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

Je li moguć superluminalni let?

Odjeljci ovog članka imaju podnaslove i na svaki se odjeljak može zasebno pozivati.

Jednostavni primjeri superluminalnog putovanja

1. Čerenkovljev učinak

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

2. Treći promatrač

Ako je raketa A leti od mene brzinom 0.6c prema zapadu, i raketa B leti od mene brzinom 0.6c prema istoku, tada vidim da je udaljenost između A I B raste s brzinom 1.2c. Gledanje leta raketa A I B izvana, treći promatrač vidi da je ukupna brzina uklanjanja projektila veća od c .

Međutim relativna brzina nije jednak zbroju brzina. Brzina rakete A u odnosu na raketu B je stopa kojom se povećava udaljenost do rakete A, koju vidi promatrač kako leti na raketi B. Relativna brzina mora se izračunati pomoću relativističke formule za zbrajanje brzina. (Pogledajte Kako zbrajati brzine u posebnoj teoriji relativnosti?) U ovom primjeru, relativna brzina je približno jednaka 0,88c. Dakle, u ovom primjeru nismo dobili superluminalnu brzinu.

3. Svjetlo i sjena

Razmislite koliko se brzo sjena može kretati. Ako je lampa blizu, tada se sjena vašeg prsta na udaljenom zidu pomiče mnogo brže nego što se vaš prst pomiče. Kada pomičete prst paralelno sa zidom, brzina sjene je Dd puta brže od brzine vašeg prsta. Ovdje d- udaljenost od svjetiljke do prsta, i D- od lampe do zida. Brzina će biti još veća ako se zid nalazi pod kutom. Ako je zid jako udaljen, tada će kretanje sjene zaostajati za kretanjem prsta, jer svjetlosti treba vremena da dođe do zida, ali će se brzina kretanja sjene duž zida još više povećati. Brzina sjene nije ograničena brzinom svjetlosti.

Još jedan objekt koji može putovati brže od svjetlosti je svjetlosna točka lasera usmjerenog prema Mjesecu. Udaljenost do Mjeseca je 385.000 km. Brzinu kojom se svjetlosna mrlja kreće po površini Mjeseca možete sami izračunati uz lagane vibracije laserskog pokazivača u ruci. Mogao bi vam se svidjeti i primjer vala koji pod blagim kutom udara u ravnu liniju plaže. Kojom brzinom se točka sjecišta vala i obale može kretati po plaži?

Sve se to može dogoditi u prirodi. Na primjer, zraka svjetlosti iz pulsara može putovati duž oblaka prašine. Snažna eksplozija može stvoriti sferne valove svjetlosti ili zračenja. Kada se ti valovi presjeku s bilo kojom površinom, na toj površini se pojavljuju svjetlosni krugovi koji se šire brže od svjetlosti. Ova pojava se opaža, na primjer, kada elektromagnetski puls od bljeska munje prolazi kroz gornju atmosferu.

4. Čvrsto

Ako imate dugačku krutu šipku i udarite je u jedan kraj, neće li se drugi kraj odmah pomaknuti? Nije li to način superluminalnog prijenosa informacija?

Bilo bi istina ako Bilo je savršeno krutih tijela. U praksi se udar prenosi duž šipke brzinom zvuka, koja ovisi o elastičnosti i gustoći materijala šipke. Osim toga, teorija relativnosti ograničava moguće brzine zvuka u materijalu vrijednošću c .

Isti princip vrijedi i ako držite strunu ili štap okomito, otpustite je i ona počne padati pod utjecajem gravitacije. Gornji kraj koji pustite odmah počinje padati, ali donji će se početi pomicati tek nakon nekog vremena, budući da se nestanak sile držanja prenosi niz šipku brzinom zvuka u materijalu.

Formulacija relativističke teorije elastičnosti prilično je složena, ali se opća ideja može ilustrirati pomoću Newtonove mehanike. Jednadžba za uzdužno gibanje idealno elastičnog tijela može se izvesti iz Hookeovog zakona. Označimo linearnu gustoću štapa ρ , Youngov modul elastičnosti Y. Uzdužni pomak x zadovoljava valnu jednadžbu

ρ d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0

Rješenje ravnog vala kreće se brzinom zvuka s, koji se određuje iz formule s 2 = Y/ρ. Valna jednadžba ne dopušta da se poremećaji u mediju kreću brže od brzine s. Osim toga, teorija relativnosti daje granicu veličini elastičnosti: Y< ρc 2 . U praksi niti jedan poznati materijal nije blizu ove granice. Također imajte na umu da čak i ako je brzina zvuka blizu c, onda se sama materija ne kreće nužno relativističkom brzinom.

Iako u prirodi nema čvrstih tijela, postoje kretanja krutih tijela, koji se može koristiti za prevladavanje brzine svjetlosti. Ova se tema odnosi na već opisani dio sjena i svijetlih tonova. (Vidi Superluminalne škare, Kruti rotirajući disk u Teoriji relativnosti).

5. Fazna brzina

Valna jednadžba
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0

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

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 jednadžba za tahione? (vidi daljnji odjeljak). Ne, ovo je obična relativistička jednadžba za česticu s masom.

Da biste uklonili paradoks, morate razlikovati "faznu brzinu" v ph i "grupna brzina" v veličanstven
v ph ·v gr = c 2

Valno rješenje može imati frekvencijsku disperziju. U ovom slučaju, valni paket se kreće grupnom brzinom, koja je manja od c. Korištenjem valnog paketa informacije se mogu prenijeti samo grupnom brzinom. Valovi u valnom paketu kreću se faznom brzinom. Fazna brzina je još jedan primjer superluminalnog gibanja koje se ne može koristiti za prijenos poruka.

6. Superluminalne galaksije

7. Relativistička raketa

Neka promatrač na Zemlji vidi kako se svemirski brod udaljava velikom brzinom 0.8c U skladu s teorija relativnosti, vidjet će da sat na svemirskom brodu radi 5/3 puta sporije. Ako udaljenost do broda podijelimo s vremenom leta prema satu na brodu, dobit ćemo brzinu 4/3c. Promatrač zaključuje da će, koristeći svoj sat na brodu, pilot broda također utvrditi da on leti nadsvjetlosnom brzinom. S pilotove točke gledišta, njegov sat radi normalno, ali se međuzvjezdani prostor smanjio za 5/3 puta. Stoga leti poznate udaljenosti između zvijezda brže, brzinom 4/3c .

Ali ovo još uvijek nije superluminalni let. Ne možete izračunati brzinu pomoću udaljenosti i vremena definiranih u različitim referentnim sustavima.

8. Brzina gravitacije

Neki inzistiraju da je brzina gravitacije puno veća c ili čak beskonačno. Provjerite putuje li gravitacija brzinom svjetlosti? i Što je gravitacijsko zračenje? Gravitacijski poremećaji i gravitacijski valovi šire se velikom brzinom c .

9. EPR paradoks

10. Virtualni fotoni

11. Efekt kvantnog tunela

U kvantnoj mehanici, učinak tuneliranja omogućuje čestici da prevlada barijeru, čak i ako nema dovoljno energije za to. Moguće je izračunati vrijeme prolaska tunela kroz takvu barijeru. I može se pokazati da je manji od onoga što je potrebno da svjetlost prijeđe istu udaljenost brzinom c. Može li se ovo koristiti za prijenos poruka brži 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 Prenesena je Mozartova Četrdeseta simfonija. Objašnjenje ovog eksperimenta vrlo je kontroverzno. Većina fizičara vjeruje da se efekt tunela ne može koristiti za prijenos informacija brže od svjetlosti. Ako je to moguće, zašto onda ne prenijeti signal u prošlost postavljanjem opreme u referentni okvir koji se brzo kreće.

17. Kvantna teorija polja

Uz izuzetak gravitacije, svi promatrani fizikalni fenomeni 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 opažajima odvojenim intervalom događaja nalik prostoru "komutira" (to jest, redoslijed ovih operatora može se promijeniti). U načelu, to implicira da u standardnom modelu udar ne može putovati brže od svjetlosti, a to se može smatrati kvantnim poljem ekvivalentom argumenta beskonačne energije.

Međutim, nema besprijekorno rigoroznih dokaza za kvantnu teoriju polja Standardnog modela. Nitko još nije ni dokazao da je ova teorija interno dosljedna. Najvjerojatnije to nije slučaj. U svakom slučaju, nema jamstva da još nema neotkrivenih čestica ili sila koje ne poštuju zabranu superluminalnog putovanja. Također ne postoji generalizacija ove teorije koja uključuje gravitaciju i opću relativnost. Mnogi fizičari koji rade na polju kvantne gravitacije sumnjaju da će se jednostavne ideje o kauzalnosti i lokalnosti generalizirati. Ne postoji jamstvo da će u budućoj potpunijoj teoriji brzina svjetlosti zadržati značenje krajnje brzine.

18. Paradoks djeda

U posebnoj teoriji relativnosti, čestica koja putuje brže od svjetlosti u jednom referentnom okviru putuje unatrag kroz vrijeme u drugom referentnom okviru. FTL putovanje ili prijenos informacija omogućilo bi putovanje ili slanje poruke u prošlost. Kad bi takvo putovanje kroz vrijeme bilo moguće, mogli biste se vratiti u prošlost i promijeniti tijek povijesti ubojstvom svog 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 to nategnuto, ali ako govorimo o superluminalnim putovanjima, bolje je biti spreman na nove ideje.

