Gölgeler ışıktan daha hızlı hareket edebilir, ancak madde veya bilgi taşıyamaz.

Süperluminal uçuş mümkün mü?

Bu makaledeki bölümlerin alt başlıkları vardır ve her bölüme ayrı ayrı başvurabilirsiniz.

FTL seyahatinin basit örnekleri

1. Çerenkov etkisi

Süperlüminal hareketten bahsettiğimizde, ışığın boşluktaki hızını kastediyoruz. c(299 792 458 m/sn). Bu nedenle, Cherenkov etkisi süperluminal hareketin bir örneği olarak kabul edilemez.

2. Üçüncü gözlemci

eğer roket A hızla uçup gidiyor benden 0.6c batıya ve roket B hızla uçup gidiyor benden 0.6c doğu, sonra aradaki mesafeyi görüyorum A ve B hız ile artar 1.2c. Füzelerin uçuşunu izlemek A ve B dışarıdan, üçüncü gözlemci, füzelerin toplam kaldırma hızının daha büyük olduğunu görür. c .

Yine de bağıl hız hızların toplamına eşit değildir. roket hızı A roket ile ilgili B rokete olan mesafenin arttığı orandır A bir roket üzerinde uçan bir gözlemci tarafından görülen B. Göreceli hız, göreli hız toplama formülü kullanılarak hesaplanmalıdır. (Bkz. Özel Görelilikte Hızları Nasıl Eklersiniz?) Bu örnekte, bağıl hız yaklaşık olarak 0.88c. Yani bu örnekte FTL alamadık.

3. Işık ve gölge

Gölgenin ne kadar hızlı hareket edebileceğini düşün. Lamba yakınsa, uzaktaki duvardaki parmağınızın gölgesi, parmağınızın hareketinden çok daha hızlı hareket eder. Parmağı duvara paralel hareket ettirirken gölgenin hızı gün/gün parmağın hızından kat kat fazladır. Burada d lambadan parmağa olan mesafedir ve D- lambadan duvara. Duvar açılıysa hız daha da büyük olacaktır. Duvar çok uzaktaysa, ışığın duvara ulaşması zaman alacağından gölgenin hareketi parmağın hareketinden geride kalacaktır, ancak duvar boyunca hareket eden gölgenin hızı daha da artacaktır. Bir gölgenin hızı ışık hızıyla sınırlı değildir.

Işıktan daha hızlı hareket edebilen başka bir nesne, aya yönelik bir lazerden gelen bir ışık noktasıdır. Ay'a uzaklığı 385.000 km'dir. Elinizdeki lazer işaretçinin küçük dalgalanmaları ile Ay yüzeyindeki ışık noktasının hareket hızını kendiniz hesaplayabilirsiniz. Dalganın düz bir kumsala hafif bir açıyla çarpması örneğini de beğenebilirsiniz. Dalga ile kıyının kesiştiği nokta sahil boyunca hangi hızla hareket edebilir?

Bütün bunlar doğada olabilir. Örneğin, bir pulsardan gelen bir ışık demeti, bir toz bulutu boyunca ilerleyebilir. güçlü patlama küresel ışık veya radyasyon dalgaları oluşturabilir. Bu dalgalar bir yüzeyle kesiştiğinde, o yüzeyde ışık çemberleri belirir ve ışıktan daha hızlı genişler. Bu fenomen, örneğin şu durumlarda gözlenir: elektromanyetik nabız bir şimşek çakmasından üst atmosferden geçer.

4. Katı gövde

Uzun, sert bir çubuğunuz varsa ve çubuğun bir ucuna çarparsanız, diğer ucu hemen hareket etmiyor mu? Bu, bilginin süperluminal bir şekilde iletilmesinin bir yolu değil mi?

Bu doğru olurdu eğer mükemmel katı cisimler vardı. Pratikte, darbe, çubuk malzemesinin esnekliğine ve yoğunluğuna bağlı olarak, çubuk boyunca ses hızında iletilir. Ek olarak, görelilik teorisi, bir malzemedeki olası ses hızlarını değerle sınırlar. c .

Aynı prensip, bir ipi veya çubuğu dikey olarak tutarsanız, bırakın ve yerçekiminin etkisi altına girmeye başlarsa geçerlidir. Bıraktığınız üst uç hemen düşmeye başlar, ancak alt uç ancak bir süre sonra hareket etmeye başlar, çünkü tutma kuvveti kaybı malzemedeki ses hızında çubuktan aşağıya iletilir.

Göreceli esneklik teorisinin formülasyonu oldukça karmaşıktır, ancak genel fikir Newton mekaniği kullanılarak gösterilebilir. İdeal elastik bir cismin boyuna hareketinin denklemi Hooke yasasından türetilebilir. Çubuğun doğrusal yoğunluğunu belirtin ρ , Gencin modülü Y. boyuna ofset X dalga denklemini karşılar

ρ d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0

Düzlem dalga çözümü ses hızında hareket eder s formülden belirlenen s 2 = Y/ρ. Dalga denklemi, ortamın pertürbasyonlarının hızdan daha hızlı hareket etmesine izin vermez. s. Ek olarak, görelilik teorisi, esneklik miktarına bir sınır verir: Y< ρc 2 . Pratikte, bilinen hiçbir malzeme bu sınıra yaklaşmaz. Ayrıca sesin hızı yakın olsa bile c, o zaman maddenin kendisi mutlaka göreli hız ile hareket etmez.

Doğada katı cisimler bulunmamakla birlikte, katı cisimlerin hareketiışık hızının üstesinden gelmek için kullanılabilir. Bu konu, daha önce açıklanan gölgeler ve ışık noktaları bölümüne aittir. (Bkz. Süperlüminal Makas, Görelilikte Sert Dönen Disk).

5. Faz hızı

dalga denklemi
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0

şeklinde bir çözümü var
u \u003d A cos (ax - bt), c 2 a 2 - b 2 + w 2 \u003d 0

Bunlar v hızında yayılan sinüzoidal dalgalardır.
v = b/a = sqrt(c 2 + w 2 /a 2)

Ama c'den fazla. Belki bu takyonların denklemidir? (aşağıdaki bölüme bakın). Hayır, bu kütleli bir parçacık için olağan göreceli denklemdir.

Paradoksu ortadan kaldırmak için "faz hızı" arasında ayrım yapmanız gerekir. v ph ve "grup hızı" v gr ve
v ph v gr = c 2

Bir dalga biçimindeki çözüm, frekansta dağılmaya sahip olabilir. Bu durumda dalga paketi, daha düşük bir grup hızı ile hareket eder. c. Bir dalga paketi kullanılarak bilgi sadece grup hızında iletilebilir. Bir dalga paketindeki dalgalar, faz hızıyla hareket eder. Faz hızı, iletişim kurmak için kullanılamayan başka bir FTL hareketi örneğidir.

6. Süperlüminal galaksiler

7. Göreceli roket

Dünyadaki bir gözlemcinin hızla uzaklaşan bir uzay gemisini görmesine izin verin 0.8c Uyarınca görecelilik teorisi, uzay aracındaki saatin 5/3 kat daha yavaş olduğunu görecektir. Gemiye olan mesafeyi gemideki saate göre uçuş saatine bölersek hızı elde ederiz. 4/3c. Gözlemci, gemideki saatini kullanarak, geminin pilotunun da onun süperluminal bir hızda uçtuğunu belirleyeceği sonucuna varıyor. Pilotun bakış açısından, saati normal çalışıyor ve yıldızlararası uzay 5/3 oranında küçüldü. Bu nedenle, yıldızlar arasındaki bilinen mesafeleri daha hızlı uçar. 4/3c .

Ama yine de süperluminal uçuş değil. Farklı referans çerçevelerinde tanımlanan mesafe ve süreyi kullanarak hızı hesaplayamazsınız.

8. Yerçekimi hızı

Bazıları yerçekimi hızının çok daha hızlı olduğunda ısrar ediyor c hatta sonsuz. Bakın Yerçekimi Işık Hızında Hareket Eder mi? ve Yerçekimi Radyasyonu Nedir? Yerçekimi düzensizlikleri ve yerçekimi dalgaları bir hızda yayılır c .

9. EPR paradoksu

10. Sanal fotonlar

11. Kuantum tünel etkisi

Kuantum mekaniğinde tünel etkisi, bir parçacığın enerjisi bunun için yeterli olmasa bile bir engeli aşmasını sağlar. Böyle bir bariyer üzerinden tünel açma süresini hesaplamak mümkündür. Ve ışığın aynı mesafeyi bir hızda aşması için gerekenden daha az olduğu ortaya çıkabilir. c. Işıktan daha hızlı mesaj göndermek için kullanılabilir mi?

Kuantum elektrodinamiği "Hayır!" Diyor. Yine de, tünel etkisi kullanılarak bilginin süperluminal iletimini gösteren bir deney yapıldı. 4,7 hızında 11,4 cm genişliğinde bir bariyerin içinden c Mozart'ın Kırkıncı Senfonisi sunuldu. Bu deneyin açıklaması çok tartışmalıdır. Çoğu fizikçi, tünel etkisinin yardımıyla iletmenin imkansız olduğuna inanıyor. bilgiışıktan daha hızlı. Mümkün olsaydı, ekipmanı hızla hareket eden bir referans çerçevesine yerleştirerek neden geçmişe bir sinyal göndermiyorsunuz?

17. Kuantum alan teorisi

Yerçekimi dışında, gözlemlenen tüm fiziksel olaylar "Standart Model"e karşılık gelir. Standart Model, elektromanyetik ve nükleer kuvvetleri ve bilinen tüm parçacıkları açıklayan göreli bir kuantum alan teorisidir. Bu teoride, uzay benzeri bir olay aralığı ile ayrılan fiziksel gözlemlenebilirlere karşılık gelen herhangi bir operatör çifti "değişir" (yani, bu operatörlerin sırası değiştirilebilir). Prensipte bu, Standart Modelde kuvvetin ışıktan daha hızlı hareket edemeyeceği anlamına gelir ve bu, sonsuz enerji argümanının kuantum alan eşdeğeri olarak kabul edilebilir.

Bununla birlikte, Standart Modelin kuantum alan teorisinde kusursuz bir şekilde kesin kanıtlar yoktur. Henüz hiç kimse bu teorinin kendi içinde tutarlı olduğunu kanıtlamadı. Büyük olasılıkla, değil. Her halükarda, süperluminal hareket yasağına uymayan henüz keşfedilmemiş parçacıklar veya kuvvetler olmadığının garantisi yoktur. Yerçekimi ve genel görelilik de dahil olmak üzere bu teorinin bir genellemesi de yoktur. Kuantum yerçekimi alanında çalışan birçok fizikçi, basit nedensellik ve yerellik kavramlarının genelleştirileceğinden şüphe ediyor. Gelecekte daha eksiksiz bir teoride, ışık hızının sınırlayıcı hızın anlamını koruyacağının garantisi yoktur.

