Posvećeno izravnom mjerenju brzine kretanja neutrina. Rezultati zvuče senzacionalno: brzina neutrina se pokazala blagom - ali statistički značajnom! - više od brzine svjetlosti. Članak o suradnji sadrži analizu različitih izvora pogrešaka i nesigurnosti, no reakcija velike većine fizičara ostaje vrlo skeptična, prvenstveno zato što je takav rezultat u suprotnosti s drugim eksperimentalnim podacima o svojstvima neutrina.

Riža. 1.

Pojedinosti eksperimenta

Ideja eksperimenta (vidi OPERA eksperiment) je vrlo jednostavna. Snop neutrina se rađa u CERN-u, leti kroz Zemlju do talijanskog laboratorija Gran Sasso i tamo prolazi kroz poseban detektor neutrina OPERA. Neutrini vrlo slabo komuniciraju s materijom, ali zbog činjenice da je njihov tok iz CERN-a vrlo velik, neki se neutrini još uvijek sudaraju s atomima unutar detektora. Tamo generiraju kaskadu nabijenih čestica i time ostavljaju svoj signal u detektoru. Neutrini se u CERN-u ne rađaju kontinuirano, već u "rafalima", a ako znamo trenutak rođenja neutrina i trenutak njegove apsorpcije u detektoru, kao i udaljenost između dva laboratorija, možemo izračunati brzinu neutrina.

Pravocrtna udaljenost između izvora i detektora iznosi oko 730 km i izmjerena je s točnošću od 20 cm (točna udaljenost između referentnih točaka je 730.534,61 ± 0,20 metara). Istina, proces koji vodi do proizvodnje neutrina uopće nije lokaliziran s takvom točnošću. U CERN-u se snop protona visoke energije emitira iz SPS akceleratora, pada na grafitnu metu i u njoj stvara sekundarne čestice, uključujući mezone. Oni i dalje lete naprijed brzinom gotovo svjetlosnom i u letu se raspadaju u mione, emitirajući neutrine. Mioni se također raspadaju i stvaraju dodatne neutrine. Tada se sve čestice, osim neutrina, apsorbiraju u glavninu tvari i nesmetano stignu do mjesta detekcije. Opća shema ovaj dio eksperimenta prikazan je na sl. 1.

Cijela kaskada koja vodi do pojave neutrina može se protezati stotinama metara. Međutim, budući da svičestice u ovoj hrpi lete naprijed skorom svjetlosnom brzinom, za vrijeme detekcije praktički nema razlike da li je neutrino rođen odmah ili nakon kilometra puta (međutim, od velike je važnosti kada je točno početni proton koji je doveo do stvaranje zadanog neutrina izletjelo je iz akceleratora). Kao rezultat toga, proizvedeni neutrini uglavnom jednostavno ponavljaju profil početne protonske zrake. Stoga je ovdje ključni parametar upravo vremenski profil protonske zrake emitirane iz akceleratora, posebno točan položaj njegovog prednjeg i zadnjeg ruba, a taj se profil mjeri s dobrim vremenskim NS m razlučivosti (vidi sliku 2).

Svaka sesija bacanja protonske zrake na metu (na engleskom se takva sesija zove prosuti, "Splash") traje oko 10 mikrosekundi i dovodi do stvaranja ogromnog broja neutrina. Međutim, gotovo svi lete Zemljom (i detektorom) bez interakcije. U onim rijetkim slučajevima, kada detektor registrira neutrino, nemoguće je reći u kojoj je točki tijekom intervala od 10 mikrosekundi on emitiran. Analiza se može provesti samo statistički, odnosno prikupiti mnogo slučajeva detekcije neutrina i konstruirati njihovu distribuciju tijekom vremena u odnosu na početnu točku za svaku sesiju. U detektoru se kao referentna točka uzima onaj trenutak vremena kada uvjetni signal koji se kreće brzinom svjetlosti i emitira točno u trenutku prednjeg ruba protonske zrake dospijeva do detektora. Točno mjerenje ovog trenutka postalo je moguće zahvaljujući sinkronizaciji satova u dva laboratorija s točnošću od nekoliko nanosekundi.

