Sence lahko potujejo hitreje od svetlobe, vendar ne morejo prenašati snovi ali informacij

Je nadsvetlobni let mogoč?

Razdelki tega članka so podnaslovljeni in na vsak razdelek se lahko sklicujete ločeno.

Preprosti primeri superluminalnega potovanja

1. Čerenkov učinek

Ko govorimo o gibanju s superluminalnimi hitrostmi, mislimo na hitrost svetlobe v vakuumu c(299.792.458 m/s). Zato Čerenkovega učinka ne moremo obravnavati kot primer gibanja pri nadsvetlobni hitrosti.

2. Tretji opazovalec

Če je raketa A hitro odleti od mene 0,6c proti zahodu in raketa B hitro odleti od mene 0,6c proti vzhodu, potem vidim, da je razdalja med A in B narašča s hitrostjo 1.2c. Opazovanje leta raket A in B od zunaj tretji opazovalec vidi, da je skupna hitrost odstranitve izstrelka večja od c .

Vendar relativna hitrost ni enaka vsoti hitrosti. Raketna hitrost A glede na raketo B je hitrost, s katero se razdalja do rakete povečuje A, ki ga vidi opazovalec, ki leti na raketi B. Relativno hitrost je treba izračunati z uporabo relativistične formule za seštevanje hitrosti. (Glejte Kako seštejete hitrosti v posebni teoriji relativnosti?) V tem primeru je relativna hitrost približno enaka 0,88c. Torej v tem primeru nismo dobili superluminalne hitrosti.

3. Svetloba in senca

Pomislite, kako hitro se lahko premika senca. Če je svetilka blizu, se senca vašega prsta na oddaljeni steni premika veliko hitreje, kot se premika vaš prst. Ko premikate prst vzporedno s steno, je hitrost sence D/d krat hitreje od hitrosti vašega prsta. Tukaj d- razdalja od svetilke do prsta in D- od svetilke do stene. Hitrost bo še večja, če bo stena postavljena pod kotom. Če je stena zelo oddaljena, bo gibanje sence zaostajalo za gibanjem prsta, saj svetloba potrebuje čas, da doseže steno, vendar se bo hitrost sence, ki se giblje po steni, še povečala. Hitrost sence ni omejena s hitrostjo svetlobe.

Drug predmet, ki lahko potuje hitreje od svetlobe, je svetlobna točka laserja, usmerjenega v Luno. Razdalja do Lune je 385.000 km. Z rahlimi tresljaji laserskega kazalca v roki lahko sami izračunate hitrost, s katero se svetlobna lisa premika po površini Lune. Morda vam bo všeč tudi primer vala, ki pod rahlim kotom udari v ravno črto obale. S kakšno hitrostjo se lahko točka presečišča vala in obale premika po obali?

Vse te stvari se lahko zgodijo v naravi. Na primer, svetlobni žarek pulsarja lahko potuje vzdolž oblaka prahu. Močna eksplozija lahko ustvari sferične valove svetlobe ali sevanja. Ko se ti valovi sekajo s katero koli površino, se na tej površini pojavijo svetlobni krogi, ki se širijo hitreje od svetlobe. Ta pojav opazimo na primer, ko elektromagnetni impulz od bliska strele prehaja skozi zgornjo atmosfero.

4. Trdna

Če imate dolgo togo palico in udarite po enem koncu palice, se drugi konec ne bo takoj premaknil? Ali ni to način superluminalnega prenosa informacij?

Res bi bilo če Bila so popolnoma toga telesa. V praksi se udarec po palici prenaša s hitrostjo zvoka, ki je odvisna od elastičnosti in gostote materiala palice. Poleg tega relativnostna teorija omejuje možne hitrosti zvoka v materialu z vrednostjo c .

Enak princip velja, če držite vrvico ali palico navpično, jo spustite in začne padati pod vplivom gravitacije. Zgornji konec, ki ga izpustite, začne takoj padati, spodnji konec pa se bo začel premikati šele čez nekaj časa, saj se izginotje držalne sile prenaša po palici navzdol s hitrostjo zvoka v materialu.

Formulacija relativistične teorije elastičnosti je precej zapletena, vendar je splošno idejo mogoče ponazoriti z uporabo Newtonove mehanike. Enačbo za vzdolžno gibanje idealno prožnega telesa lahko izpeljemo iz Hookovega zakona. Označimo linearno gostoto palice ρ , Youngov modul elastičnosti Y. Vzdolžni premik X izpolnjuje valovno enačbo

ρ d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0

Raztopina ravnih valov se giblje s hitrostjo zvoka s, ki se določi iz formule s 2 = Y/ρ. Valovna enačba ne dovoljuje, da bi se motnje v mediju gibale hitreje od hitrosti s. Poleg tega relativnostna teorija omejuje velikost elastičnosti: Y< ρc 2 . V praksi se noben znan material ne približa tej meji. Upoštevajte tudi, da tudi če je hitrost zvoka blizu c, potem se sama snov ne giblje nujno z relativistično hitrostjo.

Čeprav v naravi ni trdnih teles, obstajajo gibanje togih teles, s katerim je mogoče premagati svetlobno hitrost. Ta tema se nanaša na že opisani del senc in svetlih delov. (Glej Superluminalne škarje, Togi vrteči se disk v relativnosti).

5. Fazna hitrost

Valovna enačba
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0

ima rešitev v obliki
u = A cos(ax - bt), c 2 a 2 - b 2 + w 2 = 0

To so sinusni valovi, ki se širijo s hitrostjo v
v = b/a = sqrt(c 2 + w 2 /a 2)

Ampak to je več kot c. Mogoče je to enačba za tahione? (glej nadaljnje poglavje). Ne, to je navadna relativistična enačba za delec z maso.

Če želite odpraviti paradoks, morate razlikovati med "fazno hitrostjo" v ph in "skupinska hitrost" v gr, in
v ph ·v gr = c 2

Valovna rešitev ima lahko frekvenčno disperzijo. V tem primeru se valovni paket giblje s skupinsko hitrostjo, ki je manjša od c. Z uporabo valovnega paketa se informacije lahko prenašajo samo s skupinsko hitrostjo. Valovi v valovnem paketu se gibljejo s fazno hitrostjo. Fazna hitrost je še en primer superluminalnega gibanja, ki ga ni mogoče uporabiti za prenos sporočil.

6. Superluminalne galaksije

7. Relativistična raketa

Naj opazovalec na Zemlji vidi vesoljsko ladjo, ki se oddaljuje s hitrostjo 0,8c V skladu z teorija relativnosti, bo videl, da ura na vesoljski ladji teče 5/3-krat počasneje. Če razdaljo do ladje delimo s časom leta glede na uro na krovu, dobimo hitrost 4/3c. Opazovalec sklepa, da bo pilot ladje s pomočjo svoje ure na krovu tudi ugotovil, da leti s supersvetlobno hitrostjo. Z vidika pilota njegova ura teče normalno, vendar se je medzvezdni prostor skrčil za 5/3-krat. Zato znane razdalje med zvezdami preleti hitreje, s hitrostjo 4/3c .

Toda to še vedno ni nadsvetlobni let. Hitrosti ne morete izračunati z razdaljo in časom, definiranim v različnih referenčnih sistemih.

8. Hitrost gravitacije

Nekateri vztrajajo, da je hitrost gravitacije veliko večja c ali celo neskončno. Preverite Ali gravitacija potuje s svetlobno hitrostjo? in kaj je gravitacijsko sevanje? Gravitacijske motnje in gravitacijski valovi se širijo s hitrostjo c .

9. Paradoks EPR

10. Virtualni fotoni

11. Učinek kvantnega tunela

V kvantni mehaniki učinek tuneliranja omogoča delcu, da premaga oviro, tudi če za to nima dovolj energije. Možno je izračunati čas tuneliranja skozi takšno pregrado. In lahko se izkaže, da je manjša od tiste, ki je potrebna, da svetloba preleti isto razdaljo s hitrostjo c. Bi se to lahko uporabilo za prenos sporočil, hitrejši od svetlobe?

Kvantna elektrodinamika pravi "Ne!" Izveden pa je bil poskus, ki je pokazal superluminalni prenos informacij z uporabo tunelskega učinka. Skozi oviro širine 11,4 cm pri hitrosti 4,7 c Mozartova štirideseta simfonija je bila prenesena. Razlaga tega poskusa je zelo sporna. Večina fizikov verjame, da učinka tunela ni mogoče uporabiti za prenos informacije hitreje od svetlobe. Če bi bilo to mogoče, zakaj ne bi prenašali signala v preteklost s postavitvijo opreme v hitro premikajoči se referenčni okvir.

17. Kvantna teorija polja

Z izjemo gravitacije vsi opazovani fizikalni pojavi ustrezajo standardnemu modelu. Standardni model je relativistična kvantna teorija polja, ki pojasnjuje elektromagnetne in jedrske interakcije ter vse znane delce. V tej teoriji kateri koli par operatorjev, ki ustreza fizičnim opazovalcem, ločenim z prostorom podobnim intervalom dogodkov, »komutira« (to pomeni, vrstni red teh operatorjev je mogoče spremeniti). Načeloma to pomeni, da v standardnem modelu trk ne more potovati hitreje od svetlobe, in to lahko štejemo za ekvivalent kvantnega polja argumentu neskončne energije.

Vendar pa ni brezhibno strogih dokazov za kvantno teorijo polja standardnega modela. Nihče še ni niti dokazal, da je ta teorija notranje konsistentna. Najverjetneje temu ni tako. Vsekakor pa ni zagotovila, da še ne obstajajo neodkriti delci ali sile, ki ne upoštevajo prepovedi superluminalnega potovanja. Prav tako ni posplošitve te teorije, ki bi vključevala gravitacijo in splošno relativnost. Mnogi fiziki, ki delajo na področju kvantne gravitacije, dvomijo, da se bodo preproste ideje o vzročnosti in lokalnosti posplošile. Nobenega zagotovila ni, da bo v prihodnji popolnejši teoriji svetlobna hitrost ohranila pomen končne hitrosti.