18. Büyükbaba Paradoksu

Özel görelilikte, bir referans çerçevesinde ışıktan daha hızlı hareket eden bir parçacık, başka bir referans çerçevesinde zamanda geriye gider. FTL seyahati veya bilgi aktarımı, seyahat etmeyi veya geçmişe bir mesaj göndermeyi mümkün kılacaktır. Böyle bir zaman yolculuğu mümkün olsaydı, o zaman zamanda geriye gidebilir ve büyükbabanızı öldürerek tarihin akışını değiştirebilirdiniz.

Bu, FTL seyahat olasılığına karşı çok güçlü bir argümandır. Doğru, geçmişe dönüşe izin vermeyen sınırlı bir süperluminal seyahatin mümkün olduğu konusunda neredeyse imkansız bir olasılık var. Ya da belki zaman yolculuğu mümkündür, ancak nedensellik tutarlı bir şekilde ihlal edilmiştir. Bütün bunlar çok mantıksız, ancak FTL'yi tartışıyorsak, yeni fikirlere hazır olmak daha iyidir.

Tersi de doğrudur. Zamanda geriye gidebilseydik, ışık hızının üstesinden gelebilirdik. Zamanda geriye gidebilir, düşük hızda bir yere uçabilir ve oraya her zamanki gibi gönderilen ışık gelmeden önce varabilirsiniz. Bu konuyla ilgili ayrıntılar için Zaman Yolculuğu'na bakın.

FTL seyahatinin açık soruları

Bu son bölümde, olası ışıktan hızlı seyahat hakkında bazı ciddi fikirleri anlatacağım. Bu konular genellikle SSS'ye dahil edilmez, çünkü bunlar cevaplardan çok yeni sorular gibidir. Bu yönde ciddi araştırmalar yapıldığını göstermek için buraya dahil edilmiştir. Konuya sadece kısa bir giriş yapılmıştır. Ayrıntılar internette bulunabilir. İnternetteki her şeyde olduğu gibi, onları da eleştirin.

19. Takyonlar

Takyonlar, yerel olarak ışıktan daha hızlı hareket eden varsayımsal parçacıklardır. Bunu yapmak için hayali bir kütle değerine sahip olmaları gerekir. Bu durumda takyonun enerjisi ve momentumu gerçek niceliklerdir. Süperlüminal parçacıkların tespit edilemeyeceğine inanmak için hiçbir neden yoktur. Gölgeler ve vurgular ışıktan daha hızlı hareket edebilir ve algılanabilir.

Şimdiye kadar takyonlar bulunamadı ve fizikçiler varlıklarından şüphe ediyor. Trityumun beta bozunmasıyla üretilen nötrinoların kütlesini ölçmek için yapılan deneylerde, nötrinoların takyon olduğu iddiaları vardı. Bu şüphelidir, ancak henüz kesin olarak reddedilmemiştir.

Takyon teorisinde sorunlar var. Olası nedenselliği ihlal etmenin yanı sıra, takyonlar ayrıca vakumu kararsız hale getirir. Bu zorlukların üstesinden gelmek mümkün olabilir, ancak o zaman bile mesajların süperluminal iletimi için takyonları kullanamayacağız.

Çoğu fizikçi, bir teoride takyonların ortaya çıkmasının, bu teoriyle ilgili bazı problemlerin bir işareti olduğuna inanır. Takyon fikri halk arasında çok popüler çünkü fantezi literatüründe sıklıkla bahsediliyorlar. Takyonları görün.

20. solucan delikleri

Küresel FTL seyahatinin en ünlü yöntemi "solucan delikleri"nin kullanılmasıdır. Solucan deliği, deliğin bir ucundan diğer ucuna normal yoldan daha hızlı gitmenizi sağlayan, evrendeki bir noktadan diğerine uzay-zamanda bir yarıktır. Solucan delikleri, genel görelilik teorisi ile tanımlanır. Onları yaratmak için uzay-zamanın topolojisini değiştirmeniz gerekir. Belki bu, kuantum kütleçekim teorisi çerçevesinde mümkün olacaktır.

Bir solucan deliğini açık tutmak için negatif enerjili boşluk alanlarına ihtiyacınız vardır. C.W.Misner ve K.S.Thorne, negatif enerji yaratmak için Casimir etkisini büyük ölçekte kullanmayı önerdi. Visser bunun için kozmik sicimlerin kullanılmasını önerdi. Bunlar çok spekülatif fikirler ve mümkün olmayabilir. Belki de negatif enerjiye sahip gerekli egzotik madde formu mevcut değildir.

Eylül 2011'de fizikçi Antonio Ereditato tüm dünyayı şok etti. Yaptığı duyuru, tüm evren anlayışını alt üst etmeyi vaat ediyordu. OPERA programına katılan 160 bilim insanının topladığı veriler doğruysa, bu inanılmaz bir şeyin keşfedildiği anlamına geliyordu. Parçacıklar, bu durumda nötrinolar, ışık hızından daha hızlı hareket ediyorlardı.

İnanılmaz keşif

Einstein'ın görelilik teorilerine göre, durum böyle olmamalı. Ve bunun gerçekleştiğini göstermenin sonuçları çok büyük olurdu. Fizikteki birçok noktanın gözden geçirilmesi gerekecekti. Ereditato ve ekibi, bulduklarına yüksek düzeyde güvendiklerini bildirseler de, gözlemlerinin doğruluğundan yüzde yüz emin olduklarını belirtmediler. Aslında, diğer bilim adamlarından neler olduğunu anlamalarına yardım etmelerini istiyorlardı.

Deneyde bir hata

Sonuç olarak OPERA programının yanlış olduğu ortaya çıktı. Zaman okumalarının alınmasındaki sorun, GPS uydularından inanılmaz derecede doğru sinyaller iletmesi gereken kablonun zayıf bağlanmış olmasıydı. Buna göre, sinyalleşmede beklenmeyen bir gecikme oldu. Bu nedenle, bir nötrino'nun belirli bir mesafeyi ne kadar sürdüğüne dair ölçümler, yaklaşık 73 nanosaniyelik bir hataya sahipti. Bu, bu parçacıkların ışık parçacıklarından daha hızlı hareket ettiği izlenimini verdi.

Etkileri

Deney başlamadan önce aylarca süren dikkatli kontrollere, deney sırasında elde edilen bilgilerin çok sayıda tekrarlanan kontrolüne rağmen, bu sefer bilim adamları hala yanılıyordu. Ereditato emekli oldu, ancak birçok kişi son derece karmaşık parçacık hızlandırıcı teknolojisindeki bu tür hataların oldukça sık meydana geldiğini belirtti. Ama bir şeyin ışık hızından daha hızlı hareket edebileceğine dair en ufak bir öneri bile neden bu kadar önemli? Ve insanlar gerçekten hiçbir şeyin bunu yapamayacağına inanıyor mu?

ışık hızı

Önce bu soruların ikincisine bakalım. Işığın boşluktaki hızı saniyede 299792.458 kilometredir - saniyede 300.000 kilometrelik güzel yuvarlak rakamın biraz altında. Çok hızlı. Güneş, Dünya'dan 150 milyon kilometre uzakta ve ışığın bu şekilde seyahat etmesi sadece sekiz dakika yirmi saniye sürüyor. İnsan yapımı bir şey ışıkla rekabet edebilir mi? İnsanoğlunun şimdiye kadar yaptığı en hızlı nesnelerden biri, 2015 yılında Pluto ve Charon'u geçen Yeni Ufuklar uzay aracıdır. Ulaşabildiği maksimum hız saniyede 16 kilometre, yani saniyede 300 bin kilometreden çok daha az.

Elektronlarla deney

Ancak, insanlar küçük parçacıkları çok daha hızlı hareket ettirmeyi başardılar. Altmışların başında, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden William Bertozzi elektronların hızlandırılmasıyla ilgili deneyler yaptı. Elektronlar negatif bir yüke sahip olduklarından, malzeme aynı yükle yüklüyse onları itme yoluyla harekete geçirmek mümkündür. Ne kadar çok enerji kullanılırsa, elektronlar o kadar hızlı olur.

Neden maksimum enerji uygulamıyorsunuz?

Uygulanan enerjiyi, parçacığın hızının saniyede 300.000 kilometreye ulaşmasını sağlayacak kadar artırmanın yeterli olduğu düşünülebilir. Ancak, elektronların o kadar hızlı hareket edemeyecekleri ortaya çıktı. Bertozzi'nin deneyleri, daha fazla enerji kullanmanın elektronların hızında orantılı bir artış yaratmadığını gösterdi. Parçacık hızında giderek azalan artışlar elde etmek için daha fazla enerji uygulamak zorunda kaldı. Işık hızına gittikçe yaklaştılar ama asla ulaşamadılar.

Başarının imkansızlığı

Adım atarak kapıya ulaşmanız gerektiğini, ancak sonraki her adımın bir öncekinin yarısı olacağını hayal edin. Basitçe söylemek gerekirse, kapıya asla ulaşamayacaksınız, çünkü sonraki her adımda, kapı ile aranızda hala belirli bir mesafe olacak. Bertozzi'nin elektronlarla yaptığı deneyinde karşılaştığı problem tam olarak budur. Ancak ışık, foton adı verilen parçacıklardan oluşur. Elektronlar bu işi yapamıyorsa, bu parçacıklar neden ışık hızında hareket edebiliyor?

fotonların özellikleri

Bir cisim daha hızlı hareket ettikçe, daha da ağırlaşır ve bu nedenle hız kazanmaları zorlaşır, bu yüzden asla ışık hızına ulaşamazlar. Fotonların kütlesi yoktur. Kütleleri olsaydı ışık hızında hareket edemezlerdi. Fotonlar benzersiz parçacıklardır. Kütleleri yoktur, bu da onlara Sonsuz olasılıklar boşlukta hareket ederken hızlanmaları gerekmez. Dalgalar halinde hareket ederken sahip oldukları doğal enerji, fotonların yaratılış anında hız sınırlarının zaten olmasını sağlar.

25 Mart 2017

FTL seyahati, uzay bilim kurgunun temellerinden biridir. Bununla birlikte, muhtemelen herkes - fizikten uzak insanlar bile - maddi nesnelerin mümkün olan maksimum hareket hızının veya herhangi bir sinyalin yayılmasının boşluktaki ışığın hızı olduğunu bilir. C harfi ile gösterilir ve saniyede yaklaşık 300 bin kilometredir; kesin değer c = 299 792 458 m/sn.

Işığın boşluktaki hızı, temel fiziksel sabitlerden biridir. c'yi aşan hızlara ulaşmanın imkansızlığı, Einstein'ın özel görelilik teorisinden (SRT) kaynaklanmaktadır. Süper ışık hızıyla sinyallerin iletilmesinin mümkün olduğunu kanıtlamak mümkün olsaydı, görelilik teorisi çökerdi. Şimdiye kadar, c'den büyük hızların varlığına ilişkin yasağı çürütmek için yapılan sayısız girişime rağmen bu gerçekleşmedi. Bununla birlikte, son deneysel çalışmalar bazı çok ilginç fenomenler, özel olarak yaratılmış koşullar altında süperluminal hızları gözlemlemenin mümkün olduğunu ve aynı zamanda görelilik teorisinin ilkelerinin ihlal edilmediğini gösterir.

