Dedicado a la medición directa de la velocidad de movimiento de los neutrinos. Los resultados suenan sensacionales: la velocidad del neutrino resultó ser leve, ¡pero estadísticamente significativa! - más que la velocidad de la luz. El artículo de la colaboración contiene un análisis de varias fuentes de errores e incertidumbres, pero la reacción de la abrumadora mayoría de los físicos sigue siendo muy escéptica, principalmente porque tal resultado es inconsistente con otros datos experimentales sobre las propiedades de los neutrinos.

Arroz. una.

Detalles del experimento

La idea del experimento (ver experimento OPERA) es muy simple. El rayo de neutrinos nace en el CERN, vuela a través de la Tierra hasta el laboratorio italiano de Gran Sasso y pasa allí a través del detector de neutrinos especial OPERA. Los neutrinos interactúan muy débilmente con la materia, pero debido al hecho de que su flujo desde el CERN es muy grande, algunos neutrinos aún chocan con los átomos dentro del detector. Allí generan una cascada de partículas cargadas y, por lo tanto, dejan su señal en el detector. Los neutrinos en el CERN no nacen de forma continua, sino "ráfagas", y si conocemos el momento del nacimiento del neutrino y el momento de su absorción en el detector, así como la distancia entre los dos laboratorios, podemos calcular la velocidad del neutrino .

La distancia entre la fuente y el detector en línea recta es de aproximadamente 730 km y se midió con una precisión de 20 cm (la distancia exacta entre los puntos de referencia es 730.534,61 ± 0,20 metros). Es cierto que el proceso que conduce a la producción de neutrinos no está en absoluto localizado con tanta precisión. En el CERN, un rayo de protones de alta energía se emite desde el acelerador SPS, se deja caer sobre un objetivo de grafito y genera partículas secundarias en él, incluidos los mesones. Todavía vuelan hacia adelante a la velocidad cercana a la de la luz y se descomponen en muones sobre la marcha, emitiendo neutrinos. Los muones también se descomponen y generan neutrinos adicionales. Luego, todas las partículas, excepto los neutrinos, se absorben en la mayor parte de la sustancia y llegan al lugar de detección sin obstáculos. Esquema general esta parte del experimento se muestra en la Fig. una.

Toda la cascada que conduce a la aparición de un haz de neutrinos puede extenderse por cientos de metros. Sin embargo, desde todo Las partículas de este grupo vuelan hacia adelante a una velocidad cercana a la de la luz, para el tiempo de detección prácticamente no hay diferencia si un neutrino nació inmediatamente o después de un kilómetro de viaje (sin embargo, es de gran importancia cuándo exactamente el protón inicial que condujo a la creación de un neutrino dado salió volando del acelerador). Como resultado, los neutrinos producidos en general simplemente repiten el perfil del haz de protones inicial. Por lo tanto, el parámetro clave aquí es precisamente el perfil temporal del haz de protones emitido por el acelerador, en particular, la posición exacta de sus bordes delantero y trasero, y este perfil se mide con un buen tiempo. s m resolución (ver Fig. 2).

Cada sesión de descarga de un haz de protones sobre un objetivo (en inglés, tal sesión se llama derramar, "Splash") dura unos 10 microsegundos y conduce a la creación de una gran cantidad de neutrinos. Sin embargo, casi todos vuelan a través de la Tierra (y el detector) sin interacción. En esos raros casos, cuando el detector registra un neutrino, es imposible decir en qué punto durante el intervalo de 10 microsegundos se emitió. El análisis se puede realizar solo estadísticamente, es decir, acumular muchos casos de detección de neutrinos y construir su distribución en el tiempo en relación al punto de partida de cada sesión. En el detector, se toma como punto de referencia el momento en el que la señal condicional, que se mueve a la velocidad de la luz y se emite exactamente en el momento del borde de ataque del haz de protones, llega al detector. Una medición precisa de este momento fue posible gracias a la sincronización de relojes en los dos laboratorios con una precisión de varios nanosegundos.

En la Fig. 3 muestra un ejemplo de tal distribución. Los puntos negros son datos reales de neutrinos registrados por el detector y sumados a lo largo de un gran número de sesiones. La curva roja muestra una señal de "referencia" convencional que se movería a la velocidad de la luz. Se puede ver que los datos comienzan en aproximadamente 1048.5 ns antes de Señal de referencia. Sin embargo, esto no significa que el neutrino esté realmente un microsegundo por delante de la luz, sino solo una razón para medir cuidadosamente todas las longitudes de los cables, las tasas de respuesta del equipo, los tiempos de retardo de la electrónica, etc. Esta nueva verificación se realizó y resultó que desplaza el momento de "referencia" en 988 ns. Por lo tanto, resulta que la señal de neutrinos en realidad supera a la señal de referencia, pero solo en unos 60 nanosegundos. En términos de la velocidad de los neutrinos, esto corresponde a un exceso de la velocidad de la luz en aproximadamente un 0,0025%.

El error de esta medición fue estimado por los autores del análisis en 10 nanosegundos, que incluye errores tanto estadísticos como sistemáticos. Por lo tanto, los autores afirman que "ven" el movimiento superluminal de los neutrinos con un nivel de confianza estadística de seis desviaciones estándar.

La diferencia entre los resultados y las expectativas por seis desviaciones estándar ya es bastante grande y se llama en física de partículas elementales con la palabra "descubrimiento". Sin embargo, este número debe entenderse correctamente: solo significa que la probabilidad estadístico las fluctuaciones en los datos son muy pequeñas, pero no dice qué tan confiable es la técnica de procesamiento de datos y qué tan bien los físicos han tenido en cuenta todos los errores instrumentales. Después de todo, hay muchos ejemplos en la física de partículas en los que otros experimentos no han confirmado señales inusuales con una confianza estadística excepcionalmente alta.

¿Qué contradicen los neutrinos superlumínicos?

Contrariamente a la creencia popular, la teoría especial de la relatividad no prohíbe en sí misma la existencia de partículas que se mueven a una velocidad superior a la de la luz. Sin embargo, para tales partículas (colectivamente llamadas "taquiones"), la velocidad de la luz también es un límite, pero solo desde abajo, no pueden moverse más lento que él. En este caso, la dependencia de la energía de las partículas de la velocidad resulta ser inversa: cuanto mayor es la energía, más cercana es la velocidad de los taquiones a la velocidad de la luz.

Problemas mucho más serios comienzan en la teoría cuántica de campos. Esta teoría está reemplazando a la mecánica cuántica cuando se trata de partículas cuánticas con altas energías. En esta teoría, las partículas no son puntos, sino, relativamente hablando, grupos de un campo material, y es imposible considerarlos por separado del campo. Resulta que los taquiones reducen la energía de campo, lo que significa que hacen que el vacío sea inestable. Entonces es más rentable que el vacío se desintegre espontáneamente en una gran cantidad de estas partículas y, por lo tanto, simplemente no tiene sentido considerar el movimiento de un taquión en el espacio vacío ordinario. Podemos decir que el taquión no es una partícula, sino una inestabilidad del vacío.

En el caso de los taquiones-fermiones, la situación es algo más complicada, pero incluso allí surgen dificultades comparables que impiden la creación de una teoría del campo cuántico de taquiones autoconsistente, incluida la teoría de la relatividad habitual.