18. Paradoks dedka

V posebni teoriji relativnosti delec, ki potuje hitreje od svetlobe v enem referenčnem okviru, potuje nazaj v času v drugem referenčnem okviru. FTL potovanje ali prenos informacij bi omogočilo potovanje ali pošiljanje sporočila v preteklost. Če bi bilo takšno potovanje skozi čas možno, bi se lahko vrnili v preteklost in spremenili tok zgodovine tako, da bi ubili svojega dedka.

To je zelo resen argument proti možnosti superluminalnega potovanja. Res je, da ostaja skoraj neverjetna možnost, da je mogoče nekaj omejenega nadsvetlobnega potovanja, ki preprečuje vrnitev v preteklost. Ali pa je morda potovanje skozi čas možno, vendar je vzročnost na nek dosleden način kršena. Vse to je zelo namišljeno, a če govorimo o supersvetlobnem potovanju, je bolje biti pripravljen na nove ideje.

Velja tudi obratno. Če bi lahko potovali nazaj v čas, bi lahko premagali svetlobno hitrost. Lahko se vrnete v preteklost, odletite nekam z nizko hitrostjo in prispete tja, preden prispe svetloba, poslana na običajen način. Za podrobnosti o tej temi glejte Potovanje skozi čas.

Odprta vprašanja o potovanju, hitrejšem od svetlobe

V tem zadnjem delu bom opisal nekaj resnih zamisli o možnem potovanju, hitrejšem od svetlobe. Te teme niso pogosto vključene v pogosta vprašanja, ker se zdijo manj kot odgovori in bolj kot številna nova vprašanja. Tukaj so vključeni, da pokažejo, da se v tej smeri izvajajo resne raziskave. Podan je le kratek uvod v temo. Podrobnosti najdete na internetu. Kot do vsega na internetu, bodite do njih kritični.

19. Tahioni

Tahioni so hipotetični delci, ki lokalno potujejo hitreje od svetlobe. Za to morajo imeti namišljeno maso. Poleg tega sta energija in zagon tahiona realni količini. Nobenega razloga ni za domnevo, da superluminalnih delcev ni mogoče zaznati. Sence in poudarki lahko potujejo hitreje od svetlobe in jih je mogoče zaznati.

Doslej tahionov še niso našli in fiziki dvomijo o njihovem obstoju. Obstajajo trditve, da so bili v poskusih za merjenje mase nevtrinov, ki nastanejo pri beta razpadu tritija, nevtrini tahioni. To je dvomljivo, vendar še ni dokončno ovrženo.

S tahionsko teorijo obstajajo težave. Poleg tega, da lahko tahioni motijo ​​vzročnost, povzročajo tudi nestabilnost vakuuma. Tem težavam se bo morda mogoče izogniti, vendar tudi takrat ne bomo mogli uporabiti tahionov za superluminalni prenos sporočil.

Večina fizikov verjame, da je pojav tahionov v teoriji znak nekaterih težav v tej teoriji. Zamisel o tahionih je v javnosti tako priljubljena preprosto zato, ker so pogosto omenjeni v literaturi znanstvene fantastike. Glej Tahioni.

20. Črvine

Najbolj znana metoda globalnega superluminalnega potovanja je uporaba črvinih lukenj. Črvina luknja je rez v prostoru-času od ene točke v vesolju do druge, ki vam omogoča, da potujete od enega konca luknje do drugega hitreje kot običajna pot. Črvine opisuje splošna teorija relativnosti. Če jih želite ustvariti, morate spremeniti topologijo prostora-časa. Morda bo to postalo mogoče v okviru kvantne teorije gravitacije.

Če želite ohraniti odprto črvino, potrebujete področja prostora z negativno energijo. C.W.Misner in K.S.Thorne sta predlagala uporabo Casimirjevega učinka v velikem obsegu za ustvarjanje negativne energije. Visser je za to predlagal uporabo kozmičnih strun. To so zelo špekulativne zamisli in morda ne bodo možne. Morda zahtevana oblika eksotične snovi z negativno energijo ne obstaja.

Septembra 2011 je fizik Antonio Ereditato šokiral ves svet. Izjava, ki jo je dal, je obljubila, da bo spremenila celotno razumevanje vesolja. In če so bili podatki, ki jih je zbralo 160 znanstvenikov, ki sodelujejo v programu OPERA, pravilni, potem je to pomenilo, da je bilo odkrito nekaj neverjetnega. Delci, v tem primeru nevtrini, so se gibali hitreje od svetlobne hitrosti.

Neverjetno odkritje

Po Einsteinovih teorijah relativnosti se to ne bi smelo zgoditi. In posledice dokazovanja, da se je to res zgodilo, bi bile ogromne. Veliko točk v fiziki bi bilo treba pregledati. In medtem ko sta Ereditato in njegova ekipa poročala, da imata visoko stopnjo zaupanja v to, kar sta odkrila, nista rekla, da sta stoodstotno prepričana v točnost svojih opazovanj. Pravzaprav so prosili druge znanstvenike, da jim pomagajo razumeti, kaj se je zgodilo.

Napaka v poskusu

Posledično se je izkazalo, da je program OPERA napačen. Težava pri odčitavanju časa je bila posledica dejstva, da je bil kabel, ki naj bi prenašal neverjetno natančne signale satelitov GPS, slabo povezan. V skladu s tem je prišlo do nepričakovane zamude pri prenosu signala. Tako so imele meritve, kako dolgo je nevtrino prepotoval določeno razdaljo, napako približno 73 nanosekund. Zaradi tega se je zdelo, da se ti delci gibljejo hitreje kot delci svetlobe.

Posledice

Kljub meseci skrbnega testiranja pred začetkom poskusa, veliko število ponovna preverjanja informacij, pridobljenih med poskusom, so se tokrat znanstveniki še vedno zmotili. Ereditato je odstopil, čeprav je marsikdo ugotavljal, da se tovrstne napake v izjemno zapleteni tehnologiji pospeševalnikov delcev pojavljajo precej pogosto. Toda zakaj je že najmanjši namig, da se lahko nekaj premika hitreje od svetlobne hitrosti, tako pomemben? In ali so ljudje res prepričani, da tega nič ne more?

Hitrost svetlobe

Poglejmo si najprej drugo od teh vprašanj. Hitrost svetlobe v vakuumu je 299.792,458 kilometrov na sekundo - malo manj od lepo okrogle številke 300 tisoč kilometrov na sekundo. Je zelo hiter. Sonce je od Zemlje oddaljeno 150 milijonov kilometrov, svetloba pa do te poti potuje le v osmih minutah in dvajsetih sekundah. Ali lahko karkoli, kar je ustvaril človek, tekmuje s svetlobo? Eden najhitrejših objektov, kar jih je ustvaril človek, je vesoljska sonda New Horizons, ki je leta 2015 preletela Pluton in Charon. Največja hitrost, ki jo je lahko dosegel, je bila 16 kilometrov na sekundo, torej precej manj kot 300 tisoč kilometrov na sekundo.

Eksperiment z elektroni

Vendar pa je ljudem uspelo doseči, da se drobni delci premikajo z veliko večjimi hitrostmi. V zgodnjih šestdesetih je William Bertozzi na tehnološkem inštitutu Massachusetts eksperimentiral s pospeševanjem elektronov. Ker imajo elektroni negativen naboj, jih je mogoče z odbojem spraviti v gibanje, če je material nabit z enakim nabojem. Več kot je porabljene energije, hitrejši so postali elektroni.

Zakaj ne bi porabili največ energije?

Lahko bi pomislili, da je dovolj povečati uporabljeno energijo do te mere, da se hitrost delcev razvije do zahtevanih 300 tisoč kilometrov na sekundo. Vendar se je izkazalo, da se elektroni ne morejo premikati tako hitro. Bertozzijevi poskusi so pokazali, da uporaba več energije ne povzroči sorazmernega povečanja hitrosti elektronov. Uporabiti je moral vedno več energije, da je dosegel vedno manjše povečanje hitrosti delcev. Vedno bližje so se približevali svetlobni hitrosti, vendar je nikoli niso dosegli.

Nezmožnost dosežka

Predstavljajte si, da morate hoditi do vrat in delati korake, vendar bo vsak naslednji korak za polovico manjši od prejšnjega. Preprosto povedano, do vrat ne boste nikoli prišli, saj bo z vsakim naslednjim korakom med vami in vrati še vedno določena razdalja. Prav na to težavo je naletel Bertozzi pri svojem eksperimentu z elektroni. Vendar je svetloba sestavljena iz delcev, imenovanih fotoni. Zakaj se lahko ti delci gibljejo s svetlobno hitrostjo, če elektroni niso kos tej nalogi?

Lastnosti fotonov

Ko se predmet premika vedno hitreje, postaja vedno težji in zato težje pridobiva hitrost, zato nikoli ne bodo mogli doseči svetlobne hitrosti. Fotoni nimajo mase. Če bi imeli maso, se ne bi mogli premikati s svetlobno hitrostjo. Fotoni so edinstveni delci. Nimajo mase, ki jim daje neomejene možnosti pri gibanju v vakuumu jim ni treba pospeševati. Naravna energija, ki jo imajo, ko se gibljejo v valovih, poskrbi, da v trenutku nastanka fotoni že dosežejo svojo mejno hitrost.

25. marec 2017

FTL potovanje je eden od temeljev vesoljske znanstvene fantastike. Vendar verjetno vsi - tudi ljudje, ki so daleč od fizike - vedo, da je največja možna hitrost gibanja materialnih predmetov ali širjenja kakršnih koli signalov hitrost svetlobe v vakuumu. Označena je s črko c in je skoraj 300 tisoč kilometrov na sekundo; natančna vrednost c = 299.792.458 m/s.

Hitrost svetlobe v vakuumu je ena temeljnih fizikalnih konstant. Nezmožnost doseganja hitrosti, ki presega c, izhaja iz Einsteinove posebne teorije relativnosti (STR). Če bi se dokazalo, da je prenos signalov s supersvetlobnimi hitrostmi mogoč, bi teorija relativnosti padla. Doslej se to ni zgodilo, kljub številnim poskusom, da bi ovrgli prepoved obstoja hitrosti nad c. Vendar so nedavne eksperimentalne študije pokazale nekatere zelo zanimivi pojavi, kar kaže, da je v posebej ustvarjenih pogojih mogoče opazovati nadsvetlobne hitrosti in hkrati niso kršena načela relativnostne teorije.