Başlangıç ​​olarak, ışık hızı sorunuyla ilgili ana yönleri hatırlayalım.

Her şeyden önce: (normal koşullar altında) ışık sınırını aşmak neden imkansız? Çünkü o zaman dünyamızın temel yasası ihlal edilir - sonucun nedeni geçemeyeceği nedensellik yasası. Hiç kimse, örneğin bir ayının önce öldüğünü ve sonra bir avcının vurduğunu gözlemlemedi. c'yi aşan hızlarda, olayların sırası tersine döner, zaman şeridi geri sarılır. Bu, aşağıdaki basit akıl yürütmeden kolayca görülebilir.

Işıktan hızlı hareket eden bir kozmik mucize gemisinde olduğumuzu varsayalım. Daha sonra, zaman içinde daha erken ve daha erken noktalarda kaynak tarafından yayılan ışığı yavaş yavaş yakalardık. Önce, diyelim ki dün, sonra - dünden önceki gün, sonra - bir hafta, bir ay, bir yıl önce, vb. yayılan fotonları yakalardık. Işık kaynağı hayatı yansıtan bir ayna olsaydı, önce dünün olaylarını, sonra dünden önceki günü vb. görürdük. Yavaş yavaş orta yaşlı bir adama, sonra genç bir adama, bir gence, bir çocuğa dönüşen yaşlı bir adam görebilirdik... Yani zaman geri dönerdi, şimdiki zamandan hareket ederdik. geçmiş. Sebep ve sonuç o zaman tersine çevrilir.

Bu argüman, ışığı gözlemleme sürecinin teknik detaylarını tamamen göz ardı etse de, temel bir bakış açısıyla, süperluminal bir hızdaki hareketin dünyamızda imkansız bir duruma yol açtığını açıkça göstermektedir. Bununla birlikte, doğa daha da katı koşullar belirlemiştir: hareket yalnızca süperluminal hızda değil, aynı zamanda ışık hızına eşit bir hızda da elde edilemez - sadece ona yaklaşabilirsiniz. Görelilik teorisinden hareket hızındaki bir artışla üç koşulun ortaya çıktığı sonucuna varılır: hareketli bir nesnenin kütlesi artar, boyutu hareket yönünde azalır ve bu nesne üzerindeki zamanın geçişi yavaşlar (dan harici bir "dinlenme" gözlemcisinin bakış açısı). Normal hızlarda, bu değişiklikler ihmal edilebilir, ancak ışık hızına yaklaştıkça daha fazla fark edilir hale gelirler ve limitte - c'ye eşit bir hızda - kütle sonsuz derecede büyür, nesne boyutunu tamamen kaybeder. hareket yönü ve zaman onun üzerinde durur. Dolayısıyla hiçbir maddi cisim ışık hızına ulaşamaz. Sadece ışığın kendisi böyle bir hıza sahiptir! (Ayrıca "her şeyi içine alan" bir parçacık - foton gibi c'den daha düşük bir hızda hareket edemeyen bir nötrino.)

Şimdi sinyal iletim hızı hakkında. Burada ışığın elektromanyetik dalgalar biçimindeki temsilini kullanmak uygundur. sinyal nedir? Bu, iletilecek bazı bilgilerdir. İdeal bir elektromanyetik dalga, kesinlikle tek frekanslı sonsuz bir sinüzoiddir ve herhangi bir bilgi taşıyamaz, çünkü böyle bir sinüzoidin her periyodu bir öncekini tam olarak tekrar eder. Sinüzoidal bir dalganın fazının hareket hızı - sözde faz hızı - belirli koşullar altında bir ortamdaki boşluktaki ışık hızını aşabilir. Burada herhangi bir kısıtlama yoktur, çünkü faz hızı sinyalin hızı değildir - henüz mevcut değildir. Bir sinyal oluşturmak için dalga üzerinde bir tür "işaret" yapmanız gerekir. Böyle bir işaret, örneğin, herhangi bir dalga parametresindeki - genlik, frekans veya başlangıç ​​fazındaki bir değişiklik olabilir. Ancak işaret yapılır yapılmaz dalga sinüzoidalliğini kaybeder. Farklı genliklere, frekanslara ve ilk aşamalara sahip bir dizi basit sinüzoidal dalgadan oluşan modüle hale gelir - bir dalga grubu. Modüle edilmiş dalgadaki işaretin hareket hızı, sinyalin hızıdır. Bir ortamda yayılırken, bu hız genellikle yukarıdaki dalga grubunun bir bütün olarak yayılmasını karakterize eden grup hızıyla çakışır (bkz. "Bilim ve Yaşam" No. 2, 2000). Normal koşullar altında, grup hızı ve dolayısıyla sinyalin hızı, boşlukta ışığın hızından daha düşüktür. Burada "normal koşullar altında" ifadesinin kullanılması tesadüf değildir, çünkü bazı durumlarda grup hızı c'yi aşabilir veya hatta anlamını yitirebilir, ancak bu durumda sinyal yayılımı için geçerli değildir. SRT'de, c'den daha büyük bir hızda bir sinyal iletmenin imkansız olduğu tespit edilmiştir.

Neden böyle? Çünkü hızı c'den büyük olan herhangi bir sinyalin iletilmesine engel aynı nedensellik yasasıdır. Böyle bir durumu hayal edelim. A noktasında, bir ışık flaşı (olay 1), belirli bir radyo sinyali gönderen bir cihazı açar ve B uzak noktasında, bu radyo sinyalinin etkisi altında bir patlama meydana gelir (olay 2). Olay 1'in (flaş) neden olduğu ve olay 2'nin (patlama) nedenden sonra ortaya çıkan etki olduğu açıktır. Ancak radyo sinyali ışık hızının üstünde bir hızda yayılırsa, B noktasına yakın bir gözlemci önce bir patlama görecek ve ancak o zaman - ona bir ışık flaşı hızında ulaşan bir ışık parlaması, patlamanın nedeni. Başka bir deyişle, bu gözlemci için olay 2, olay 1'den önce meydana gelirdi, yani sonuç nedenden önce gelirdi.

Görelilik teorisinin "süperluminal yasağının" yalnızca maddi cisimlerin hareketine ve sinyallerin iletilmesine dayatıldığını vurgulamak yerinde olur. Birçok durumda herhangi bir hızda hareket etmek mümkündür, ancak bu, maddi olmayan nesnelerin ve sinyallerin hareketi olacaktır. Örneğin, biri yatay olarak yerleştirilmiş ve diğeri onu küçük bir açıyla kesen aynı düzlemde uzanan oldukça uzun iki cetvel hayal edin. İlk çizgi aşağı doğru (okla gösterilen yönde) yüksek hızda hareket ettirilirse, çizgilerin kesişme noktası keyfi olarak hızlı koşması sağlanabilir, ancak bu nokta maddi bir gövde değildir. Başka bir örnek: bir el feneri (veya örneğin dar bir ışın veren bir lazer) alır ve havadaki bir yayı hızlı bir şekilde tanımlarsanız, ışık noktasının doğrusal hızı mesafe ile artacaktır ve yeterince büyük bir mesafede, c'yi aşacaktır. Işık noktası, A ve B noktaları arasında süperluminal hızda hareket edecektir, ancak bu, A noktasından B'ye bir sinyal iletimi olmayacaktır, çünkü böyle bir ışık noktası, A noktası hakkında herhangi bir bilgi taşımaz.

Süperluminal hızlar sorunu çözülmüş gibi görünüyor. Ancak yirminci yüzyılın 60'larında, teorik fizikçiler, takyon adı verilen süperluminal parçacıkların varlığının hipotezini ortaya koydular. Bunlar çok garip parçacıklar: teorik olarak mümkünler, ancak görelilik teorisiyle çelişkilerden kaçınmak için onlara hayali bir durgun kütle atanması gerekiyordu. Fiziksel olarak hayali kütle yoktur, tamamen matematiksel bir soyutlamadır. Bununla birlikte, bu fazla endişe yaratmadı, çünkü takyonlar durağan olamazlar - sadece boşlukta ışık hızını aşan hızlarda var olurlar (eğer varsa!) ve bu durumda takyonun kütlesi gerçek olur. Burada fotonlarla bazı benzerlikler var: bir fotonun sıfır durgun kütlesi vardır, ancak bu sadece fotonun durağan olamayacağı anlamına gelir - ışık durdurulamaz.

En zor şey, beklendiği gibi, takyon hipotezini nedensellik yasasıyla uzlaştırmaktı. Bu yönde yapılan girişimler oldukça ustaca olmasına rağmen, bariz bir başarıya yol açmadı. Hiç kimse de takyonları deneysel olarak kaydedemedi. Sonuç olarak, süperluminal temel parçacıklar olarak takyonlara olan ilgi yavaş yavaş kayboldu.

Bununla birlikte, 60'larda, ilk başta fizikçilerin kafasını karıştıran bir fenomen deneysel olarak keşfedildi. Bu, A. N. Oraevsky'nin "Güçlendirme ortamında süperluminal dalgalar" (UFN No. 12, 1998) makalesinde ayrıntılı olarak açıklanmaktadır. Burada konunun özünü kısaca özetliyoruz, ayrıntılarla ilgilenen okuyucuyu söz konusu makaleye yönlendiriyoruz.

Lazerlerin keşfinden kısa bir süre sonra - 1960'ların başında - kısa (1 ns = 10-9 s mertebesinde bir süre ile) yüksek güçlü ışık darbeleri elde etme sorunu ortaya çıktı. Bunu yapmak için, optik bir kuantum yükselticiden kısa bir lazer darbesi geçirildi. Darbe, ışın ayırıcı bir ayna tarafından iki parçaya bölündü. Bunlardan biri, daha güçlü, amplifikatöre gönderildi ve diğeri havada yayıldı ve amplifikatörden geçen darbeyi karşılaştırmanın mümkün olduğu bir referans darbesi olarak görev yaptı. Her iki darbe de fotodedektörlere beslendi ve çıkış sinyalleri osiloskop ekranında görsel olarak gözlemlenebildi. Amplifikatörden geçen ışık darbesinin referans darbeye kıyasla bir miktar gecikme yaşaması bekleniyordu, yani amplifikatördeki ışık yayılma hızı havadakinden daha düşük olurdu. Darbenin amplifikatörden yalnızca havadakinden daha büyük değil, aynı zamanda boşluktaki ışığın hızından birkaç kat daha fazla bir hızda yayıldığını keşfettiklerinde araştırmacıların şaşkınlığı neydi?

İlk şoku atlattıktan sonra fizikçiler böyle beklenmedik bir sonucun nedenini aramaya başladılar. Özel görelilik teorisinin ilkeleri hakkında hiç kimsenin en ufak bir şüphesi bile yoktu ve bu tam olarak doğru açıklamayı bulmaya yardımcı olan şeydi: SRT ilkeleri korunursa, o zaman cevap yükseltici ortamın özelliklerinde aranmalıdır. .