Sin embargo, esta tampoco es la última palabra en teoría. Así como los experimentadores miden cualquier cosa que pueda medirse, los teóricos también prueban todos los posibles modelos hipotéticos que no contradicen los datos disponibles. En particular, hay teorías en las que se permite una pequeña desviación, aún no notada, de los postulados de la teoría de la relatividad; por ejemplo, la velocidad de la luz en sí misma puede ser una variable. Estas teorías aún no tienen apoyo experimental directo, pero aún no se han cerrado.

Este breve esbozo de posibilidades teóricas se puede resumir de la siguiente manera: aunque en algunos modelos teóricos el movimiento con velocidad superluminal es posible, siguen siendo construcciones puramente hipotéticas. Todos los datos experimentales disponibles hasta la fecha están descritos por teorías estándar sin movimiento superlumínico. Por lo tanto, si se confirmara de manera confiable incluso para algunas partículas, la teoría cuántica del campo tendría que modificarse radicalmente.

¿Debemos considerar el resultado de OPERA en este sentido "el primer signo"? Aún no. Quizás la razón más importante para el escepticismo es el hecho de que el resultado de OPERA no concuerda con otros datos experimentales sobre neutrinos.

Primero, durante la famosa supernova SN1987A, también se detectaron neutrinos, que llegaron varias horas antes del pulso de luz. Esto no significa que los neutrinos fueran más rápidos que la luz, sino que solo refleja el hecho de que los neutrinos son emitidos por más Etapa temprana colapso del núcleo en una supernova que la luz. Sin embargo, dado que los neutrinos y la luz, habiendo pasado 170 mil años en su camino, no divergieron en más de unas pocas horas, significa que sus velocidades son muy cercanas y difieren en no más de mil millonésimas de fracción. El experimento OPERA muestra una discrepancia mil veces mayor.

Aquí, por supuesto, podemos decir que los neutrinos producidos en explosiones de supernovas y los neutrinos del CERN difieren mucho en energía (varias decenas de MeV en supernovas y 10-40 GeV en el experimento descrito), y la velocidad del neutrino cambia dependiendo de la energía. Pero este cambio en este caso funciona en la dirección "incorrecta": después de todo, cuanto mayor sea la energía de los taquiones, más cercana debe ser su velocidad a la velocidad de la luz. Por supuesto, aquí se puede pensar en alguna modificación de la teoría del taquión, en la que esta dependencia sería completamente diferente, pero en este caso será necesario discutir el modelo "doble-hipotético".

Además, a partir de una variedad de datos experimentales sobre oscilaciones de neutrinos recibido por últimos años, se sigue que las masas de todos los neutrinos se diferencian entre sí solo en una fracción de un electrón-voltio. Si el resultado de OPERA se percibe como una manifestación del movimiento superluminal de los neutrinos, entonces el valor del cuadrado de la masa de al menos un neutrino será del orden de - (100 MeV) 2 (el cuadrado negativo de la masa es el manifestación matemática del hecho de que la partícula se considera un taquión). Entonces tienes que admitir que todo tipos de neutrinos son taquiones y tienen aproximadamente la misma masa. Por otro lado, la medición directa de la masa de neutrinos en la desintegración beta de los núcleos de tritio muestra que la masa de neutrinos (en valor absoluto) no debe exceder los 2 electronvoltios. En otras palabras, todos estos datos no se pueden conciliar entre sí.

La conclusión de esto se puede sacar de la siguiente manera: el resultado declarado de la colaboración de OPERA es difícil de encajar en cualquiera, incluso en los modelos teóricos más exóticos.

¿Que sigue?

En todas las colaboraciones importantes de física de partículas, es una práctica normal cuando cada análisis específico se lleva a cabo por un pequeño grupo de participantes, y solo entonces los resultados se presentan para una discusión general. En este caso, aparentemente, esta etapa fue demasiado corta, por lo que no todos los participantes de la colaboración acordaron sustituir sus firmas debajo del artículo (la lista completa incluye 216 participantes en el experimento y la preimpresión tiene solo 174 autores) . Por lo tanto, en un futuro cercano, lo más probable es que se lleven a cabo muchas comprobaciones adicionales dentro de la colaboración, y solo después de eso, el artículo se enviará a imprimir.

Por supuesto, ahora podemos esperar una serie de artículos teóricos con una variedad de explicaciones exóticas para este resultado. Sin embargo, hasta que el resultado declarado se verifique de manera confiable, no se puede considerar un descubrimiento completo.

Pero resultó que es posible; ahora creen que nunca seremos capaces de viajar más rápido que la luz ... ". Pero de hecho, no es cierto que alguien haya creído alguna vez que es imposible moverse más rápido que el sonido. Mucho antes de que aparecieran los aviones supersónicos, ya era conocido, que las balas vuelan más rápido que el sonido. guiado vuelo supersónico, y ese fue el error. El movimiento de las SS es otro asunto completamente diferente. Desde el principio quedó claro que el vuelo supersónico se vio obstaculizado por problemas técnicos que simplemente debían resolverse. Pero no está del todo claro si los problemas que obstaculizan el movimiento de las SS podrán resolverse alguna vez. La teoría de la relatividad tiene mucho que decir al respecto. Si el viaje SS o incluso la transmisión de señales es posible, se violará la causalidad y de esto se seguirán conclusiones completamente increíbles.

Primero discutiremos casos simples de movimiento STS. Los mencionamos no porque sean interesantes, sino porque surgen una y otra vez en las discusiones sobre el movimiento de las SS y, por lo tanto, hay que abordarlos. Luego discutiremos lo que consideramos casos difíciles de movimiento o comunicación SAS y consideraremos algunos de los argumentos en contra de ellos. Finalmente, analizamos algunas de las especulaciones más serias sobre el verdadero movimiento STS.

Movimiento SS simple

1. El fenómeno de la radiación de Cherenkov

Una forma de viajar más rápido que la luz es reducir la velocidad de la propia luz primero. :-) En el vacío, la luz vuela a una velocidad C, y este valor es una constante mundial (vea la pregunta ¿Es la velocidad de la luz constante), y en un medio más denso como el agua o el vidrio se ralentiza a la velocidad c / n, donde norte es el índice de refracción del medio (1.0003 para aire; 1.4 para agua). Por lo tanto, las partículas pueden moverse en el agua o el aire más rápido de lo que la luz se mueve allí. Como resultado, surge la radiación Vavilov-Cherenkov (ver pregunta).

Pero cuando hablamos del movimiento SS, por supuesto, nos referimos al exceso sobre la velocidad de la luz en el vacío. C(299 792 458 m / s). Por tanto, el fenómeno de Cherenkov no puede considerarse un ejemplo del movimiento SS.

2.de un tercero

Si el cohete A vuela lejos de mí a una velocidad 0.6c al oeste y al otro B- de mi con velocidad 0.6c este, entonces la distancia total entre A y B en mi marco de referencia aumenta a un ritmo 1.2c... Por tanto, la velocidad relativa aparente mayor que c se puede observar "desde el tercer lado".

Sin embargo, esta velocidad no es lo que normalmente entendemos por velocidad relativa. Velocidad real del cohete A con respecto al cohete B es la tasa de crecimiento de la distancia entre misiles, que es observada por un observador en un cohete B... Se deben sumar dos velocidades de acuerdo con la fórmula relativista para la suma de velocidades (ver la pregunta Cómo sumar velocidades en relatividad parcial). En este caso, la velocidad relativa es aproximadamente 0.88c, es decir, no es superlumínico.