Na sl. 3 prikazuje primjer takve distribucije. Crne točke su stvarni neutrin podaci koje je zabilježio detektor i zbrojeni tijekom velikog broja sesija. Crvena krivulja prikazuje konvencionalni "referentni" signal koji bi se kretao brzinom svjetlosti. Može se vidjeti da podaci počinju na oko 1048,5 ns ranije referentni signal. To, međutim, ne znači da je neutrino stvarno mikrosekundu ispred svjetlosti, već je samo razlog da se pažljivo izmjere sve duljine kabela, stope odziva opreme, vremena kašnjenja elektronike i tako dalje. Ova ponovna provjera je izvršena i pokazalo se da pomiče "referentni" moment za 988 ns. Dakle, ispada da signal neutrina zapravo nadmašuje referentni signal, ali samo za oko 60 nanosekundi. Što se tiče brzine neutrina, to odgovara višku brzine svjetlosti za oko 0,0025%.

Pogrešku ovog mjerenja autori analize procijenili su na 10 nanosekundi, što uključuje i statističke i sustavne pogreške. Dakle, autori tvrde da "vide" superluminalno gibanje neutrina uz statističku razinu pouzdanosti od šest standardnih devijacija.

Razlika između rezultata i očekivanja za šest standardnih devijacija već je prilično velika i u fizici elementarnih čestica naziva se glasnom riječju "otkriće". Međutim, ovaj broj se mora ispravno shvatiti: to samo znači da je vjerojatnost statistički fluktuacije u podacima su vrlo male, ali to ne govori koliko je tehnika obrade podataka pouzdana i koliko su fizičari dobro uzeli u obzir sve instrumentalne pogreške. Uostalom, postoji mnogo primjera u fizici čestica gdje neobični signali s iznimno visokom statističkom pouzdanošću nisu potvrđeni drugim eksperimentima.

Čemu proturječe superluminalni neutrini?

Suprotno uvriježenom mišljenju, specijalna teorija relativnosti sama po sebi ne zabranjuje postojanje čestica koje se kreću brzinom većom od svjetlosti. Međutim, za takve čestice (zajedno se zovu "tahioni") brzina svjetlosti je također granica, ali samo odozdo - ne mogu se kretati sporije od nje. U ovom slučaju, ovisnost energije čestica o brzini pokazuje se inverznom: što je energija veća, to je brzina tahiona bliža brzini svjetlosti.

Mnogo ozbiljniji problemi počinju u kvantnoj teoriji polja. Ova teorija zamjenjuje kvantnu mehaniku kada su u pitanju kvantne čestice s visokim energijama. U ovoj teoriji čestice nisu točke, već, relativno govoreći, nakupine materijalnog polja, te ih je nemoguće promatrati odvojeno od polja. Ispada da tahioni smanjuju energiju polja, što znači da vakuum čine nestabilnim. Tada je isplativije da se praznina spontano raspadne na ogroman broj tih čestica, te je stoga jednostavno besmisleno razmatrati kretanje jednog tahiona u običnom praznom prostoru. Možemo reći da tahion nije čestica, već nestabilnost vakuuma.

U slučaju tahiona-fermiona situacija je nešto kompliciranija, ali i tu se javljaju usporedive poteškoće koje sprječavaju stvaranje samokonzistentne tahionske kvantne teorije polja, uključujući i običnu teoriju relativnosti.

Međutim, to također nije posljednja riječ u teoriji. Baš kao što eksperimentatori mjere sve što se može izmjeriti, teoretičari također testiraju sve moguće hipotetske modele koji nisu u suprotnosti s dostupnim podacima. Konkretno, postoje teorije u kojima je dopušteno malo, još nezapaženo odstupanje od postulata teorije relativnosti – primjerice, sama brzina svjetlosti može biti varijabla. Takve teorije još nemaju izravnu eksperimentalnu potporu, ali još nisu zatvorene.