Za začetek se spomnimo glavnih vidikov, povezanih s problemom svetlobne hitrosti.

Najprej: zakaj je (v normalnih pogojih) nemogoče preseči mejo svetlobe? Ker je takrat kršen temeljni zakon našega sveta – zakon vzročnosti, po katerem posledica ne more biti pred vzrokom. Nihče še ni opazil, da bi na primer medved najprej padel mrtev, nato pa lovec ustrelil. Pri hitrostih, ki presegajo c, se zaporedje dogodkov obrne, časovni trak se previje nazaj. To je enostavno preveriti iz naslednjega preprostega razmišljanja.

Predpostavimo, da smo na nekakšni vesoljski čudežni ladji, ki se premika hitreje od svetlobe. Potem bi postopoma dohitevali svetlobo, ki jo oddaja vir vedno prej. Najprej bi dohiteli fotone, oddane recimo včeraj, nato tiste, oddane predvčerajšnjim, nato teden, mesec, leto nazaj itd. Če bi bil vir svetlobe ogledalo, ki odseva življenje, potem bi najprej videli dogodke včeraj, nato predvčerajšnjim in tako naprej. Lahko bi videli, recimo, starca, ki se postopoma spreminja v moškega srednjih let, nato v mladeniča, v mladostnika, v otroka ... Se pravi, čas bi zavrtel nazaj, iz sedanjosti bi se premaknili v preteklost. Vzroki in posledice bi potem zamenjali mesta.

Čeprav ta razprava popolnoma ignorira tehnične podrobnosti procesa opazovanja svetlobe, s temeljnega vidika jasno dokazuje, da gibanje pri nadsvetlobnih hitrostih vodi v situacijo, ki je v našem svetu nemogoča. Vendar je narava postavila še strožje pogoje: nedosegljivo je gibanje ne le pri nadsvetlobni hitrosti, temveč tudi pri hitrosti, ki je enaka svetlobni hitrosti - le približati se ji je mogoče. Iz teorije relativnosti izhaja, da pri povečanju hitrosti gibanja nastanejo tri okoliščine: masa premikajočega se predmeta se poveča, njegova velikost v smeri gibanja se zmanjša in tok časa na tem predmetu se upočasni (od točke pogleda zunanjega »mirujočega« opazovalca). Pri običajnih hitrostih so te spremembe zanemarljive, ko pa se približujejo svetlobni hitrosti, postajajo vedno bolj opazne in v meji - pri hitrosti, ki je enaka c - masa postane neskončno velika, predmet popolnoma izgubi velikost v smeri gibanja in čas se na njem ustavi. Zato nobeno materialno telo ne more doseči svetlobne hitrosti. Takšno hitrost ima le svetloba sama! (In tudi "vseprodirajoči" delec - nevtrino, ki se tako kot foton ne more gibati s hitrostjo, manjšo od c.)

Zdaj o hitrosti prenosa signala. Tukaj je primerno uporabiti predstavitev svetlobe v obliki elektromagnetnega valovanja. Kaj je signal? To je nekaj informacij, ki jih je treba posredovati. Popoln elektromagnetno valovanje- to je neskončna sinusoida strogo ene frekvence in ne more nositi nobene informacije, ker vsako obdobje takšne sinusoide natančno ponavlja prejšnje. Hitrost gibanja faze sinusnega vala - tako imenovana fazna hitrost - lahko pod določenimi pogoji presega hitrost svetlobe v vakuumu v mediju. Tu ni nobenih omejitev, saj fazna hitrost ni hitrost signala – še ne obstaja. Če želite ustvariti signal, morate na valu narediti nekakšno "oznako". Takšna oznaka je lahko na primer sprememba katerega koli parametra valovanja - amplitude, frekvence ali začetne faze. Toda takoj, ko je znak narejen, val izgubi svojo sinusoidalnost. Postane moduliran, sestavljen iz niza preprostih sinusnih valov z različnimi amplitudami, frekvencami in začetnimi fazami - skupina valov. Hitrost, s katero se oznaka premika v moduliranem valu, je hitrost signala. Pri širjenju v mediju ta hitrost običajno sovpada s skupinsko hitrostjo, ki označuje širjenje zgoraj omenjene skupine valov kot celote (glej "Znanost in življenje" št. 2, 2000). V normalnih pogojih je skupinska hitrost in s tem hitrost signala manjša od hitrosti svetlobe v vakuumu. Izraz »v normalnih pogojih« ni naključno uporabljen tukaj, saj lahko v nekaterih primerih skupinska hitrost preseže c ali celo izgubi pomen, vendar se takrat ne nanaša na širjenje signala. Servis ugotovi, da je nemogoče prenašati signal s hitrostjo večjo od c.

Zakaj je temu tako? Ker je ovira za prenos kateregakoli signala s hitrostjo večjo od c isti zakon vzročnosti. Predstavljajmo si takšno situacijo. V neki točki A svetlobni blisk (dogodek 1) vklopi napravo, ki pošilja določen radijski signal, v oddaljeni točki B pa pod vplivom tega radijskega signala pride do eksplozije (dogodek 2). Jasno je, da je dogodek 1 (izbruh) vzrok, dogodek 2 (eksplozija) pa posledica, ki nastopi kasneje kot vzrok. A če bi se radijski signal širil z nadsvetlobno hitrostjo, bi opazovalec v bližini točke B najprej videl eksplozijo in šele nato vzrok eksplozije, ki ga je dosegel s hitrostjo svetlobnega bliska. Z drugimi besedami, za tega opazovalca bi se dogodek 2 zgodil prej kot dogodek 1, kar pomeni, da bi bila posledica pred vzrokom.

Umestno je poudariti, da je »superluminalna prepoved« relativnostne teorije naložena samo gibanju materialnih teles in prenosu signalov. V mnogih situacijah je možno gibanje s katero koli hitrostjo, vendar to ne bo gibanje materialnih predmetov ali signalov. Na primer, predstavljajte si dva dokaj dolga ravnila, ki ležita v isti ravnini, od katerih je eden vodoraven, drugi pa ga seka pod majhnim kotom. Če prvo ravnilo premaknemo navzdol (v smeri, ki jo kaže puščica) z veliko hitrostjo, lahko dosežemo, da presečišče ravnil teče poljubno hitro, vendar ta točka ni materialno telo. Drug primer: če vzamete svetilko (ali recimo laser, ki proizvaja ozek žarek) in na hitro opišete lok v zraku, potem linearna hitrost Svetlobni žarek bo z razdaljo naraščal in na dovolj veliki razdalji presegel c. Svetlobna pega se bo gibala med točkama A in B s superluminalno hitrostjo, vendar to ne bo prenos signala od A do B, saj taka svetlobna pega ne nosi nobene informacije o točki A.

Zdi se, da je vprašanje nadsvetlobnih hitrosti rešeno. Toda v 60. letih dvajsetega stoletja so teoretični fiziki postavili hipotezo o obstoju superluminalnih delcev, imenovanih tahioni. To so zelo nenavadni delci: teoretično so možni, a da bi se izognili protislovjem s teorijo relativnosti, jim je bilo treba pripisati namišljeno maso mirovanja. Fizično namišljena masa ne obstaja, je čisto matematična abstrakcija. Vendar to ni povzročilo velikega preplaha, saj tahioni ne morejo mirovati - obstajajo (če obstajajo!) le pri hitrostih, ki presegajo svetlobno hitrost v vakuumu, in v tem primeru se masa tahionov izkaže za resnično. Tukaj je nekaj analogije s fotoni: foton ima ničelno maso mirovanja, vendar to preprosto pomeni, da foton ne more mirovati - svetlobe ni mogoče ustaviti.

Najtežje se je izkazalo, kot bi pričakovali, uskladiti tahionsko hipotezo z zakonom vzročnosti. Poskusi v tej smeri, čeprav precej genialni, niso privedli do očitnega uspeha. Tudi tahionov ni uspelo nikomur eksperimentalno registrirati. Posledično je zanimanje za tahione kot superluminalne osnovne delce postopoma zbledelo.

Vendar pa so v 60. letih eksperimentalno odkrili pojav, ki je sprva zmedel fizike. To je podrobno opisano v članku A. N. Oraevskega "Superluminalni valovi v ojačevalnih medijih" (UFN št. 12, 1998). Tukaj bomo na kratko povzeli bistvo zadeve in bralca, ki ga zanimajo podrobnosti, napotili na navedeni članek.

Kmalu po odkritju laserjev - v zgodnjih 60-ih - se je pojavil problem pridobivanja kratkih (trajajočih približno 1 ns = 10-9 s) svetlobnih impulzov velike moči. Da bi to naredili, je bil kratek laserski impulz prenesen skozi optični kvantni ojačevalnik. Impulz je bil razdeljen na dva dela z zrcalom, ki deli žarek. Eden od njih, močnejši, je bil poslan v ojačevalnik, drugi pa se je širil po zraku in služil kot referenčni impulz, s katerim je bilo mogoče primerjati impulz, ki gre skozi ojačevalnik. Oba impulza sta bila dovedena v fotodetektorje, njune izhodne signale pa je bilo mogoče vizualno opazovati na zaslonu osciloskopa. Pričakovano je bilo, da bo svetlobni impulz, ki gre skozi ojačevalnik, imel nekaj zamude v primerjavi z referenčnim impulzom, kar pomeni, da bo hitrost širjenja svetlobe v ojačevalniku manjša kot v zraku. Predstavljajte si začudenje raziskovalcev, ko so odkrili, da se impulz širi skozi ojačevalnik s hitrostjo, ne le večjo kot v zraku, ampak tudi nekajkrat večjo od hitrosti svetlobe v vakuumu!

Ko so si opomogli od prvega šoka, so fiziki začeli iskati razlog za tako nepričakovan rezultat. Nihče ni imel niti najmanjšega dvoma o načelih posebne teorije relativnosti in prav to je pripomoglo k pravilni razlagi: če so načela SRT ohranjena, potem je treba odgovor iskati v lastnostih ojačevalnega medija.