Burada ayrıntılara girmeden, yalnızca yükseltici ortamın etki mekanizmasının ayrıntılı bir analizinin durumu tamamen açıklığa kavuşturduğuna işaret ediyoruz. Önemli olan, darbenin yayılması sırasında fotonların konsantrasyonundaki değişiklikteydi - ortamın amplifikasyon faktöründeki bir değişiklikten kaynaklanan bir değişiklik. olumsuz değer darbenin arka kısmının geçişi sırasında, ortam zaten enerjiyi emerken, çünkü ışık darbesine aktarılması nedeniyle kendi rezervi zaten tükendi. Emilim, dürtüde bir artışa değil, bir azalmaya neden olur ve böylece dürtü, önde güçlenir ve arkada zayıflar. Amplifikatör ortamında ışık hızında hareket eden bir aletle bir darbe gözlemlediğimizi düşünelim. Ortam şeffaf olsaydı, hareketsizlik içinde donmuş bir dürtü görürdük. Yukarıda bahsedilen işlemin gerçekleştiği ortamda, nabzın ön kenarının güçlenmesi ve arka kenarının zayıflaması, ortam nabzı ileri doğru hareket ettirmiş gibi gözlemciye görünecektir. . Ancak cihaz (gözlemci) ışık hızında hareket ettiğinden ve dürtü onu geçtiğinden, dürtünün hızı ışık hızını aşıyor! Deneyciler tarafından kaydedilen bu etkidir. Ve burada gerçekten de görelilik kuramıyla bir çelişki yoktur: Sadece amplifikasyon süreci öyledir ki, daha önce ortaya çıkan fotonların konsantrasyonu, daha sonra ortaya çıkanlardan daha büyük olur. Süperluminal hızla hareket eden fotonlar değil, osiloskopta gözlenen nabzın zarfı, özellikle de maksimumudur.

Bu nedenle, sıradan ortamlarda her zaman ışığın zayıflaması ve kırılma indisi tarafından belirlenen hızında bir azalma olmasına rağmen, aktif lazer ortamında sadece ışığın amplifikasyonu değil, aynı zamanda süperluminal hızda bir darbenin yayılması da gözlenir.

Bazı fizikçiler, kuantum mekaniğindeki en şaşırtıcı fenomenlerden biri olan tünel etkisinde süperlüminal hareketin varlığını deneysel olarak kanıtlamaya çalıştılar. Bu etki, bir mikroparçacığın (daha doğrusu, bir mikro nesnenin, farklı koşullar hem bir parçacığın özelliklerini hem de bir dalganın özelliklerini sergileyen) sözde potansiyel bariyeri geçebilir - klasik mekanikte tamamen imkansız olan bir fenomen (bunda aşağıdaki durum benzer olacaktır: duvara atılan bir top duvarın diğer tarafında olabilir veya duvara bağlı ipe verilen dalga benzeri bir hareket diğer taraftaki duvara bağlı ipe iletilir). Kuantum mekaniğinde tünel etkisinin özü şu şekildedir. Belirli bir enerjiye sahip bir mikro nesne, yolda mikro nesnenin enerjisini aşan potansiyel enerjiye sahip bir alanla karşılaşırsa, bu alan onun için bir engeldir ve yüksekliği enerji farkı tarafından belirlenir. Ama mikro-nesne bariyerden "sızar"! Bu olasılık ona, enerji ve etkileşim zamanı için yazılmış, iyi bilinen Heisenberg belirsizlik bağıntısı ile verilmiştir. Mikronesnenin bariyer ile etkileşimi yeterince belirli bir süre boyunca meydana gelirse, o zaman mikronesnenin enerjisi, aksine, belirsizlik ile karakterize edilecektir ve eğer bu belirsizlik bariyer yüksekliği düzeyinde ise, o zaman ikincisi durur. mikro nesne için aşılmaz bir engel olmak. c'yi aşabileceğine inanan bir dizi fizikçi tarafından araştırma konusu haline gelen, potansiyel engeli aşma hızıdır.

Haziran 1998'de, Köln'de, Berkeley, Viyana, Köln ve Floransa'daki dört laboratuvarda elde edilen sonuçların tartışıldığı süperluminal hareketlerin sorunları üzerine uluslararası bir sempozyum düzenlendi.

Ve son olarak, 2000 yılında, süperluminal yayılmanın etkilerinin ortaya çıktığı iki yeni deney rapor edildi. Bunlardan biri, Lijun Wong ve Princeton'daki (ABD) bir araştırma enstitüsünde çalışma arkadaşları tarafından gerçekleştirildi. Onun sonucu, sezyum buharıyla dolu bir odaya giren bir ışık darbesinin hızını 300 kat artırmasıdır. Darbenin ana bölümünün, darbe ön duvardan bölmeye girmeden önce bile bölmenin uzak duvarını terk ettiği ortaya çıktı. Böyle bir durum, yalnızca sağduyuyla değil, özünde görelilik kuramıyla da çelişir.

L. Wong'un raporu, fizikçiler arasında yoğun tartışmalara yol açtı; çoğu, elde edilen sonuçların görelilik ilkelerinin ihlal edildiğini görmeye meyilli değil. Zor olanın bu deneyi doğru bir şekilde açıklamak olduğuna inanıyorlar.

L. Wong'un deneyinde, sezyum buharıyla hazneye giren ışık darbesinin süresi yaklaşık 3 μs idi. Sezyum atomları, "temel durum aşırı ince manyetik alt düzeyler" olarak adlandırılan on altı olası kuantum mekanik durumda olabilir. Optik lazer pompalama kullanılarak, neredeyse tüm atomlar, Kelvin ölçeğinde (-273.15 ° C) neredeyse mutlak sıfır sıcaklığa karşılık gelen bu on altı durumdan yalnızca birine getirildi. Sezyum odasının uzunluğu 6 santimetre idi. Bir boşlukta, ışık 0.2 ns'de 6 santimetre yol alır. Ölçümlerin gösterdiği gibi, ışık darbesi, sezyumlu hazneden vakumdan 62 ns daha kısa bir sürede geçti. Başka bir deyişle, bir darbenin sezyum ortamından geçiş süresi "eksi" işaretine sahiptir! Gerçekten de, 0.2 ns'den 62 ns çıkarırsak, "negatif" bir zaman elde ederiz. Ortamdaki bu "negatif gecikme" - anlaşılmaz bir zaman atlaması - nabzın 310'u vakumda hazneden geçireceği süreye eşittir. Bu "zamanın tersine çevrilmesinin" sonucu, hazneyi terk eden darbenin, gelen darbe haznenin yakın duvarına ulaşmadan 19 metre önce ondan uzaklaşmayı başarmasıydı. Böyle inanılmaz bir durum nasıl açıklanabilir (tabii deneyin saflığı konusunda hiçbir şüphe yoksa)?

Ortaya çıkan tartışmaya bakılırsa, henüz kesin bir açıklama bulunamadı, ancak ortamın olağandışı dağılım özelliklerinin burada bir rol oynadığına şüphe yok: lazer ışığı tarafından uyarılan atomlardan oluşan sezyum buharı, anormal dağılım. Ne olduğunu kısaca hatırlayalım.

Bir maddenin dağılımı, faz (olağan) kırılma indisinin n ışığının dalga boyuna bağımlılığıdır. Normal dağılımda dalga boyu azaldıkça kırılma indisi artar ve bu durum cam, su, hava ve ışığa geçirgen tüm diğer maddelerde geçerlidir. Işığı güçlü bir şekilde emen maddelerde, kırılma indisinin seyri dalga boyundaki bir değişiklikle tersine döner ve çok daha dik hale gelir: l'de bir azalma (w frekansında artış) ile, kırılma indisi keskin bir şekilde azalır ve belirli bir dalga boyu aralığında daha az olur. birden fazla (faz hızı Vf > s ). Bu, bir maddede ışığın yayılma modelinin kökten değiştiği anormal dağılımdır. Grup hızı Vgr, dalgaların faz hızından daha büyük hale gelir ve boşlukta ışığın hızını geçebilir (ve ayrıca negatif olabilir). L. Wong, deneyinin sonuçlarını açıklama olasılığının altında yatan neden olarak bu duruma işaret ediyor. Bununla birlikte, Vgr > c koşulunun tamamen biçimsel olduğuna dikkat edilmelidir, çünkü grup hızı kavramı, şeffaf ortamlar için küçük (normal) dağılım durumu için bir dalga grubu sırasında neredeyse şeklini değiştirmediğinde tanıtıldı. yayılma. Ancak anormal dağılım bölgelerinde, ışık darbesi hızla deforme olur ve grup hızı kavramı anlamını kaybeder; bu durumda, şeffaf ortamda grup hızıyla çakışan sinyal hızı ve enerji yayılma hızı kavramları tanıtılırken, absorpsiyonlu ortamlarda vakumdaki ışığın hızından daha düşük kalırlar. Ancak Wong'un deneyinde ilginç olan şudur: anormal dağılıma sahip bir ortamdan geçen bir ışık darbesi deforme olmaz - şeklini tam olarak korur! Ve bu, dürtünün grup hızıyla yayıldığı varsayımına karşılık gelir. Ama eğer öyleyse, ortamın anormal dağılımı tam olarak absorpsiyondan kaynaklansa da, ortamda absorpsiyon olmadığı ortaya çıkıyor! Wong'un kendisi, pek çok şeyin belirsiz kaldığını kabul ederek, deney düzeneğinde neler olup bittiğinin ilk tahmin olarak aşağıdaki gibi açık bir şekilde açıklanabileceğine inanıyor.

Bir ışık darbesi, farklı dalga boylarına (frekanslara) sahip birçok bileşenden oluşur. Şekil, bu bileşenlerden üçünü göstermektedir (dalgalar 1-3). Bir noktada, her üç dalga da aynı fazdadır (maksimumları çakışır); burada toplanırlar, birbirlerini güçlendirirler ve bir dürtü oluştururlar. Dalgalar uzayda daha da yayıldıkça, faz dışıdırlar ve bu nedenle birbirlerini "söndürürler".

Anormal dağılım bölgesinde (sezyum hücresinin içinde), daha kısa olan dalga (1. dalga) daha uzun olur. Tersine, üç dalganın en uzunu olan dalga (3. dalga) en kısa olur.

Sonuç olarak, dalgaların fazları da buna göre değişir. Dalgalar sezyum hücresinden geçtiğinde, dalga cepheleri eski haline döner. Anormal dağılıma sahip bir maddede olağandışı bir faz modülasyonuna uğrayan üç dalga, bir noktada kendilerini tekrar fazda bulurlar. Burada tekrar toplanırlar ve sezyum ortamına girenle tamamen aynı şekilde bir darbe oluştururlar.