Vrijedi i suprotno. Kad bismo mogli putovati u prošlost, mogli bismo prevladati brzinu svjetlosti. Možete se vratiti u prošlost, odletjeti negdje malom brzinom i stići tamo prije nego što stigne svjetlost poslana na uobičajeni način. Pogledajte Putovanje kroz vrijeme za detalje o ovoj temi.

Otvorena pitanja o putovanju bržim od svjetlosti

U ovom posljednjem dijelu opisat ću neke ozbiljne ideje o mogućem putovanju bržim od svjetlosti. Ove teme nisu često uključene u FAQ jer se manje čine kao odgovori, a više kao mnoštvo novih pitanja. Ovdje su uključeni kako bi pokazali da se u tom smjeru provode ozbiljna istraživanja. Dan je samo kratki uvod u temu. Detalje možete pronaći na internetu. Kao i sa svime na internetu, budite kritični prema njima.

19. Tahioni

Tahioni su hipotetske čestice koje lokalno putuju brže od svjetlosti. Da bi to učinili, moraju imati zamišljenu masu. Štoviše, energija i zamah tahiona su stvarne veličine. Nema razloga vjerovati da se superluminalne čestice ne mogu otkriti. Sjene i svijetli dijelovi mogu putovati brže od svjetlosti i mogu se otkriti.

Do sada tahioni nisu pronađeni, a fizičari sumnjaju u njihovo postojanje. Bilo je tvrdnji da su u eksperimentima za mjerenje mase neutrina nastalih beta raspadom tricija neutrini bili tahioni. Ovo je dvojbeno, ali još nije definitivno opovrgnuto.

Postoje problemi s tahionskom teorijom. Osim što mogu ometati uzročnost, tahioni također 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 u ovoj teoriji. Ideja o tahionima toliko je popularna u javnosti jednostavno zato što se često spominju u literaturi znanstvene fantastike. Vidi Tahioni.

20. Crvotočine

Najpoznatija metoda globalnog superluminalnog putovanja je korištenje crvotočina. Crvotočina je presjek u prostor-vremenu od jedne točke u svemiru do druge, što vam omogućuje da putujete s jednog kraja rupe na drugi 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.

Da bi crvotočina ostala otvorena, 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 kozmičkih struna za to. Ovo su vrlo spekulativne ideje i možda nisu moguće. Možda traženi oblik egzotične materije s negativnom energijom ne postoji.

U rujnu 2011. godine fizičar Antonio Ereditato šokirao je cijeli svijet. Izjava koju je dao obećavala je revoluciju u cjelokupnom razumijevanju svemira. A ako su podaci koje je prikupilo 160 znanstvenika koji sudjeluju u programu OPERA bili točni, onda je to značilo da je otkriveno nešto nevjerojatno. Čestice, u ovom slučaju neutrini, kretale su se brže od brzine svjetlosti.

Nevjerojatno otkriće

Prema Einsteinovim teorijama relativnosti to se ne bi smjelo dogoditi. A posljedice pokazivanja da se to dogodilo bile bi ogromne. Mnoge točke u fizici bi se morale revidirati. I dok su Ereditato i njegov tim izvijestili da imaju visoku razinu povjerenja u ono što su pronašli, nisu rekli da su stopostotno uvjereni u točnost svojih zapažanja. Zapravo, zamolili su druge znanstvenike da im pomognu razumjeti što se dogodilo.

Pogreška u eksperimentu

Kao rezultat toga, pokazalo se da je program OPERA bio pogrešan. Problem s očitavanjem vremena nastao je zbog činjenice da je kabel, koji je trebao odašiljati nevjerojatno precizne signale s GPS satelita, bio loše spojen. Sukladno tome, došlo je do neočekivanog kašnjenja u prijenosu signala. Stoga su mjerenja vremena koje je trebalo neutrinu da prijeđe određenu udaljenost imala pogrešku od oko 73 nanosekunde. Zbog toga se činilo da se te čestice kreću brže od čestica svjetlosti.

Posljedice

Unatoč mjesecima pažljivog testiranja prije početka eksperimenta, veliki broj ponovljene provjere informacija dobivenih tijekom eksperimenta, ovaj put su znanstvenici ipak bili u zabludi. Ereditato je dao ostavku, iako su mnogi primijetili da se takve pogreške u iznimno složenoj tehnologiji akceleratora čestica događaju prilično često. Ali zašto je čak i najmanja sugestija da se nešto može kretati brže od brzine svjetlosti toliko važna? I jesu li ljudi doista sigurni da to ništa ne može?

Brzina svjetlosti

Pogledajmo najprije drugo od ovih pitanja. Brzina svjetlosti u vakuumu je 299.792,458 kilometara u sekundi - malo manje od lijepe okrugle brojke od 300 tisuća kilometara u sekundi. Vrlo je brz. Sunce je udaljeno 150 milijuna kilometara od Zemlje, a svjetlosti treba samo osam minuta i dvadeset sekundi da putuje ovim putem. Može li se išta što je napravio čovjek natjecati sa svjetlom? Jedan od najbržih objekata koje je čovjek ikada stvorio je svemirska sonda New Horizons, koja je proletjela pokraj Plutona i Charona 2015. godine. Maksimalna brzina koju je uspio postići bila je 16 kilometara u sekundi, odnosno puno manje od 300 tisuća kilometara u sekundi.

Eksperiment s elektronom

Međutim, ljudi su uspjeli natjerati sićušne čestice da se kreću mnogo većim brzinama. U ranim šezdesetima, William Bertozzi na Massachusetts Institute of Technology eksperimentirao je s ubrzavanjem elektrona. Budući da elektroni imaju negativan naboj, moguće ih je pokrenuti odbijanjem ako je materijal nabijen istim nabojem. Što je više energije korišteno, to su elektroni postajali brži.

Zašto ne primijeniti maksimalnu energiju?

Moglo bi se pomisliti da je dovoljno povećati primijenjenu energiju do te mjere da se brzina čestica razvije do potrebnih 300 tisuća kilometara u sekundi. Međutim, pokazalo se da se elektroni ne mogu kretati tako brzo. Bertozzijevi eksperimenti pokazali su da korištenje više energije nije stvorilo proporcionalno povećanje brzine elektrona. Morao je primijeniti sve više i više energije kako bi postigao sve manji porast brzine čestica. Sve su se više približavali brzini svjetlosti, ali je nikada nisu dostigli.

Nemogućnost postignuća

Zamislite da trebate hodati do vrata, koračajući, ali će svaki sljedeći korak biti upola manji od prethodnog. Jednostavno rečeno, nikada nećete doći do vrata, jer će sa 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 te čestice mogu kretati brzinom svjetlosti ako elektroni nisu dorasli tom zadatku?

Značajke fotona

Kako se objekt kreće sve brže i brže, postaje sve teži i teži, a samim time mu postaje sve teže dobiti brzinu i zato nikada neće moći postići brzinu svjetlosti. Fotoni nemaju masu. Da imaju masu, ne bi se mogli kretati brzinom svjetlosti. Fotoni su jedinstvene čestice. Nemaju masu, koja im daje neograničene mogućnosti kada se kreću u vakuumu, ne trebaju ubrzavati. Prirodna energija koju posjeduju dok se kreću u valovima osigurava da u trenutku stvaranja fotoni već dostignu svoju granicu brzine.

25. ožujka 2017

FTL putovanje jedan je od temelja svemirske znanstvene 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 gotovo 300 tisuća kilometara u sekundi; točna vrijednost c = 299 792 458 m/s.

Brzina svjetlosti u vakuumu jedna je od temeljnih fizikalnih konstanti. Nemogućnost postizanja brzina većih od c proizlazi iz Einsteinove posebne teorije relativnosti (STR). Kada bi se moglo dokazati da je prijenos signala superluminalnim brzinama moguć, teorija relativnosti bi pala. Do sada se to nije dogodilo, unatoč brojnim pokušajima da se opovrgne zabrana postojanja brzina većih od c. Međutim, nedavne eksperimentalne studije otkrile su neke vrlo zanimljive pojave, što ukazuje da je u posebno stvorenim uvjetima moguće promatrati superluminalne brzine, a da se pritom ne krše principi teorije relativnosti.

Za početak, prisjetimo se glavnih aspekata vezanih uz problem brzine svjetlosti.

Prije svega: zašto je nemoguće (u normalnim uvjetima) prekoračiti svjetlosnu granicu? Jer tada se krši temeljni zakon našeg svijeta – zakon uzročnosti, prema kojem posljedica ne može prethoditi uzroku. Nitko nikada nije primijetio da je, primjerice, medvjed prvo pao mrtav, a zatim lovac pucao. Pri brzinama većim od c, slijed događaja postaje obrnut, vremenska traka se premotava unatrag. To je lako provjeriti iz sljedećeg jednostavnog razmišljanja.