Ne da bi se spuščali v podrobnosti, bomo le poudarili, da je podrobna analiza mehanizma delovanja ojačevalnega medija popolnoma razjasnila situacijo. Bistvo je bila sprememba koncentracije fotonov med širjenjem impulza - sprememba, ki jo povzroči sprememba ojačanja medija do negativna vrednost med prehodom zadnjega dela impulza, ko medij že absorbira energijo, ker je lastna rezerva že porabljena zaradi njenega prenosa v svetlobni impulz. Absorpcija ne povzroči povečanja, temveč oslabitev impulza, s čimer se impulz okrepi v sprednjem delu in oslabi v zadnjem delu. Predstavljajmo si, da opazujemo impulz z napravo, ki se giblje s svetlobno hitrostjo v mediju ojačevalnika. Če bi bil medij prozoren, bi videli impulz zamrznjen v negibnosti. V okolju, v katerem poteka zgoraj omenjeni proces, bosta opazovalcu videti okrepitev prednjega roba in oslabitev zadnjega roba impulza tako, da se zdi, da je medij premaknil impulz naprej. Ker pa se naprava (opazovalec) giblje s svetlobno hitrostjo, impulz pa jo prehiti, potem je hitrost impulza večja od svetlobne! Ta učinek so zabeležili eksperimentatorji. In tu res ni nobenega protislovja s teorijo relativnosti: proces ojačanja je preprosto tak, da se koncentracija fotonov, ki so izšli prej, izkaže za večjo od tistih, ki so izšli pozneje. S supersvetlobno hitrostjo se ne gibljejo fotoni, temveč ovojnico impulza, zlasti njegov maksimum, ki ga opazujemo na osciloskopu.

Torej, medtem ko v običajnih medijih vedno prihaja do oslabitve svetlobe in zmanjšanja njene hitrosti, ki jo določa lomni količnik, v aktivnih laserskih medijih ne pride le do ojačanja svetlobe, temveč tudi do širjenja impulza s superluminalno hitrostjo.

Nekateri fiziki so poskušali eksperimentalno dokazati prisotnost nadsvetlobnega gibanja med učinkom tunela - enega najbolj neverjetni pojavi v kvantni mehaniki. Ta učinek je v tem, da mikrodelec (natančneje, mikroobjekt, v različni pogoji ki kaže tako lastnosti delca kot lastnosti valovanja) je sposoben prodreti skozi tako imenovano potencialno pregrado - pojav, ki je v klasični mehaniki popolnoma nemogoč (v katerem bi bila analogija naslednja situacija: žogica, vržena v steno končalo na drugi strani stene ali pa bi se valovito gibanje, ki ga posreduje vrv, privezana na steno, preneslo na vrv, privezano na steno na drugi strani). Bistvo tunelskega učinka v kvantni mehaniki je naslednje. Če mikroobjekt z določeno energijo na svoji poti naleti na območje s potencialno energijo, ki presega energijo mikroobjekta, je to območje zanj ovira, katere višina je določena z energijsko razliko. Toda mikroobjekt "pušča" skozi pregrado! To možnost mu daje znana Heisenbergova relacija negotovosti, zapisana za energijo in čas interakcije. Če se interakcija mikroobjekta s pregrado pojavi v dokaj določenem času, bo energija mikroobjekta, nasprotno, označena z negotovostjo, in če je ta negotovost reda višine pregrade, potem je slednja za mikroobjekt preneha biti nepremostljiva ovira. Prav hitrost preboja skozi potencialno pregrado je postala predmet raziskav številnih fizikov, ki menijo, da lahko preseže c.

Junija 1998 je v Kölnu potekal mednarodni simpozij o problemih superluminalnega gibanja, kjer so obravnavali rezultate, pridobljene v štirih laboratorijih - na Berkeleyju, na Dunaju, v Kölnu in v Firencah.

In končno, leta 2000 so se pojavila poročila o dveh novih poskusih, v katerih so se pojavili učinki nadsvetlobnega širjenja. Eno od njih je izvedel Lijun Wong s sodelavci na raziskovalnem inštitutu Princeton (ZDA). Njegov rezultat je, da svetlobni impulz, ki vstopi v komoro, napolnjeno s cezijevimi hlapi, poveča svojo hitrost za 300-krat. Izkazalo se je, da glavnina impulza zapusti oddaljeno steno komore celo prej, kot je impulz vstopil v komoro skozi sprednjo steno. To stanje ni v nasprotju le z zdravo pametjo, ampak v bistvu s teorijo relativnosti.

Sporočilo L. Wonga je povzročilo burno razpravo med fiziki, ki večinoma niso bili naklonjeni temu, da bi v dobljenih rezultatih videli kršitev načel relativnosti. Izziv, verjamejo, je pravilno razložiti ta poskus.

V poskusu L. Wonga je svetlobni impulz, ki je vstopil v komoro s cezijevimi hlapi, trajal približno 3 μs. Atomi cezija lahko obstajajo v šestnajstih možnih kvantnomehanskih stanjih, imenovanih "hiperfini magnetni podnivoji osnovnega stanja". Z uporabo optičnega laserskega črpanja so bili skoraj vsi atomi spravljeni le v eno od teh šestnajstih stanj, ki ustreza skoraj absolutni ničelni temperaturi na Kelvinovi lestvici (-273,15 °C). Dolžina cezijeve komore je bila 6 centimetrov. V vakuumu potuje svetloba 6 centimetrov v 0,2 ns. Kot so pokazale meritve, je svetlobni impulz prešel skozi komoro s cezijem v času, ki je bil za 62 ns krajši kot v vakuumu. Z drugimi besedami, čas, ki je potreben, da impulz preide skozi cezijev medij, ima predznak minus! Dejansko, če odštejemo 62 ns od 0,2 ns, dobimo "negativen" čas. Ta "negativna zamuda" v mediju - nerazumljiv časovni skok - je enaka času, v katerem bi impulz naredil 310 prehodov skozi komoro v vakuumu. Posledica tega "časovnega preobrata" je bila, da se je impulz, ki je zapustil komoro, uspel premakniti 19 metrov stran od nje, preden je vhodni impulz dosegel bližnjo steno komore. Kako razložiti tako neverjetno situacijo (če seveda ne dvomimo o čistosti eksperimenta)?

Sodeč po razpravi, ki poteka, natančne razlage še ni bilo, vendar ni dvoma, da tu igrajo vlogo nenavadne disperzijske lastnosti medija: cezijeva para, sestavljena iz atomov, ki jih vzbuja laserska svetloba, je medij z nenormalno disperzijo . Naj se na kratko spomnimo, kaj je.

Disperzija snovi je odvisnost faznega (navadnega) lomnega količnika n od valovne dolžine svetlobe l. Pri normalni disperziji se lomni količnik povečuje z zmanjševanjem valovne dolžine, in to velja za steklo, vodo, zrak in vse druge snovi, ki so prosojne za svetlobo. V snoveh, ki močno absorbirajo svetlobo, se potek lomnega količnika s spremembo valovne dolžine obrne in postane precej bolj strm: z zmanjšanjem l (povečanje frekvence w) se lomni količnik močno zmanjša in v določenem območju valovne dolžine postane manjši od enote ( fazna hitrost Vf > s ). To je nenormalna disperzija, pri kateri se vzorec širjenja svetlobe v snovi radikalno spremeni. Skupinska hitrost Vgr postane večja od fazne hitrosti valov in lahko preseže svetlobno hitrost v vakuumu (in postane tudi negativna). L. Wong opozarja na to okoliščino kot razlog, ki je podlaga za možnost razlage rezultatov njegovega eksperimenta. Opozoriti pa je treba, da je pogoj Vgr > c čisto formalen, saj je bil koncept skupinske hitrosti uveden za primer majhne (normalne) disperzije, za prozorne medije, ko skupina valov skoraj ne spremeni svoje oblike med razmnoževanjem. V območjih nenormalne disperzije se svetlobni impulz hitro deformira in koncept skupinske hitrosti izgubi pomen; v tem primeru sta uvedena koncepta hitrosti signala in hitrosti širjenja energije, ki v prozornih medijih sovpadata s skupinsko hitrostjo, v medijih z absorpcijo pa ostaneta manjša od hitrosti svetlobe v vakuumu. Toda tukaj je zanimivo pri Wongovem eksperimentu: svetlobni impulz, ki gre skozi medij z nenormalno disperzijo, se ne deformira - natančno ohrani svojo obliko! In to ustreza predpostavki, da se impulz širi s skupinsko hitrostjo. Če pa je tako, potem se izkaže, da absorpcije v mediju ni, čeprav je anomalna disperzija medija posledica ravno absorpcije! Wong sam, čeprav priznava, da ostaja veliko nejasnega, verjame, da je to, kar se dogaja v njegovi eksperimentalni postavitvi, mogoče v prvem približku jasno razložiti na naslednji način.

Svetlobni impulz je sestavljen iz številnih komponent z različnimi valovnimi dolžinami (frekvencami). Slika prikazuje tri od teh komponent (valovi 1-3). V nekem trenutku so vsi trije valovi v fazi (njihovi maksimumi sovpadajo); tukaj se seštejeta, krepita drug drugega in tvorita impulz. Z nadaljnjim širjenjem v vesolju se valovi defazirajo in se tako "izničijo".

V območju anomalne disperzije (znotraj cezijeve celice) postane val, ki je bil krajši (val 1), daljši. Nasprotno, val, ki je bil najdaljši od treh (val 3), postane najkrajši.

Posledično se faze valov ustrezno spreminjajo. Ko valovi preidejo skozi cezijevo celico, se njihove valovne fronte obnovijo. Po neobičajni fazni modulaciji v snovi z nenormalno disperzijo se zadevni trije valovi na neki točki znova znajdejo v fazi. Tu se ponovno seštejejo in tvorijo impulz popolnoma enake oblike kot tisti, ki vstopa v cezijev medij.