Tipik olarak havada ve aslında normal olarak dağılmış herhangi bir şeffaf ortamda, bir ışık darbesi uzak bir mesafe boyunca yayılırken şeklini doğru bir şekilde koruyamaz, yani tüm bileşenleri yayılma yolu boyunca herhangi bir uzak noktada aynı fazda olamaz. Ve normal şartlar altında, bir süre sonra böyle uzak bir noktada bir ışık darbesi belirir. Ancak deneyde kullanılan ortamın anormal özelliklerinden dolayı, uzak noktadaki darbenin bu ortama girerken olduğu gibi aşamalı olduğu ortaya çıktı. Böylece ışık darbesi, uzak bir noktaya giderken negatif bir zaman gecikmesi varmış gibi davranır, yani ona daha geç değil, ortamı geçmeden daha önce ulaşmış olurdu!

Çoğu fizikçi, bu sonucu, odanın dağıtıcı ortamında düşük yoğunluklu bir öncünün ortaya çıkmasıyla ilişkilendirmeye meyillidir. Gerçek şu ki, darbenin spektral ayrışmasında, spektrum, nabzın "ana bölümünün" önüne geçen, öncü olarak adlandırılan ihmal edilebilir genliğe sahip keyfi olarak yüksek frekansların bileşenlerini içerir. Kuruluşun doğası ve habercinin biçimi, ortamdaki dağılma yasasına bağlıdır. Bunu akılda tutarak, Wong'un deneyindeki olaylar dizisinin aşağıdaki gibi yorumlanması önerilmektedir. Önündeki haberciyi "geren" gelen dalga kameraya yaklaşır. Gelen dalganın zirvesi odanın yakın duvarına çarpmadan önce, haberci odada bir darbenin görünümünü başlatır, bu da uzak duvara ulaşan ve ondan yansıyan bir "ters dalga" oluşturan bir darbenin görünümünü başlatır. c'den 300 kat daha hızlı yayılan bu dalga yakın duvara ulaşır ve gelen dalga ile karşılaşır. Bir dalganın zirveleri, diğerinin çukurlarıyla buluşur, böylece birbirlerini iptal ederler ve geriye hiçbir şey kalmaz. Gelen dalganın, odanın diğer ucunda kendisine enerji "ödünç alan" sezyum atomlarına "borcunu iade ettiği" ortaya çıktı. Deneyin yalnızca başlangıcını ve sonunu gözlemleyen herhangi biri, yalnızca zamanda "sıçrayan" ve c'den daha hızlı hareket eden bir ışık darbesi görecektir.

L. Wong, deneyinin görelilik teorisiyle tutarlı olmadığına inanıyor. Superluminal hızın ulaşılamazlığı hakkındaki ifadenin, yalnızca durgun kütlesi olan nesneler için geçerli olduğuna inanıyor. Işık, ya kütle kavramının genellikle uygulanamadığı dalgalar biçiminde ya da bilindiği gibi, sıfıra eşit bir durgun kütleye sahip fotonlar biçiminde temsil edilebilir. Bu nedenle, Wong'a göre ışığın boşluktaki hızı sınır değildir. Ancak Wong, keşfettiği etkinin bilgiyi c'den daha hızlı iletmeyi imkansız kıldığını kabul ediyor.

Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'nda fizikçi olan P. Milonni, "Buradaki bilgiler, dürtünün ön ucunda zaten yer alıyor" diyor.

Çoğu fizikçi, yeni çalışmanın temel ilkelere ezici bir darbe indirmediğine inanıyor. Ancak tüm fizikçiler sorunun çözüldüğüne inanmıyor. 2000 yılında başka bir ilginç deney gerçekleştiren İtalyan araştırma ekibinden Profesör A. Ranfagni, sorunun hala açık olduğunu söylüyor. Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni ve Rocco Ruggeri tarafından gerçekleştirilen bu deney, santimetre dalga radyo dalgalarının normal havada c'den %25 daha hızlı yayıldığını buldu.

Özetle şunları söyleyebiliriz.

İşler son yıllar belirli koşullar altında süperluminal hızın gerçekten gerçekleşebileceğini gösterin. Ama süperluminal hızda hareket eden tam olarak nedir? Görelilik teorisi, daha önce de belirtildiği gibi, maddi cisimler ve bilgi taşıyan sinyaller için böyle bir hızı yasaklar. Bununla birlikte, bazı araştırmacılar, özellikle sinyaller için ışık bariyerinin aşıldığını gösterme girişimlerinde çok ısrarcıdır. Bunun nedeni, özel görelilik kuramında, sinyallerin c'den daha büyük bir hızda iletilmesinin imkansızlığı için (örneğin, Maxwell'in elektromanyetik alan denklemlerine dayanan) katı bir matematiksel gerekçesinin bulunmaması gerçeğinde yatmaktadır. SRT'de böyle bir imkansızlık, tamamen aritmetik olarak, Einstein'ın hızları toplama formülüne dayalı olarak ortaya konmuştur, ancak bu, temel bir şekilde nedensellik ilkesi tarafından doğrulanmıştır. Einstein'ın kendisi, süperluminal sinyal iletimi sorununu göz önünde bulundurarak, bu durumda "... elde edilen eylemin nedenden önce geldiği bir sinyal iletim mekanizmasının mümkün olduğunu düşünmek zorundayız. Ancak, bu tamamen mantıksal bir sonuç olmasına rağmen, Bana göre bakış açısı kendi içinde hiçbir çelişki içermez, yine de tüm deneyimimizin karakteriyle o kadar çelişir ki, V > c varsayımının imkansızlığı yeterince kanıtlanmış gibi görünür. Nedensellik ilkesi, süperluminal sinyallemenin imkansızlığının altında yatan temel taştır. Ve görünüşe göre, deneyciler bu tür sinyalleri ne kadar tespit etmek isterse istesinler, istisnasız olarak tüm süper-ışık sinyalleri aramaları, bu taş üzerinde tökezleyecektir, çünkü dünyamızın doğası budur.

Ama yine de, görelilik matematiğinin yine de ışıküstü hızlarda çalışacağını hayal edelim. Bu, teorik olarak, cismin ışık hızını aşması durumunda ne olacağını hala öğrenebileceğimiz anlamına gelir.

Dünya'dan gezegenimizden 100 ışıkyılı uzaklıktaki bir yıldıza doğru giden iki uzay gemisi hayal edin. İlk gemi Dünya'yı ışık hızının %50'si hızında terk ediyor, bu yüzden yolculuğun tamamlanması 200 yıl alacak. Varsayımsal bir warp sürücüsü ile donatılmış ikinci gemi, ışık hızının %200'ünde, ancak ilkinden 100 yıl sonra yola çıkacak. Ne olacak?

Görelilik teorisine göre, doğru cevap büyük ölçüde gözlemcinin bakış açısına bağlıdır. Dünya'dan bakıldığında, ilk geminin, dört kat daha hızlı hareket eden ikinci gemi tarafından ele geçirilmeden önce, hatırı sayılır bir mesafe kat ettiği görülecektir. Ancak ilk gemideki insanların bakış açısından her şey biraz farklı.

2. gemi ışıktan daha hızlı hareket ediyor, yani yaydığı ışıktan bile daha hızlı hareket edebiliyor. Bu, bir tür "ışık dalgasına" yol açar (sese benzer, burada hava titreşimleri yerine sadece ışık dalgaları titreşir), bu da birkaç ilginç etkiye yol açar. 2. gemiden gelen ışığın geminin kendisinden daha yavaş hareket ettiğini hatırlayın. Sonuç görsel bir ikiye katlama olacaktır. Başka bir deyişle, ilk başta 1. geminin mürettebatı, ikinci geminin sanki hiç yoktan yanlarında göründüğünü görecektir. Ardından, ikinci gemiden gelen ışık, hafif bir gecikmeyle birinciye ulaşacak ve sonuç, görünür kopya, hafif bir gecikme ile aynı yönde hareket edecek.

Benzer bir şey görülebilir bilgisayar oyunları, bir sistem arızası sonucunda motor, modeli ve algoritmalarını hareketin son noktasında hareket animasyonunun kendisinden daha hızlı yüklediğinde, böylece çoklu çekimler gerçekleşir. Bu muhtemelen bilincimizin, cisimlerin süperluminal hızda hareket ettiği Evrenin varsayımsal yönünü algılamamasının nedenidir - belki de bu en iyisidir.

not ... ama son örnekte bir şey anlamadım, neden geminin gerçek konumu "onun yaydığı ışık" ile ilişkilendiriliyor? Her ne kadar onu bir şekilde yanlış yerde görseler de, gerçekte ilk gemiyi geçecek!

kaynaklar

Okuldan bize ışık hızını aşmanın imkansız olduğu ve bu nedenle bir kişinin uzaydaki hareketinin büyük bir çözülmez sorun olduğu öğretildi (ışık bu mesafeyi ancak birkaç saniyede aşabilirse en yakın güneş sistemine nasıl uçulur? bin yıl?). Belki de Amerikalı bilim adamları, sadece hile yapmadan değil, aynı zamanda Albert Einstein'ın temel yasalarını izleyerek süper hızlarda uçmanın bir yolunu bulmuşlardır. Her durumda, uzay deformasyon motorunun projesinin yazarı Harold White bunu söylüyor.

Yazı işleri ofisinde bizler haberi kesinlikle harika bulduk, bu yüzden bugün, Kozmonot Günü arifesinde, Konstantin Kakaes tarafından Popular Science dergisi için olağanüstü bir NASA projesi hakkında bir rapor yayınlıyoruz, eğer başarılı olursa, bir kişi ötesine geçebilecek Güneş Sistemi.

Eylül 2012'de, birkaç yüz bilim insanı, mühendis ve uzay meraklısı, grubun 100 Year Starship adlı ikinci halka açık toplantısı için bir araya geldi. Grup, eski astronot May Jemison tarafından yönetiliyor ve DARPA tarafından kuruldu. Konferansın amacı, "önümüzdeki yüz yıl içinde güneş sisteminin ötesinde diğer yıldızlara insan seyahatini mümkün kılmaktır." Konferans katılımcılarının çoğu, insanlı uzay araştırmalarındaki ilerlemenin çok küçük olduğunu kabul ediyor. Son birkaç çeyrekte harcanan milyarlarca dolara rağmen, uzay ajansları 1960'larda neredeyse yapabildiklerinin fazlasını yapabilirler. Aslında tüm bunları düzeltmek için 100 Yıl Yıldız Gemisi toplandı.

Ama konuya daha fazla. Konferanstan birkaç gün sonra, katılımcılar en fantastik konulara ulaştılar: organların yenilenmesi, gemide organize din sorunu vb. 100 Year Starship toplantısındaki en ilgi çekici sunumlardan biri Warp Field Mechanics 102 olarak adlandırıldı ve NASA'dan Harold "Sonny" White tarafından yapıldı. Bir ajans emektarı olan White, Johnson Uzay Merkezi'nde (JSC) Gelişmiş Nabız Programını yürütüyor. Beş meslektaşıyla birlikte, NASA'nın gelecekteki uzay yolculuğu hedeflerini özetleyen "Uzay Tahrik Sistemleri Yol Haritası"nı oluşturdu. Plan, gelişmiş kimyasal roketlerden antimadde veya nükleer makineler gibi geniş kapsamlı gelişmelere kadar her türlü tahrik projesini listeliyor. Ancak White'ın araştırma alanı, hepsinden daha fütürist: uzay warp motoruyla ilgili.