Pretpostavimo da smo na nekoj vrsti svemirskog čudesnog broda koji se kreće brže od svjetlosti. Tada bismo postupno sustigli svjetlo koje emitira izvor u sve ranijim vremenima. Prvo bismo sustigli fotone emitirane, recimo, jučer, zatim one emitirane prekjučer, zatim tjedan, mjesec, prije godinu dana, i tako dalje. Kad bi izvor svjetlosti bio zrcalo koje odražava život, tada bismo prvo vidjeli jučerašnje događaje, zatim prekjučer, i tako dalje. Mogli bismo vidjeti, recimo, starca koji se postepeno pretvara u sredovječnog čovjeka, pa u mladića, u mladića, u dijete... Odnosno, vrijeme bi se vratilo unazad, iz sadašnjosti bismo prešli u prošlost. Uzroci i posljedice tada bi zamijenili mjesta.

Iako ova rasprava potpuno zanemaruje tehničke detalje procesa promatranja svjetlosti, s fundamentalne točke gledišta jasno pokazuje da kretanje nadsvjetlosnim brzinama dovodi do situacije koja je nemoguća u našem svijetu. No, priroda je postavila još strože uvjete: nedostižno je kretanje ne samo nadsvjetlosnom brzinom, već i brzinom koja je jednaka brzini svjetlosti - može joj se samo približiti. Iz teorije relativnosti proizlazi da pri povećanju brzine gibanja nastaju tri okolnosti: povećava se masa tijela koje se kreće, smanjuje se njegova veličina u smjeru gibanja i usporava se tijek vremena na tom objektu (od točke pogleda vanjskog “odmarajućeg” promatrača). Pri običnim brzinama te su promjene zanemarive, ali kako se približavaju brzini svjetlosti postaju sve uočljivije, a na granici - pri brzini jednakoj c - masa postaje beskonačno velika, objekt potpuno gubi veličinu u smjeru kretanja i vrijeme na njemu staje. Stoga niti jedno materijalno tijelo ne može postići brzinu svjetlosti. Samo svjetlost sama po sebi ima takvu brzinu! (I također "sveprodiruća" čestica - neutrino, koja se, poput fotona, ne može kretati brzinom manjom od c.)

Sada o brzini prijenosa signala. Ovdje je prikladno koristiti prikaz svjetlosti u obliku elektromagnetskih valova. Što je signal? Ovo su neke informacije koje treba prenijeti. Savršen elektromagnetski val- ovo je beskonačna sinusoida strogo jedne frekvencije i ne može nositi nikakvu informaciju, jer svaki period takve sinusoide točno ponavlja prethodni. Brzina kretanja faze sinusnog vala - tzv. fazna brzina - može pod određenim uvjetima premašiti brzinu svjetlosti u vakuumu u mediju. Ovdje nema ograničenja, budući da 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 od parametara vala - amplitude, frekvencije ili početne faze. Ali čim se označi, val gubi svoju sinusoidalnost. Postaje moduliran, sastoji se od skupa jednostavnih sinusnih valova s ​​različitim amplitudama, frekvencijama i početnim fazama - skupina valova. Brzina kojom se oznaka kreće u moduliranom valu je brzina signala. Kod širenja u mediju ta se brzina obično poklapa s grupnom brzinom, koja karakterizira širenje gore spomenute skupine valova u cjelini (vidi "Znanost i život" br. 2, 2000.). U normalnim uvjetima, grupna brzina, a time i brzina signala, manja je od brzine svjetlosti u vakuumu. Nije slučajno što se ovdje koristi izraz "u normalnim uvjetima", jer u nekim slučajevima grupna brzina može premašiti c ili čak izgubiti svoje značenje, ali se tada ne odnosi na širenje signala. Servisna postaja utvrđuje da je nemoguće odašiljati signal brzinom većom od c.

Zašto je to tako? Budući da je prepreka prijenosu bilo kojeg signala brzinom većom od c isti zakon uzročnosti. Zamislimo takvu situaciju. U nekoj točki A svjetlosni bljesak (događaj 1) uključuje uređaj koji šalje određeni radio signal, a u udaljenoj točki B pod utjecajem tog radio signala dolazi do eksplozije (događaj 2). Jasno je da je događaj 1 (baklja) uzrok, a događaj 2 (eksplozija) posljedica, koja se javlja kasnije od uzroka. No kad bi se radijski signal širio nadsvjetlosnom brzinom, promatrač u blizini točke B prvo bi vidio eksploziju, a tek onda uzrok eksplozije koji je do njega stigao brzinom svjetlosnog bljeska. Drugim riječima, za ovog promatrača događaj 2 dogodio bi se ranije od 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 je situacijama moguće kretanje bilo kojom brzinom, ali to neće biti kretanje materijalnih objekata ili signala. Na primjer, zamislite dva prilično duga ravnala koja leže u istoj ravnini, od kojih je jedan vodoravno, a drugi ga siječe pod malim kutom. Ako se prvo ravnalo pomiče prema dolje (u smjeru označenom strelicom) velikom brzinom, točka sjecišta ravnala se može natjerati da trči željenom brzinom, ali ta točka nije materijalno tijelo. Drugi primjer: ako uzmete svjetiljku (ili, recimo, laser koji proizvodi uski snop) i brzo opišete luk u zraku, tada linearna brzina Snop svjetlosti će rasti s udaljenošću i na dovoljno velikoj udaljenosti će premašiti c. Svjetlosna točka će se kretati između točaka A i B superluminalnom brzinom, ali to neće biti prijenos signala od A do B, budući da takva svjetlosna točka ne nosi nikakvu informaciju o točki A.

Čini se da je pitanje superluminalnih brzina riješeno. No 60-ih godina dvadesetog stoljeća teorijski fizičari iznijeli su hipotezu o postojanju superluminalnih čestica zvanih tahioni. To su vrlo čudne čestice: teoretski su moguće, ali da bi se izbjegle kontradikcije s teorijom relativnosti, morala im se pripisati zamišljena masa mirovanja. Fizički, imaginarna masa ne postoji; ona je čisto matematička apstrakcija. No, to nije izazvalo veliku uzbunu, budući da tahioni ne mogu mirovati - oni postoje (ako postoje!) samo pri brzinama većim od brzine svjetlosti u vakuumu, au ovom slučaju masa tahiona se pokazuje stvarnom. Ovdje postoji određena analogija s fotonima: foton ima nultu masu mirovanja, ali to jednostavno znači da foton ne može mirovati - svjetlost se ne može zaustaviti.

Najteže se pokazalo, kao što se i očekivalo, pomiriti tahionsku hipotezu sa zakonom uzročnosti. Pokušaji u tom smjeru, iako prilično domišljati, nisu doveli do očitog uspjeha. Nitko nije uspio eksperimentalno registrirati tahione. Kao rezultat toga, interes za tahione kao superluminalne elementarne čestice postupno je nestao.

Međutim, 60-ih godina eksperimentalno je otkriven fenomen koji je isprva zbunio fizičare. To je detaljno opisano u članku A. N. Oraevskog "Superluminalni valovi u medijima za pojačavanje" (UFN br. 12, 1998.). Ovdje ćemo ukratko sažeti bit stvari, upućujući čitatelja zainteresiranog za detalje na navedeni članak.

Ubrzo nakon otkrića lasera - početkom 60-ih godina - pojavio se problem dobivanja kratkih (trajanja oko 1 ns = 10-9 s) svjetlosnih impulsa velike snage. Da bi se to postiglo, kratki laserski impuls je prošao kroz optičko kvantno pojačalo. Puls je podijeljen na dva dijela zrcalom za dijeljenje snopa. Jedan od njih, jači, bio je poslan u pojačalo, a drugi se širio u zraku i služio kao referentni impuls s kojim se mogao usporediti impuls koji prolazi kroz pojačalo. Oba su impulsa dovedena do fotodetektora, a njihovi izlazni signali mogli su se vizualno promatrati 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 širenja svjetlosti u pojačalu biti manja nego u zraku. Zamislite iznenađenje 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. Nitko nije imao ni najmanju sumnju u principe specijalne teorije relativnosti, a upravo je to pomoglo da se pronađe ispravno objašnjenje: ako su principi SRT-a očuvani, onda odgovor treba tražiti u svojstvima medija za pojačanje.

Ne ulazeći ovdje u detalje, samo ćemo istaknuti da je detaljna analiza mehanizma djelovanja pojačivača potpuno razjasnila situaciju. Poanta je bila promjena u koncentraciji fotona tijekom širenja impulsa - promjena uzrokovana promjenom pojačanja medija do negativna vrijednost tijekom prolaska stražnjeg dijela impulsa, kada medij već apsorbira energiju, jer je vlastita rezerva već potrošena zbog njenog prijenosa na svjetlosni impuls. Apsorpcija ne uzrokuje povećanje, već slabljenje impulsa, pa se tako impuls pojačava u prednjem dijelu, a slabi u stražnjem dijelu. Zamislimo da promatramo puls pomoću uređaja koji se kreće brzinom svjetlosti u mediju pojačala. Kad bi medij bio proziran, vidjeli bismo impuls zaleđen u nepomičnosti. U okolini u kojoj se odvija gore navedeni proces, pojačanje prednjeg i slabljenje zadnjeg ruba pulsa će se promatraču pojaviti na takav način da se čini da je medij pomaknuo puls naprijed. Ali budući da se uređaj (promatrač) kreće brzinom svjetlosti, a impuls ga sustiže, tada je brzina impulsa veća od brzine svjetlosti! Upravo su taj učinak zabilježili eksperimentatori. I tu zapravo nema proturječja s teorijom relativnosti: proces pojačanja je jednostavno takav da se koncentracija fotona koji su izašli ranije pokazuje većom od onih koji su izašli kasnije. Nisu fotoni ti koji se kreću superluminalnim brzinama, već omotnica pulsa, posebice njegov maksimum, koji se promatra na osciloskopu.