Običajno v zraku in pravzaprav v katerem koli prosojnem mediju z normalno disperzijo svetlobni impulz ne more natančno ohraniti svoje oblike, ko se širi na oddaljeno razdaljo, kar pomeni, da vseh njegovih komponent ni mogoče fazirati na kateri koli oddaljeni točki vzdolž poti širjenja. In v normalnih pogojih se čez nekaj časa na tako oddaljeni točki pojavi svetlobni utrip. Vendar pa se je zaradi nenavadnih lastnosti medija, uporabljenega v poskusu, izkazalo, da je impulz na oddaljeni točki fazni na enak način kot pri vstopu v ta medij. Svetlobni impulz se torej obnaša, kot da bi imel na poti do oddaljene točke negativni časovni zamik, to pomeni, da bi do nje prišel ne pozneje, temveč prej, kot je šel skozi medij!

Večina fizikov je nagnjena k temu, da ta rezultat povezuje s pojavom predhodnika nizke intenzivnosti v disperzivnem mediju komore. Dejstvo je, da med spektralno razgradnjo impulza spekter vsebuje komponente poljubno visokih frekvenc z zanemarljivo majhno amplitudo, tako imenovano predhodnico, ki gre pred "glavnim delom" impulza. Narava vzpostavitve in oblika prekurzorja sta odvisni od zakona disperzije v mediju. Glede na to je predlagano, da se zaporedje dogodkov v Wongovem poskusu razlaga na naslednji način. Prihajajoči val, ki "razteguje" znanilca pred seboj, se približuje kameri. Preden vrh vhodnega vala zadene bližnjo steno komore, predhodnik sproži pojav impulza v komori, ki doseže oddaljeno steno in se od nje odbije ter tvori "obratni val". Ta val, ki se širi 300-krat hitreje od c, doseže bližnjo steno in se sreča z prihajajočim valom. Vrhovi enega vala se srečajo s koriti drugega, tako da se uničijo in posledično ne ostane nič. Izkazalo se je, da prihajajoči val "poplača dolg" atomom cezija, ki so mu "posodili" energijo na drugem koncu komore. Kdorkoli bi opazoval samo začetek in konec eksperimenta, bi videl le utrip svetlobe, ki je "skočil" naprej v času in se gibal hitreje od c.

L. Wong meni, da njegov eksperiment ni v skladu s teorijo relativnosti. Trditev o nedosegljivosti nadsvetlobne hitrosti po njegovem mnenju velja samo za objekte z maso mirovanja. Svetlobo lahko predstavimo bodisi v obliki valov, za katere koncept mase na splošno ni uporaben, bodisi v obliki fotonov z maso mirovanja, kot je znano, enako nič. Zato hitrost svetlobe v vakuumu po Wongu ni meja. Vendar Wong priznava, da učinek, ki ga je odkril, ne omogoča prenosa informacij s hitrostjo, večjo od c.

"Informacija je že vsebovana v sprednjem robu impulza," pravi P. Milonni, fizik iz Nacionalnega laboratorija Los Alamos v Združenih državah Amerike. "In lahko daje vtis, da pošilja informacije hitreje od svetlobe, tudi ko ne pošiljajo."

Večina fizikov verjame, da novo delo ne zadaje močnega udarca temeljnim načelom. Vendar vsi fiziki ne verjamejo, da je problem rešen. Profesor A. Ranfagni iz italijanske raziskovalne skupine, ki je leta 2000 izvedla še en zanimiv poskus, meni, da je vprašanje še vedno odprto. Ta poskus, ki so ga izvedli Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni in Rocco Ruggeri, je odkril, da radijski valovi centimetrskega valovanja v običajnem zračnem prometu potujejo s hitrostjo, ki je 25 % hitrejša od c.

Če povzamemo, lahko rečemo naslednje.

dela V zadnjih letih kažejo, da pod določenimi pogoji dejansko lahko pride do nadsvetlobne hitrosti. Toda kaj točno se giblje pri nadsvetlobnih hitrostih? Teorija relativnosti, kot že rečeno, prepoveduje takšno hitrost za materialna telesa in za signale, ki prenašajo informacije. Kljub temu nekateri raziskovalci zelo vztrajno poskušajo dokazati premagovanje svetlobne pregrade posebej za signale. Razlog za to je v dejstvu, da v posebni teoriji relativnosti ni stroge matematične utemeljitve (temelječe recimo na Maxwellovih enačbah za elektromagnetno polje) nezmožnosti prenosa signalov s hitrostjo, večjo od c. Takšna nezmožnost v STR je ugotovljena, lahko bi rekli, čisto aritmetično, na podlagi Einsteinove formule za seštevanje hitrosti, vendar je to temeljno potrjeno z načelom vzročnosti. Sam Einstein, ko je obravnaval vprašanje superluminalnega prenosa signala, je zapisal, da v tem primeru "... smo prisiljeni razmišljati o možnem mehanizmu prenosa signala, v katerem je doseženo dejanje pred vzrokom. Toda, čeprav to izhaja iz povsem logične točke pogled ne vsebuje samega sebe, po mojem mnenju ni nobenih protislovij; vendar je tako v nasprotju z naravo našega celotnega izkustva, da se zdi nezmožnost predpostavke V > c dovolj dokazana." Načelo vzročnosti je temelj nezmožnosti superluminalnega prenosa signala. In očitno se bodo vsa iskanja nadsvetlobnih signalov brez izjeme spotaknila ob ta kamen, ne glede na to, kako zelo bi si eksperimentatorji želeli zaznati takšne signale, kajti taka je narava našega sveta.

A vseeno si predstavljajmo, da bo matematika relativnosti še vedno delovala pri nadsvetlobnih hitrostih. To pomeni, da teoretično še lahko ugotovimo, kaj bi se zgodilo, če bi telo preseglo svetlobno hitrost.

Predstavljajmo si dve vesoljski ladji, ki letita z Zemlje proti zvezdi, ki je od našega planeta oddaljena 100 svetlobnih let. Prva ladja zapusti Zemljo pri 50-odstotni svetlobni hitrosti, tako da bo trajalo 200 let, da konča pot. Druga ladja, opremljena s hipotetičnim warp pogonom, bo potovala z 200% svetlobno hitrostjo, vendar 100 let za prvo. Kaj se bo zgodilo?

Po teoriji relativnosti je pravilen odgovor v veliki meri odvisen od perspektive opazovalca. Z Zemlje bo videti, da je prva ladja že prepotovala precejšnjo razdaljo, preden jo je prehitela druga ladja, ki se premika štirikrat hitreje. Toda z vidika ljudi na prvi ladji je vse malo drugače.

Ladja št. 2 se premika hitreje od svetlobe, kar pomeni, da lahko celo prehiti svetlobo, ki jo sama oddaja. Posledica tega je nekakšen "svetlobni val" (podoben zvočnemu valu, le da namesto zračnih vibracij vibrirajo svetlobni valovi), kar povzroči več zanimivih učinkov. Spomnimo se, da se svetloba z ladje #2 premika počasneje kot ladja sama. Rezultat bo vizualno podvojitev. Z drugimi besedami, najprej bo posadka ladje št. 1 videla, da se je druga ladja poleg njih pojavila kot od nikoder. Potem bo svetloba z druge ladje dosegla prvo z majhno zamudo in rezultat bo vidna kopija, ki se bo z rahlim zamikom premikala v isto smer.

Nekaj ​​podobnega je mogoče videti v računalniške igre ko zaradi okvare sistema motor naloži model in njegove algoritme na končni točki gibanja hitreje, kot se konča sama animacija gibanja, tako da pride do večkratnih posnetkov. Verjetno zato naša zavest ne dojema tistega hipotetičnega vidika vesolja, v katerem se telesa gibljejo z nadsvetlobnimi hitrostmi – morda je tako najbolje.

P.S. ... ampak v zadnji primer Nekaj ​​mi ni jasno, zakaj je resnični položaj ladje povezan s "svetlobo, ki jo oddaja"? No, tudi če ga vidijo na napačnem mestu, bo v resnici prehitel prvo ladjo!

viri

Že v šoli so nas učili, da je svetlobne hitrosti nemogoče preseči, zato je gibanje človeka v vesolju velik nerešljiv problem (kako poleteti do najbližjega sončnega sistema, če lahko svetloba to razdaljo premaga le v nekaj minutah). Tisoč let?). Morda so ameriški znanstveniki našli način za letenje s super hitrostmi, ne le brez goljufanja, ampak tudi po temeljnih zakonih Alberta Einsteina. Vsekakor tako trdi avtor projekta motorja vesoljske deformacije Harold White.

V uredništvu smo novico ocenili kot naravnost fantastično, zato danes, na predvečer dneva kozmonavtike, objavljamo reportažo Konstantina Kakaesa za revijo Popular Science o fenomenalnem Nasinem projektu, če bo uspešen, bo človek lahko presegel solarni sistem.

Septembra 2012 se je več sto znanstvenikov, inženirjev in vesoljskih navdušencev zbralo na drugem javnem srečanju skupine, imenovanem 100 Year Starship. Skupino vodi nekdanji astronavt Mai Jemison, ustanovila pa jo je DARPA. Cilj konference je "omogočiti človeško potovanje izven sončnega sistema do drugih zvezd v naslednjih sto letih." Večina udeležencev konference priznava, da je napredek pri raziskovanju vesolja s posadko premajhen. Kljub milijardam dolarjev, porabljenih v zadnjih četrtletjih, lahko vesoljske agencije naredijo skoraj toliko, kot so lahko v šestdesetih letih prejšnjega stoletja. Pravzaprav je bil sklican 100-letni Starship, da bi vse to popravili.

Ampak pojdimo k bistvu. Po nekaj dneh konference so njeni udeleženci dosegli najbolj fantastične teme: regeneracijo organov, problem organizirane vere na krovu ladje itd. Ena izmed bolj zanimivih predstavitev na srečanju 100 Year Starship se je imenovala "Strain Field Mechanics 102" in jo je imel Harold "Sonny" White iz Nase. Veteran agencije, White vodi napredni pulzni program v vesoljskem centru Johnson (JSC). Skupaj s petimi sodelavci je izdelal Načrt vesoljskih pogonskih sistemov, ki opisuje NASA-ine cilje za prihodnja vesoljska potovanja. Načrt navaja vse vrste pogonskih projektov, od naprednih kemičnih raket do daljnosežnega razvoja, kot so antimaterija ali jedrski stroji. Toda Whiteovo področje raziskav je najbolj futuristično od vseh: zadeva vesoljski warp motor.