Alcubierre'nin balonu genellikle böyle tasvir edilir

Plana göre böyle bir motor uzayda ışık hızını aşan bir hızda hareket sağlayacak. Einstein'ın görelilik teorisinin açık bir ihlali olduğu için bunun imkansız olduğu genel olarak kabul edilir. Ama Beyaz aksini savunuyor. Sözlerinin teyidi olarak, Alcubierre baloncuklarına başvurur (Einstein'ın teorisinden türetilen, uzaydaki bir cismin normal koşullar altında bir cismin aksine süper ışık hızına ulaşabildiğini söyleyen denklemler). Sunumda, son zamanlarda gerçek bir uzay warp motorunun yaratılmasına doğrudan yol açan teorik sonuçlara nasıl ulaştığını anlattı.

Tüm bunların kulağa kesinlikle fantastik geldiği açıktır: bu tür gelişmeler dünyadaki tüm astrofizikçilerin ellerini çözecek gerçek bir devrimdir. Kendimize en yakın yıldız sistemi olan Alpha Centauri'ye 75.000 yıl seyahat etmek yerine, böyle bir motora sahip bir gemideki astronotlar yolculuğu birkaç hafta içinde yapabilirler.

Mekik programının kapatılması ve düşük Dünya yörüngesine özel uçuşların artan rolü ışığında NASA, aya seyahat etmenin çok ötesine geçen geniş kapsamlı, çok daha cesur planlara yeniden odaklandığını söylüyor. Bu hedeflere ancak yeni tahrik sistemlerinin geliştirilmesiyle ulaşılabilir - ne kadar erken olursa o kadar iyi. Konferanstan birkaç gün sonra NASA şefi Charles Bolden, White'ın sözlerini yineledi: "Mars'ta ışık hızından daha hızlı ve durmadan seyahat etmek istiyoruz."

BU MOTOR HAKKINDA NASIL BİLİYORUZ

"Uzay warp sürücüsü" teriminin ilk popüler kullanımı, Star Trek'in Jen Roddenberry tarafından piyasaya sürüldüğü 1966 yılına kadar uzanıyor. Sonraki 30 yıl boyunca bu motor sadece bu fantezi serisinin bir parçası olarak var oldu. Miguel Alcubierre adlı bir fizikçi, tam da genel görelilik üzerine doktorası üzerinde çalışırken dizinin bir bölümünü izledi ve gerçekte bir warp sürücüsü yaratmanın mümkün olup olmadığını merak ediyordu. 1994 yılında bu pozisyonu belirleyen bir makale yayınladı.

Alcubierre uzayda bir balon hayal etti. Balonun önünde zaman-uzay küçülür ve arkada genişler (fizikçilere göre Big Bang'de olduğu gibi). Deformasyon, geminin çevredeki gürültüye rağmen sanki bir dalgada sörf yapıyormuş gibi dış uzayda düzgün bir şekilde kaymasına neden olacaktır. Prensipte, deforme olmuş bir balon keyfi olarak hızlı hareket edebilir; Einstein'ın teorisine göre ışık hızındaki sınırlamalar sadece uzay-zaman bağlamında geçerlidir, uzay-zamanın bu tür çarpıklıkları için geçerli değildir. Alcubierre, balonun içinde uzay-zamanın değişmeyeceğini ve uzay yolcularının zarar görmeyeceğini öngördü.

Einstein'ın genel görelilikteki denklemlerini tek yönde çözmek, maddenin uzayı nasıl eğrildiğini anlamak zor, ama bu yapılabilir. Alcubierre, bunları kullanarak, maddenin dağılımının, deforme olmuş bir balonun yaratılması için gerekli bir koşul olduğunu belirledi. Tek sorun, çözümlerin negatif enerji adı verilen belirsiz bir madde formuna yol açmasıdır.

Basit bir ifadeyle, yerçekimi iki nesne arasındaki çekim kuvvetidir. Her nesne, boyutundan bağımsız olarak, çevresindeki maddeye bir miktar çekim kuvveti uygular. Einstein'a göre, bu kuvvet uzay-zamanın bir eğriliğidir. Negatif enerji ise yerçekimsel olarak negatiftir, yani iticidir. Negatif enerji, zaman ve mekanı birbirine bağlamak yerine onları iter ve ayırır. Kabaca söylemek gerekirse, bu modelin çalışması için Alcubierra'nın geminin arkasındaki uzay-zamanı genişletmek için negatif enerjiye ihtiyacı var.

Kuantum mekaniğine göre hiç kimsenin özel olarak negatif enerjiyi ölçmemiş olmasına rağmen, var ve bilim adamları onu laboratuvarda nasıl oluşturacaklarını öğrendiler. Bunu yeniden yaratmanın bir yolu Kazimirov etkisidir: birbirine yakın yerleştirilmiş iki paralel iletken plaka bir miktar negatif enerji yaratır. Alcubierre modelinin zayıf noktası, uygulanmasının büyük miktarda negatif enerji gerektirmesidir, bilim adamlarının üretilebileceğini tahmin ettiğinden birkaç büyüklük sırası daha yüksektir.

White, bu sınırlamayı aşmanın bir yolunu bulduğunu söylüyor. Bir bilgisayar simülasyonunda White, warp alanının geometrisini değiştirdi, böylece teorik olarak, Alcubierra'nın tahmin ettiğinden milyonlarca kat daha az negatif enerji kullanarak ve belki de bir uzay aracının araçlarını taşıması için yeterince az negatif enerji kullanarak deforme olmuş bir balon üretebildi. üretme. "Keşifler," diyor White, "Alcubierre'nin yöntemini pratik olmayandan oldukça akla yatkın hale getiriyor."

WHITE'IN LABORATUVARI RAPORU

Johnson Uzay Merkezi, Galveston Körfezi yolunun açıldığı Houston lagünlerinin yanında yer almaktadır. Merkez, sadece astronotları eğitmeyi amaçlayan bir banliyö kolej kampüsüne benziyor. Ziyaret ettiğim gün, White benimle koridorlar, ofisler ve motor test laboratuvarlarından oluşan çok katlı bir labirent olan Bina 15'te buluşuyor. White, fütüristik bir uzay gemisinin üzerinde uçan bir kartalla işlenmiş motor deneyleri dediği Eagleworks polo gömleği giyiyor.

White, kariyerine robotik bir grubun parçası olarak araştırma yapan bir mühendis olarak başladı. Plazma fiziğinde doktorasını tamamlarken zamanla tüm ISS robotik kanadının komutasını aldı. 2009 yılına kadar odağını hareket çalışmasına kaydırmadı ve bu konu onu NASA için çalışmaya başlamasının ana nedeni olacak kadar yakaladı.

Sevk sistemleri bölümünün başındaki patronu John Applewhite, "O oldukça sıra dışı bir insan" diyor. - Kesinlikle büyük bir hayalperest ama aynı zamanda yetenekli bir mühendis. Fantezilerini gerçek bir mühendislik ürününe nasıl dönüştüreceğini biliyor.” White, NASA'ya katıldığı sıralarda, gelişmiş tahrik sistemlerine ayrılmış kendi laboratuvarını açmak için izin istedi. Kendisi Eagleworks adını buldu ve hatta NASA'dan uzmanlığı için bir logo oluşturmasını istedi. Sonra bu çalışma başladı.

White beni, Ay'da su arayan bir meslektaşıyla paylaştığı ofisine götürüyor ve ardından beni Eagleworks'e götürüyor. Yolda bana bir laboratuvar açma isteğini anlatıyor ve bunu "insanın uzayı keşfetmesine yardımcı olacak gelişmiş bir hareket bulmanın uzun ve zor bir süreci" olarak nitelendiriyor.

Beyaz bana nesneyi gösteriyor ve onun merkezi işlevini, "Kuantum Vakum Plazma İticisi" (QVPT) dediği bir şeyi gösteriyor. Bu cihaz, çekirdeğin etrafına sıkıca örülmüş telleri olan büyük bir kırmızı kadife çörek gibi görünüyor. Bu, iki Eagleworks girişiminden biridir (diğeri warp motorudur). Aynı zamanda gizli bir gelişme. Ne olduğunu sorduğumda White, sadece bu teknolojinin warp motorundan bile daha soğuk olduğunu söyleyebileceğini söylüyor). White tarafından yazılan 2011 NASA raporuna göre, araç yakıt kaynağı olarak boş uzaydaki kuantum dalgalanmalarını kullanıyor, bu da QVPT ile çalışan bir uzay aracının yakıt gerektirmediği anlamına geliyor.

Motor, yakıt kaynağı olarak boş uzaydaki kuantum dalgalanmalarını kullanır.
yani uzay gemisi
QVPT ile çalışır, yakıt gerektirmez.

Cihaz çalıştığında, White'ın sistemi sinematik olarak mükemmel görünüyor: lazerin rengi kırmızı ve iki ışın kılıç gibi çaprazlanıyor. Halkanın içinde, Beyaz'ın 23.000 volta kadar şarj ettiği baryum titanattan yapılmış dört seramik kapasitör var. White, deneyi geliştirmek için son iki buçuk yılını harcadı ve kapasitörlerin muazzam bir potansiyel enerji gösterdiğini söylüyor. Ancak, çarpık uzay-zaman için gereken negatif enerjiyi nasıl yaratacağımı sorduğumda, cevaptan kaçıyor. Bir gizlilik anlaşması imzaladığını ve bu nedenle ayrıntıları açıklayamadığını açıklıyor. Bu anlaşmaları kiminle yaptığını soruyorum. Diyor ki: “İnsanlarla. Gelip konuşmak istiyorlar. Size daha fazla ayrıntı veremem."

MOTOR FİKİRİNİN KARŞITLARI

Şimdiye kadar, çarpık seyahat teorisi oldukça sezgisel - hareketli bir balon oluşturmak için zamanı ve alanı çarpıtıyor - ve birkaç önemli kusuru var. Tufts Üniversitesi'nde son 30 yılda negatif enerji konusunda çok sayıda makale yazan teorik fizikçi Lawrence Ford, White, Alcubierra'nın istediği negatif enerji miktarını önemli ölçüde azaltsa bile, bilim insanlarının üretebileceğinden daha fazlasına ihtiyaç duyacağını söylüyor. . Ford ve diğer fizikçiler, temel fiziksel sınırlamalar olduğunu ve bunun çok fazla mühendislik kusuru olmadığını, ancak bu kadar çok miktarda negatif enerjinin tek bir yerde uzun süre kalamayacağını iddia ediyor.

