tijelo ne može dostići brzinu svjetlosti. Samo sama svjetlost ima takvu brzinu! (A takođe i čestica koja prožima sve – neutrino, koji se, poput fotona, ne može kretati brzinom manjom od c.)

Sada o brzini prijenosa signala. Ovdje je prikladno koristiti prikaz svjetlosti u obliku elektromagnetnih valova. Šta je signal? Ovo su neke informacije koje treba prenijeti. Idealan elektromagnetski val je beskonačna sinusoida striktno jedne frekvencije i ne može nositi nikakvu informaciju, jer svaki period takve sinusoide tačno ponavlja prethodni. Brzina kretanja faze sinusoidnog talasa - takozvana fazna brzina - može u mediju pod određenim uslovima premašiti brzinu svetlosti u vakuumu. Ovdje nema ograničenja, jer fazna brzina nije brzina signala - ona još ne postoji. Da biste stvorili signal, morate napraviti neku vrstu "oznake" na valu. Takva oznaka može biti, na primjer, promjena bilo kojeg parametra vala - amplitude, frekvencije ili početne faze. Ali čim se napravi oznaka, val gubi svoju sinusoidnost. Postaje moduliran, koji se sastoji od skupa jednostavnih sinusoidnih talasa sa različitim amplitudama, frekvencijama i početnim fazama - grupa talasa. Brzina kretanja oznake u moduliranom valu je brzina signala. Kada se širi u medijumu, ova brzina se obično poklapa sa grupnom brzinom koja karakteriše širenje gornje grupe talasa u celini (videti "Nauka i život" br. 2, 2000). U normalnim uslovima, grupna brzina, a time i brzina signala, manja je od brzine svetlosti u vakuumu. Nije slučajno što se ovdje koristi izraz "pod normalnim uvjetima", jer u nekim slučajevima grupna brzina može premašiti c ili čak izgubiti značenje, ali se tada ne odnosi na širenje signala. U SRT-u je utvrđeno da je nemoguće prenijeti signal brzinom većom od c.

Zašto je tako? Zato što je prepreka prijenosu bilo kojeg signala brzinom većom od c isti zakon uzročnosti. Zamislimo takvu situaciju. U nekom trenutku A svjetlosni bljesak (događaj 1) uključuje uređaj koji šalje određeni radio signal, a u udaljenoj tački B pod djelovanjem ovog radio signala dolazi do eksplozije (događaj 2). Jasno je da je događaj 1 (bljesak) uzrok, a događaj 2 (eksplozija) je posljedica koja se javlja kasnije od uzroka. Ali ako bi se radio signal širio superluminalnom brzinom, posmatrač blizu tačke B prvo bi video eksploziju, a tek onda - bljesak svetlosti koji je do njega stigao brzinom svetlosnog bljeska, uzrok eksplozije. Drugim riječima, za ovog posmatrača bi se događaj 2 dogodio prije događaja 1, odnosno, posljedica bi prethodila uzroku.

Prikladno je naglasiti da se "superluminalna zabrana" teorije relativnosti nameće samo kretanju materijalnih tijela i prijenosu signala. U mnogim situacijama moguće je kretati se bilo kojom brzinom, ali to će biti kretanje nematerijalnih objekata i signala. Na primjer, zamislite dva prilično duga ravnala koja leže u istoj ravni, od kojih se jedan nalazi vodoravno, a drugi ga siječe pod malim uglom. Ako se prva linija pomjeri naniže (u smjeru označenom strelicom) velikom brzinom, može se učiniti da tačka presjeka linija teče proizvoljno brzo, ali ova tačka nije materijalno tijelo. Drugi primjer: ako uzmete baterijsku lampu (ili, recimo, laser koji daje uski snop) i brzo opišete luk u zraku, tada će se linearna brzina svjetlosne mrlje povećavati s udaljenosti i, na dovoljno velikoj udaljenosti, će premašiti c. Svjetlosna tačka će se kretati između tačaka A i B superluminalnom brzinom, ali to neće biti prijenos signala od A do B, jer takva svjetlosna tačka ne nosi nikakvu informaciju o tački A.

Čini se da je pitanje superluminalnih brzina riješeno. No, 60-ih godina dvadesetog stoljeća, teoretski fizičari iznijeli su hipotezu o postojanju superluminalnih čestica, nazvanih tahioni. To su vrlo čudne čestice: teoretski su moguće, ali da bi se izbjegle kontradikcije s teorijom relativnosti, morala im se dodijeliti zamišljena masa mirovanja. Fizički imaginarna masa ne postoji, to je čisto matematička apstrakcija. Međutim, to nije izazvalo veliku zabrinutost, budući da tahioni ne mogu mirovati - postoje (ako postoje!) samo pri brzinama koje prelaze brzinu svjetlosti u vakuumu, a u ovom slučaju masa tahiona se ispostavlja stvarnom. Ovdje postoji neka analogija s fotonima: foton ima nultu masu mirovanja, ali to jednostavno znači da foton ne može mirovati – svjetlost se ne može zaustaviti.

Najteže je bilo, očekivano, pomiriti hipotezu tahiona sa zakonom kauzalnosti. Pokušaji u tom pravcu, iako su bili prilično genijalni, nisu doveli do očiglednog uspjeha. Nitko nije uspio eksperimentalno registrirati tahione. Kao rezultat toga, interesovanje za tahione kao superluminalne elementarne čestice postepeno je nestalo.

Međutim, 60-ih godina eksperimentalno je otkriven fenomen koji je fizičare isprva doveo u zabunu. Ovo je detaljno opisano u članku A. N. Oraevskog "Superluminalni talasi u medijima za pojačavanje" (UFN br. 12, 1998). Ovdje ukratko sumiramo suštinu stvari, upućujući čitatelja zainteresiranog za pojedinosti na navedeni članak.

Ubrzo nakon otkrića lasera - početkom 60-ih - pojavio se problem dobijanja kratkih (trajanja reda 1 ns = 10-9 s) svjetlosnih impulsa velike snage. Da bi se to postiglo, kratki laserski impuls je prošao kroz optičko kvantno pojačalo. Impuls je razdvojen ogledalom koje cijepa snop na dva dijela. Jedan od njih, snažniji, poslat je u pojačalo, a drugi se širio u zraku i služio je kao referentni impuls, s kojim je bilo moguće uporediti impuls koji je prošao kroz pojačalo. Oba impulsa su dovedena do fotodetektora, a njihovi izlazni signali su se mogli vizuelno posmatrati na ekranu osciloskopa. Očekivalo se da će svjetlosni impuls koji prolazi kroz pojačalo doživjeti određeno kašnjenje u odnosu na referentni impuls, odnosno da će brzina prostiranja svjetlosti u pojačalu biti manja nego u zraku. Kakvo je bilo čuđenje istraživača kada su otkrili da se puls širi kroz pojačalo brzinom ne samo većom nego u zraku, već i nekoliko puta većom od brzine svjetlosti u vakuumu!