3. Sombras y conejitos

Piense en lo rápido que puede moverse la sombra. Si crea una sombra en una pared distante con el dedo de una lámpara cercana y luego mueve el dedo, la sombra se moverá mucho más rápido que su dedo. Si el dedo se mueve paralelo a la pared, entonces la velocidad de la sombra estará en D / d veces la velocidad de un dedo, donde D es la distancia del dedo a la lámpara, y D- la distancia de la lámpara a la pared. E incluso puede resultar una velocidad más alta si la pared está ubicada en ángulo. Si la pared está muy lejos, entonces el movimiento de la sombra se retrasará con respecto al movimiento del dedo, ya que la luz aún tendrá que viajar desde el dedo a la pared, pero la velocidad del movimiento de la sombra seguirá siendo tantas veces mayor. Es decir, la velocidad de la sombra no está limitada por la velocidad de la luz.

Además de las sombras, los conejos también pueden moverse más rápido que la luz, por ejemplo, una mota de un rayo láser dirigido a la Luna. Sabiendo que la distancia a la Luna es de 385.000 km, intente calcular la velocidad de la luz moviendo ligeramente el láser. También puede pensar en una ola del mar inclinada contra la orilla. ¿Qué tan rápido puede moverse el punto en el que se rompe la ola?

Pueden suceder cosas similares en la naturaleza. Por ejemplo, un rayo de luz de un púlsar puede barrer una nube de polvo. Un destello brillante crea una capa expansiva de luz u otra radiación. Cuando cruza la superficie, se crea un anillo de luz que crece más rápido que la velocidad de la luz. En la naturaleza, esto ocurre cuando un pulso electromagnético de un rayo alcanza la atmósfera superior.

Todos estos eran ejemplos de cosas que se movían más rápido que la luz, pero que no eran cuerpos fisicos... Con la ayuda de una sombra o un conejito, es imposible transmitir un mensaje SS, por lo que la comunicación más rápida que la luz no funciona. Y nuevamente, esto, aparentemente, no es lo que queremos entender por movimiento ST, aunque queda claro lo difícil que es determinar qué es exactamente lo que necesitamos (ver la pregunta Tijeras superluminales).

4. Sólidos

Si toma un palo largo y duro y empuja un extremo, ¿el otro extremo se mueve de inmediato o no? ¿Es posible realizar la transmisión SS del mensaje de esta manera?

sí, lo era haría se puede hacer si existieran tales cuerpos rígidos. En realidad, el efecto de golpear el extremo del palo se propaga a lo largo de él a la velocidad del sonido en una sustancia dada, y la velocidad del sonido depende de la elasticidad y densidad del material. La relatividad impone un límite absoluto a la posible dureza de cualquier cuerpo para que la velocidad del sonido en ellos no pueda exceder C.

Lo mismo sucede si te sientas en el campo de atracción y primero sostienes la cuerda o el poste verticalmente por el extremo superior y luego lo sueltas. El punto que sueltas comenzará a moverse inmediatamente, y el extremo inferior no puede comenzar a caer hasta que la influencia de la liberación lo alcance a la velocidad del sonido.

Es difícil formular una teoría general de los materiales elásticos en el marco de la relatividad, pero la idea principal se puede mostrar utilizando el ejemplo de la mecánica newtoniana. La ecuación del movimiento longitudinal de un cuerpo idealmente elástico se puede obtener a partir de la ley de Hooke. En variables, masas por unidad de longitud pags y módulo de elasticidad de Young Y, desplazamiento longitudinal X satisface la ecuación de onda.

La solución de onda plana se mueve a la velocidad del sonido. s, y s 2 = Y / p... Esta ecuación no implica la posibilidad de que una influencia causal se extienda más rápidamente. s... Así, la relatividad impone un límite teórico a la magnitud de la elasticidad: Y < pc 2... Prácticamente no hay materiales que se le acerquen siquiera. Por cierto, incluso si la velocidad del sonido en el material es cercana a C, la materia por sí sola no está obligada en absoluto a moverse con rapidez relativista. Pero, ¿cómo sabemos que, en principio, no puede haber sustancia que supere este límite? La respuesta es que todas las sustancias están compuestas por partículas, la interacción entre las cuales obedece al modelo estándar de partículas elementales, y en este modelo ninguna interacción puede viajar más rápido que la luz (ver más abajo sobre la teoría cuántica de campos).

5. Velocidad de fase

Mira esta ecuación de onda:

Tiene soluciones de la forma:

Estas soluciones son ondas sinusoidales que se mueven a una velocidad

Pero esto es más rápido que la luz, ¿entonces tenemos la ecuación del campo de taquiones en nuestras manos? No, ¡esta es solo la ecuación relativista habitual para una partícula escalar masiva!

La paradoja se resolverá si comprende la diferencia entre esta velocidad, también llamada velocidad de fase v ph de otra velocidad llamada grupo v gr que está fechado por la fórmula,

Si la solución de onda tiene una extensión de frecuencia, entonces tomará la forma de un paquete de onda que se mueve con una velocidad de grupo que no excede C... Solo las crestas de las ondas se mueven con la velocidad de fase. Es posible transmitir información con la ayuda de dicha onda solo con una velocidad de grupo, de modo que la velocidad de fase nos da otro ejemplo de velocidad superluminal, que no puede transportar información.

7. Cohete relativista

Un despachador en la Tierra está viendo una nave espacial que sale a una velocidad de 0.8 C... Según la teoría de la relatividad, incluso después de tener en cuenta el desplazamiento Doppler de las señales de la nave, verá que el tiempo en la nave se ralentiza y el reloj allí se ralentiza en un factor de 0,6. Si calcula el cociente de dividir la distancia recorrida por el barco por el tiempo transcurrido medido por el reloj del barco, recibirá 4/3 C... Esto significa que los pasajeros de la nave espacial viajan a través del espacio interestelar a una velocidad efectiva mayor que la velocidad de la luz que habrían recibido si se hubiera medido. Desde el punto de vista de los pasajeros de la nave, las distancias interestelares están sujetas a la contracción de Lorentz por el mismo factor de 0,6, lo que significa que ellos también deben admitir que cubren las distancias interestelares conocidas a una tasa de 4/3. C.

Este es un fenómeno real y, en principio, puede ser utilizado por los viajeros espaciales para superar grandes distancias durante su vida. Si aceleran con una aceleración constante igual a la aceleración de la gravedad en la Tierra, entonces no solo tendrán una gravedad artificial ideal en su nave, ¡sino que aún tendrán tiempo de cruzar la Galaxia en solo 12 de sus años! (vea la pregunta ¿Cuáles son las ecuaciones de un cohete relativista?)

Sin embargo, este tampoco es un movimiento SAS real. La velocidad efectiva se calcula a partir de la distancia en un marco de referencia y el tiempo en otro. Esta no es la velocidad real. Solo los pasajeros del barco se benefician de esta velocidad. El despachador, por ejemplo, no tendrá tiempo en su vida para ver cómo vuelan una distancia gigantesca.

Casos difíciles de movimiento SS

9. Paradoja de Einstein, Podolsky, Rosen (EPR)

10. Fotones virtuales

11. Túneles cuánticos

Candidatos reales para viajeros de las SS

Esta sección proporciona especulaciones especulativas pero serias sobre la viabilidad de los viajes FTL. Estas no serán las cosas que normalmente se publican en las preguntas frecuentes, ya que generan más preguntas de las que responden. Se presentan aquí principalmente para mostrar que en esta direccion se están realizando investigaciones serias. Solo se ofrece una breve introducción en cada dirección. Puede encontrar información más detallada en Internet.