Başka bir komplikasyon: ışıktan daha hızlı hareket eden bir deformasyon topu oluşturmak için bilim adamlarının, uzay aracının etrafı da dahil olmak üzere etrafında negatif enerji üretmesi gerekecek. Beyaz bunun bir sorun olduğunu düşünmüyor; çok belirsiz bir şekilde, motorun büyük olasılıkla çalışacağını, oluşturan bazı mevcut "aygıtlar nedeniyle" yanıtını veriyor. gerekli koşullar". Bununla birlikte, bu koşulları geminin önünde oluşturmak, yine genel görelilik ile çelişen, ışık hızından daha hızlı hareket eden sürekli bir negatif enerji kaynağı sağlamak anlamına gelir.

Son olarak, uzay warp motoru kavramsal bir soruyu gündeme getiriyor. Genel görelilikte FTL yolculuğu, zaman yolculuğuna eşdeğerdir. Böyle bir motor gerçekse, Beyaz bir zaman makinesi yaratır.

Bu engeller bazı ciddi şüphelere yol açmaktadır. Starship 100.'deki egzotik hareket hakkındaki tartışmaya da katılan Tufts Üniversitesi'nden fizikçi Ken Olum, “Bildiğimiz fiziğin ve yasalarının, onun deneyleriyle herhangi bir şey başaracağını varsaymamıza izin verdiğini düşünmüyorum” diyor. Yıldönümü toplantısı." İsteğim üzerine White'ın iki makalesini okuyan Middlebury Koleji'nden fizikçi Noah Graham bana e-posta gönderdi: "Önceki çalışmalarına yapılan referanslardan başka değerli bilimsel kanıt göremiyorum."

Şu anda Meksika Ulusal Özerk Üniversitesi'nde fizikçi olan Alcubierre'nin kendi şüpheleri var. Mexico City'deki evinden bana telefonda, “Bir uzay gemisinde duruyor olsam ve elimde negatif enerji olsa bile, onu ihtiyaç duyulan yere koyabilmemin hiçbir yolu yok” diyor. - Hayır, fikir büyülü, hoşuma gitti, kendim yazdım. Ancak yıllar içinde zaten gördüğüm birkaç ciddi kusuru var ve bunları düzeltmenin tek bir yolunu bilmiyorum. ”

SÜPER HIZLARIN GELECEĞİ

Johnson Bilim Merkezi'nin ana kapısının solunda, yan tarafında bir Satürn-B roketi uzanıyor ve içindekileri ortaya çıkarmak için aşamaları ayrılmış durumda. Devasa - birçok motordan birinin boyutu küçük bir arabanın boyutu ve roketin kendisi bir futbol sahasından birkaç fit daha uzun. Bu, elbette, uzay navigasyonunun özelliklerinin oldukça belirgin bir kanıtıdır. Ayrıca, o 40 yaşında ve temsil ettiği zaman - NASA'nın aya bir adam göndermeye yönelik büyük bir ulusal planın parçası olduğu zaman - çoktan geride kaldı. JSC bugün sadece bir zamanlar harika olan ama o zamandan beri uzayı avangart olarak terk eden bir yer.

Trafikte bir atılım, JSC ve NASA için yeni bir dönem anlamına gelebilir ve bu dönemin bir dereceye kadar bir kısmı şimdiden başlıyor. 2007'de fırlatılan Şafak sondası, iyon iticileri kullanarak asteroit halkasını inceliyor. 2010'da Japonlar, başka bir tür deneysel tahrik olan bir güneş yelkeniyle çalışan ilk gezegenler arası yıldız gemisi olan Icarus'u görevlendirdi. Ve 2016'da bilim adamları, özellikle ISS'de yüksek itiş gücü için yapılmış plazma ile çalışan bir sistem olan VASMIR'i test etmeyi planlıyorlar. Ancak bu sistemler muhtemelen astronotları Mars'a götürdüğünde, onları yine de güneş sisteminin dışına çıkaramayacaklar. White, bunu başarmak için NASA'nın daha riskli projeler üstlenmesi gerekeceğini söyledi.

Warp Drive, NASA'nın hareket tasarımı çabalarının belki de en zoru. Bilimsel topluluk, Beyaz'ın onu yaratamayacağını söylüyor. Uzmanlar, bunun doğa ve fizik yasalarına aykırı olduğunu söylüyor. Buna rağmen projenin arkasında NASA var. Applewhite, “Olması gereken yüksek hükümet düzeyinde sübvansiyon almıyor” diyor. - Bence, işine devam etmesinde yönetimin özel bir ilgisi var; başarılı olursa, oyunu tamamen değiştiren teorik kavramlardan biridir."

Ocak ayında White, warp interferometresini topladı ve bir sonraki hedefine geçti. Eagleworks büyüdü kendi evi. Yeni laboratuvar daha büyük ve coşkuyla belirttiği gibi, "sismik olarak izole edilmiş", yani titreşimlerden korunuyor. Ama belki de yeni laboratuvarla ilgili en iyi (ve en etkileyici) şey, NASA'nın White'a Neil Armstrong ve Buzz Aldrin'in Ay'da sahip olduğu koşulların aynısını vermiş olmasıdır. İyi, görelim bakalım.

Eylül 2011'de fizikçi Antonio Ereditato dünyayı şok etti. Onun ifadesi, evren hakkındaki anlayışımızı alt üst edebilirdi. OPERA projesinin 160 bilim insanının topladığı veriler doğruysa, inanılmaz şey gözlemlendi. Parçacıklar - bu durumda nötrinolar - ışıktan daha hızlı hareket ediyorlardı. Einstein'ın görelilik kuramına göre bu imkansız. Ve böyle bir gözlemin sonuçları inanılmaz olurdu. Belki de fiziğin temellerinin gözden geçirilmesi gerekecekti.

Ereditato, kendisinin ve ekibinin sonuçlara "son derece güvendiğini" söylese de, verilerin tamamen doğru olduğunu söylemediler. Bunun yerine, diğer bilim adamlarından neler olup bittiğini anlamalarına yardım etmelerini istediler.

Sonunda OPERA'nın sonuçlarının yanlış olduğu ortaya çıktı. Kötü bağlanmış bir kablo bir senkronizasyon sorununa neden oldu ve GPS uydularından gelen sinyaller doğru değildi. Sinyalde beklenmedik bir gecikme oldu. Sonuç olarak, bir nötrinonun belirli bir mesafeyi kat etmesi için geçen sürenin ölçümleri fazladan 73 nanosaniye gösterdi: nötrinoların ışıktan daha hızlı uçtuğu görülüyordu.

Deneyin başlamasından önce aylarca dikkatli bir şekilde kontrol edilmesine ve daha sonra verileri yeniden kontrol etmesine rağmen, bilim adamları ciddi şekilde yanıldılar. Ereditato, birçok kişinin bu tür hataların her zaman parçacık hızlandırıcıların aşırı karmaşıklığından dolayı meydana geldiğine dair sözlerine rağmen istifa etti.

Bir şeyin ışıktan daha hızlı hareket edebileceği önerisi -sadece öneri- neden böyle bir yaygaraya neden olsun ki? Bu engelin üstesinden hiçbir şeyin gelemeyeceğinden ne kadar eminiz?

Önce bu soruların ikincisini ele alalım. Işığın boşluktaki hızı saniyede 299.792.458 kilometredir - kolaylık olması için bu sayı saniyede 300.000 kilometreye yuvarlanır. Oldukça hızlı. Güneş, Dünya'dan 150 milyon kilometre uzaklıktadır ve ondan gelen ışık, Dünya'ya sadece sekiz dakika yirmi saniyede ulaşır.

Kreasyonlarımızdan herhangi biri ışıkla yarışta rekabet edebilir mi? Şimdiye kadar yapılmış en hızlı insan yapımı nesnelerden biri olan Yeni Ufuklar uzay sondası, Temmuz 2015'te Pluto ve Charon'u hızla geçti. Dünya'ya göre 16 km / s hıza ulaştı. 300.000 km/s'den çok daha az.

Ancak, oldukça hızlı hareket eden küçük parçacıklarımız vardı. 1960'ların başında, MIT'den William Bertozzi elektronları daha da yüksek hızlara çıkarmayı denedi.

Elektronlar negatif bir yüke sahip olduklarından, bir malzemeye aynı negatif yük uygulanarak hızlandırılabilirler - daha spesifik olarak, itilebilirler. Ne kadar fazla enerji uygulanırsa, elektronlar o kadar hızlı hızlanır.

300.000 km/s hıza çıkmak için uygulanan enerjiyi artırmanın yeterli olacağı düşünülebilir. Ancak elektronların o kadar hızlı hareket edemeyecekleri ortaya çıktı. Bertozzi'nin deneyleri, daha fazla enerji kullanımının elektronların hızında doğru orantılı bir artışa yol açmadığını gösterdi.

Bunun yerine, elektronların hızını biraz da olsa değiştirmek için çok büyük miktarlarda ek enerji uygulanması gerekiyordu. Işık hızına gittikçe yaklaştı ama asla ulaşamadı.

Her biri mevcut konumunuzdan kapıya olan mesafenin yarısını kaplayan küçük adımlarla kapıya doğru ilerlediğinizi hayal edin. Doğrusu kapıya asla ulaşamayacaksınız çünkü attığınız her adımın ardından aşmanız gereken bir mesafe olacak. Bertozzi, elektronlarıyla uğraşırken benzer bir problemle karşılaştı.

Ancak ışık, foton adı verilen parçacıklardan oluşur. Bu parçacıklar neden ışık hızında hareket edebilir de elektronlar yapamaz?

Avustralya'daki Melbourne Üniversitesi'nden fizikçi Roger Russoul, "Nesneler daha hızlı ve daha hızlı hareket ettikçe ağırlaşıyorlar - ağırlaştıkça hızlanmaları daha zor oluyor, bu yüzden asla ışık hızına ulaşamazsınız" diyor. “Bir fotonun kütlesi yoktur. Kütlesi olsaydı, ışık hızında hareket edemezdi."

Fotonlar özeldir. Sadece uzay boşluğunda onlara tam hareket özgürlüğü sağlayan kütleden yoksun olmakla kalmaz, aynı zamanda hızlanmaya da ihtiyaç duymazlar. Ellerinde bulunan doğal enerji, tıpkı onlar gibi dalgalar halinde hareket eder, dolayısıyla yaratıldıkları anda zaten sahip oldukları enerjiye sahiptirler. azami hız. Bazı açılardan, ışığı bir parçacık akışından ziyade enerji olarak düşünmek daha kolaydır, ancak gerçekte ışık her ikisidir.

Bununla birlikte, ışık beklediğimizden çok daha yavaş hareket eder. İnternet teknisyenleri fiberde "ışık hızında" çalışan iletişim hakkında konuşmayı severken, ışık fiber camda vakumda olduğundan %40 daha yavaş hareket eder.

Gerçekte, fotonlar 300.000 km/s hızla hareket ederler, ancak ana ışık dalgası geçerken cam atomları tarafından yayılan diğer fotonların neden olduğu belirli bir miktarda girişimle karşılaşırlar. Anlaması kolay olmayabilir ama en azından denedik.