Nakon što su se oporavili od prvog šoka, fizičari su počeli tražiti razlog za tako neočekivani rezultat. Niko nije imao ni najmanje sumnje u principe specijalne teorije relativnosti, a upravo je to pomoglo da se nađe ispravno objašnjenje: ako su principi SRT-a sačuvani, onda odgovor treba tražiti u svojstvima medija za pojačavanje. .

Ne ulazeći ovdje u detalje, samo ističemo da je detaljna analiza mehanizma djelovanja medija za pojačavanje u potpunosti razjasnila situaciju. Poenta je bila u promjeni koncentracije fotona tokom širenja impulsa – promjena zbog promjene faktora pojačanja medija do negativnu vrijednost tokom prolaska zadnjeg dela impulsa, kada medij već apsorbuje energiju, jer je sopstvena rezerva već potrošena zbog njenog prenošenja na svetlosni puls. Apsorpcija ne uzrokuje povećanje, već smanjenje impulsa, pa se impuls u prednjem dijelu pojačava, a u stražnjem dijelu slabi. Zamislimo da puls posmatramo uz pomoć instrumenta koji se kreće brzinom svjetlosti u mediju pojačala. Da je medij providan, vidjeli bismo impuls zamrznut u nepokretnosti. U mediju u kojem se odvija gore navedeni proces, jačanje prednje ivice i slabljenje zadnje ivice pulsa će se posmatraču pojaviti na način da je medij, takoreći, pomerio puls napred. . Ali pošto se uređaj (posmatrač) kreće brzinom svjetlosti, a impuls ga sustigne, tada brzina impulsa prelazi brzinu svjetlosti! Eksperimentatori su registrovali ovaj efekat. I tu zaista nema kontradiktornosti s teorijom relativnosti: samo je proces pojačanja takav da se koncentracija fotona koji su izašli ranije ispostavila da je veća od onih koji su izašli kasnije. Ne kreću se fotoni superluminalnom brzinom, već omotač impulsa, posebno njegov maksimum, koji se opaža na osciloskopu.

Dakle, dok u običnim medijima uvijek dolazi do slabljenja svjetlosti i smanjenja njene brzine, određene indeksom prelamanja, u aktivnim laserskim medijima se ne opaža samo pojačavanje svjetlosti, već i širenje impulsa superluminalnom brzinom.

Neki fizičari su pokušali eksperimentalno dokazati prisustvo superluminalnog kretanja u efektu tunela, jednom od najnevjerovatnijih fenomena u kvantnoj mehanici. Ovaj efekat se sastoji u činjenici da mikročestica (tačnije, mikroobjekt, u različitim uslovima pokazujući i svojstva čestice i svojstva vala) može probiti takozvanu potencijalnu barijeru - fenomen koji je potpuno nemoguć u klasičnoj mehanici (u kojoj bi sljedeća situacija bila analogna: lopta bačena na zid bi se nalazio na drugoj strani zida, ili bi se talasasto kretanje zadato užetom vezanom za zid prenijelo na uže vezano za zid s druge strane). Suština efekta tunela u kvantnoj mehanici je sljedeća. Ako mikroobjekt sa određenom energijom na svom putu naiđe na područje čija je potencijalna energija veća od energije mikro-objekta, to područje je za njega barijera čija je visina određena energetskom razlikom. Ali mikro-objekat "cure" kroz barijeru! Ovu mogućnost mu daje poznata Heisenbergova relacija neizvjesnosti, napisana za energiju i vrijeme interakcije. Ako se interakcija mikroobjekta s barijerom dogodi dovoljno određeno vrijeme, tada će energija mikroobjekta, naprotiv, biti okarakterisana nesigurnošću, a ako je ta nesigurnost reda visine barijere, onda potonja prestaje biti nepremostiva prepreka za mikroobjekat. Upravo je stopa prodiranja kroz potencijalnu barijeru postala predmet istraživanja brojnih fizičara, koji smatraju da može premašiti c.

U junu 1998. godine u Kelnu je održan međunarodni simpozijum o problemima superluminalnih kretanja, na kojem su razmatrani rezultati dobijeni u četiri laboratorije - u Berkliju, Beču, Kelnu i Firenci.

I konačno, 2000. godine, prijavljena su dva nova eksperimenta u kojima su se pojavili efekti superluminalnog širenja. Jednu od njih izveli su Lijun Wong sa saradnicima na istraživačkom institutu u Princetonu (SAD). Njegov rezultat je da svjetlosni impuls koji ulazi u komoru ispunjenu parama cezijuma povećava svoju brzinu za faktor od 300. Pokazalo se da glavni dio pulsa napušta udaljeni zid komore čak i prije nego što puls uđe u komoru kroz prednji zid. Takva situacija je u suprotnosti ne samo sa zdravim razumom, već, u suštini, i sa teorijom relativnosti.

Izveštaj L. Wonga izazvao je intenzivnu diskusiju među fizičarima, od kojih većina nije sklona da u dobijenim rezultatima vidi kršenje principa relativnosti. Izazov je, vjeruju oni, ispravno objasniti ovaj eksperiment.

U eksperimentu L. Wonga, svjetlosni impuls koji je ušao u komoru s parama cezijuma imao je trajanje oko 3 μs. Atomi cezijuma mogu biti u šesnaest mogućih kvantnih mehaničkih stanja, nazvanih "hiperfini magnetni podnivoi osnovnog stanja". Koristeći optičko lasersko pumpanje, skoro svi atomi su dovedeni u samo jedno od ovih šesnaest stanja, što odgovara skoro apsolutnoj nulti temperaturi na Kelvinovoj skali (-273,15°C). Dužina cezijumske komore bila je 6 centimetara. U vakuumu, svjetlost putuje 6 centimetara za 0,2 ns. Kako su mjerenja pokazala, svjetlosni impuls je prošao kroz komoru sa cezijem za vrijeme 62 ns kraće nego u vakuumu. Drugim riječima, vrijeme prolaska impulsa kroz cezijumski medij ima predznak "minus"! Zaista, ako oduzmemo 62 ns od 0,2 ns, dobićemo "negativno" vrijeme. Ovo "negativno kašnjenje" u mediju - neshvatljiv vremenski skok - jednako je vremenu tokom kojeg bi impuls napravio 310 da prođe kroz komoru u vakuumu. Posljedica ovog "preokretanja vremena" bila je da se impuls koji je napustio komoru uspio odmaknuti od nje za 19 metara prije nego što je dolazni impuls stigao do bliske stijenke komore. Kako se može objasniti tako nevjerovatna situacija (osim ako, naravno, nema sumnje u čistoću eksperimenta)?