19. Taquiones

Los taquiones son partículas hipotéticas que viajan localmente más rápido que la luz. Para hacer esto, deben tener una masa imaginaria, pero su energía y momento deben ser positivos. A veces se piensa que tales partículas SS deberían ser imposibles de detectar, pero de hecho, no hay razón para pensarlo. Las sombras y los conejitos nos dicen que el sigilo aún no se deriva del movimiento de las SS.

Los taquiones nunca se han observado y la mayoría de los físicos dudan de su existencia. De alguna manera se afirmó que se llevaron a cabo experimentos para medir la masa de neutrinos emitidos durante la desintegración del tritio, y que estos neutrinos eran taquiones. Esto es muy dudoso, pero aún no se excluye. Hay problemas en las teorías de taquiones, ya que desde el punto de vista de posibles violaciones de causalidad, desestabilizan el vacío. Puede ser posible eludir estos problemas, pero entonces será imposible usar taquiones en el mensaje SS que necesitamos.

La verdad es que la mayoría de los físicos consideran a los taquiones como un signo de error en sus teorías de campo, y el interés en ellos por parte de las grandes masas está alimentado principalmente por la ciencia ficción (ver el artículo de Tachyons).

20. Agujeros de gusano

La posibilidad hipotetizada más famosa de los viajes SS es el uso de agujeros de gusano. Los agujeros de gusano son túneles en el espacio-tiempo que conectan un lugar del universo con otro. En ellos, puede moverse entre estos puntos más rápido de lo que lo haría la luz en su forma habitual. Los agujeros de gusano son un fenómeno clásico relatividad general, pero para crearlos, debe cambiar la topología del espacio-tiempo. La posibilidad de esto puede incluirse en la teoría de la gravedad cuántica.

Se necesitan grandes cantidades de energía negativa y mantener abiertos los agujeros de gusano. Misner y Espina sugirió que el efecto Casimir a gran escala se puede utilizar para generar energía negativa y, aunque Visser propuso una solución utilizando cadenas espaciales. Todas estas ideas son muy especulativas y pueden simplemente no ser realistas. Una sustancia inusual con energía negativa puede no existir en la forma necesaria para el fenómeno.

Thorne descubrió que si se pueden crear agujeros de gusano, se pueden usar para crear ciclos de tiempo cerrados que hacen posible el viaje en el tiempo. También se ha sugerido que la interpretación multivariante de la mecánica cuántica sugiere que el viaje en el tiempo no causará paradojas y que los eventos simplemente se desarrollarán de manera diferente cuando ingrese al pasado. Hawking dice que los agujeros de gusano pueden simplemente ser inestables y, por lo tanto, no prácticos. Pero el tema en sí sigue siendo un área fructífera para los experimentos mentales, lo que le permite descubrir qué es posible y qué no es posible sobre la base de las leyes físicas conocidas y asumidas.
refs:
W. G. Morris y K. S. Thorne, Revista estadounidense de física 56 , 395-412 (1988)
W. G. Morris, K. S. Thorne y U. Yurtsever, Phys. Rdo. Letras 61 , 1446-9 (1988)
Matt Visser, revisión física D39, 3182-4 (1989)
ver también "Agujeros negros y deformaciones en el tiempo" Kip Thorn, Norton & co. (1994)
Para obtener una explicación del multiverso, consulte "The Fabric of Reality" David Deutsch, Penguin Press.

21. Motores-deformadores

[¡No tengo idea de cómo traducir esto! Unidad de urdimbre original. - aprox. traductor;
traducido por analogía con el artículo sobre Membrana]

El deformador podría ser un mecanismo para torcer el espacio-tiempo de modo que un objeto pueda viajar más rápido que la luz. Miguel Alcabier se hizo famoso por desarrollar la geometría que describe tal deformador. La distorsión del espacio-tiempo hace posible que un objeto viaje más rápido que la luz mientras permanece en una curva similar al tiempo. Los obstáculos son los mismos que al crear agujeros de gusano. Para crear un deformador, necesita una sustancia con una densidad de energía negativa y. Incluso si tal sustancia es posible, todavía no está claro cómo se puede obtener y cómo hacer que el deformador funcione con ella.
árbitro M. Alcubierre, Gravedad clásica y cuántica, 11 , L73-L77, (1994)

Conclusión

En primer lugar, resultó difícil definir en absoluto qué significan los viajes de las SS y el mensaje de las SS. Muchas cosas, como las sombras, realizan una ETS, pero de tal manera que no se pueden utilizar, por ejemplo, para transmitir información. Pero también existen serias posibilidades de un verdadero movimiento de las SS, que se proponen en literatura cientifica, pero su implementación aún no es técnicamente posible. El principio de incertidumbre de Heisenberg hace que sea imposible utilizar el movimiento STS aparente en la mecánica cuántica. En la relatividad general, existen medios potenciales de movimiento STS, pero es posible que no sean posibles de usar. Parece que es extremadamente improbable que en un futuro previsible, o en general, la tecnología sea capaz de crear naves espaciales con motores SS, pero es curioso que la física teórica, tal y como la conocemos ahora, no cierre por completo la puerta a las SS. movimiento. El movimiento de las SS al estilo de las novelas de ciencia ficción es aparentemente completamente imposible. Para los físicos, la pregunta es interesante: "¿por qué, de hecho, es imposible y qué se puede aprender de esto?"

Las sombras pueden viajar más rápido que la luz, pero no pueden transportar sustancia o información.

¿Es posible el vuelo FTL?

Las secciones de este artículo tienen subtítulos y puede consultar cada sección por separado.

Ejemplos simples de viajes FTL

1. El efecto Cherenkov

Cuando hablamos de movimiento con velocidad superluminal, nos referimos a la velocidad de la luz en el vacío. C(299 792 458 m / s). Por tanto, el efecto Cherenkov no puede considerarse un ejemplo de movimiento con velocidad superluminal.

2. Tercer observador

Si el cohete A vuela lejos de mi con velocidad 0.6c hacia el oeste, y el cohete B vuela lejos de mi con velocidad 0.6c hacia el este, luego veo que la distancia entre A y B aumentando a un ritmo 1.2c... Viendo volar los misiles A y B desde un lado, el tercer observador ve que la velocidad total de remoción del misil es mayor que C .

pero velocidad relativa no es igual a la suma de las velocidades. Velocidad del cohete A con respecto al cohete B es la velocidad a la que aumenta la distancia al cohete A visto por un observador volando en un cohete B... La velocidad relativa debe calcularse utilizando la fórmula de adición de velocidad relativista. (ver ¿Cómo se suman velocidades en relatividad especial?) En este ejemplo, la velocidad relativa es aproximadamente 0.88c... Entonces, en este ejemplo no obtuvimos la velocidad superluminal.

3. Luz y sombra

Considere qué tan rápido se puede mover la sombra. Si la lámpara está cerca, la sombra de su dedo en la pared lejana se mueve mucho más rápido de lo que se mueve su dedo. Cuando mueves tu dedo paralelo a la pared, la velocidad de la sombra en D / d veces más que la velocidad de un dedo. Aquí D es la distancia de la lámpara al dedo, y D- de la lámpara a la pared. La velocidad será aún mayor si la pared está en ángulo. Si la pared está muy lejos, entonces el movimiento de la sombra se retrasará con respecto al movimiento del dedo, ya que la luz tarda en llegar a la pared, pero la velocidad de movimiento de la sombra a lo largo de la pared aumentará aún más. La velocidad de la sombra no está limitada por la velocidad de la luz.