Aynı şekilde, bireysel fotonlarla yapılan özel deneyler çerçevesinde, onları oldukça etkileyici bir şekilde yavaşlatmak mümkün oldu. Ancak çoğu durumda 300.000 doğru olacaktır.Bu kadar hızlı veya daha hızlı hareket edebilecek hiçbir şey görmedik veya yaratmadık. Özel noktalar var ama bunlara dokunmadan önce diğer sayımıza değinelim. Işık hızı kuralına kesinlikle uyulması neden bu kadar önemlidir?

Cevap, fizikte sıklıkla olduğu gibi, Albert Einstein adında bir adamla ilgilidir. Özel görelilik teorisi, evrensel hız sınırlarının birçok anlamını araştırıyor. Teorinin en önemli unsurlarından biri ışık hızının sabit olduğu fikridir. Nerede olursanız olun veya ne kadar hızlı hareket ederseniz edin, ışık her zaman aynı hızda hareket eder.

Ancak bu, birkaç kavramsal sorunu ortaya çıkarmaktadır.

Sabit bir uzay aracının tavanındaki aynaya bir el fenerinden düşen ışığı hayal edin. Işık yükselir, aynadan yansır ve uzay aracının zeminine düşer. Diyelim ki 10 metre mesafe kat etti.

Şimdi bu uzay aracının saniyede binlerce kilometrelik devasa bir hızla hareket etmeye başladığını hayal edin. El fenerini açtığınızda, ışık eskisi gibi davranır: yukarı doğru parlar, aynaya çarpar ve yere yansır. Ancak bunu yapmak için ışığın dikey olarak değil çapraz olarak hareket etmesi gerekir. Sonuçta, ayna artık uzay aracıyla birlikte hızla hareket ediyor.

Buna göre, ışığın üstesinden geldiği mesafe artar. Diyelim ki 5 metre. Genelde 10 metre değil 15 metre çıkıyor.

Ve buna rağmen, mesafe artmış olmasına rağmen, Einstein'ın teorileri ışığın hala aynı hızda yol alacağını belirtiyor. Hız, yolun zamana bölünmesi olduğuna göre, hız aynı kaldığına ve mesafe arttığına göre, zamanın da artması gerekir. Evet, zamanın kendisi esnemelidir. Ve kulağa garip gelse de, deneysel olarak doğrulandı.

Bu fenomene zaman genişlemesi denir. Hızlı hareket eden araçlarda hareket eden insanlar için zaman, duranlara göre daha yavaş ilerler.

Örneğin, Dünya'ya göre 7,66 km/s hızla hareket eden Uluslararası Uzay İstasyonu'ndaki astronotlar için zaman, gezegendeki insanlara kıyasla 0,007 saniye daha yavaştır. Daha da ilginç olanı, yukarıda bahsedilen elektronlar gibi ışık hızına yakın hareket edebilen parçacıkların durumudur. Bu parçacıkların durumunda, yavaşlama derecesi çok büyük olacaktır.

İngiltere'deki Oxford Üniversitesi'nde deneysel fizikçi olan Stephen Kolthammer, müon adı verilen parçacıklar örneğine işaret ediyor.

Müonlar kararsızdır: hızla daha basit parçacıklara bozunurlar. O kadar hızlı ki, Güneş'ten ayrılan müonların çoğu, Dünya'ya ulaştıklarında çürümüş olmalı. Ama gerçekte, müonlar Dünya'ya Güneş'ten devasa hacimlerde gelir. fizikçiler uzun zamandır nedenini anlamaya çalıştı.

Kolthammer, "Bu bulmacanın cevabı, müonların ışık hızına yakın bir hızda hareket edecek kadar enerjiyle üretildiğidir" diyor. "Zaman algıları, tabiri caizse, iç saatleri yavaştır."

Gerçek, doğal bir zaman atlama sayesinde, müonlar bize göre beklenenden daha uzun süre "hayatta kalırlar". Nesneler diğer nesnelere göre hızlı hareket ettiğinde uzunlukları da azalır, küçülür. Bu sonuçlar, zaman genişlemesi ve uzunluk azalması, uzay-zamanın kütlesi olan şeylerin - ben, siz veya bir uzay aracı - hareketine bağlı olarak nasıl değiştiğinin örnekleridir.

Önemli olan, Einstein'ın dediği gibi, kütlesi olmadığı için ışık etkilenmez. Bu yüzden bu ilkeler el ele gider. Nesneler ışıktan daha hızlı hareket edebilseydi, evrenin nasıl çalıştığını tanımlayan temel yasalara uyarlardı. Bunlar temel ilkelerdir. Şimdi birkaç istisna ve ara sözden bahsedebiliriz.

Bir yandan, ışıktan daha hızlı hareket eden bir şey görmemiş olsak da, bu, bu hız sınırının teorik olarak çok özel koşullar altında geçilemeyeceği anlamına gelmez. Örneğin, evrenin kendisinin genişlemesini alın. Evrendeki galaksiler, ışık hızından çok daha hızlı bir hızla birbirlerinden uzaklaşıyorlar.

Bir başka ilginç durum da, birbirlerinden ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar aynı özellikleri aynı anda paylaşan parçacıklarla ilgilidir. Bu sözde "kuantum dolaşıklığı". Bir foton, olası iki durumdan birini seçerek rastgele yukarı ve aşağı dönecektir, ancak dönme yönü seçimi, eğer birbirlerine dolanmışlarsa, başka herhangi bir yerdeki başka bir fotona doğru bir şekilde yansıyacaktır.

Her biri kendi fotonu üzerinde çalışan iki bilim adamı, aynı sonucu, ışık hızının izin verebileceğinden daha hızlı bir şekilde, aynı anda alacaklardır.

Ancak bu örneklerin her ikisinde de hiçbir bilginin iki nesne arasında ışık hızından daha hızlı hareket etmediğini belirtmek önemlidir. Evrenin genişlemesini hesaplayabiliriz, ancak içindeki ışıktan hızlı nesneleri gözlemleyemeyiz: gözden kayboldular.

Fotonlarıyla iki bilim adamına gelince, aynı sonucu aynı anda alabilseler de, ışığın aralarındaki hareketinden daha hızlı bir şekilde bunu birbirlerine bildiremezlerdi.

Kolthammer, "Bu bizim için herhangi bir sorun yaratmıyor, çünkü ışıktan daha hızlı sinyaller gönderebiliyorsanız, bilginin bir şekilde zamanda geriye gidebileceği tuhaf paradokslar elde edersiniz" diyor.

Işıktan hızlı seyahati teknik olarak mümkün kılmanın başka bir yolu daha var: yolcunun geleneksel seyahat kurallarından kaçmasına izin veren uzay-zamandaki yarıklar.

Teksas'taki Baylor Üniversitesi'nden Gerald Cleaver, bir gün ışıktan hızlı hareket eden bir uzay aracı inşa edebileceğimize inanıyor. Hangi solucan deliği boyunca hareket eder. Solucan delikleri, Einstein'ın teorilerine çok iyi uyan uzay-zaman döngüleridir. Bir astronotun, bir tür kozmik kısayol olan uzay-zamandaki bir anomaliyi kullanarak evrenin bir ucundan diğerine atlamasına izin verebilirler.

Bir solucan deliğinden geçen bir nesne, ışık hızını aşamaz, ancak teorik olarak hedefine "normal" yolu izleyen ışıktan daha hızlı ulaşabilir. Ancak solucan delikleri, uzay yolculuğu için hiç erişilebilir olmayabilir. Başka birine göre 300.000 km/s'den daha hızlı gitmek için uzay-zamanı aktif olarak bükmenin başka bir yolu olabilir mi?

Cleaver, 1994 yılında teorik fizikçi Miguel Alcubierre tarafından önerilen bir "Alcubierre motoru" fikrini de araştırdı. Uzay-zamanın uzay aracının önünde büzülerek onu ileri ittiği ve arkasında genişlediği ve aynı zamanda ileri doğru ittiği bir durumu anlatır. "Ama sonra," diyor Cleaver, "sorunlar vardı: nasıl yapılacağı ve ne kadar enerjiye ihtiyaç duyulacağı."

2008 yılında, o ve yüksek lisans öğrencisi Richard Obousi, ne kadar enerjiye ihtiyaç duyulacağını hesapladı.

"10m x 10m x 10m boyutlarında bir gemi - 1.000 metreküp - hayal ettik ve süreci başlatmak için gereken enerji miktarının tüm Jüpiter'in kütlesine eşdeğer olacağını hesapladık."

Bundan sonra, sürecin bitmemesi için enerji sürekli olarak "dökülmelidir". Bunun mümkün olup olmayacağını veya gerekli teknolojilerin nasıl görüneceğini kimse bilmiyor. Cleaver, "Asla olmayacak bir şeyi öngörmüşüm gibi yüzyıllar sonra alıntı yapmak istemiyorum," diyor, "ama şu ana kadar bir çözüm göremiyorum."

Bu nedenle, ışıktan hızlı seyahat şimdilik bir fantezi olmaya devam ediyor. Şimdiye kadar, hayattayken bir ötegezegeni ziyaret etmenin tek yolu, derin askıya alınmış animasyona dalmaktır. Ve yine de, her şey o kadar da kötü değil. Çoğu durumda, görünür ışıktan bahsettik. Ama gerçekte, ışık çok daha fazlasıdır. Radyo dalgaları ve mikrodalgalardan görünür ışığa, ultraviyole radyasyona, atomlar bozunurken yaydıkları X ışınlarına ve gama ışınlarına kadar, bu güzel ışınların hepsi aynı şeyden oluşur: fotonlar.

Fark enerjide ve dolayısıyla dalga boyundadır. Bu ışınlar birlikte elektromanyetik spektrumu oluşturur. Örneğin, radyo dalgalarının ışık hızında hareket etmesi, iletişim için inanılmaz derecede faydalıdır.

Kolthammer araştırmasında, devrenin bir bölümünden diğerine sinyal göndermek için fotonları kullanan bir devre oluşturur, bu nedenle inanılmaz ışık hızının kullanışlılığı hakkında yorum yapmayı hak ediyor.

"Örneğin, internetin altyapısını inşa etmiş olmamız ve ondan önce ışık tabanlı radyo, onu iletebilme kolaylığımızla ilgili" diye belirtiyor. Ve ışığın Evrenin bir iletişim gücü olarak hareket ettiğini de ekliyor. Cep telefonundaki elektronlar titremeye başladığında, fotonlar dışarı fırlar ve diğer cep telefonundaki elektronların da titremesine neden olur. Bir telefon görüşmesi böyle doğar. Güneş'teki elektronların titreşmesi aynı zamanda - çok büyük sayılarda - fotonlar da yayar; bu fotonlar, elbette, Dünya'ya hayat veren sıcaklığı ve, ahem, ışığı oluşturur.

Işık, evrenin evrensel dilidir. Hızı - 299.792.458 km/s - sabit kalıyor. Bu arada, uzay ve zaman dövülebilir. Belki de ışıktan daha hızlı nasıl hareket edeceğimizi değil, bu uzayda ve bu zamanda nasıl daha hızlı hareket edeceğimizi düşünmeliyiz? Köküne kadar olgun, tabiri caizse?