Ova kratka skica teorijskih mogućnosti može se sažeti na sljedeći način: iako je u nekim teorijskim modelima kretanje superluminalnom brzinom moguće, oni ostaju čisto hipotetske konstrukcije. Svi eksperimentalni podaci dostupni do danas opisani su standardnim teorijama bez superluminalnog gibanja. Stoga, kada bi se pouzdano potvrdila čak i za neke čestice, kvantna teorija polja morala bi biti radikalno izmijenjena.

Trebamo li rezultat OPERE u tom smislu smatrati "prvim znakom"? Ne još. Možda je najvažniji razlog za skepticizam činjenica da se OPERA rezultat ne slaže s drugim eksperimentalnim podacima o neutrinima.

Najprije su tijekom slavne supernove SN1987A detektirani i neutrini, koji su stigli nekoliko sati prije svjetlosnog pulsa. To ne znači da su neutrini išli brže od svjetlosti, već samo odražava činjenicu da neutrine emitira više ranoj fazi kolaps jezgre u supernovi od svjetlosti. Međutim, budući da se neutrini i svjetlost, nakon što su na svom putu proveli 170 tisuća godina, nisu razišli više od nekoliko sati, to znači da su njihove brzine vrlo bliske i da se razlikuju za ne više od milijardu djelića. Eksperiment OPERA pokazuje tisuću puta jaču diskrepanciju.

Ovdje, naravno, možemo reći da se neutrini nastali u eksplozijama supernove i neutrini iz CERN-a jako razlikuju po energiji (nekoliko desetaka MeV u supernovama i 10–40 GeV u opisanom eksperimentu), a brzina neutrina se mijenja ovisno o energiji. Ali ova promjena u ovom slučaju djeluje u "krivom" smjeru: uostalom, što je energija tahiona veća, to bi njihova brzina trebala biti bliža brzini svjetlosti. Naravno, ovdje se može misliti na neku modifikaciju teorije tahiona, u kojoj bi ova ovisnost bila potpuno drugačija, ali u ovom slučaju bit će potrebno raspravljati o "dvohipotetičkom" modelu.

Nadalje, iz raznih eksperimentalnih podataka na neutrinskih oscilacija primljeno za posljednjih godina, slijedi da se mase svih neutrina razlikuju jedna od druge samo za djelić elektron-volta. Ako se rezultat OPERA percipira kao manifestacija superluminalnog gibanja neutrina, tada će vrijednost kvadrata mase barem jednog neutrina biti reda - (100 MeV) 2 (negativan kvadrat mase je matematička manifestacija činjenice da se čestica smatra tahionom). Onda to moraš priznati svi vrste neutrina su tahioni i imaju približno istu masu. S druge strane, izravno mjerenje mase neutrina u beta raspadu jezgri tricija pokazuje da masa neutrina (u apsolutnoj vrijednosti) ne smije biti veća od 2 elektron volta. Drugim riječima, svi ti podaci ne mogu se međusobno uskladiti.

Iz ovoga se može zaključiti: deklarirani rezultat suradnje OPERA teško je uklopiti u bilo koji, čak i najegzotičnije teorijske modele.

Što je sljedeće?

U svim velikim suradnjama u fizici čestica normalna je praksa kada svaki specifična analiza provodi mala skupina sudionika, a tek onda se rezultati iznose na opću raspravu. U ovom slučaju, očito, ova je faza bila prekratka, zbog čega se nisu svi sudionici suradnje složili zamijeniti svoje potpise ispod članka (puni popis uključuje 216 sudionika eksperimenta, a preprint ima samo 174 autora) . Stoga će se u bliskoj budućnosti, najvjerojatnije, provesti mnoge dodatne provjere unutar suradnje, a tek nakon toga članak će biti poslan u tisak.

Naravno, sada možemo očekivati ​​niz teorijskih članaka s raznim egzotičnim objašnjenjima za ovaj rezultat. Međutim, dok deklarirani rezultat nije pouzdano provjeren, ne može se smatrati punopravnim otkrićem.