Otro objeto que puede viajar más rápido que la luz es un punto de luz de un láser dirigido a la luna. La distancia a la luna es 385.000 km. Puede calcular la velocidad de movimiento del punto de luz en la superficie de la Luna usted mismo, con pequeñas vibraciones del puntero láser en su mano. También puede que le guste el ejemplo de una ola que corre hacia una línea recta de la playa con un ligero ángulo. ¿Qué tan rápido puede viajar la intersección de la ola y la orilla a lo largo de la playa?

Todas estas cosas pueden suceder en la naturaleza. Por ejemplo, un rayo de luz de un púlsar puede viajar a lo largo de una nube de polvo. Una explosión poderosa puede crear ondas esféricas de luz o radiación. Cuando estas ondas se cruzan con cualquier superficie, aparecen círculos de luz en esta superficie, que se expanden más rápido que la luz. Este fenómeno ocurre, por ejemplo, cuando un pulso electromagnético de un rayo viaja a través de la atmósfera superior.

4. Cuerpo sólido

Si tienes una caña larga y rígida y golpeas un extremo de la caña, ¿el otro extremo no empezará a moverse inmediatamente? ¿No es esta una forma de transmitir información más rápido que la luz?

Eso seria verdad Si existían cuerpos idealmente rígidos. En la práctica, el impacto se transmite a lo largo de la varilla a la velocidad del sonido, que depende de la elasticidad y densidad del material de la varilla. Además, la teoría de la relatividad limita la posible velocidad del sonido en un material al valor C .

El mismo principio se aplica si sostiene una cuerda o una barra en posición vertical, la suelta y comienza a caer bajo la influencia de la gravedad. El extremo superior, que sueltas, comienza a caer de inmediato, pero el extremo inferior solo comenzará a moverse después de un tiempo, ya que la desaparición de la fuerza de sujeción se transmite por la varilla a la velocidad del sonido en el material.

La formulación de la teoría relativista de la elasticidad es bastante complicada, pero la idea general puede ilustrarse utilizando la mecánica newtoniana. La ecuación de movimiento longitudinal de un cuerpo elástico ideal se puede derivar de la ley de Hooke. Denotamos la densidad lineal de la varilla ρ , Módulo de elasticidad de Young Y... Desplazamiento longitudinal X satisface la ecuación de onda

ρ d 2 X / dt 2 - Y d 2 X / dx 2 = 0

La solución de onda plana viaja a la velocidad del sonido. s, que se determina a partir de la fórmula s 2 = Y / ρ... La ecuación de onda no permite que las perturbaciones del medio se muevan más rápido que con la velocidad s... Además, la teoría de la relatividad da un límite al valor de la elasticidad: Y< ρc 2 ... En la práctica, ningún material conocido se acerca a este límite. Tenga en cuenta también que incluso si la velocidad del sonido está cerca de C, entonces la sustancia en sí no se mueve necesariamente con una velocidad relativista.

Aunque en la naturaleza hay sólidos existe movimiento de sólidos que se puede utilizar para superar la velocidad de la luz. Este tema pertenece a la sección ya descrita de sombras y luces. (Ver Las tijeras superluminales, El disco giratorio rígido en relatividad).

5. Velocidad de fase

Ecuación de onda
re 2 u / dt 2 - c 2 re 2 u / dx 2 + w 2 u = 0

tiene una solución en la forma
u = A cos (ax - bt), c 2 a 2 - b 2 + w 2 = 0

Estas son ondas sinusoidales que se propagan con velocidad v
v = b / a = raíz cuadrada (do 2 + w 2 / a 2)

Pero esto es más que c. ¿Es esta una ecuación para taquiones? (ver sección adicional). No, esta es la ecuación relativista habitual para una partícula con masa.

Para eliminar la paradoja, es necesario distinguir entre la "velocidad de fase" v ph y "tasa de grupo" v grandioso
v ph v gr = c 2

La solución de forma de onda puede tener dispersión de frecuencia. En este caso, el paquete de ondas se mueve con una velocidad de grupo menor que C... Con la ayuda de un paquete de ondas, la información se puede transmitir solo a una velocidad de grupo. Las ondas en un paquete de ondas se mueven con velocidad de fase. La velocidad de fase es otro ejemplo de movimiento FTL que no se puede utilizar para comunicar mensajes.

6. Galaxias superlumínicas

7. Cohete relativista

Deje que un observador en la Tierra vea una nave espacial alejarse a una velocidad 0.8c Según la teoría de la relatividad, verá que el reloj está en astronave ir 5/3 veces más lento. Si dividimos la distancia al barco por el tiempo de vuelo según el reloj de a bordo, obtenemos la velocidad 4 / 3c... El observador concluye que, utilizando su reloj de a bordo, el piloto del barco también determinará que está volando a una velocidad superluminal. Desde el punto de vista del piloto, su reloj funciona con normalidad y el espacio interestelar se ha reducido 5/3 veces. Por lo tanto, vuela las distancias conocidas entre las estrellas más rápido, con una velocidad 4 / 3c .

La dilatación del tiempo es un efecto real que, en principio, puede utilizarse en los viajes espaciales para cubrir largas distancias en poco tiempo desde el punto de vista de los astronautas. Con una aceleración constante de 1 g, los astronautas no solo tendrán una cómoda gravedad artificial, sino que también podrán atravesar la galaxia en solo 12 años en su propio tiempo. Durante el viaje, envejecerán a los 12 años.

Pero este todavía no es un vuelo superlumínico. No puede calcular la velocidad utilizando la distancia y el tiempo definidos en diferentes marcos de referencia.

8. La velocidad de la gravedad

Algunos insisten en que la velocidad de la gravedad es mucho mayor. C o incluso interminable. Consulte ¿Viaja la gravedad a la velocidad de la luz? y ¿Qué es la radiación gravitacional? Perturbaciones gravitacionales y ondas gravitacionales esparcir con velocidad C .

9. Paradoja EPR

10. Fotones virtuales

11. Efecto de túnel cuántico

En mecánica cuántica, el efecto túnel permite que una partícula supere una barrera, incluso si no hay suficiente energía para ello. Es posible calcular el tiempo de tunelización a través de dicha barrera. Y puede resultar menos de lo que se requiere para que la luz cubra la misma distancia a una velocidad C... ¿Se puede usar para enviar mensajes más rápido que la luz?

¡La electrodinámica cuántica dice que no! Sin embargo, se ha realizado un experimento que demostró la transmisión de información superluminal utilizando el efecto de túnel. A través de una barrera de 11,4 cm de ancho a una velocidad de 4,7 C Se entregó la cuadragésima sinfonía de Mozart. La explicación de este experimento es muy controvertida. La mayoría de los físicos creen que el efecto túnel no puede transmitir información Más rapido que la luz. Si eso fuera posible, ¿por qué no enviar la señal al pasado colocando el equipo en un marco de referencia que se mueve rápidamente?