Tako je običajno upodobljen mehurček Alcubierre

Po načrtu bo tak motor zagotavljal gibanje v vesolju s hitrostjo, ki presega svetlobno hitrost. Splošno sprejeto je, da je to nemogoče, saj gre za očitno kršitev Einsteinove teorije relativnosti. Toda White pravi nasprotno. Za potrditev svojih besed se obrne na tako imenovane Alcubierrove mehurčke (enačbe, ki izhajajo iz Einsteinove teorije, po kateri je telo v vesolju sposobno doseči nadsvetlobne hitrosti, za razliko od telesa v normalnih pogojih). V predstavitvi je razložil, kako je nedavno dosegel teoretične rezultate, ki neposredno vodijo k ustvarjanju pravega motorja za deformacijo vesolja.

Jasno je, da se vse to sliši naravnost fantastično: takšen razvoj dogodkov je prava revolucija, ki bo odvezala roke vsem astrofizikom na svetu. Namesto da bi 75.000 let potovali do Alfe Kentavra, našemu najbližjega zvezdnega sistema, bi lahko astronavti na ladji s tem motorjem pot opravili v nekaj tednih.

Glede na konec programa raketoplanov in vse večjo vlogo zasebnih poletov v nizko zemeljsko orbito NASA pravi, da se preusmerja na daljnosežne, veliko drznejše načrte, ki presegajo potovanja na Luno. Te cilje lahko dosežemo le z razvojem novih motoričnih sistemov – čim hitreje, tem bolje. Nekaj ​​dni po konferenci je vodja Nase Charles Bolden ponovil Whiteove besede: "Želimo potovati hitreje od svetlobne hitrosti in brez ustavljanja na Marsu."

KAKO VEMO ZA TE MOTORJE

Prva priljubljena uporaba izraza "space warp engine" sega v leto 1966, ko je Jen Roddenberry izdala " Zvezdne steze" Naslednjih 30 let je ta motor obstajal le kot del te znanstvenofantastične serije. Fizik po imenu Miguel Alcubierre si je ogledal epizodo serije, ravno ko je delal na doktoratu iz splošne relativnosti in se spraševal, ali je v resnici mogoče ustvariti vesoljski warp motor. Leta 1994 je objavil dokument, ki opisuje to stališče.

Alcubierre si je zamislil mehurček v vesolju. V sprednjem delu mehurčka se čas-prostor krči, v zadnjem delu pa širi (kot se je po mnenju fizikov zgodilo med velikim pokom). Deformacija bo povzročila, da bo ladja gladko drsela skozi vesolje, kot da bi deskala na valovih, kljub hrupu okolice. Načeloma se lahko deformiran mehurček premika poljubno hitro; omejitve svetlobne hitrosti po Einsteinovi teoriji veljajo le v kontekstu prostora-časa, ne pa tudi v tovrstnih izkrivljanjih prostora-časa. Znotraj mehurčka, kot je domneval Alcubierre, se prostor-čas ne bi spremenil in vesoljski popotniki ne bi imeli nobene škode.

Einsteinove enačbe v splošni teoriji relativnosti je težko rešiti v eno smer z ugotavljanjem, kako snov upogiba prostor, vendar je izvedljivo. Z njihovo uporabo je Alcubierre ugotovil, da je porazdelitev snovi nujen pogoj za nastanek deformiranega mehurčka. Edina težava je, da so rešitve povzročile nedefinirano obliko snovi, imenovano negativna energija.

Govorjenje v preprostem jeziku, gravitacija je sila privlačnosti med dvema predmetoma. Vsak predmet, ne glede na svojo velikost, izvaja določeno silo privlačnosti na okolico. Po Einsteinu je ta sila ukrivljenost prostora-časa. Negativna energija pa je gravitacijsko negativna, torej odbojna. Namesto da bi povezovala čas in prostor, ju negativna energija odriva in ločuje. Grobo rečeno, da bi tak model deloval, Alcubierre potrebuje negativno energijo za razširitev prostor-časa za ladjo.

Kljub temu, da negativne energije še nihče ni zares izmeril, ta po kvantni mehaniki obstaja, znanstveniki pa so se jo naučili ustvariti v laboratoriju. Eden od načinov za poustvarjanje je s Casimirjevim učinkom: dve vzporedni prevodni plošči, postavljeni blizu druga drugi, ustvarjata določeno količino negativne energije. Šibka točka Alcubierrovega modela je, da zahteva ogromno negativne energije, ki je za nekaj velikosti večja, kot znanstveniki ocenjujejo, da jo je mogoče proizvesti.

White pravi, da je našel način, kako zaobiti to omejitev. V računalniški simulaciji je White spremenil geometrijo deformacijskega polja, tako da je teoretično lahko proizvedel deformiran mehurček z uporabo milijonkrat manj negativne energije, kot je ocenil Alcubierre, in morda dovolj malo, da bi vesoljsko plovilo lahko nosilo sredstva za njegovo proizvodnjo. "Odkritja," pravi White, "spremenijo Alcubierrovo metodo iz nepraktične v povsem verjetno."

POROČILO IZ WHITE'S LAB

Vesoljski center Johnson se nahaja v bližini Houstonskih lagun, s pogledom na zaliv Galveston. Center je nekoliko podoben predmestnemu univerzitetnemu kampusu, namenjen le usposabljanju astronavtov. Na dan mojega obiska me White sreča v stavbi 15, večnadstropnem labirintu hodnikov, pisarn in laboratorijev, kjer se izvaja testiranje motorjev. White nosi polo majico Eagleworks (kot imenuje svoje eksperimente z motorji), na kateri je izvezen orel, ki lebdi nad futuristično vesoljsko ladjo.

White je svojo kariero začel kot inženir in raziskoval kot del robotske skupine. Sčasoma je prevzel poveljstvo celotnega robotskega krila na ISS, medtem ko je doktoriral iz fizike plazme. Šele leta 2009 je svoja zanimanja zamenjal za študij gibanja in ta tema ga je tako prevzela, da je postala glavni razlog, da je šel delat za Naso.

"Je precej nenavaden človek," pravi njegov šef John Applewhite, ki vodi oddelek za pogonske sisteme. - Vsekakor je velik sanjač, ​​a hkrati nadarjen inženir. Svoje fantazije zna spremeniti v pravi inženirski izdelek.« Približno v istem času, ko se je pridružil Nasi, je White prosil za dovoljenje, da odpre lasten laboratorij, namenjen naprednim pogonskim sistemom. Sam se je domislil imena Eagleworks in celo prosil Naso, naj ustvari logotip za njegovo specializacijo. Potem se je to delo začelo.

White me pripelje do svoje pisarne, ki si jo deli s kolegom, ki išče vodo na Luni, nato pa do Eagleworksa. Med hojo mi pripoveduje o svoji zahtevi po odprtju laboratorija in to imenuje "dolg naporen proces iskanja naprednega gibanja, ki bi človeku pomagalo pri raziskovanju vesolja."

White mi pokaže predmet in mi pokaže njegovo osrednjo funkcijo - nekaj, kar imenuje "kvantni vakuumski plazemski pogon" (QVPT). Ta naprava je videti kot ogromen rdeč žameten krof z žicami, tesno ovitimi okoli jedra. To je ena od dveh pobud Eagleworks (druga je warp pogon). Tudi to skrivni razvoj. Ko vprašam, kaj je to, White reče, da je vse, kar lahko reče, da je tehnologija še hladnejša od warp pogona.) Po poročilu NASA iz leta 2011, ki ga je napisal White, plovilo kot vir goriva uporablja kvantna nihanja v praznem prostoru, kar pomeni, da vesoljsko plovilo s pogonom QVPT ne potrebuje goriva.

Motor kot vir goriva uporablja kvantne fluktuacije v praznem prostoru,
kar pomeni vesoljska ladja,
poganja QVPT, ne potrebuje goriva.

Ko naprava deluje, je Whiteov sistem videti kinematografsko popoln: barva laserja je rdeča, žarka pa sta prekrižana kot sablji. Znotraj obroča so štirje keramični kondenzatorji iz barijevega titanata, ki jih White polni pri 23.000 voltih. White je zadnji dve leti in pol razvijal eksperiment in pravi, da imajo kondenzatorji ogromno potencialno energijo. Ko pa vprašam, kako ustvariti negativno energijo, potrebno za izkrivljen prostor-čas, se izogne ​​odgovoru. Pojasnjuje, da je podpisal pogodbo o nerazkrivanju podatkov, zato podrobnosti ne more razkriti. Vprašam, s kom je sklenil te dogovore. Pravi: »Z ljudmi. Pridejo in se želijo pogovarjati. Ne morem vam dati več podrobnosti."

NASPROTNIKI MOTORNE IDEJE

Zaenkrat je teorija izkrivljenega potovanja dokaj intuitivna – ukrivljata čas in prostor za ustvarjanje premikajočega se mehurčka – in ima nekaj pomembnih pomanjkljivosti. Tudi če bi White občutno zmanjšal količino negativne energije, ki jo zahteva Alcubierre, bi še vedno zahtevalo več, kot lahko proizvedejo znanstveniki, pravi Lawrence Ford, teoretični fizik na univerzi Tufts, ki je v zadnjih 30 letih napisal številne članke na temo negativne energije. . Ford in drugi fiziki pravijo, da obstajajo temeljne fizikalne omejitve, ne toliko zaradi inženirskih nepopolnosti kot dejstva, da ta količina negativne energije ne more dolgo obstajati na enem mestu.

Še en izziv: da bi ustvarili warp kroglo, ki potuje hitreje od svetlobe, bodo morali znanstveniki ustvariti negativno energijo okoli in nad vesoljskim plovilom. White meni, da to ni problem; zelo nejasno odgovori, da bo motor najverjetneje deloval zahvaljujoč neki obstoječi »aparati, ki ustvarja potrebne pogoje" Vendar bi ustvarjanje teh pogojev pred ladjo pomenilo zagotavljanje stalne zaloge negativne energije, ki potuje hitreje od svetlobne hitrosti, kar je spet v nasprotju s splošno relativnostjo.