Ali pokazalo se da je moguće; sada vjeruju da nikada nećemo moći putovati brže od svjetlosti... ". Ali zapravo, nije istina da je netko nekada vjerovao da je nemoguće kretati se brže od zvuka. Mnogo prije nego što su se pojavile nadzvučne letjelice, već je bilo poznato, da meci lete brže od zvuka. vođeni nadzvučni let, i to je bila pogreška. SS pokret je sasvim druga stvar. Od samog početka bilo je jasno da su nadzvučni let ometali tehnički problemi koji se jednostavno moraju riješiti. Ali potpuno je nejasno mogu li se problemi koji koče SS pokret ikada riješiti. Teorija relativnosti ima puno toga za reći o tome. Ako je moguće putovanje SS-om ili čak prijenos signala, narušit će se uzročnost, a iz toga će slijediti potpuno nevjerojatni zaključci.

Prvo ćemo raspravljati o jednostavnim slučajevima STS gibanja. Ne spominjemo ih zato što su zanimljivi, već zato što se uvijek iznova pojavljuju u raspravama o SS pokretu i stoga se s njima treba pozabaviti. Potom ćemo raspravljati o onim što smatramo teškim slučajevima STS kretanja ili komunikacije i razmotriti neke od argumenata protiv njih. Konačno, osvrćemo se na neke od ozbiljnijih nagađanja o pravom STS pokretu.

Jednostavan SS pokret

1. Fenomen Čerenkovljevog zračenja

Jedan od načina da putujete brže od svjetlosti je da prvo usporite samo svjetlo! :-) U vakuumu svjetlost leti velikom brzinom c, a ova vrijednost je svjetska konstanta (vidi pitanje Je li brzina svjetlosti konstantna), au gušćem mediju poput vode ili stakla usporava se na brzinu c / n, gdje n je indeks loma medija (1,0003 za zrak; 1,4 za vodu). Stoga se čestice mogu kretati u vodi ili zraku brže nego što se svjetlost tamo kreće. Kao rezultat toga nastaje zračenje Vavilov-Čerenkov (vidi pitanje).

Ali kada govorimo o SS kretanju, naravno, mislimo na višak brzine svjetlosti u vakuumu c(299 792 458 m/s). Stoga se fenomen Čerenkova ne može smatrati primjerom SS pokreta.

2. Od treće strane

Ako raketa A odleti od mene brzinom 0,6c prema zapadu i drugom B- od mene brzinom 0,6c istočno, zatim ukupna udaljenost između A i B u mom referentnom okviru raste brzinom 1,2c... Dakle, prividna relativna brzina veća od c može se promatrati "s treće strane".

Međutim, ova brzina nije ono što obično podrazumijevamo pod relativnom brzinom. Prava brzina rakete A u vezi rakete B je stopa povećanja udaljenosti između projektila, koju promatra promatrač u raketi B... Dvije brzine moraju se dodati prema relativističkoj formuli za zbrajanje brzina (vidi pitanje Kako zbrajati brzine u parcijalnoj relativnosti). U ovom slučaju, relativna brzina je približno 0,88c, odnosno nije superluminalan.

3. Sjene i zečići

Razmislite koliko brzo se sjena može kretati? Ako stvorite sjenu na udaljenom zidu od prsta od obližnje svjetiljke, a zatim pomaknete prst, tada se sjena pomiče mnogo brže od vašeg prsta. Ako se prst pomiče paralelno sa zidom, tada će biti brzina sjene Dd puta brzine prsta, gdje d je udaljenost od prsta do svjetiljke, i D- udaljenost od svjetiljke do zida. A čak i veća brzina može se pokazati ako se zid nalazi pod kutom. Ako se zid nalazi vrlo daleko, tada će kretanje sjene zaostajati za kretanjem prsta, jer će svjetlost i dalje morati letjeti od prsta do zida, ali će i dalje brzina kretanja sjene biti ista puta veća. Odnosno, brzina sjene nije ograničena brzinom svjetlosti.

Osim sjena, zečići se mogu kretati i brže od svjetlosti, na primjer, mrlja od laserske zrake usmjerene na mjesec. Znajući da je udaljenost do Mjeseca 385 000 km, pokušajte izračunati brzinu svjetlosti laganim pomicanjem lasera. Također možete zamisliti morski val koji se kosi uz obalu. Koliko brzo se može kretati točka u kojoj se val lomi?