17. Teoría cuántica de campos

Excepto por la gravedad, todos los observables fenomeno fisico corresponden a las " Modelo estandar". El modelo estándar es una teoría relativista de campo cuántico que explica las interacciones electromagnéticas y nucleares, así como todas las partículas conocidas. En esta teoría, cualquier par de operadores correspondientes a observables físicos separados por un intervalo espacial de eventos" conmuta "(es decir , puede cambiar el orden En principio, esto implica que en el modelo estándar, el impacto no puede viajar más rápido que la luz, y esto puede considerarse el campo cuántico equivalente al argumento de la energía infinita.

Sin embargo, en la teoría cuántica del campo del modelo estándar, no hay una prueba impecablemente rigurosa. Nadie ha probado aún que esta teoría sea internamente consistente. Lo más probable es que este no sea el caso. En cualquier caso, no hay garantía de que no existan partículas o fuerzas que aún no se hayan descubierto que no obedezcan a la prohibición de los viajes superlumínicos. Tampoco hay una generalización de esta teoría, incluida la gravedad y la relatividad general. Muchos físicos que trabajan en el campo de la gravedad cuántica dudan de que se generalicen los conceptos simples de causalidad y localidad. No hay garantía de que, en una teoría futura más completa, la velocidad de la luz mantenga el significado de velocidad límite.

18. La paradoja del abuelo

En la relatividad especial, una partícula que viaja más rápido que la luz en un marco de referencia retrocede en el tiempo en otro marco de referencia. El movimiento superluminal o la transmisión de información permitiría viajar o enviar un mensaje al pasado. Si ese viaje en el tiempo fuera posible, entonces podrías retroceder en el tiempo y cambiar el curso de la historia matando a tu abuelo.

Este es un argumento muy fuerte en contra de la posibilidad de viajes FTL. Es cierto que existe una probabilidad casi inverosímil de que sea posible algún tipo de movimiento superlumínico limitado, que no permite volver al pasado. O tal vez sea posible viajar en el tiempo, pero la causalidad se viola de alguna manera consistente. Todo esto es muy inverosímil, pero si estamos hablando de viajes FTL, entonces es mejor estar preparado para nuevas ideas.

Lo contrario también es cierto. Si pudiéramos viajar atrás en el tiempo, podríamos superar la velocidad de la luz. Puede retroceder en el tiempo, volar a alguna parte a baja velocidad y llegar antes de que llegue la luz, enviada de la manera habitual. Consulte Viaje en el tiempo para obtener detalles sobre este tema.

Preguntas abiertas de viajes FTL

En esta sección final, describiré algunas ideas serias para un posible viaje más rápido que la luz. Estos temas no se incluyen a menudo en las preguntas frecuentes, porque no son más como respuestas, sino muchas preguntas nuevas. Se incluyen aquí para mostrar que se están realizando investigaciones serias en esta dirección. Se ofrece sólo una breve introducción al tema. Puede encontrar detalles en Internet. Como con todo lo que hay en Internet, sé crítico con ellos.

19. Taquiones

Los taquiones son partículas hipotéticas que viajan más rápido que la luz localmente. Para hacer esto, deben tener una masa imaginaria. En este caso, la energía y el impulso del taquión son valores reales. No hay razón para creer que no se puedan detectar partículas superlumínicas. Las sombras y los puntos de luz pueden viajar más rápido que la luz y pueden detectarse.

Hasta ahora, no se han encontrado taquiones y los físicos dudan de su existencia. Se ha afirmado que en experimentos para medir la masa de neutrinos producida por la desintegración beta del tritio, los neutrinos eran taquiones. Esto es dudoso, pero aún no se ha refutado por completo.

Hay problemas con la teoría de taquiones. Además de la posible violación de la causalidad, los taquiones también hacen que el vacío sea inestable. Puede ser posible eludir estas dificultades, pero incluso entonces no seremos capaces de utilizar taquiones para la transmisión de mensajes superlumínicos.

La mayoría de los físicos creen que la aparición de taquiones en una teoría es un signo de algunos problemas en esta teoría. La idea de taquiones es tan popular entre el público simplemente porque a menudo se mencionan en la literatura de ciencia ficción. Ver taquiones.

20. Agujeros de gusano

La forma más famosa de viajar FTL global es el uso de agujeros de gusano. Un agujero de gusano es una hendidura en el espacio-tiempo desde un punto del universo a otro, lo que te permite ir de un extremo del agujero al otro más rápido que el camino habitual. Se describen agujeros de gusano teoría general relatividad. Para crearlos, debe cambiar la topología del espacio-tiempo. Quizás esto sea posible dentro del marco de la teoría cuántica de la gravedad.

Sostener agujero de gusano abiertos, necesitamos áreas del espacio con energías negativas. C.W. Misner y K.S. Thorne propusieron utilizar el efecto Casimir a gran escala para crear energía negativa. Visser sugirió usar cuerdas cósmicas para esto. Estas son ideas muy especulativas y puede que no sea posible. Quizás no exista la forma requerida de materia exótica con energía negativa.

En septiembre de 2011, el físico Antonio Ereditato conmocionó al mundo. Su declaración podría cambiar nuestra comprensión del universo. Si los datos recopilados por 160 científicos de OPERA eran correctos, se observó lo increíble. Las partículas, en este caso los neutrinos, se movían más rápido que la luz. Según la teoría de la relatividad de Einstein, esto es imposible. Y las consecuencias de tal observación serían increíbles. Quizás habría que revisar los mismos fundamentos de la física.

Aunque Ereditato dijo que él y su equipo estaban "extremadamente confiados" en sus resultados, no dijeron que los datos fueran completamente precisos. Por el contrario, pidieron a otros científicos que los ayudaran a descubrir qué estaba pasando.

Al final, resultó que los resultados de OPERA estaban equivocados. Un cable mal conectado provocó un problema de sincronización y las señales de los satélites GPS eran inexactas. Hubo un retraso inesperado en la señal. Como resultado, las mediciones del tiempo que tardaron los neutrinos en cubrir una cierta distancia mostraron 73 nanosegundos adicionales: parecía que los neutrinos volaban más rápido que la luz.

A pesar de meses de escrutinio antes de comenzar el experimento y volver a verificar los datos después, los científicos estaban seriamente equivocados. Ereditato renunció, contrariamente a las declaraciones de muchos de que tales errores siempre ocurrían debido a la extrema complejidad del dispositivo de los aceleradores de partículas.

¿Por qué la suposición, solo la suposición, de que algo podría moverse más rápido que la luz causó tal ruido? ¿Qué tan seguros estamos de que nada puede superar esta barrera?

Veamos primero la segunda de estas preguntas. La velocidad de la luz en el vacío es de 299.792,458 kilómetros por segundo; por conveniencia, este número se ha redondeado a 300.000 kilómetros por segundo. Es bastante rapido. El sol está a 150 millones de kilómetros de la Tierra y su luz llega a la Tierra en solo ocho minutos y veinte segundos.

¿Alguna de nuestras creaciones puede competir en la carrera contra la luz? Uno de los objetos artificiales más rápidos jamás construidos, la sonda espacial New Horizons pasó zumbando a Plutón y Caronte en julio de 2015. Alcanzó una velocidad relativa a la Tierra de 16 km / s. Mucho menos de 300.000 km / s.

Sin embargo, teníamos partículas diminutas que se movían muy rápidamente. Principios de la década de 1960 William Bertozzi en Massachusetts Instituto de Tecnologia experimentó con la aceleración de electrones a velocidades aún mayores.

Dado que los electrones tienen una carga negativa, se pueden acelerar, más precisamente, repelidos, aplicando la misma carga negativa al material. Cuanta más energía se aplica, más rápido se aceleran los electrones.