Dakle, dok u običnim medijima uvijek dolazi do slabljenja svjetlosti i smanjenja njezine brzine, određene indeksom loma, u aktivnim laserskim medijima dolazi ne samo do pojačanja svjetlosti, već i do širenja impulsa superluminalnom brzinom.

Neki su fizičari pokušali eksperimentalno dokazati prisutnost superluminalnog gibanja tijekom efekta tunela - jednog od najvećih nevjerojatne pojave u kvantnoj mehanici. Taj se učinak sastoji u tome što mikročestica (točnije mikroobjekt, u različitim uvjetima pokazujući i svojstva čestice i svojstva vala) sposoban je prodrijeti kroz tzv. potencijalnu barijeru - pojavu potpuno nemoguću u klasičnoj mehanici (kojoj bi analogija bila sljedeća situacija: lopta bačena na zid završio s druge strane zida, ili bi se valovito kretanje užeta vezanog za zid prenijelo na uže privezano za zid s druge strane). Suština efekta tunela u kvantnoj mehanici je sljedeća. Ako mikroobjekt s određenom energijom na svom putu naiđe na područje s potencijalnom energijom većom od energije mikroobjekta, to područje je za njega barijera čija je visina određena energetskom razlikom. Ali mikroobjekt “procuri” kroz barijeru! Tu mogućnost daje mu dobro poznata Heisenbergova relacija nesigurnosti, zapisana za energiju i vrijeme međudjelovanja. Ako se međudjelovanje mikroobjekta s barijerom odvija tijekom relativno određenog vremena, tada će energija mikroobjekta, naprotiv, biti obilježena nesigurnošću, a ako je ta nesigurnost reda visine barijere, tada potonji prestaje biti nepremostiva prepreka za mikroobjekt. Upravo je brzina prodiranja kroz potencijalnu barijeru postala predmetom istraživanja niza fizičara, koji smatraju da ona može premašiti c.

U lipnju 1998. godine u Kölnu je održan međunarodni simpozij o problemima superluminalnog gibanja, na kojem se raspravljalo o rezultatima dobivenim u četiri laboratorija - na Berkeleyu, Beču, Kölnu i Firenci.

I konačno, 2000. godine pojavila su se izvješća o dva nova eksperimenta u kojima su se pojavili učinci superluminalnog širenja. Jednu od njih izveli su Lijun Wong i njegovi kolege s Princeton Research Institute (SAD). Njegov rezultat je da svjetlosni puls koji ulazi u komoru ispunjenu cezijevim parama povećava svoju brzinu 300 puta. Ispostavilo se da je glavni dio pulsa izašao iz udaljene stijenke komore čak i prije nego što je puls ušao u komoru kroz prednju stijenku. Ova situacija proturječi ne samo zdravom razumu, već, u biti, i teoriji relativnosti.

Poruka L. Wonga izazvala je intenzivnu raspravu među fizičarima, od kojih većina nije bila sklona vidjeti kršenje načela relativnosti u dobivenim rezultatima. Vjeruju da je izazov ispravno objasniti ovaj eksperiment.

U eksperimentu L. Wonga, svjetlosni puls koji je ulazio u komoru s cezijevim parama imao je trajanje od oko 3 μs. Atomi cezija mogu postojati u šesnaest mogućih kvantno mehaničkih stanja, koja se nazivaju "hiperfini magnetski podrazini osnovnog stanja". Korištenjem optičkog laserskog pumpanja, gotovo svi atomi su dovedeni u samo jedno od ovih šesnaest stanja, što odgovara gotovo apsolutnoj nultoj temperaturi na Kelvinovoj ljestvici (-273,15 °C). Duljina cezijeve komore bila je 6 centimetara. U vakuumu svjetlost prijeđe 6 centimetara za 0,2 ns. Kao što su mjerenja pokazala, svjetlosni je puls prošao kroz komoru s cezijem u vremenu koje je bilo 62 ns manje nego u vakuumu. Drugim riječima, vrijeme potrebno da impuls prođe kroz medij cezija ima predznak minus! Doista, ako oduzmemo 62 ns od 0,2 ns, dobivamo "negativno" vrijeme. Ovo "negativno kašnjenje" u mediju - neshvatljivi vremenski skok - jednako je vremenu u kojem bi puls napravio 310 prolaza kroz komoru u vakuumu. Posljedica ovog "vremenskog preokreta" bila je da se puls koji je napuštao komoru uspio odmaknuti 19 metara od nje prije nego što je nadolazeći puls dosegao bliži zid komore. Kako se može objasniti takva nevjerojatna situacija (osim, naravno, ako ne sumnjamo u čistoću eksperimenta)?

Sudeći po raspravi koja je u tijeku, točno objašnjenje još nije pronađeno, ali nema sumnje da neobična disperzijska svojstva medija ovdje igraju ulogu: cezijeva para, koja se sastoji od atoma pobuđenih laserskom svjetlošću, medij je s anomalnom disperzijom . Podsjetimo se ukratko o čemu se radi.

Disperzija tvari je ovisnost faznog (običnog) indeksa loma n o valnoj duljini svjetlosti l. Kod normalne disperzije indeks loma raste sa smanjenjem valne duljine, a to je slučaj kod stakla, vode, zraka i svih drugih tvari prozirnih za svjetlost. U tvarima koje jako apsorbiraju svjetlost, tijek indeksa loma s promjenom valne duljine je obrnut i postaje mnogo strmiji: sa smanjenjem l (povećanje frekvencije w), indeks loma naglo opada i u određenom području valne duljine postaje manji od jedinice ( 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 valova i može premašiti brzinu svjetlosti u vakuumu (i također postati negativna). L. Wong ukazuje na ovu okolnost kao razlog koji leži u osnovi mogućnosti objašnjenja rezultata njegovog eksperimenta. Treba, međutim, napomenuti da je uvjet Vgr > c čisto formalan, budući da je koncept grupne brzine uveden za slučaj male (normalne) disperzije, za prozirne medije, kada skupina valova gotovo ne mijenja svoj oblik tijekom razmnožavanja. U područjima anomalne disperzije, svjetlosni puls se brzo deformira i koncept grupne brzine gubi smisao; u ovom slučaju uvode se pojmovi brzine signala i brzine širenja energije, koje se u prozirnim medijima poklapaju s grupnom brzinom, a u medijima s apsorpcijom ostaju manje od brzine svjetlosti u vakuumu. Ali evo što je zanimljivo u Wongovom eksperimentu: svjetlosni puls, koji prolazi kroz medij s anomalnom disperzijom, nije deformiran - on točno zadržava svoj oblik! A to odgovara pretpostavci da se impuls širi grupnom brzinom. Ali ako je tako, onda ispada da u mediju nema apsorpcije, iako je anomalna disperzija medija posljedica upravo apsorpcije! Sam Wong, iako priznaje da mnogo toga ostaje nejasno, vjeruje da se ono što se događa u njegovoj eksperimentalnoj postavci može, u prvoj aproksimaciji, jasno objasniti na sljedeći način.

Svjetlosni puls sastoji se od mnogih komponenti različitih valnih duljina (frekvencija). Slika prikazuje tri od ovih komponenti (valovi 1-3). U nekom su trenutku sva tri vala u fazi (njihovi maksimumi se podudaraju); ovdje se oni, zbrajajući, međusobno pojačavaju i tvore impuls. Kako se dalje šire u prostoru, valovi postaju defazni i time se međusobno "poništavaju".

U području anomalne disperzije (unutar cezijeve ćelije), val koji je bio kraći (val 1) postaje duži. Suprotno tome, val koji je bio najdulji od ta tri (val 3) postaje najkraći.

Posljedično, faze valova se mijenjaju u skladu s tim. Nakon što valovi prođu kroz cezijevu ćeliju, njihove se valne fronte obnavljaju. Nakon što su prošli neobičnu faznu modulaciju u tvari s anomalnom disperzijom, tri dotična vala ponovno se nađu u fazi u nekom trenutku. Ovdje se ponovno zbrajaju i tvore puls potpuno istog oblika kao onaj koji ulazi u medij cezija.

Tipično u zraku, a zapravo u bilo kojem prozirnom mediju s normalnom disperzijom, svjetlosni impuls ne može točno zadržati svoj oblik kada se širi na udaljenu udaljenost, to jest, sve njegove komponente ne mogu se fazno rasporediti na bilo koju udaljenu točku duž putanje širenja. I pod normalnim uvjetima, svjetlosni puls se nakon nekog vremena pojavljuje na tako udaljenoj točki. Međutim, zbog nenormalnih svojstava medija korištenog u eksperimentu, pokazalo se da je puls na udaljenoj točki fazni na isti način kao pri ulasku u ovaj medij. Dakle, svjetlosni impuls se ponaša kao da ima negativno vremensko kašnjenje na putu do udaljene točke, odnosno da bi do nje stigao ne kasnije, nego ranije nego što je prošao kroz medij!