Nazadnje, vesoljski warp motor postavlja konceptualno vprašanje. V splošni teoriji relativnosti je potovanje s superluminalnimi hitrostmi enakovredno potovanju skozi čas. Če je tak motor resničen, White ustvari časovni stroj.

Te ovire vzbujajo resne dvome. "Mislim, da nam fizika, ki jo poznamo, in fizikalni zakoni ne omogočajo verjeti, da bo s svojimi poskusi karkoli dosegel," pravi Ken Olum, fizik z univerze Tufts, ki je sodeloval tudi v razpravi o eksotičnem pogonu na Starship 100th. Jubilejno srečanje." Noah Graham, fizik na Middlebury Collegeu, ki je na mojo zahtevo prebral dva Whiteova dokumenta, mi je poslal e-pošto: "Ne vidim nobenih dragocenih znanstvenih dokazov razen sklicevanj na njegova prejšnja dela."

Alcubierre, zdaj fizik na Nacionalni avtonomni univerzi v Mehiki, ima svoje dvome. »Tudi če bi stal na vesoljski ladji in bi imel na voljo negativno energijo, je nikakor ne bi mogel postaviti tja, kjer bi morala biti,« mi pove po telefonu iz svojega doma v Mexico Cityju. - Ne, ideja je čarobna, všeč mi je, napisal sem jo sam. Toda v njem je nekaj resnih pomanjkljivosti, ki jih vidim zdaj, z leti, in ne poznam niti enega načina, kako bi jih lahko popravil.«

PRIHODNOST SUPER HITROSTI

Levo od glavnih vrat Johnsonovega znanstvenega centra leži na boku raketa Saturn V z ločenimi stopnjami, ki prikazujejo njeno notranjo vsebino. Ogromna je – eden izmed njenih številnih motorjev je velik kot majhen avtomobil, sama raketa pa je nekaj metrov daljša od nogometnega igrišča. To je seveda precej zgovoren dokaz o posebnostih vesoljske navigacije. Poleg tega je stara 40 let in čas, ki ga predstavlja - ko je bila NASA del velikega nacionalnega načrta za pošiljanje človeka na Luno - je že zdavnaj mimo. Danes je JSC preprosto mesto, ki je bilo nekoč odlično, a je od takrat zapustilo vesoljsko avangardo.

Preboj bi lahko pomenil novo dobo za JSC in NASA in do neke mere se del te dobe začenja zdaj. Sonda Dawn, izstreljena leta 2007, proučuje asteroidni obroč z uporabo ionskih motorjev. Leta 2010 so Japonci naročili Icarus, prvo medplanetarno zvezdno ladjo, ki jo poganja sončno jadro, drugo vrsto eksperimentalnega pogona. In leta 2016 znanstveniki načrtujejo testiranje VASMIR, sistema na plazemski pogon, izdelanega posebej za velik pogonski potisk v ISS. Toda ko bodo ti sistemi lahko prenesli astronavte na Mars, jih še vedno ne bodo mogli popeljati izven sončnega sistema. Da bi to dosegli, je dejal White, bo NASA morala prevzeti bolj tvegane projekte.

Warp pogon je morda najbolj nenavadno Nasovo prizadevanje za ustvarjanje gibalnih projektov. Znanstvena skupnost pravi, da ga White ne more ustvariti. Strokovnjaki pravijo, da deluje v nasprotju z zakoni narave in fizike. Kljub temu za projektom stoji NASA. "Ni subvencionirano na visoki vladni ravni, kot bi moralo biti," pravi Applewhite. - Mislim, da ima vodstvo nek poseben interes, da nadaljuje svoje delo; To je eden tistih teoretičnih konceptov, ki, če so uspešni, popolnoma spremeni igro.«

Januarja je White sestavil svoj deformacijski interferometer in se premaknil k svoji naslednji tarči. Eagleworks je prerasel lastna hiša. Novi laboratorij je večji in, navdušeno izjavlja, "seizmično izoliran", kar pomeni, da je zaščiten pred tresljaji. Morda pa je najboljša stvar pri novem laboratoriju (in najbolj impresivna) ta, da je NASA Whiteu omogočila enake pogoje, kot sta jih imela Neil Armstrong in Buzz Aldrin na Luni. No, pa poglejmo.

Septembra 2011 je fizik Antonio Ereditato šokiral svet. Njegova izjava bi lahko spremenila naše razumevanje vesolja. Če so bili podatki, ki jih je zbralo 160 znanstvenikov projekta OPERA, pravilni, je bilo ugotovljeno neverjetno. Delci - v tem primeru nevtrini - so se premikali hitreje od svetlobe. Po Einsteinovi teoriji relativnosti je to nemogoče. In posledice takega opazovanja bi bile neverjetne. Morda bo treba ponovno razmisliti o samih temeljih fizike.

Čeprav je Ereditato dejal, da so on in njegova ekipa "izjemno prepričani" v svoje rezultate, niso rekli, da so podatki popolnoma točni. Namesto tega so prosili druge znanstvenike, da jim pomagajo ugotoviti, kaj se dogaja.

Na koncu se je izkazalo, da so bili rezultati OPERE napačni. Zaradi slabo povezanega kabla je prišlo do težave s sinhronizacijo in signali GPS satelitov so bili netočni. Pri signalu je prišlo do nepričakovane zamude. Posledično so meritve časa, v katerem nevtrini prepotujejo določeno razdaljo, pokazale dodatnih 73 nanosekund: zdelo se je, da nevtrini potujejo hitreje od svetlobe.

Kljub večmesečnemu skrbnemu testiranju pred začetkom poskusa in ponovnemu preverjanju podatkov zatem so se znanstveniki hudo zmotili. Ereditato je odstopil kljub pripombam mnogih, da se takšne napake vedno pojavljajo zaradi izjemne kompleksnosti pospeševalnikov delcev.

Zakaj je namig - samo namig - da bi lahko nekaj potovalo hitreje od svetlobe, povzročil tolikšen hrup? Kako prepričani smo, da nič ne more premagati te ovire?

Poglejmo si najprej drugo od teh vprašanj. Hitrost svetlobe v vakuumu je 299.792,458 kilometrov na sekundo – zaradi priročnosti je to število zaokroženo na 300.000 kilometrov na sekundo. Precej hitro je. Sonce je od Zemlje oddaljeno 150 milijonov kilometrov, njegova svetloba pa Zemljo doseže v le osmih minutah in dvajsetih sekundah.

Ali se katera od naših stvaritev lahko kosa v tekmi s svetlobo? Vesoljska sonda New Horizons, eden najhitrejših objektov, ki jih je kdajkoli zgradil človek, je julija 2015 švignila mimo Plutona in Charona. Dosegel je hitrost glede na Zemljo 16 km/s. Veliko manj kot 300.000 km/s.

Imeli pa smo drobne delce, ki so se premikali precej hitro. V zgodnjih šestdesetih letih je William Bertozzi na MIT eksperimentiral s pospeševanjem elektronov do še višjih hitrosti.

Ker imajo elektroni negativen naboj, jih je mogoče pospešiti – natančneje, odbiti – z uporabo enakega negativnega naboja na material. Več energije kot je uporabljene, hitreje se elektroni pospešijo.

Človek bi pomislil, da bi morali preprosto povečati uporabljeno energijo, da bi dosegli hitrost 300.000 km/s. Toda izkazalo se je, da se elektroni preprosto ne morejo premikati tako hitro. Bertozzijevi poskusi so pokazali, da uporaba več energije ne povzroči neposredno sorazmernega povečanja hitrosti elektronov.

Namesto tega je bilo treba uporabiti ogromne količine dodatne energije, da bi vsaj malo spremenili hitrost elektronov. Vedno bližje se je približevala svetlobni hitrosti, vendar je nikoli ni dosegla.

Predstavljajte si, da se premikate proti vratom v majhnih korakih, pri čemer vsak korak pokriva polovico razdalje od vašega trenutnega položaja do vrat. Strogo povedano, nikoli ne boste prišli do vrat, saj boste po vsakem koraku, ki ga naredite, še vedno morali premagati razdaljo. Bertozzi je naletel na približno enako težavo, ko se je ukvarjal s svojimi elektroni.

Toda svetloba je sestavljena iz delcev, imenovanih fotoni. Zakaj lahko ti delci potujejo s svetlobno hitrostjo, elektroni pa ne?

"Ko se predmeti premikajo hitreje in hitreje, postanejo težji - težji ko postanejo, težje pospešijo, zato nikoli ne dosežete svetlobne hitrosti," pravi Roger Rassoul, fizik z Univerze v Melbournu v Avstraliji. »Foton nima mase. Če bi imel maso, se ne bi mogel premikati s svetlobno hitrostjo."

Fotoni so posebni. Ne samo, da nimajo mase, ki jim zagotavlja popolno svobodo gibanja v vakuumu vesolja, ampak jim tudi ni treba pospeševati. Naravna energija, ki jo imajo, se giblje v valovih tako kot oni, tako da, ko so ustvarjeni, jih že imajo največja hitrost. Na nek način je lažje razmišljati o svetlobi kot o energiji in ne kot o toku delcev, čeprav je v resnici svetloba oboje.

Svetloba pa potuje veliko počasneje, kot bi pričakovali. Čeprav internetni tehnologi radi govorijo o komunikacijah, ki v optičnih vlaknih potekajo s "svetlobno hitrostjo", potuje svetloba 40 % počasneje v optičnih vlaknih iz steklenih vlaken kot v vakuumu.

V resnici fotoni potujejo s hitrostjo 300.000 km/s, vendar naletijo na določeno količino motenj, ki jih povzročijo drugi fotoni, ki jih oddajajo atomi stekla, ko glavni svetlobni val prehaja skozi. Tega morda ni enostavno razumeti, vendar smo vsaj poskusili.

Na enak način je bilo v okviru posebnih poskusov s posameznimi fotoni mogoče precej impresivno upočasniti le-te. Toda za večino primerov bi bilo približno 300 000. Nismo videli ali zgradili ničesar, kar bi se lahko premikalo tako hitro ali celo hitreje. Obstajajo posebne točke, a preden se jih dotaknemo, se dotaknimo našega drugega vprašanja. Zakaj je tako pomembno, da se dosledno upošteva pravilo svetlobne hitrosti?