Uno pensaría que solo necesita aumentar la energía aplicada para acelerar a una velocidad de 300.000 km / s. Pero resulta que los electrones simplemente no pueden moverse tan rápido. Los experimentos de Bertozzi demostraron que el uso de más energía no conduce a un aumento directamente proporcional en la velocidad de los electrones.

En cambio, se tuvieron que aplicar grandes cantidades de energía adicional para alterar la velocidad de los electrones, aunque sea ligeramente. Se acercaba cada vez más a la velocidad de la luz, pero nunca la alcanzó.

Imagínese caminar hacia la puerta en pequeños pasos, cada uno de los cuales recorre la mitad de la distancia desde su posición actual hasta la puerta. Estrictamente hablando, nunca llegarás a la puerta, porque después de cada paso que des, tendrás una distancia que superar. Bertozzi enfrentó aproximadamente el mismo problema al tratar con sus electrones.

Pero la luz está formada por partículas llamadas fotones. ¿Por qué estas partículas pueden moverse a la velocidad de la luz, pero los electrones no?

"A medida que los objetos se mueven cada vez más rápido, se vuelven más pesados; cuanto más pesados, más difícil es acelerarlos, por lo que nunca se llega a la velocidad de la luz", dice Roger Rassoul, físico de la Universidad de Melbourne en Australia. . “Un fotón no tiene masa. Si tuviera masa, no podría moverse a la velocidad de la luz ".

Los fotones son especiales. No solo carecen de masa, lo que les proporciona completa libertad desplazamientos en el vacío del espacio, tampoco necesitan acelerar. La energía natural que tienen a su disposición se mueve en oleadas, al igual que ellos, por lo que al momento de su creación ya tienen máxima velocidad. En cierto sentido, es más fácil pensar en la luz como energía que como una corriente de partículas, aunque en realidad la luz es ambas cosas.

Sin embargo, la luz viaja mucho más lento de lo que podríamos esperar. Aunque a los técnicos de Internet les gusta hablar de comunicaciones que operan a "la velocidad de la luz" en fibra, la luz viaja un 40% más lento en el vidrio de esa fibra que en el vacío.

En realidad, los fotones viajan a una velocidad de 300.000 km / s, pero encuentran una cierta cantidad de interferencia, interferencia causada por otros fotones que son emitidos por átomos de vidrio cuando pasa la onda de luz principal. Puede que esto no sea fácil de entender, pero al menos lo intentamos.

De la misma manera, en el marco de experimentos especiales con fotones individuales, fue posible ralentizarlos de manera bastante impresionante. Pero para la mayoría de los casos, el número de 300 000 será válido. No hemos visto ni creado nada que pueda moverse tan rápido, o incluso más rápido. Hay puntos especiales, pero antes de tocarlos, toquemos nuestra otra pregunta. ¿Por qué es tan importante que se siga estrictamente la regla de la velocidad de la luz?

La respuesta tiene que ver con la persona por su nombre, como suele ser el caso en física. Su teoría especial de la relatividad explora las muchas implicaciones de sus límites de velocidad universales. Uno de los elementos más importantes de la teoría es la idea de que la velocidad de la luz es constante. No importa dónde se encuentre o qué tan rápido se mueva, la luz siempre se mueve a la misma velocidad.

Pero esto tiene varios problemas conceptuales.

Imagínese la luz que cae de una linterna sobre un espejo en el techo de una nave espacial estacionaria. La luz sube, se refleja en el espejo y cae sobre el suelo de la nave espacial. Digamos que cubre una distancia de 10 metros.

Ahora imagine que esta nave espacial comienza a moverse a una velocidad colosal de muchos miles de kilómetros por segundo. Cuando enciendes la linterna, la luz se comporta como antes: brilla hacia arriba, golpea el espejo y se refleja en el suelo. Pero para hacer esto, la luz tendrá que viajar una distancia diagonal, no vertical. Después de todo, el espejo ahora se mueve rápidamente con la nave espacial.

En consecuencia, aumenta la distancia que recorre la luz. Digamos 5 metros. Resultan 15 metros en total, no 10.

A pesar de esto, aunque la distancia ha aumentado, las teorías de Einstein afirman que la luz seguirá moviéndose a la misma velocidad. Dado que la velocidad es la distancia dividida por el tiempo, dado que la velocidad es la misma y la distancia ha aumentado, el tiempo también debe aumentar. Sí, el tiempo en sí debe alargarse. Aunque suene extraño, se ha confirmado experimentalmente.

Este fenómeno se llama dilatación del tiempo. El tiempo se mueve más lentamente para las personas que se mueven en vehículos que se mueven rápidamente, en comparación con aquellos que están estacionados.

Por ejemplo, el tiempo corre 0.007 segundos más lento para los astronautas en el International estación Espacial, que se mueve a una velocidad de 7,66 km / s en relación con la Tierra, en comparación con las personas del planeta. Aún más interesante es la situación con partículas como los electrones antes mencionados, que pueden viajar cerca de la velocidad de la luz. En el caso de estas partículas, el grado de desaceleración será enorme.

Stephen Colthammer, físico experimental de la Universidad de Oxford en el Reino Unido, señala un ejemplo con partículas llamadas muones.

Los muones son inestables: se descomponen rápidamente en partículas más simples. Tan rápido que la mayoría de los muones que salen del Sol deberían descomponerse cuando lleguen a la Tierra. Pero en realidad, los muones llegan a la Tierra desde el Sol en volúmenes colosales. Los físicos han estado tratando de averiguar por qué durante mucho tiempo.

“La respuesta a este misterio es que los muones se generan con tal energía que se mueven a velocidades cercanas a la de la luz”, dice Kolthammer. "Su sentido del tiempo, por así decirlo, su reloj interno corre lento".

Los muones "permanecen vivos" más de lo esperado en relación con nosotros, gracias a la actual curvatura natural del tiempo. Cuando los objetos se mueven rápidamente en relación con otros objetos, su longitud también disminuye, se contrae. Estas consecuencias, la dilatación del tiempo y la disminución de la duración, son ejemplos de cómo el espacio-tiempo cambia según el movimiento de las cosas (yo, usted o una nave espacial) con masa.

Lo importante, como decía Einstein, no afecta a la luz, ya que no tiene masa. Por eso estos principios van de la mano. Si los objetos pudieran moverse más rápido que la luz, obedecerían leyes fundamentales que describen cómo funciona el universo. Estos son principios clave. Ahora podemos hablar de algunas excepciones y derogaciones.

Por un lado, aunque no hemos visto nada que se mueva más rápido que la luz, esto no significa que este límite de velocidad teóricamente no pueda romperse en condiciones muy concretas. Tomemos, por ejemplo, la expansión del propio universo. Las galaxias del Universo se están alejando unas de otras a una velocidad mucho más rápida que la luz.

Otra situación interesante se refiere a partículas que comparten las mismas propiedades al mismo tiempo, sin importar qué tan alejadas estén. Este es el llamado "entrelazamiento cuántico". El fotón rotará hacia arriba y hacia abajo, eligiendo aleatoriamente entre dos estados posibles, pero la elección de la dirección de rotación se reflejará con precisión en el otro fotón en otra parte si están entrelazados.

Dos científicos, cada uno estudiando su propio fotón, obtendrán el mismo resultado simultáneamente, más rápido de lo que permitiría la velocidad de la luz.