Većina fizičara sklona je ovaj rezultat povezati s pojavom prekursora niskog intenziteta u disperzivnom mediju komore. Činjenica je da tijekom spektralne dekompozicije impulsa spektar sadrži komponente proizvoljno visokih frekvencija zanemarivo male amplitude, tzv. prekursor, koji ide ispred “glavnog dijela” impulsa. Priroda uspostavljanja i oblik prekursora ovise o zakonu disperzije u mediju. Imajući ovo na umu, slijed događaja u Wongovom eksperimentu predlaže se tumačiti na sljedeći način. Nadolazeći val, "istežući" vjesnika ispred sebe, približava se kameri. Prije nego vrh nadolazećeg vala udari u bližu stijenku komore, prethodnik inicira pojavu pulsa u komori, koji doseže udaljenu stijenku i reflektira se od nje, tvoreći "obrnuti val". Ovaj val, koji se širi 300 puta brže od c, doseže bliži zid i susreće se s nadolazećim valom. Vrhovi jednog vala susreću se s padovima drugog, tako da se međusobno uništavaju i kao rezultat toga ne ostaje ništa. Ispostavilo se da nadolazeći val "otplaćuje dug" atomima cezija, koji su mu "posudili" energiju na drugom kraju komore. Svatko tko je promatrao samo početak i kraj eksperimenta vidio bi samo puls svjetlosti koji je "skočio" naprijed u vremenu, krećući se brže od c.

L. Wong smatra da njegov eksperiment nije u skladu s teorijom relativnosti. Tvrdnja o nedostižnosti superluminalne brzine, smatra on, vrijedi samo za objekte s masom mirovanja. Svjetlost se može prikazati ili u obliku valova, na koje je koncept mase općenito neprimjenjiv, ili u obliku fotona s masom mirovanja, kao što je poznato, jednakom nuli. Dakle, brzina svjetlosti u vakuumu, prema Wongu, nije granica. Međutim, Wong priznaje da učinak koji je otkrio ne omogućuje prijenos informacija brzinama većim od c.

„Ovdje su informacije već sadržane u prednjem rubu pulsa", kaže P. Milonni, fizičar iz Nacionalnog laboratorija Los Alamos u Sjedinjenim Državama. „I može ostaviti dojam da šalje informacije brže od svjetlosti, čak i kada ne šalju.”

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 talijanske istraživačke skupine koja je 2000. godine izvela još jedan zanimljiv eksperiment, smatra da je to pitanje još uvijek otvoreno. Ovaj pokus, koji su izveli Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni i Rocco Ruggeri, otkrio je da centimetarski radiovalovi u normalnom zračnom prometu putuju brzinama 25% većim od c.

Ukratko, možemo reći sljedeće.

Djela zadnjih godina pokazuju da pod određenim uvjetima doista može doći do supersvjetlosne brzine. Ali što se točno kreće nadsvjetlosnim brzinama? Teorija relativnosti, kao što je već spomenuto, zabranjuje takvu brzinu za materijalna tijela i za signale koji prenose informacije. Ipak, neki istraživači vrlo uporno pokušavaju dokazati prevladavanje svjetlosne barijere posebno za signale. Razlog tome leži u činjenici da u specijalnoj teoriji relativnosti ne postoji striktno matematičko opravdanje (temeljeno, recimo, na Maxwellovim jednadžbama za elektromagnetsko polje) nemogućnosti prijenosa signala brzinama većim od c. Takva nemogućnost u STR je utvrđena, moglo bi se reći, čisto aritmetički, na temelju Einsteinove formule za zbrajanje brzina, ali to je temeljno potvrđeno načelom kauzaliteta. Sam Einstein je, razmatrajući pitanje superluminalnog prijenosa signala, napisao da u ovom slučaju "... smo prisiljeni smatrati mogućim mehanizam prijenosa signala, u kojem postignuta radnja prethodi uzroku. Ali, iako to proizlazi iz čisto logičke točke gledište ne sadrži samo sebe, po mom mišljenju, nema proturječja; ipak je toliko proturječno prirodi našeg cjelokupnog iskustva da se čini da je nemogućnost pretpostavke V > c dovoljno dokazana." Načelo kauzaliteta kamen je temeljac nemogućnosti superluminalnog prijenosa signala. I, očito, sve potrage za superluminalnim signalima bez iznimke će se spotaknuti o ovaj kamen, koliko god eksperimentatori željeli otkriti takve signale, jer takva je priroda našeg svijeta.

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

Zamislimo dva svemirska broda koji kreću od Zemlje prema zvijezdi koja je 100 svjetlosnih godina udaljena od našeg planeta. Prvi brod napušta Zemlju 50% brzine svjetlosti, tako da će trebati 200 godina da dovrši putovanje. Drugi brod, opremljen hipotetskim warp pogonom, putovat će 200% brzinom svjetlosti, ali 100 godina nakon prvog. Što će se dogoditi?

Prema teoriji relativnosti, točan odgovor uvelike ovisi o perspektivi promatrača. Sa Zemlje će se činiti da je prvi brod već prevalio znatnu udaljenost prije nego što ga je sustigao drugi brod, koji se kreće četiri puta brže. Ali sa stajališta ljudi na prvom brodu, sve je malo drugačije.

Brod br. 2 kreće se brže od svjetlosti, što znači da čak može nadmašiti svjetlost koju sam emitira. To rezultira svojevrsnim "svjetlosnim valom" (slično zvučnom valu, ali umjesto vibracija zraka vibriraju svjetlosni valovi) što dovodi do nekoliko zanimljivih efekata. Prisjetite se da se svjetlost s broda #2 kreće sporije od samog broda. Rezultat će biti vizualno udvostručenje. Drugim riječima, prvo će posada broda broj 1 vidjeti da se drugi brod pojavio pored njih kao niotkuda. Tada će svjetlost s drugog broda doći do prvog s malim zakašnjenjem, a rezultat će biti vidljiva kopija, koji će se kretati u istom smjeru s malim zaostatkom.

Nešto slično se može vidjeti u računalne igrice kada, kao rezultat kvara sustava, motor učitava model i njegove algoritme na krajnjoj točki kretanja brže nego što završava sama animacija kretanja, tako da dolazi do višestrukih snimanja. Vjerojatno zato naša svijest ne percipira onaj hipotetski aspekt Svemira u kojem se tijela kreću superluminalnim brzinama – možda je tako i najbolje.

p.s. ... ali u posljednji primjer Nešto mi nije jasno, zašto se pravi položaj broda povezuje sa "svjetlom koje on emitira"? Pa, čak i ako ga vide na krivom mjestu, u stvarnosti će prestići prvi brod!

izvori

Od škole su nas učili da je nemoguće premašiti brzinu svjetlosti, pa je stoga kretanje čovjeka u svemiru veliki nerješiv problem (kako odletjeti do najbližeg sunčevog sustava ako svjetlost tu udaljenost može prijeći samo za nekoliko tisuću godina?). Možda su američki znanstvenici pronašli način kako letjeti super brzinama, ne samo bez varanja, već i slijedeći temeljne zakone Alberta Einsteina. U svakom slučaju, tako tvrdi autor projekta motora svemirske deformacije Harold White.

Vijest smo u redakciji smatrali apsolutno fantastičnom, pa danas, uoči Dana kozmonautike, objavljujemo reportažu Konstantina Kakaesa za časopis Popular Science o fenomenalnom NASA-inom projektu, ako uspije, čovjek će moći ići dalje Sunčev sustav.

U rujnu 2012. nekoliko stotina znanstvenika, inženjera i svemirskih entuzijasta okupilo se na drugom javnom sastanku grupe, pod nazivom 100 Year Starship. Grupu vodi bivši astronaut Mai Jemison, a osnovala ju je DARPA. Cilj konferencije je "omogućiti ljudsko putovanje izvan Sunčevog sustava do drugih zvijezda u sljedećih sto godina." Većina sudionika konferencije priznaje da je napredak u istraživanju svemira s ljudskom posadom premalen. Unatoč milijardama dolara potrošenim 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 prijeđimo na stvar. Nakon nekoliko dana konferencije, njezini sudionici došli su do najfantastičnijih tema: regeneracija organa, problem organizirane religije na brodu i tako dalje. Jedna od zanimljivijih prezentacija na 100 Year Starship sastanku zvala se "Strain Field Mechanics 102", a održao ju je Harold "Sonny" White iz NASA-e. Veteran agencije, White vodi napredni pulsni program u Johnson Space Centeru (JSC). Zajedno s petero kolega izradio je Mapu puta za svemirske pogonske sustave, koja ocrtava NASA-ine ciljeve za buduća svemirska putovanja. Plan navodi sve vrste pogonskih projekata, od naprednih kemijskih raketa do dalekosežnih razvoja poput antimaterije ili nuklearnih strojeva. Ali Whiteovo područje istraživanja najfuturističnije je od svih: odnosi se na svemirski warp motor.

Ovako se obično prikazuje Alcubierreov mjehurić

Prema planu, takav će motor omogućiti kretanje u svemiru brzinama većim od brzine svjetlosti. Opće je prihvaćeno da je to nemoguće, budući da je to jasno kršenje Einsteinove teorije relativnosti. Ali White kaže suprotno. Kako bi potvrdio svoje riječi, poziva se na takozvane Alcubierreove mjehuriće (jednadžbe izvedene iz Einsteinove teorije, prema kojoj je tijelo u svemiru sposobno doseći superluminalne brzine, za razliku od tijela u normalnim uvjetima). U prezentaciji je objasnio kako je nedavno postigao teoretske rezultate koji izravno dovode do stvaranja stvarnog motora deformacije prostora.