Sudeći po raspravi koja se otvorila, tačno objašnjenje još nije pronađeno, ali nema sumnje da neobične disperzione osobine medija ovdje igraju ulogu: cezijeva para, koja se sastoji od atoma pobuđenih laserskom svjetlošću, je medij sa anomalna disperzija. Da se ukratko podsetimo šta je to.

Disperzija supstance je zavisnost faznog (uobičajenog) indeksa prelamanja n o talasnoj dužini svetlosti l. Kod normalne disperzije indeks loma raste sa smanjenjem talasne dužine, a to je slučaj u staklu, vodi, vazduhu i svim drugim supstancama prozirnim za svetlost. U tvarima koje snažno apsorbiraju svjetlost, tok indeksa loma se obrće s promjenom valne dužine i postaje mnogo strmiji: sa smanjenjem l (povećanje frekvencije w), indeks loma naglo opada i u određenom rasponu valnih dužina postaje manji. nego jedinica (fazna brzina Vf > s). Ovo je anomalna disperzija, u kojoj se obrazac širenja svjetlosti u tvari radikalno mijenja. Grupna brzina Vgr postaje veća od fazne brzine talasa i može premašiti brzinu svetlosti u vakuumu (i takođe postati negativna). L. Wong na ovu okolnost ukazuje kao na razlog za mogućnost objašnjenja rezultata njegovog eksperimenta. Međutim, treba napomenuti da je uslov Vgr > c čisto formalan, jer je koncept grupne brzine uveden za slučaj male (normalne) disperzije, za prozirne medije, kada grupa talasa gotovo ne menja svoj oblik tokom propagacija. U područjima anomalne disperzije, međutim, svjetlosni puls se brzo deformiše i koncept grupne brzine gubi svoje značenje; u ovom slučaju se uvode pojmovi brzine signala i brzine širenja energije, koje se u prozirnim medijima poklapaju sa grupnom brzinom, dok u medijima sa apsorpcijom ostaju manje od brzine svjetlosti u vakuumu. Ali evo što je zanimljivo u Wongovom eksperimentu: svjetlosni impuls, prolazeći kroz medij s anomalnom disperzijom, ne deformiše se – zadržava svoj oblik tačno! A to odgovara pretpostavci da se impuls širi grupnom brzinom. Ali ako je tako, onda se ispostavlja da u mediju nema apsorpcije, iako je anomalna disperzija medija posljedica upravo apsorpcije! Sam Wong, uviđajući da mnogo toga ostaje nejasno, vjeruje da se ono što se događa u njegovoj eksperimentalnoj postavci može jasno objasniti kao prva aproksimacija na sljedeći način.

Svjetlosni impuls se sastoji od mnogo komponenti s različitim talasnim dužinama (frekvencijama). Na slici su prikazane tri od ovih komponenti (talasi 1-3). U nekom trenutku, sva tri talasa su u fazi (njihovi maksimumi se poklapaju); ovdje se oni, zbrajajući, međusobno pojačavaju i formiraju impuls. Kako se talasi dalje šire u svemiru, oni su van faze i tako se "gase" jedni druge.

U području anomalne disperzije (unutar ćelije cezijuma), talas koji je bio kraći (talas 1) postaje duži. Nasuprot tome, talas koji je bio najduži od tri (talas 3) postaje najkraći.

Shodno tome, faze talasa se takođe menjaju u skladu sa tim. Kada talasi prođu kroz cezijum ćeliju, njihovi talasni frontovi se obnavljaju. Nakon što su prošli neobičnu faznu modulaciju u supstanciji sa anomalnom disperzijom, tri razmatrana talasa se ponovo nađu u fazi u nekom trenutku. Ovdje se ponovo zbrajaju i formiraju puls potpuno istog oblika kao onaj koji ulazi u medij cezija.

Tipično u zraku, i zaista u bilo kojem normalno disperzivnom prozirnom mediju, svjetlosni impuls ne može precizno održati svoj oblik kada se širi na udaljenu udaljenost, to jest, sve njegove komponente ne mogu biti u fazi u bilo kojoj udaljenoj tački duž putanje širenja. A u normalnim uslovima, svetlosni puls na tako udaljenoj tački se pojavljuje nakon nekog vremena. Međutim, zbog anomalnih svojstava medija korištenog u eksperimentu, pokazalo se da je puls na udaljenoj tački faziran na isti način kao i pri ulasku u ovaj medij. Dakle, svjetlosni puls se ponaša kao da ima negativno vremensko kašnjenje na putu do udaljene tačke, odnosno da bi do njega stigao ne kasnije, već ranije nego što je prošao medij!

Većina fizičara sklona je povezivanju ovog rezultata s pojavom prekursora niskog intenziteta u disperzivnom mediju komore. Činjenica je da u spektralnoj dekompoziciji impulsa, spektar sadrži komponente proizvoljno visokih frekvencija sa zanemarljivom amplitudom, takozvani prekursor, koji ide ispred "glavnog dijela" impulsa. Priroda uspostavljanja i oblik prekursora zavise od zakona disperzije u mediju. Imajući ovo na umu, predlaže se da se slijed događaja u Wongovom eksperimentu tumači na sljedeći način. Nadolazeći talas, "razvlačeći" predznaku ispred sebe, približava se kameri. Prije nego što vrh nadolazećeg vala udari u bliži zid komore, prekursor inicira pojavu impulsa u komori, koji dopire do udaljenog zida i odbija se od njega, formirajući "obrnuti talas". Ovaj val, koji se širi 300 puta brže od c, doseže bliži zid i susreće se s nadolazećim valom. Vrhovi jednog talasa susreću se sa padovima drugog tako da se međusobno poništavaju i ništa ne ostaje. Ispostavilo se da nadolazeći talas "vraća dug" atomima cezijuma, koji su mu "pozajmili" energiju na drugom kraju komore. Svako ko je posmatrao samo početak i kraj eksperimenta video bi samo impuls svetlosti koji je „skočio“ unapred u vremenu, krećući se brže od c.

L. Wong smatra da njegov eksperiment nije u skladu s teorijom relativnosti. Konstatacija o nedostižnosti superluminalne brzine, smatra on, primjenjiva je samo na objekte s masom mirovanja. Svjetlost se može predstaviti ili u obliku valova, na koje je koncept mase općenito neprimjenjiv, ili u obliku fotona s masom mirovanja, kao što je poznato, jednakom nuli. Stoga, prema Wongu, brzina svjetlosti u vakuumu nije granica. Međutim, Wong priznaje da efekat koji je otkrio ne omogućava prijenos informacija brzinom većom od c.