Sin embargo, en ambos ejemplos, es importante tener en cuenta que no se mueve ninguna información. velocidad más rápida luz entre dos objetos. Podemos calcular la expansión del Universo, pero no podemos observar los objetos más rápido que la luz en él: han desaparecido del campo de visión.

En cuanto a los dos científicos con sus fotones, aunque podían obtener el mismo resultado al mismo tiempo, no podían dejarse saber el uno al otro más rápido de lo que la luz viaja entre ellos.

“Esto no representa ningún problema para nosotros, porque si eres capaz de enviar señales más rápido que la luz, obtienes paradojas extrañas según las cuales la información de alguna manera puede viajar en el tiempo”, dice Kolthammer.

Hay otra forma posible de hacer técnicamente posible un viaje más rápido que la luz: las fisuras en el espacio-tiempo que permitirían al viajero evitar las reglas del viaje normal.

Gerald Cleaver de la Universidad de Baylor en Texas cree que algún día seremos capaces de construir una nave espacial que viaje más rápido que la luz. Que se mueve a través de un agujero de gusano. Los agujeros de gusano son bucles en el espacio-tiempo que encajan perfectamente en las teorías de Einstein. Podrían permitir que un astronauta saltara de un extremo del universo al otro usando una anomalía en el espacio-tiempo, alguna forma de atajo cósmico.

Un objeto que viaja a través de un agujero de gusano no excederá la velocidad de la luz, pero teóricamente podría llegar a su destino más rápido que la luz que viaja a lo largo de una trayectoria "normal". Pero es posible que no se pueda acceder a los agujeros de gusano. viaje espacial... ¿Podría haber otra forma de distorsionar activamente el espacio-tiempo para viajar a más de 300.000 km / s en relación con otra persona?

Cleaver también exploró la idea de un "motor Alcubierre" en 1994. Describe una situación en la que el espacio-tiempo se contrae frente a la nave espacial, empujándola hacia adelante y se expande detrás de ella, también empujándola hacia adelante. "Pero luego", dice Cleaver, "surgieron problemas: cómo hacerlo y cuánta energía se necesitaría".

En 2008, él y su estudiante graduado Richard Aubosie calcularon cuánta energía se necesitaría.

"Imaginamos una nave espacial de 10 mx 10 mx 10 m (1.000 metros cúbicos) y calculamos que la cantidad de energía necesaria para iniciar el proceso sería equivalente a la masa de un Júpiter completo".

Después de eso, la energía debe "verterse" constantemente para que el proceso no termine. Nadie sabe si esto alguna vez será posible o cómo serán las tecnologías requeridas. "No quiero que se me cite durante siglos como prediciendo algo que nunca sucederá", dice Cleaver, "pero todavía no veo una solución".

Entonces, viajar más rápido que la velocidad de la luz sigue siendo una fantasía en este momento. Hasta ahora, la única forma es sumergirse en una animación suspendida profunda. Y, sin embargo, no todo está mal. En la mayoría de los casos, hablamos de luz visible. Pero en realidad, la luz es mucho más. Desde ondas de radio y microondas hasta luz visible, radiación ultravioleta, rayos X y los rayos gamma emitidos por átomos en proceso de desintegración; todos estos hermosos rayos están hechos de lo mismo: fotones.

La diferencia está en la energía, es decir, en la longitud de onda. Juntos, estos rayos forman el espectro electromagnético. El hecho de que las ondas de radio, por ejemplo, viajen a la velocidad de la luz es increíblemente útil para la comunicación.

En su investigación, Kolthammer crea un circuito que utiliza fotones para transferir señales de una parte del circuito a otra, por lo que merece el derecho a comentar sobre la utilidad de la increíble velocidad de la luz.

“El hecho mismo de que construyéramos la infraestructura de Internet, por ejemplo, y antes la radio basada en la luz, tiene que ver con la facilidad con la que podemos transmitirla”, apunta. Y agrega que la luz actúa como la fuerza de comunicación del Universo. Cuando los electrones de un teléfono móvil comienzan a temblar, los fotones salen disparados y hacen que los electrones del otro teléfono móvil también se muevan. Así nace una llamada telefónica. Los temblores de los electrones en el Sol también emiten fotones - en grandes cantidades - que, por supuesto, forman la luz que da a la vida en la Tierra calor y, ejem, luz.

La luz es lenguaje universal El universo. Su velocidad, 299.792,458 km / s, permanece constante. Mientras tanto, el espacio y el tiempo son maleables. Quizás no deberíamos pensar en cómo movernos más rápido que la luz, pero ¿cómo movernos más rápido a través de este espacio y este tiempo? ¿Madurar de raíz, por así decirlo?

Un grupo de científicos del experimento OPERA en colaboración con la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) han publicado los sensacionales resultados de un experimento para superar la velocidad de la luz. Los resultados experimentales refutan teoría especial relatividad de Albert Einstein, en la que todos física moderna... La teoría dice que la velocidad de la luz es 299 792 458 m / s, y las partículas elementales no pueden moverse más rápido que la velocidad de la luz.

Sin embargo, los científicos registraron un exceso de este por un haz de neutrinos en 60 nanosegundos al superar los 732 km. Ocurrió el 22 de septiembre durante un experimento realizado por grupo internacional físicos nucleares de Italia, Francia, Rusia, Corea, Japón y otros países.

El experimento se desarrolló de la siguiente manera: el haz de protones se aceleró en un acelerador especial y se golpeó con él en el centro de un objetivo especial. Así nacieron los mesones, partículas compuestas de quarks.

Cuando los mesones se desintegran, nacen los neutrinos ”, explicó a Izvestia el académico de RAS Valery Rubakov, investigador jefe del Instituto RAS de Investigación Nuclear. - El rayo se ubica de manera que el neutrino vuela 732 km y cae en el laboratorio subterráneo italiano en Gran Sasso. Contiene un detector especial que registra la velocidad del haz de neutrinos.

Los resultados de la investigación dividen el mundo científico. Algunos científicos se niegan a creer en los resultados.

Lo que se hizo en el CERN es imposible desde el punto de vista moderno de la física, dijo a Izvestia el académico de la Academia de Ciencias de Rusia, Spartak Belyaev. director científico Instituto de Física General y Nuclear. - Es necesario verificar este experimento y sus resultados, tal vez simplemente estaban equivocados. Todos los experimentos llevados a cabo antes de esto encajan en la teoría existente, y no vale la pena despertar el pánico por un experimento realizado una vez.

El académico Belyaev al mismo tiempo admite: si es posible demostrar que el neutrino puede moverse más rápido que la velocidad de la luz, será un golpe.

Entonces tenemos que romper toda la física ”, dijo.

Si se confirman los resultados, esto es una revolución, coincide el académico Rubakov. - Es difícil decir cómo resultará esto para la gente del pueblo. En general, es posible, por supuesto, cambiar la teoría especial de la relatividad, pero es extremadamente difícil hacerlo, y no está del todo claro qué tipo de teoría cristalizará como resultado.

Rubakov señaló que el informe dice que durante los tres años del experimento, se registraron y midieron 15 mil eventos.

Las estadísticas son muy buenas y un grupo internacional de científicos de renombre participó en el experimento, resume Rubakov.

Los académicos enfatizaron que el mundo intenta regularmente refutar experimentalmente la teoría especial de la relatividad. Sin embargo, ninguno de ellos ha arrojado resultados positivos hasta el momento.