Odgovor je povezan z moškim po imenu Albert Einstein, kot se pogosto zgodi v fiziki. Njegova posebna teorija relativnosti raziskuje številne posledice njegovih univerzalnih omejitev hitrosti. Eden najpomembnejših elementov teorije je ideja, da je hitrost svetlobe konstantna. Ne glede na to, kje ste ali kako hitro se premikate, se svetloba vedno premika z enako hitrostjo.

Toda to odpira več konceptualnih problemov.

Predstavljajte si svetlobo, ki pade iz svetilke na ogledalo na stropu mirujočega vesoljskega plovila. Svetloba se dvigne, odbije od ogledala in pade na tla vesoljskega plovila. Recimo, da premaga razdaljo 10 metrov.

Zdaj pa si predstavljajte, da se to vesoljsko plovilo začne premikati z ogromno hitrostjo več tisoč kilometrov na sekundo. Ko prižgete svetilko, se svetloba obnaša kot prej: sveti navzgor, zadene ogledalo in se odbije na tla. Toda za to bo morala svetloba potovati diagonalno, ne navpično. Navsezadnje se ogledalo zdaj hitro premika skupaj z vesoljskim plovilom.

Skladno s tem se razdalja, ki jo svetloba prepotuje, poveča. Recimo 5 metrov. Izkazalo se je, da je skupaj 15 metrov, ne 10.

In kljub temu, čeprav se je razdalja povečala, Einsteinove teorije trdijo, da bo svetloba še vedno potovala z enako hitrostjo. Ker je hitrost razdalja, deljena s časom, ker hitrost ostaja enaka in razdalja narašča, se mora povečati tudi čas. Da, čas se mora raztegniti. In čeprav se to sliši čudno, je bilo eksperimentalno potrjeno.

Ta pojav imenujemo dilatacija časa. Čas teče počasneje za ljudi, ki potujejo v hitro premikajočih se vozilih, v primerjavi s tistimi, ki mirujejo.

Čas astronavtom na Mednarodni vesoljski postaji na primer teče 0,007 sekunde počasneje. vesoljska postaja, ki se glede na Zemljo giblje s hitrostjo 7,66 km/s v primerjavi z ljudmi na planetu. Še bolj zanimiva je situacija z delci, kot so prej omenjeni elektroni, ki se lahko gibljejo blizu svetlobne hitrosti. V primeru teh delcev bo stopnja pojemka ogromna.

Stephen Kolthammer, eksperimentalni fizik na Univerzi v Oxfordu v Veliki Britaniji, opozarja na primer delcev, imenovanih mioni.

Mioni so nestabilni: hitro razpadejo na enostavnejše delce. Tako hitro, da bi večina mionov, ki zapustijo Sonce, razpadla, ko dosežejo Zemljo. Toda v resnici prihajajo mioni na Zemljo s Sonca v ogromnih količinah. Fiziki za dolgo časa poskušal razumeti, zakaj.

"Odgovor na to skrivnost je, da mioni nastajajo s takšno energijo, da potujejo s hitrostjo blizu svetlobe," pravi Kolthammer. "Njihov občutek za čas, tako rekoč njihova notranja ura je počasna."

Mioni "ostanejo živi" dlje, kot je bilo pričakovano glede na nas, zahvaljujoč resnični, naravni časovni deformaciji. Ko se predmeti hitro premikajo glede na druge predmete, se tudi njihova dolžina zmanjša in skrči. Te posledice, dilatacija časa in zmanjšanje dolžine, so primeri, kako se prostor-čas spreminja glede na gibanje stvari - mene, tebe ali vesoljskega plovila - ki imajo maso.

Pomembno je, kot je rekel Einstein, da svetloba ni prizadeta, ker nima mase. Zato gredo ta načela z roko v roki. Če bi lahko stvari potovale hitreje od svetlobe, bi se ubogale temeljnih zakonov, ki opisujejo delovanje vesolja. To so ključna načela. Zdaj lahko govorimo o nekaj izjemah in izjemah.

Po eni strani, čeprav nismo videli ničesar, kar bi šlo hitreje od svetlobe, to ne pomeni, da te omejitve hitrosti teoretično ni mogoče premagati pod zelo specifičnimi pogoji. Za primer vzemimo samo širjenje vesolja. Galaksije v vesolju se druga od druge oddaljujejo s hitrostjo, ki znatno presega svetlobno hitrost.

Druga zanimiva situacija se nanaša na delce, ki imajo istočasno enake lastnosti, ne glede na to, kako oddaljeni so. To je tako imenovana "kvantna prepletenost". Foton se bo vrtel navzgor in navzdol, pri čemer bo naključno izbiral med dvema možnima stanjema, vendar se bo izbira smeri vrtenja natančno odražala v drugem fotonu drugje, če sta zapletena.

Dva znanstvenika, ki preučujeta vsak svoj foton, bi istočasno dobila enak rezultat, hitreje, kot bi to omogočala svetlobna hitrost.

Vendar pa je v obeh primerih pomembno opozoriti, da nobena informacija ne potuje hitreje od svetlobne hitrosti med dvema predmetoma. Širjenje vesolja lahko izračunamo, vendar predmetov, hitrejših od svetlobe v njem, ne moremo opazovati: izginili so iz vidnega polja.

Kar zadeva dva znanstvenika s svojimi fotoni, čeprav bi lahko dobila en rezultat hkrati, drug drugemu tega ne bi mogla sporočiti hitreje, kot potuje svetloba med njima.

"To nam ne povzroča težav, kajti če lahko pošiljate signale hitreje od svetlobe, dobite čudne paradokse, pri katerih se lahko informacije nekako vrnejo v preteklost," pravi Kolthammer.

Obstaja še en možen način, kako tehnično omogočiti potovanje, hitrejše od svetlobe: razpoke v prostor-času, ki bi popotniku omogočile, da se izogne ​​pravilom običajnega potovanja.

Gerald Cleaver z univerze Baylor v Teksasu verjame, da bomo nekega dne lahko zgradili vesoljsko plovilo, ki bo potovalo hitreje od svetlobe. Ki se premika skozi črvino. Črvine so zanke v prostoru-času, ki se popolnoma prilegajo Einsheinovim teorijam. Astronavtu bi lahko omogočili skok z enega konca vesolja na drugega prek anomalije v vesoljskem času, neke oblike kozmične bližnjice.

Predmet, ki potuje skozi črvino, ne bo presegel svetlobne hitrosti, vendar bi lahko teoretično dosegel cilj hitreje kot svetloba, ki gre po "normalni" poti. Toda črvine so morda popolnoma nedostopne za vesoljska potovanja. Ali bi lahko obstajal drug način za aktivno ukrivljanje prostorčasa, da bi se premikal hitreje kot 300.000 km/s glede na nekoga drugega?

Cleaver je raziskoval tudi zamisel o "motorju Alcubierre", ki ga je leta 1994 predlagal teoretični fizik Miguel Alcubierre. Opisuje situacijo, v kateri se prostor-čas krči pred vesoljskim plovilom, ga potiska naprej, in širi za njim, prav tako ga potiska naprej. "Toda potem," pravi Cleaver, "so se pojavile težave: kako to narediti in koliko energije bi bilo potrebno."

Leta 2008 sta on in njegov podiplomski študent Richard Obouzi izračunala, koliko energije bi bilo potrebno.

"Predstavljali smo si ladjo 10 m x 10 m x 10 m - 1000 kubičnih metrov - in izračunali, da bi bila količina energije, potrebne za začetek procesa, enakovredna masi celotnega Jupitra."

Po tem je treba energijo nenehno »dodajati«, da se proces ne konča. Nihče ne ve, ali bo to kdaj mogoče, ali kakšna bo potrebna tehnologija. "Ne želim, da me navajajo stoletja, kot da sem napovedal nekaj, kar se ne bo nikoli zgodilo," pravi Cleaver, "vendar še ne vidim nobene rešitve."

Tako potovanje, ki presega svetlobno hitrost, trenutno ostaja znanstvena fantastika. Zaenkrat je edini način, da obiščete eksoplanet med življenjem, da se potopite v globoko suspendirano animacijo. Pa vendar ni vse slabo. Največkrat smo govorili o vidni svetlobi. Toda v resnici je svetloba veliko več kot to. Od radijskih valov in mikrovalov do vidne svetlobe, ultravijoličnega sevanja, rentgenskih žarkov in žarkov gama, ki jih oddajajo atomi, ko razpadajo, so vsi ti čudoviti žarki narejeni iz iste stvari: fotonov.

Razlika je v energiji in s tem v valovni dolžini. Ti žarki skupaj sestavljajo elektromagnetni spekter. Dejstvo, da radijski valovi na primer potujejo s svetlobno hitrostjo, je neverjetno uporabno za komunikacijo.

V svojih raziskavah Kolthammer ustvari vezje, ki uporablja fotone za prenos signalov iz enega dela vezja v drugega, zato je dobro usposobljen za komentiranje uporabnosti neverjetne hitrosti svetlobe.

»Samo dejstvo, da smo zgradili infrastrukturo interneta, na primer, in radia pred njim, ki temelji na svetlobi, je povezano z lahkoto, s katero jo lahko prenašamo,« ugotavlja. In dodaja, da svetloba deluje kot komunikacijska sila vesolja. Ko so notri elektroni mobilni telefon začne tresti, fotoni poletijo ven in povzročijo, da se tresejo tudi elektroni v drugem mobilnem telefonu. Tako se rodi telefonski klic. Tresenje elektronov v Soncu oddaja tudi fotone - v ogromnih količinah -, ki seveda tvorijo svetlobo, ki daje življenju na Zemlji toploto in, hm, svetlobo.

Svetloba je univerzalni jezik vesolja. Njegova hitrost - 299.792,458 km/s - ostaja konstantna. Medtem pa sta prostor in čas voljna. Morda bi morali razmišljati ne o tem, kako se premikati hitreje od svetlobe, ampak kako se hitreje premikati skozi ta prostor in ta čas? Iti v koren, tako rekoč?