„Ovde informacije su već sadržane u prednjoj ivici impulsa“, kaže P. Miloni, fizičar iz Nacionalne laboratorije Los Alamosa u Sjedinjenim Državama.

Većina fizičara vjeruje da novi rad ne zadaje snažan udarac temeljnim principima. Ali ne vjeruju svi fizičari da je problem riješen. Profesor A. Ranfagni, iz italijanskog istraživačkog tima koji je izveo još jedan zanimljiv eksperiment 2000. godine, kaže da je pitanje još uvijek otvoreno. Ovaj eksperiment, koji su izveli Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni i Rocco Ruggeri, otkrio je da se radiotalasi centimetarskog talasa šire u normalnom zraku brzinom 25% bržom od c.

Sumirajući, možemo reći sljedeće.

Radi posljednjih godina pokazuju da, pod određenim uslovima, superluminalna brzina zaista može da se desi. Ali šta se zapravo kreće superluminalnom brzinom? Teorija relativnosti, kao što je već spomenuto, zabranjuje takvu brzinu za materijalna tijela i za signale koji prenose informaciju. Ipak, neki istraživači su vrlo uporni u svojim pokušajima da pokažu savladavanje svjetlosne barijere posebno za signale. Razlog tome leži u činjenici da u specijalnoj teoriji relativnosti ne postoji rigorozno matematičko opravdanje (zasnovano, recimo, na Maxwellovim jednadžbama za elektromagnetno polje) za nemogućnost prijenosa signala brzinom većom od c. Takva nemogućnost u SRT-u utvrđena je, moglo bi se reći, čisto aritmetički, na osnovu Ajnštajnove formule za sabiranje brzina, ali to u osnovi potvrđuje princip kauzalnosti. Sam Ajnštajn je, razmatrajući pitanje superluminalnog prenosa signala, napisao da u ovom slučaju "... primorani smo da smatramo mogućim mehanizam prenosa signala, pri čijoj upotrebi postignuta akcija prethodi uzroku. Ali, iako je to rezultat čisto logičnog gledište ne sadrži u sebi, po mom mišljenju, nikakve kontradiktornosti, ono je ipak u suprotnosti sa karakterom cjelokupnog našeg iskustva do te mjere da se čini da je nemogućnost pretpostavke V > c dovoljno dokazana. Princip uzročnosti je kamen temeljac koji leži u osnovi nemogućnosti superluminalne signalizacije. I, po svemu sudeći, sve potrage za superluminalnim signalima, bez izuzetka, će naletjeti na ovaj kamen, ma koliko eksperimentatori željeli da otkriju takve signale, jer takva je priroda našeg svijeta.

Ali ipak, zamislimo da će matematika relativnosti i dalje raditi pri superluminalnim brzinama. To znači da teoretski još uvijek možemo saznati šta bi se dogodilo kada bi tijelo premašilo brzinu svjetlosti.

Zamislite dva svemirska broda koji se kreću sa Zemlje prema zvijezdi koja je 100 svjetlosnih godina udaljena od naše planete. Prvi brod napušta Zemlju brzinom od 50% brzine svjetlosti, tako da će trebati 200 godina da završi putovanje. Drugi brod, opremljen hipotetičkim warp pogonom, krenut će 200% brzinom svjetlosti, ali 100 godina nakon prvog. Šta će se desiti?

Prema teoriji relativnosti, tačan odgovor u velikoj mjeri zavisi od perspektive posmatrača. Sa Zemlje će se činiti da je prvi brod već prešao znatnu udaljenost prije nego što ga je pretekao drugi brod, koji se kreće četiri puta brže. Ali sa stanovišta ljudi na prvom brodu, sve je malo drugačije.

Brod #2 se kreće brže od svjetlosti, što znači da može nadmašiti čak i svjetlost koju emituje. To dovodi do svojevrsnog "svjetlosnog vala" (analogno zvuku, ovdje vibriraju samo svjetlosni valovi umjesto vibracija zraka), što dovodi do nekoliko zanimljivih efekata. Podsjetimo da se svjetlost s broda #2 kreće sporije od samog broda. Rezultat će biti vizuelno udvostručenje. Drugim riječima, prvo će posada broda broj 1 vidjeti da se drugi brod pojavio pored njih kao niotkuda. Tada će svjetlo sa drugog broda stići do prvog sa malim zakašnjenjem, a rezultat će biti vidljiva kopija, koji će se kretati u istom smjeru sa malim zaostatkom.

Nešto slično se može vidjeti u kompjuterske igrice, kada, kao rezultat kvara sistema, motor učitava model i njegove algoritme na krajnjoj točki kretanja brže nego što se sama animacija pokreta završava, tako da se dešavaju višestruka snimanja. To je vjerovatno razlog zašto naša svijest ne percipira onaj hipotetički aspekt Univerzuma u kojem se tijela kreću superluminalnom brzinom - možda je to i najbolje.

P.S. ... ali u posljednjem primjeru nešto nisam razumio, zašto je stvarna pozicija broda povezana sa "svjetlošću koju emituje"? Pa, iako će ga vidjeti nekako na pogrešnom mjestu, ali u stvarnosti će prestići prvi brod!

izvori

Od škole su nas učili da je nemoguće prekoračiti brzinu svjetlosti, pa je stoga kretanje čovjeka u svemiru veliki nerješivi problem (kako letjeti do najbližeg Sunčevog sistema ako svjetlost može savladati ovu udaljenost samo za nekoliko hiljadu godina?). Možda su američki naučnici pronašli način da lete superbrzinom, ne samo bez varanja, već i slijedeći fundamentalne zakone Alberta Ajnštajna. U svakom slučaju, tako kaže Harold White, autor projekta motora za deformaciju prostora.

Mi u redakciji smo vijest smatrali apsolutno fantastičnom, pa danas, uoči Dana kosmonautike, objavljujemo izvještaj Konstantina Kakaesa za časopis Popular Science o fenomenalnom NASA-inom projektu, ako bude uspješan, čovjek će moći i dalje Solarni sistem.

U septembru 2012. nekoliko stotina naučnika, inženjera i svemirskih entuzijasta okupilo se na drugom javnom sastanku grupe pod nazivom 100 Year Starship. Grupu predvodi bivša astronautkinja May Jemison, a osnovala ju je DARPA. Cilj konferencije je "omogućiti ljudsko putovanje izvan Sunčevog sistema do drugih zvijezda u narednih sto godina." Većina učesnika konferencije priznaje da je napredak u istraživanju svemira s ljudskom posadom premali. Uprkos milijardama dolara potrošenih u posljednjih nekoliko kvartala, svemirske agencije mogu učiniti gotovo onoliko koliko su mogle 1960-ih. Zapravo, 100 Year Starship je sazvan da sve ovo popravi.