Jasno je da sve ovo zvuči apsolutno fantastično: ovakav razvoj događaja prava je revolucija koja će odriješiti ruke svim astrofizičarima svijeta. Umjesto da potroše 75.000 godina putujući do Alpha Centauria, našem najbližeg zvjezdanog sustava, astronauti na brodu s ovim motorom mogli bi stići na put za nekoliko tjedana.

U svjetlu kraja shuttle programa i sve veće uloge privatnih letova u nisku Zemljinu orbitu, NASA kaže da se ponovno usredotočuje na dalekosežne, puno hrabrije planove koji idu daleko dalje od putovanja na Mjesec. Ti se ciljevi mogu postići samo razvojem novih motoričkih sustava – što brže to bolje. Nekoliko dana nakon konferencije, čelnik 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 uporaba izraza "space warp engine" datira iz 1966., kada je Jen Roddenberry objavila " Zvjezdane staze" Sljedećih 30 godina ovaj je motor postojao samo kao dio ove znanstvenofantastične serije. Fizičar po imenu Miguel Alcubierre gledao je epizodu serije baš dok je radio na doktoratu iz opće relativnosti i pitao se je li moguće stvoriti svemirski warp motor u stvarnosti. Godine 1994. objavio je dokument u kojemu je istaknuto ovo stajalište.

Alcubierre je zamislio mjehurić u svemiru. U prednjem dijelu mjehurića vrijeme-prostor se skuplja, a u stražnjem se širi (kao što se dogodilo tijekom Velikog praska, tvrde fizičari). Deformacija će uzrokovati da brod glatko klizi svemirom, kao da surfa na valovima, unatoč okolnoj buci. U principu, deformirani mjehurić može se kretati željenom brzinom; ograničenja u brzini svjetlosti, prema Einsteinovoj teoriji, primjenjuju se samo u kontekstu prostor-vremena, ali ne i u takvim iskrivljenjima prostor-vremena. Unutar mjehurića, kao što je Alcubierre pretpostavio, prostor-vrijeme se neće promijeniti, a svemirskim putnicima neće biti štete.

Einsteinove jednadžbe u općoj teoriji relativnosti teško je riješiti u jednom smjeru otkrivanjem kako materija savija prostor, ali to je izvedivo. Koristeći ih, Alcubierre je utvrdio da je raspodjela materije nužan uvjet za stvaranje deformiranog mjehura. Jedini problem je što su rješenja rezultirala nedefiniranim oblikom materije koji se naziva negativna energija.

govoreći jednostavnim jezikom, gravitacija je sila privlačenja između dva objekta. Svaki predmet, bez obzira na svoju veličinu, djeluje određenom silom privlačnosti na okolnu tvar. Prema Einsteinu, ta sila je zakrivljenost prostor-vremena. Negativna energija je, međutim, gravitacijski negativna, odnosno odbojna. Umjesto da povezuje vrijeme i prostor, negativna energija ih gura i razdvaja. Grubo govoreći, da bi takav model funkcionirao, Alcubierre treba negativnu energiju da proširi prostor-vrijeme iza broda.

Unatoč činjenici da nitko nikada nije stvarno izmjerio negativnu energiju, prema kvantnoj mehanici ona postoji, a znanstvenici su je naučili stvoriti u laboratoriju. Jedan od načina da se to ponovno stvori je kroz Casimirov efekt: dvije paralelne vodljive ploče postavljene blizu jedna drugoj stvaraju određenu količinu negativne energije. Slaba točka Alcubierreovog modela je ta što zahtijeva ogromnu količinu negativne energije, nekoliko redova veličine veću nego što znanstvenici procjenjuju da se može proizvesti.

White kaže da je pronašao način da zaobiđe ovo ograničenje. U računalnoj simulaciji, White je modificirao geometriju deformacijskog polja tako da je u teoriji mogao proizvesti deformirani mjehurić koristeći milijune puta manje negativne energije nego što je Alcubierre procijenio da je potrebno, a možda dovoljno malo da svemirska letjelica može nositi sredstva za njegovu proizvodnju. "Otkrića", kaže White, "mijenjaju Alcubierreovu metodu iz nepraktične u posve uvjerljivu."

IZVJEŠĆE IZ WHITEOVA LABORATORIJA

Svemirski centar Johnson nalazi se u blizini Houstonskih laguna, s pogledom na zaljev Galveston. Centar je pomalo poput kampusa koledža u predgrađu, samo za obuku astronauta. Na dan mog posjeta, White me susreo u zgradi 15, višekatnom labirintu hodnika, ureda i laboratorija u kojima se obavlja testiranje motora. White nosi Eagleworks polo majicu (kako on naziva svoje eksperimente s motorom), s izvezenim orlom koji lebdi iznad futurističkog svemirskog broda.

White je započeo svoju karijeru kao inženjer, provodeći istraživanje kao dio robotske grupe. Na kraju je preuzeo zapovjedništvo nad cijelim robotskim krilom na ISS-u dok je završavao svoj doktorat iz fizike plazme. Tek 2009. mijenja svoje interese prema proučavanju gibanja, a ta tema ga je toliko zaokupila da je postala glavni razlog zbog kojeg je otišao raditi za NASA-u.

"On je prilično neobična osoba", kaže njegov šef John Applewhite, koji vodi odjel za pogonske sustave. - On je definitivno veliki sanjar, ali u isto vrijeme i talentirani inženjer. On zna kako pretvoriti svoje fantazije u pravi inženjerski proizvod.” Otprilike u isto vrijeme kad se pridružio NASA-i, White je zatražio dopuštenje da otvori vlastiti laboratorij posvećen naprednim pogonskim sustavima. Sam je smislio ime Eagleworks i čak je od NASA-e zatražio izradu logotipa za njegovu specijalizaciju. Tada je počeo ovaj posao.

White me vodi do svog ureda, koji dijeli s kolegom koji traži vodu na Mjesecu, a zatim dolje do Eagleworksa. Dok hoda, priča mi o svom zahtjevu za otvaranjem laboratorija i naziva ga "dugim mukotrpnim procesom pronalaženja naprednog pokreta koji će pomoći čovjeku u istraživanju svemira."

White mi pokazuje objekt i pokazuje mi njegovu središnju funkciju - nešto što on naziva "kvantnim vakuumskim plazma propulzijom" (QVPT). Ovaj uređaj izgleda kao ogromna crvena baršunasta krafna sa žicama čvrsto omotanim oko jezgre. Ovo je jedna od dvije inicijative Eagleworksa (druga je warp pogon). Također i ovo tajni razvoj. Kad sam pitao što je to, White je rekao da je sve što može reći da je tehnologija čak hladnija od warp pogona.) Prema NASA-inom izvješću iz 2011. koje je napisao White, letjelica koristi kvantne fluktuacije u praznom prostoru kao izvor goriva, što znači da svemirskoj letjelici na QVPT pogon ne treba gorivo.

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

Kada uređaj radi, Whiteov sustav izgleda kinematografski savršeno: boja lasera je crvena, a dvije zrake su ukrštene poput sablji. Unutar prstena nalaze se četiri keramička kondenzatora napravljena od barijevog titanata, koje White puni na 23 000 volti. White je proveo posljednje dvije i pol godine razvijajući eksperiment, i kaže da kondenzatori pokazuju ogromnu potencijalnu energiju. Međutim, kada ga pitam kako stvoriti negativnu energiju potrebnu za iskrivljeno prostorvrijeme, on izbjegava odgovor. Objašnjava da je potpisao izjavu o tajnosti podataka te stoga ne može otkrivati ​​detalje. Pitam s kim je sklopio te dogovore. Kaže: “Kod ljudi. Dođu i žele razgovarati. Ne mogu vam dati više detalja.”

PROTIVNICI IDEJE O MOTORU

Do sada je teorija iskrivljenog putovanja prilično intuitivna - iskrivljuje vrijeme i prostor da bi se stvorio pokretni mjehurić - i ima nekoliko značajnih nedostataka. Čak i kad bi White značajno smanjio količinu negativne energije potrebnu Alcubierreu, i dalje bi bilo potrebno više nego što znanstvenici mogu proizvesti, kaže Lawrence Ford, teorijski fizičar sa Sveučilišta Tufts koji je napisao brojne radove na temu negativne energije u posljednjih 30 godina. . Ford i drugi fizičari kažu da postoje temeljna fizička ograničenja, ne toliko zbog inženjerskih nesavršenosti koliko zbog činjenice da ova količina negativne energije ne može dugo postojati na jednom mjestu.

Još jedan izazov: da bi stvorili warp loptu koja putuje brže od svjetlosti, znanstvenici će morati generirati negativnu energiju oko i iznad letjelice. White ne misli da je to problem; vrlo nejasno odgovara da će motor najvjerojatnije raditi zahvaljujući nekom postojećem „aparatu koji stvara potrebne uvjete" Međutim, stvaranje ovih uvjeta ispred broda značilo bi osiguravanje stalne opskrbe negativnom energijom koja putuje brže od brzine svjetlosti, što je opet u suprotnosti s općom teorijom relativnosti.