Ali više na stvar. Nakon nekoliko dana konferencije, njeni učesnici su došli do najfantastičnijih tema: regeneracija organa, problem organizovane religije na brodu, itd. Jedna od intrigantnijih prezentacija na 100 Year Starship sastanku nazvana je Warp Field Mechanics 102, a održao ju je NASA-in Harold "Sonny" White. Veteran agencije, White vodi napredni pulsni program u svemirskom centru Johnson (JSC). Zajedno sa pet kolega kreirao je "Mapu puta svemirskih pogonskih sistema", koja opisuje NASA-ine ciljeve za buduća svemirska putovanja. 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.

ovako se obično prikazuje Alcubierreov balon

Prema planu, takav motor će omogućiti kretanje u svemiru brzinom većom od brzine svjetlosti. Općenito je prihvaćeno da je to nemoguće, jer je to jasno kršenje Ajnštajnove teorije relativnosti. Ali White tvrdi drugačije. Kao potvrdu svojih riječi, poziva se na tzv. Alcubierreove mehuriće (jednačine izvedene iz Ajnštajnove teorije, prema kojoj tijelo u svemiru može postići superluminalne brzine, za razliku od tijela u normalnim uvjetima). U prezentaciji je ispričao kako je nedavno uspio postići teorijske rezultate koji direktno dovode do stvaranja pravog svemirskog warp motora.

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

U svjetlu ukidanja programa šatla i sve veće uloge privatnih letova u nisku Zemljinu orbitu, NASA kaže da se preusmjerava na dalekosežne, mnogo hrabrije planove koji nadilaze putovanje na Mjesec. Ovi ciljevi se mogu postići samo razvojem novih pogonskih sistema – što prije to bolje. Nekoliko dana nakon konferencije, šef NASA-e Charles Bolden ponovio je Whiteove riječi: "Želimo putovati brže od brzine svjetlosti i non-stop na Marsu."

KAKO ZNAMO ZA OVAJ MOTOR

Prva popularna upotreba izraza "space warp drive" datira iz 1966. godine, kada je Jen Roddenberry objavila Zvjezdane staze. Sljedećih 30 godina ovaj motor je postojao samo kao dio ove fantastične serije. Fizičar po imenu Miguel Alcubierre gledao je epizodu serije upravo dok je radio na svom doktoratu iz opšte teorije relativnosti i pitao se da li je moguće stvoriti svemirski warp pogon u stvarnosti. Godine 1994. objavio je rad u kojem iznosi ovu poziciju.

Alcubierre je zamislio balon u svemiru. U prednjem dijelu mehurića vreme-prostor se smanjuje, a pozadi se širi (kao što je to bilo s Velikim praskom, 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 proizvoljno brzo; ograničenja u brzini svjetlosti, prema Ajnštajnovoj teoriji, važe samo u kontekstu prostor-vremena, ali ne i u takvim distorzijama prostor-vremena. Unutar balona, ​​predvidio je Alcubierre, prostor-vrijeme se neće promijeniti i svemirski putnici neće biti oštećeni.

Ajnštajnove jednačine u opštoj relativnosti je teško rešiti u jednom pravcu, otkrivajući kako materija zakrivljuje prostor, ali to je izvodljivo. Koristeći ih, Alcubierre je utvrdio da je raspodjela materije neophodan uslov za stvaranje deformisanog mjehura. Jedini problem je što su rješenja dovela do neodređenog oblika materije zvane negativna energija.

Jednostavno rečeno, 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 povezuje vrijeme i prostor, negativna energija ih odbija i razdvaja. Grubo govoreći, da bi ovaj model funkcionirao, Alcubierra treba negativnu energiju da proširi prostor-vrijeme iza broda.

Unatoč činjenici da nitko nikada nije posebno mjerio negativnu energiju, prema kvantnoj mehanici ona postoji, a naučnici su naučili kako da je stvore u laboratoriji. Jedan od načina da se to ponovo stvori je kroz Kazimirov efekat: dvije paralelne provodne ploče postavljene blizu jedna drugoj stvaraju određenu količinu negativne energije. Slaba tačka Alcubierreovog modela je ta što je za njegovu implementaciju potrebna ogromna količina negativne energije, nekoliko redova veličine veća nego što se, prema naučnicima, može proizvesti.

White kaže da je pronašao način da zaobiđe ovo ograničenje. U kompjuterskoj simulaciji, White je izmijenio geometriju warp polja tako da, u teoriji, može proizvesti deformirani balon koristeći milione puta manje negativne energije nego što je Alcubierra procijenio da je potrebna, a možda i dovoljno malo da svemirska letjelica nosi svoja sredstva za proizvodnju. . „Otkrića“, kaže Vajt, „promjenjuju Alcubierreovu metodu od nepraktične do sasvim uvjerljive.“

IZVJEŠTAJ IZ WHITE'S LAB

Svemirski centar Džonson nalazi se pored Hjustonskih laguna, odakle se otvara put do zaliva Galveston. Centar pomalo liči na kampus u predgrađu, samo za obuku astronauta. Na dan moje posjete, White me sastaje u zgradi 15, višespratnom lavirintu hodnika, kancelarija i laboratorija za testiranje motora. Vajt nosi polo majicu Eagleworks, kako on naziva svoje eksperimente sa motorom, sa izvezenim orlom koji lebdi iznad futurističkog svemirskog broda.

Vajt je započeo svoju karijeru kao inženjer radeći istraživanja kao deo robotske grupe. S vremenom je preuzeo komandu nad cijelim robotskim krilom ISS-a dok je završio doktorat iz fizike plazme. Tek 2009. je prebacio fokus na proučavanje kretanja, a ova tema ga je dovoljno zaokupila da postane glavni razlog zašto je otišao da radi za NASA-u.

"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 me vodi do Eagleworksa. Usput mi priča o svom zahtjevu za otvaranje laboratorije i naziva to "dugim i teškim 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 potisnikom" (QVPT). Ovaj uređaj izgleda kao ogromna crvena baršunasta krofna sa žicama čvrsto upletenim oko jezgra. Ovo je jedna od dvije inicijative Eagleworksa (druga je warp motor). To je takođe tajni razvoj. Kada pitam šta je to, White odgovara da može samo reći da je ova tehnologija čak hladnija od warp motora). Prema NASA-inom izvještaju iz 2011. koji je napisao White, letjelica koristi kvantne fluktuacije u praznom prostoru kao izvor goriva, što znači da svemirskoj letjelici sa QVPT pogonom nije potrebno gorivo.

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

Kada uređaj radi, Vajtov sistem izgleda filmski savršeno: boja lasera je crvena, a dva snopa 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, on izmiče odgovoru. Objašnjava da je potpisao ugovor o tajnosti podataka, te stoga ne može otkriti detalje. Pitam s kim je sklapao te dogovore. 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 ako White značajno smanji količinu negativne energije koju Alcubierra traži, i dalje će biti potrebno 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 fundamentalna fizička ograničenja, i to ne toliko u inženjerskim nesavršenostima, već da tolika količina negativne energije ne može postojati na jednom mjestu dugo vremena.

Još jedna komplikacija: da bi stvorili kuglu deformacije koja se kreće brže od svjetlosti, naučnici će morati generirati negativnu energiju oko svemirske letjelice, uključujući i iznad nje. White ne misli da je to problem; on vrlo nejasno odgovara da će motor najvjerovatnije raditi zbog nekog raspoloživog „aparata koji stvara neophodne uslove". Međutim, stvaranje ovih uslova ispred broda bi značilo da se obezbedi konstantan dovod negativne energije koja putuje brže od brzine svetlosti, što je opet u suprotnosti sa opštom relativnošću.

Konačno, space warp motor postavlja konceptualno pitanje. U opštoj relativnosti, FTL putovanje 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 njeni zakoni ne dozvoljavaju da pretpostavimo da će on postići bilo šta svojim eksperimentima“, kaže Ken Olum, fizičar sa Univerziteta Tufts, koji je takođe učestvovao u debati o egzotičnom kretanju na Starship 100th. Godišnjica sastanka." Noah Graham, fizičar na koledžu Middlebury koji je na moj zahtjev pročitao dva Whiteova rada, poslao mi je e-mail: "Ne vidim nikakve vrijedne naučne dokaze osim referenci na njegov prethodni rad."

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

BUDUĆNOST SUPERBRZINA

Sa lijeve strane glavne kapije Džonsonovog naučnog centra, raketa Saturn-B leži na boku, njene stepenice su isključene kako bi otkrile njen sadržaj. Ogromna je - veličina jednog od mnogih motora je veličine malog automobila, a sama raketa je nekoliko stopa duža od fudbalskog igrališta. Ovo je, naravno, prilično elokventan dokaz o posebnostima svemirske navigacije. Osim toga, ona ima 40 godina i vrijeme koje predstavlja - kada je NASA bila dio velikog nacionalnog plana da pošalje čovjeka na Mjesec - je davno prošlo. JSC je danas samo mjesto koje je nekada bilo sjajno, ali je od tada napustilo svemirsku avangardu.

Proboj u prometu mogao bi značiti novu eru za JSC i NASA-u, a u određenoj mjeri dio te ere već počinje. Sonda Dawn, lansirana 2007. godine, proučava prsten asteroida pomoću jonskih potisnika. Japanci su 2010. godine naručili Ikar, prvi međuplanetarni zvjezdani brod pokretan solarnim jedrom, još jednu vrstu eksperimentalnog pogona. A 2016. godine naučnici planiraju da testiraju VASMIR, sistem na plazmu napravljen posebno za visoki pogon na ISS-u. Ali kada ovi sistemi eventualno dovedu 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 Drive je možda najnapredniji od NASA-inih napora u dizajnu pokreta. Naučna zajednica kaže da White to ne može stvoriti. Stručnjaci kažu da djeluje protiv zakona prirode i fizike. Uprkos tome, NASA stoji iza projekta. „Ne subvencioniše se na visokom nivou vlade, koliko bi trebalo da bude“, 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 White sastavio svoj warp interferometar i prešao na svoju sljedeću metu. Eagleworks je prerastao vlastitu kuću. Nova laboratorija je veća i, kako on oduševljeno kaže, "seizmički izolirana", što znači da je zaštićena 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.

U septembru 2011. fizičar Antonio Ereditato šokirao je svijet. Njegova izjava je mogla da preokrene naše razumevanje univerzuma naglavačke. Ako su podaci koje je prikupilo 160 naučnika projekta OPERA bili tačni, uočeno je nevjerovatno. Čestice - u ovom slučaju neutrini - kretale su se brže od svjetlosti. Prema Ajnštajnovoj teoriji relativnosti, to je nemoguće. A posljedice takvog zapažanja bile bi nevjerovatne. Možda bi sami temelji fizike morali biti revidirani.

Iako je Ereditato rekao da su on i njegov tim "izuzetno sigurni" u svoje rezultate, nisu rekli da su podaci potpuno tačni. Umjesto toga, zamolili su druge naučnike da im pomognu da shvate šta se dešava.

Na kraju se pokazalo da su rezultati OPERA pogrešni. Loše spojen kabl izazvao je problem sa sinhronizacijom i signali sa GPS satelita su bili netačni. Došlo je do neočekivanog kašnjenja signala. Kao rezultat toga, mjerenja vremena potrebnog neutrinu da savlada određenu udaljenost pokazala su dodatnih 73 nanosekunde: činilo se da neutrini lete brže od svjetlosti.

Uprkos mjesecima pažljivog provjeravanja prije početka eksperimenta i ponovne provjere podataka nakon toga, naučnici su ozbiljno pogriješili. Ereditato je dao ostavku, uprkos primedbama mnogih da se takve greške uvek dešavaju zbog ekstremne složenosti akceleratora čestica.

Zašto bi sugestija - puka sugestija - da nešto može putovati brže od svjetlosti izazvala takvu gužvu? Koliko smo sigurni da ništa ne može savladati ovu barijeru?

Hajde da se prvo pozabavimo drugim od ovih pitanja. Brzina svjetlosti u vakuumu je 299.792.458 kilometara u sekundi - radi pogodnosti, ovaj broj je zaokružen na 300.000 kilometara u sekundi. Prilično je brz. Sunce je od Zemlje udaljeno 150 miliona kilometara, a svetlost sa njega stiže do Zemlje za samo osam minuta i dvadeset sekundi.

Može li se neka od naših kreacija takmičiti u trci sa svjetlom? Jedan od najbržih objekata koje je čovjek napravio, svemirska sonda New Horizons projurila je pored Plutona i Harona u julu 2015. Postigao je brzinu u odnosu na Zemlju od 16 km/s. Mnogo manje od 300.000 km/s.

Međutim, imali smo sitne čestice koje su se kretale prilično brzo. Početkom 1960-ih, William Bertozzi sa MIT-a eksperimentirao je s ubrzavanjem elektrona do još većih brzina.