Konačno, svemirski warp motor postavlja konceptualno pitanje. U općoj teoriji relativnosti, putovanje superluminalnim brzinama jednako je putovanju kroz vrijeme. Ako je takav motor stvaran, White stvara vremeplov.

Ove prepreke izazivaju neke ozbiljne sumnje. "Ne mislim da nam fizika koju poznajemo i zakoni fizike ne dopuštaju da vjerujemo da će on išta postići svojim eksperimentima", kaže Ken Olum, fizičar sa Sveučilišta Tufts koji je također sudjelovao u debati o egzotičnom pogonu na Starship 100th. Obljetnički susret." Noah Graham, fizičar s koledža Middlebury koji je na moj zahtjev pročitao dva Whiteova rada, poslao mi je e-poruku: "Ne vidim nikakve vrijedne znanstvene dokaze osim referenci na njegove prethodne radove."

Alcubierre, sada fizičar na Nacionalnom autonomnom sveučilištu Meksika, ima svoje sumnje. “Čak i da sam stajao na svemirskom brodu i imao negativnu energiju na raspolaganju, nije bilo načina da je stavim gdje treba”, kaže mi preko telefona iz svog doma u Mexico Cityju. - Ne, ideja je čarobna, sviđa mi se, sam sam je napisao. Ali postoji nekoliko ozbiljnih nedostataka u njemu koje vidim sada, tijekom godina, i ne znam niti jedan način da ih popravim.”

BUDUĆNOST SUPER BRZINE

Lijevo od glavnih vrata Znanstvenog centra Johnson, raketa Saturn V leži na boku, njezini su stupnjevi odvojeni kako bi se pokazao njezin unutarnji sadržaj. Ogromna je — jedan od njezinih brojnih motora veličine je malog automobila, a sama je raketa nekoliko stopa duža od nogometnog igrališta. To je, naravno, prilično rječit dokaz o osobitostima svemirske navigacije. Osim toga, ona ima 40 godina, a vrijeme koje predstavlja - kada je NASA bila dio ogromnog nacionalnog plana slanja čovjeka na Mjesec - davno je prošlo. Danas je JSC jednostavno mjesto koje je nekoć bilo sjajno, ali je u međuvremenu napustilo svemirsku avangardu.

Proboj bi mogao značiti novu eru za JSC i NASA-u, au određenoj mjeri dio te ere počinje sada. Sonda Dawn, lansirana 2007., proučava asteroidni prsten pomoću ionskih motora. Godine 2010. Japanci su naručili Icarus, prvi međuplanetarni zvjezdani brod pokretan solarnim jedrom, još jednu vrstu eksperimentalnog pogona. A 2016. znanstvenici planiraju testirati VASMIR, sustav na plazma pogon napravljen posebno za veliki pogonski potisak u ISS-u. Ali kada ovi sustavi mogu nositi astronaute na Mars, još uvijek ih neće moći odvesti izvan Sunčevog sustava. Kako bi to postigla, rekao je White, NASA će morati preuzeti riskantnije projekte.

Warp pogon je možda najnevjerovatniji od Nasovih pokušaja da stvori pokretne projekte. Znanstvena zajednica kaže da ga White ne može stvoriti. Stručnjaci kažu da djeluje protivno zakonima prirode i fizike. Unatoč tome, NASA stoji iza projekta. "Nije subvencionirano na visokoj državnoj razini što bi trebalo biti", kaže Applewhite. - Mislim da uprava ima neki poseban interes da on nastavi s radom; To je jedan od onih teorijskih koncepata koji, ako uspiju, potpuno mijenjaju igru.”

U siječnju je White sastavio svoj interferometar naprezanja i prešao na svoju sljedeću metu. Eagleworks je prerastao vlastita kuća. Novi je laboratorij veći i, s oduševljenjem izjavljuje, "seizmički izoliran", što znači da je zaštićen od vibracija. Ali možda je najbolja stvar u novom laboratoriju (i najimpresivnija) to što je NASA Whiteu pružila iste uvjete koje su Neil Armstrong i Buzz Aldrin imali na Mjesecu. Pa, da vidimo.

U rujnu 2011. fizičar Antonio Ereditato šokirao je svijet. Njegova bi izjava mogla revolucionirati naše razumijevanje svemira. Ako su podaci koje je prikupilo 160 znanstvenika projekta OPERA točni, uočeno je nevjerojatno. Čestice - u ovom slučaju neutrini - kretale su se brže od svjetlosti. Prema Einsteinovoj teoriji relativnosti to je nemoguće. A posljedice takvog promatranja bile bi nevjerojatne. Sami temelji fizike možda će se morati preispitati.

Iako je Ereditato rekao da su on i njegov tim "iznimno sigurni" u svoje rezultate, nisu rekli da su podaci potpuno točni. Umjesto toga, zamolili su druge znanstvenike da im pomognu shvatiti što se događa.

Na kraju se pokazalo da su rezultati OPERE bili pogrešni. Zbog loše spojenog kabela došlo je do problema sa sinkronizacijom i signali GPS satelita nisu bili točni. Došlo je do neočekivanog kašnjenja signala. Kao rezultat toga, mjerenja vremena potrebnog neutrinima da prijeđu određenu udaljenost pokazala su dodatne 73 nanosekunde: činilo se da neutrini putuju brže od svjetlosti.

Unatoč mjesecima pažljivog testiranja prije početka eksperimenta i ponovnog provjeravanja podataka nakon toga, znanstvenici su ozbiljno pogriješili. Ereditato je podnio ostavku unatoč komentarima mnogih da se takve pogreške uvijek događaju zbog iznimne složenosti akceleratora čestica.

Zašto je sugestija - samo sugestija - da bi nešto moglo putovati brže od svjetlosti izazvala takvu buku? Koliko smo sigurni da ništa ne može premostiti ovu barijeru?

Pogledajmo najprije drugo od ovih pitanja. Brzina svjetlosti u vakuumu je 299.792,458 kilometara u sekundi - radi praktičnosti, ovaj broj je zaokružen na 300.000 kilometara u sekundi. Prilično je brz. Sunce je od Zemlje udaljeno 150 milijuna kilometara, a njegova svjetlost do Zemlje stiže za samo osam minuta i dvadeset sekundi.

Može li se bilo koja naša kreacija natjecati u utrci protiv svjetla? Jedan od najbržih objekata koje je napravio čovjek ikada izgrađen, svemirska sonda New Horizons projurila je pokraj Plutona i Charona u srpnju 2015. Postigao je brzinu u odnosu na Zemlju od 16 km/s. Puno manje od 300 000 km/s.

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

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

Moglo bi se pomisliti da bi jednostavno trebalo povećati primijenjenu energiju da bi se postigla brzina od 300 000 km/s. Ali ispada da se elektroni jednostavno ne mogu kretati tako brzo. Bertozzijevi eksperimenti su pokazali da korištenje više energije ne dovodi do izravno proporcionalnog povećanja brzine elektrona.

Umjesto toga, morale su se primijeniti ogromne količine dodatne energije kako bi se čak i malo promijenila brzina elektrona. Približavala se sve bliže i bliže brzini svjetlosti, ali je nikada nije dostigla.

Zamislite da se krećete prema vratima malim koracima, pri čemu svaki korak prelazi polovicu udaljenosti od vašeg trenutnog položaja do vrata. Strogo govoreći, nikada nećete doći do vrata, jer nakon svakog koraka koji napravite, i dalje ćete morati prijeći udaljenost. Bertozzi se susreo s otprilike istim problemom dok se bavio svojim elektronima.

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

"Kako se objekti kreću sve brže i brže, oni postaju teži - što su teži, to im je teže ubrzati, tako da nikad ne dosegnete brzinu svjetlosti", kaže Roger Rassoul, fizičar sa Sveučilišta Melbourne u Australiji. “Foton nema masu. Da ima masu, ne bi se mogao kretati brzinom svjetlosti."

Fotoni su posebni. Ne samo da nemaju masu, što im omogućuje potpunu slobodu kretanja u vakuumu svemira, nego nemaju ni potrebu za ubrzavanjem. Prirodna energija koju imaju kreće se u valovima kao i oni, pa kad su stvoreni već imaju maksimalna brzina. Na neki način, lakše je razmišljati o svjetlosti kao o energiji nego kao o struji čestica, iako je svjetlost zapravo oboje.

Međutim, svjetlost putuje mnogo sporije nego što bismo mogli očekivati. Iako internetski tehnolozi vole govoriti o komunikacijama koje se odvijaju "brzinom svjetlosti" u optičkim vlaknima, svjetlost putuje 40% sporije u optičkim vlaknima od staklenih vlakana nego u vakuumu.

U stvarnosti, fotoni putuju brzinom od 300 000 km/s, ali nailaze na određenu količinu smetnji uzrokovanih drugim fotonima koje emitiraju atomi stakla dok prolazi glavni svjetlosni val. Ovo možda nije lako razumjeti, ali barem smo pokušali.

Na isti način, u okviru posebnih eksperimenata s pojedinačnim fotonima, bilo ih je moguće impresivno usporiti. Ali za većinu slučajeva, otprilike bi bilo točno 300 000. Nismo vidjeli niti izgradili ništa što se može kretati tako brzo, ili čak brže. Postoje posebne točke, ali prije nego što ih se dotaknemo, dotaknimo se našeg drugog pitanja. Zašto je toliko važno da se pravilo brzine svjetlosti strogo poštuje?