Budući da elektroni imaju negativan naboj, oni se mogu ubrzati – točnije, odbiti – primjenom istog negativnog naboja na materijal. Što se više energije primjenjuje, elektroni se brže ubrzavaju.

Čovjek bi pomislio da bi jednostavno trebalo povećati primijenjenu energiju da bi se ubrzao do brzine od 300.000 km/s. Ali ispostavilo se da se elektroni jednostavno ne mogu kretati tako brzo. Bertozzijevi eksperimenti su pokazali da upotreba više energije ne dovodi do direktno proporcionalnog povećanja brzine elektrona.

Umjesto toga, ogromne količine dodatne energije su morale biti primijenjene da se čak i neznatno promijeni brzina elektrona. Sve se više približavao brzini svjetlosti, ali je nikada nije dostigao.

Zamislite da se krećete prema vratima u malim koracima, od kojih svaki prelazi polovinu udaljenosti od vaše trenutne pozicije do vrata. Strogo govoreći, nikada nećete stići do vrata, jer nakon svakog koraka koji napravite, imaćete distancu koju treba savladati. Bertozzi se suočio sa sličnim problemom kada je radio sa svojim elektronima.

Ali svjetlost se sastoji od čestica koje se nazivaju fotoni. Zašto se ove čestice mogu kretati brzinom svjetlosti, a elektroni ne mogu?

"Kako objekti idu sve brže i brže, postaju teži - što su teži, teže im je da ubrzaju, tako da nikada ne dostignete brzinu svjetlosti", kaže Roger Russoul, fizičar sa Univerziteta Melbourne u Australiji. “Foton nema masu. Da ima masu, ne bi se mogao kretati brzinom svjetlosti."

Fotoni su posebni. Ne samo da im nedostaje masa, koja im pruža potpunu slobodu kretanja u vakuumu prostora, već im nije potrebno ni ubrzavanje. Prirodna energija kojom raspolažu kreće se u talasima, baš kao i oni, pa u trenutku kada su stvoreni već imaju maksimalna brzina. Na neki način, lakše je zamisliti svjetlost kao energiju, a ne kao tok čestica, iako je, istina, svjetlost oboje.

Međutim, svjetlost putuje mnogo sporije nego što bismo očekivali. Dok internet tehničari vole da pričaju o komunikacijama koje se odvijaju "brzinom svetlosti" u vlaknima, svetlost putuje 40% sporije u staklenim vlaknima nego u vakuumu.

U stvarnosti, fotoni putuju brzinom od 300.000 km/s, ali nailaze na određenu količinu smetnji uzrokovane drugim fotonima koje emituju atomi stakla dok glavni svjetlosni val prolazi. Možda nije lako razumjeti, ali barem smo pokušali.

Na isti način, u okviru posebnih eksperimenata sa pojedinačnim fotonima, bilo ih je moguće usporiti prilično impresivno. Ali u većini slučajeva će biti tačno 300 000. Nismo vidjeli niti stvorili ništa što bi moglo da se kreće tako brzo ili čak brže. Postoje posebne tačke, ali prije nego što ih se dotaknemo, hajde da se dotaknemo našeg drugog pitanja. Zašto je toliko važno da se striktno poštuje pravilo brzine svjetlosti?

Odgovor ima veze sa čovjekom po imenu Albert Ajnštajn, kao što je to često slučaj u fizici. Njegova specijalna teorija relativnosti istražuje mnoge implikacije njegovih univerzalnih ograničenja brzine. Jedan od najvažnijih elemenata teorije je ideja da je brzina svjetlosti konstantna. Bez obzira gdje se nalazite ili koliko brzo se krećete, svjetlost uvijek putuje istom brzinom.

Ali ovo otvara nekoliko konceptualnih problema.

Zamislite svjetlost koja pada iz baterijske lampe na ogledalo na stropu stacionarne svemirske letjelice. Svjetlo ide gore, odbija se od ogledala i pada na pod svemirske letjelice. Recimo da pređe razdaljinu od 10 metara.

Sada zamislite da se ova letjelica počinje kretati kolosalnom brzinom od mnogo hiljada kilometara u sekundi. Kada upalite baterijsku lampu, svjetlo se ponaša kao i prije: sija prema gore, udara u ogledalo i odbija se o pod. Ali da bi se to postiglo, svjetlost mora prijeći dijagonalno, a ne okomitu udaljenost. Na kraju krajeva, ogledalo se sada brzo kreće zajedno sa svemirskim brodom.

Shodno tome, udaljenost koju svjetlost savladava se povećava. Recimo 5 metara. Ispada općenito 15 metara, a ne 10.

I uprkos tome, iako se udaljenost povećala, Ajnštajnove teorije navode da će svetlost i dalje putovati istom brzinom. Budući da je brzina udaljenost podijeljena vremenom, budući da je brzina ostala ista, a udaljenost se povećala, vrijeme se također mora povećati. Da, samo vrijeme se mora protegnuti. I iako zvuči čudno, eksperimentalno je potvrđeno.

Ovaj fenomen se naziva dilatacija vremena. Vrijeme teče sporije za ljude koji se kreću u brzim vozilima u odnosu na one koji miruju.

Na primjer, vrijeme je 0,007 sekundi sporije za astronaute na Međunarodnoj svemirskoj stanici, koja putuje brzinom od 7,66 km/s u odnosu na Zemlju, u poređenju sa ljudima na planeti. Još zanimljivija je situacija sa česticama poput gore navedenih elektrona, koji se mogu kretati blizu brzine svjetlosti. U slučaju ovih čestica, stepen usporavanja će biti ogroman.

Stephen Kolthammer, eksperimentalni fizičar sa Univerziteta Oksford u Velikoj Britaniji, ukazuje na primjer čestica zvanih mioni.

Mioni su nestabilni: brzo se raspadaju na jednostavnije čestice. Toliko brzo da je većina miona koji napuštaju Sunce morala da se raspadne dok stignu do Zemlje. Ali u stvarnosti, mioni stižu na Zemlju sa Sunca u kolosalnim količinama. Fizičari dugo vrijeme pokušao da shvati zašto.

„Odgovor na ovu zagonetku je da se mioni stvaraju takvom energijom da se kreću brzinom bliskom brzini svjetlosti“, kaže Kolthammer. “Njihov osjećaj za vrijeme, da tako kažem, njihov unutrašnji sat je spor.”

Mioni "ostaju živi" duže nego što se očekivalo u odnosu na nas, zahvaljujući pravom, prirodnom vremenskom iskrivljenju. Kada se objekti brzo kreću u odnosu na druge objekte, njihova dužina se također smanjuje, smanjuje. Ove posljedice, dilatacija vremena i smanjenje dužine, primjeri su kako se prostor-vrijeme mijenja ovisno o kretanju stvari - mene, vas ili svemirske letjelice - koje imaju masu.

Ono što je važno, kako je rekao Ajnštajn, na svetlost nema uticaja jer nema masu. Zato ovi principi idu ruku pod ruku. Kada bi se objekti mogli kretati brže od svjetlosti, poštovali bi osnovne zakone koji opisuju kako svemir funkcionira. Ovo su ključni principi. Sada možemo govoriti o nekoliko izuzetaka i digresija.

S jedne strane, iako nismo vidjeli ništa brže od svjetlosti, to ne znači da se ovo ograničenje brzine ne može teoretski nadmašiti pod vrlo specifičnim uvjetima. Uzmimo, na primjer, širenje samog svemira. Galaksije u svemiru se udaljavaju jedna od druge brzinom mnogo većom od brzine svjetlosti.

Druga zanimljiva situacija se tiče čestica koje dijele ista svojstva u isto vrijeme, bez obzira koliko su udaljene jedna od druge. Ovo je takozvana "kvantna zapetljanost". Foton će se vrtjeti gore-dolje nasumično birajući između dva moguća stanja, ali izbor smjera rotacije će se precizno odraziti na drugi foton bilo gdje drugdje ako su upleteni.

Dva naučnika, od kojih svaki proučava svoj foton, dobiće isti rezultat u isto vreme, brže nego što bi brzina svetlosti mogla da dozvoli.

Međutim, u oba ova primjera, važno je napomenuti da nijedna informacija između dva objekta ne putuje brže od brzine svjetlosti. Možemo izračunati širenje svemira, ali ne možemo posmatrati objekte brže od svjetlosti u njemu: oni su nestali iz vidokruga.

Što se tiče dvojice naučnika sa svojim fotonima, iako su mogli dobiti isti rezultat u isto vrijeme, nisu mogli jedno drugom da doznaju za to brže nego što svjetlost putuje između njih.

„To nam ne stvara nikakve probleme, jer ako možete da šaljete signale brže od svetlosti, dobijate bizarne paradokse u kojima informacije mogu nekako da se vrate u prošlost“, kaže Kolthammer.

Postoji još jedan mogući način da se putovanje bržim od svjetlosti učini tehnički mogućim: pukotine u prostor-vremenu koje omogućuju putniku da izbjegne pravila konvencionalnog putovanja.

Gerald Cleaver sa Univerziteta Baylor u Teksasu vjeruje da ćemo jednog dana moći da napravimo svemirski brod koji putuje brže od svjetlosti. Koji se kreće kroz crvotočinu. Crvotočine su petlje u prostor-vremenu koje se dobro uklapaju u Ajnštajnove teorije. Mogli bi dozvoliti astronautu da skače s jednog kraja svemira na drugi koristeći anomaliju u prostor-vremenu, neki oblik kosmičke prečice.

Objekat koji putuje kroz crvotočinu ne bi premašio brzinu svetlosti, ali bi teoretski mogao da stigne do svog odredišta brže od svetlosti koja prati "normalnu" putanju. Ali crvotočine možda uopće nisu dostupne svemirskim putovanjima. Može li postojati drugi način da se aktivno izobliči prostor-vrijeme da ide brže od 300.000 km/s u odnosu na bilo koga drugog?

Cleaver je također istraživao ideju o "Alcubierreovom motoru" koju je predložio teorijski fizičar Miguel Alcubierre 1994. godine. Opisuje situaciju u kojoj se prostor-vrijeme skuplja ispred letjelice, gurajući je naprijed, a širi se iza nje, također je gurajući naprijed. „Ali tada“, kaže Cleaver, „postojali su problemi: kako to učiniti i koliko će energije biti potrebno.”

Godine 2008. on i njegov diplomirani student Richard Obousi izračunali su koliko će energije biti potrebno.

"Zamislili smo brod dimenzija 10 x 10 x 10 metara - 1.000 kubnih metara - i izračunali da bi količina energije potrebna za pokretanje procesa bila ekvivalentna masi cijelog Jupitera."

Nakon toga, energija se mora stalno "sipati" kako se proces ne bi završio. Niko ne zna da li će to ikada biti moguće, niti kako će izgledati potrebne tehnologije. „Ne želim da me vekovima kasnije citiraju kao da sam predvideo nešto što se nikada neće dogoditi“, kaže Kliver, „ali za sada ne vidim rešenja.

Dakle, putovanje brže od svjetlosti za sada ostaje samo fantazija. Do sada, jedini način da posetite egzoplanetu dok ste živi jeste da uronite u duboku suspendovanu animaciju. Pa ipak, nije sve tako loše. U većini slučajeva govorili smo o vidljivoj svjetlosti. Ali u stvarnosti, svetlost je mnogo više. Od radio talasa i mikrotalasa do vidljive svetlosti, ultraljubičastog zračenja, rendgenskih zraka i gama zraka koje emituju atomi dok se raspadaju, sve ove prelepe zrake se sastoje od iste stvari: fotona.

Razlika je u energiji, a samim tim i u talasnoj dužini. Zajedno, ovi zraci čine elektromagnetski spektar. Činjenica da radio talasi, na primjer, putuju brzinom svjetlosti, nevjerovatno je korisna za komunikaciju.

Kolthammer u svom istraživanju kreira kolo koje koristi fotone za slanje signala iz jednog dijela kola u drugi, pa zaslužuje pravo komentirati korisnost nevjerovatne brzine svjetlosti.

"Sama činjenica da smo izgradili infrastrukturu Interneta, na primjer, a prije toga radija zasnovanog na svjetlu, ima veze s lakoćom s kojom ga možemo prenositi", napominje on. I dodaje da svjetlost djeluje kao komunikacijska sila Univerzuma. Kada elektroni u mobilnom telefonu počnu da podrhtavaju, fotoni izlete i uzrokuju podrhtavanje elektrona u drugom mobilnom telefonu. Tako se rađa telefonski poziv. Drhtanje elektrona na Suncu takođe emituje fotone - u ogromnom broju - koji, naravno, formiraju svetlost koja daje životu na Zemlji toplinu i, hm, svetlost.

Svetlost je univerzalni jezik univerzuma. Njegova brzina - 299.792.458 km/s - ostaje konstantna. U međuvremenu, prostor i vrijeme su savitljivi. Možda bismo trebali razmišljati ne o tome kako se kretati brže od svjetlosti, već kako se kretati brže kroz ovaj prostor i ovo vrijeme? Sazreo do korena, da tako kažem?