Odgovor je povezan s čovjekom po imenu Albert Einstein, kao što je to često slučaj u fizici. Njegova posebna 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 se brzo krećete, svjetlost se uvijek kreće istom brzinom.

Ali to otvara nekoliko konceptualnih problema.

Zamislite svjetlost koja pada sa svjetiljke na ogledalo na stropu svemirske letjelice. Svjetlo ide gore, odbija se od ogledala i pada na pod letjelice. Recimo da prijeđe udaljenost od 10 metara.

Sada zamislite da se ova letjelica počne kretati kolosalnom brzinom od mnogo tisuća kilometara u sekundi. Kada uključite svjetiljku, svjetlo se ponaša kao i prije: svijetli prema gore, udara u zrcalo i reflektira se na pod. Ali da bi to učinila, svjetlost će morati prijeći dijagonalnu udaljenost, a ne okomitu. Uostalom, zrcalo se sada brzo kreće zajedno sa letjelicom.

Sukladno tome, povećava se udaljenost koju svjetlost prijeđe. Recimo 5 metara. Ispada da je to ukupno 15 metara, a ne 10.

I unatoč tome, iako se udaljenost povećala, Einsteinove teorije tvrde da će svjetlost i dalje putovati istom brzinom. Budući da je brzina udaljenost podijeljena s vremenom, budući da brzina ostaje ista, a udaljenost raste, vrijeme se također mora povećati. Da, samo vrijeme se mora rastezati. I iako ovo zvuči čudno, eksperimentalno je potvrđeno.

Taj se fenomen naziva dilatacija vremena. Vrijeme teče sporije za ljude koji putuju u vozilima koja se brzo kreću u usporedbi s onima koji miruju.

Na primjer, vrijeme teče 0,007 sekundi sporije za astronaute na Međunarodnoj svemirskoj postaji. svemirska postaja, koji se kreće brzinom od 7,66 km/s u odnosu na Zemlju, u usporedbi s ljudima na planetu. Još je zanimljivija situacija s česticama poput spomenutih elektrona, koje se mogu kretati brzinom blizu svjetlosti. U slučaju ovih čestica, stupanj usporavanja će biti ogroman.

Stephen Kolthammer, eksperimentalni fizičar sa Sveučilišta Oxford u Velikoj Britaniji, ukazuje na primjer čestica koje se nazivaju mioni.

Mioni su nestabilni: brzo se raspadaju na jednostavnije čestice. Toliko brzo da bi se većina miona koji napuštaju Sunce trebala raspasti do trenutka kada stignu do Zemlje. Ali u stvarnosti mioni na Zemlju stižu sa Sunca u kolosalnim količinama. Fizičari dugo vremena pokušao shvatiti zašto.

"Odgovor na ovu misteriju je da se mioni generiraju s takvom energijom da putuju brzinom bliskom brzini svjetlosti", kaže Kolthammer. "Njihov osjećaj za vrijeme, da tako kažem, njihov unutarnji sat je spor."

Mioni "ostaju živi" dulje nego što se očekuje u odnosu na nas, zahvaljujući pravom, prirodnom vremenskom krivulji. Kada se objekti brzo pomiču u odnosu na druge objekte, njihova se duljina također smanjuje i skuplja. Ove posljedice, dilatacija vremena i smanjenje duljine, primjeri su kako se prostor-vrijeme mijenja ovisno o kretanju stvari - mene, vas ili svemirske letjelice - koje imaju masu.

Ono što je važno, kao što je rekao Einstein, jest da to ne utječe na svjetlost jer nema masu. Zato ova načela idu ruku pod ruku. Kad bi stvari mogle putovati brže od svjetlosti, pokoravale bi se temeljnim zakonima koji opisuju kako svemir funkcionira. Ovo su ključna načela. Sada možemo govoriti o nekoliko iznimaka i izuzetaka.

S jedne strane, iako nismo vidjeli ništa što ide brže od svjetlosti, to ne znači da se ovo ograničenje brzine teoretski ne može nadmašiti pod vrlo specifičnim uvjetima. Uzmimo za primjer širenje samog Svemira. Galaksije u svemiru udaljavaju se jedna od druge brzinama znatno većim od brzine svjetlosti.

Još jedna zanimljiva situacija odnosi se na čestice koje istodobno dijele ista svojstva, bez obzira na to koliko su međusobno udaljene. Ovo je takozvana "kvantna isprepletenost". Foton će se vrtjeti gore-dolje, nasumično birajući između dva moguća stanja, ali odabir smjera vrtnje točno će se odraziti na drugi foton negdje drugdje ako se zapetljaju.

Dva znanstvenika, svaki proučavajući svoj foton, dobili bi isti rezultat u isto vrijeme, brže nego što bi brzina svjetlosti mogla dopustiti.

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

Što se tiče dvojice znanstvenika sa svojim fotonima, iako su mogli dobiti jedan rezultat u isto vrijeme, nisu mogli dati do znanja jedan drugome brže nego što svjetlost putuje između njih.

"To nam ne stvara probleme, jer ako možete slati signale brže od svjetlosti, dobivate čudne paradokse prema kojima se informacije mogu nekako vratiti u prošlost", kaže Kolthammer.

Postoji još jedan mogući način da se putovanje bržim od svjetlosti učini tehnički mogućim: pukotine u prostorvremenu koje bi omogućile putniku da pobjegne pravilima normalnog putovanja.

Gerald Cleaver sa Sveučilišta Baylor u Teksasu vjeruje da ćemo jednog dana moći izgraditi letjelicu koja putuje brže od svjetlosti. Koji se kreće kroz crvotočinu. Crvotočine su petlje u prostor-vremenu koje se savršeno uklapaju u Einsheinove teorije. Mogli bi dopustiti astronautu da skoči s jednog kraja svemira na drugi preko anomalije u prostorvremenu, nekog oblika kozmičkog prečaca.

Objekt koji putuje kroz crvotočinu neće premašiti brzinu svjetlosti, ali bi teoretski mogao stići do odredišta brže od svjetlosti koja ide "normalnom" stazom. Ali crvotočine mogu biti potpuno nedostupne svemirskim putovanjima. Može li postojati drugi način da se aktivno iskrivi prostor-vrijeme da se kreće brže od 300 000 km/s u odnosu na nekog drugog?

Cleaver je također istraživao ideju "Alcubierreovog motora", koju je predložio teorijski fizičar Miguel Alcubierre 1994. Opisuje situaciju u kojoj se prostor-vrijeme skuplja ispred letjelice, gurajući je naprijed, i širi iza nje, također je gurajući naprijed. "Ali onda su se pojavili problemi", kaže Cleaver, "kako to učiniti i koliko će energije biti potrebno."

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

"Zamislili smo brod 10m x 10m x 10m - 1000 kubičnih metara - i izračunali da bi količina energije potrebna za pokretanje procesa bila ekvivalentna masi cijelog Jupitera."

Nakon toga se energija mora stalno “dodavati” kako se proces ne bi završio. Nitko ne zna hoće li to ikada biti moguće ili kako će izgledati potrebna tehnologija. "Ne želim da me se stoljećima citira kao da sam predvidio nešto što se nikada neće dogoditi", kaže Cleaver, "ali još ne vidim rješenja."

Dakle, putovanje brže od brzine svjetlosti u ovom trenutku ostaje znanstvena fantastika. Do sada, jedini način da se posjeti egzoplanet tijekom života je uroniti u duboku suspendiranu animaciju. A ipak nije sve loše. Većinu vremena razgovarali smo o vidljivom svjetlu. Ali u stvarnosti, svjetlo je puno više od toga. Od radio valova i mikrovalova do vidljive svjetlosti, ultraljubičastog zračenja, X-zraka i gama zraka koje emitiraju atomi dok se raspadaju, sve ove prekrasne zrake sastoje se od iste stvari: fotona.

Razlika je u energiji, a time i u valnoj duljini. Ove zrake zajedno čine elektromagnetski spektar. Činjenica da radio valovi, na primjer, putuju brzinom svjetlosti nevjerojatno je korisna za komunikaciju.

U svom istraživanju Kolthammer stvara sklop koji koristi fotone za prijenos signala s jednog dijela kruga na drugi, tako da je dobro kvalificiran komentirati korisnost nevjerojatne brzine svjetlosti.

"Sama činjenica da smo izgradili infrastrukturu interneta, na primjer, i radija prije njega, temeljenu na svjetlosti, ima veze s lakoćom kojom je možemo prenijeti", napominje. I dodaje da svjetlost djeluje kao komunikacijska snaga Svemira. Kada su elektroni unutra mobitel počne tresti, fotoni izlete i uzrokuju podrhtavanje elektrona u drugom mobilnom telefonu. Tako se rađa telefonski poziv. Drhtanje elektrona na Suncu također emitira fotone - u ogromnim količinama - koji, naravno, tvore svjetlost, dajući životu na Zemlji toplinu i, hm, svjetlost.

Svjetlost je univerzalni jezik svemira. 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, nego kako se brže kretati kroz ovaj prostor i ovo vrijeme? Ići u korijen, da tako kažem?