Slične stvari se mogu dogoditi u prirodi. Na primjer, svjetlosni snop pulsara može proći kroz oblak prašine. Sjajni bljesak stvara proširenu ljusku svjetlosti ili drugog zračenja. Kada prijeđe površinu, stvara se svjetlosni prsten koji raste brže od brzine svjetlosti. U prirodi se to događa kada elektromagnetski impuls od munje dosegne gornju atmosferu.

Sve su to bili primjeri stvari koje se kreću brže od svjetlosti, ali koje nisu fizička tijela... Uz pomoć sjene ili zečića nemoguće je prenijeti SS poruku, pa komunikacija brža od svjetlosti ne funkcionira. I opet, to, očito, nije ono što želimo razumjeti pod ST motionom, iako postaje jasno koliko je teško odrediti što nam točno treba (vidi pitanje Superluminal škare).

4. Čvrste tvari

Ako uzmete dugi, tvrdi štap i gurnete mu jedan kraj, pomiče li se drugi kraj odmah ili ne? Je li moguće izvršiti SS prijenos poruke na ovaj način?

da bilo je bi može se učiniti kada bi takva kruta tijela postojala. U stvarnosti, udar udarca u kraj štapa širi se duž njega brzinom zvuka u danoj tvari, a brzina zvuka ovisi o elastičnosti i gustoći materijala. Relativnost nameće apsolutnu granicu moguće tvrdoće bilo kojeg tijela tako da brzina zvuka u njima ne može prijeći c.

Ista stvar se događa ako sjednete u polje privlačnosti, i prvo držite strunu ili motku okomito za gornji kraj, a zatim je otpustite. Točka koju ste pustili odmah će se kretati, a donji kraj ne može početi padati sve dok je utjecaj oslobađanja ne dosegne brzinom zvuka.

Teško je formulirati opću teoriju elastičnih materijala u okviru relativnosti, ali se glavna ideja može pokazati na primjeru Newtonove mehanike. Jednadžba uzdužnog gibanja idealno elastičnog tijela može se dobiti iz Hookeovog zakona. U varijablama, mase po jedinici duljine str i Youngov modul elastičnosti Y, uzdužni pomak x zadovoljava valnu jednadžbu.

Rješenje ravnih valova kreće se brzinom zvuka s, i s 2 = Y / str... Ova jednadžba ne podrazumijeva mogućnost bržeg širenja uzročnog utjecaja. s... Dakle, relativnost nameće teoretsko ograničenje na veličinu elastičnosti: Y < kom 2... Praktički nema materijala koji bi joj se i približili. Usput, čak i ako je brzina zvuka u materijalu blizu c, materija sama po sebi uopće nije dužna kretati se relativističkom brzinom. Ali kako znamo da, u principu, ne može postojati tvar koja prevladava tu granicu? Odgovor je da su sve tvari sastavljene od čestica, među kojima se interakcija pokorava standardnom modelu elementarnih čestica, a u ovom modelu nijedna interakcija ne može putovati brže od svjetlosti (vidi dolje o kvantnoj teoriji polja).

5. Fazna brzina

Pogledajte ovu valnu jednadžbu:

On ima rješenja oblika:

Ova rješenja su sinusni valovi koji se kreću brzinom

Ali ovo je brže od svjetlosti, pa imamo jednadžbu tahionskog polja u našim rukama? Ne, ovo je samo uobičajena relativistička jednadžba za masivnu skalarnu česticu!

Paradoks će se riješiti ako shvatite razliku između ove brzine, koja se također naziva fazna brzina v ph iz druge brzine zvane grupa v gr koji je datiran formulom,

Ako valna otopina ima frekvencijsko širenje, tada će poprimiti oblik valnog paketa koji se kreće grupnom brzinom koja ne prelazi c... Samo se valni vrhovi kreću faznom brzinom. Informaciju je uz pomoć takvog vala moguće prenijeti samo grupnom brzinom, tako da nam fazna brzina daje još jedan primjer superluminalne brzine, koja ne može nositi informaciju.

7. Relativistička raketa

Dispečer na Zemlji promatra letjelicu koja odlazi brzinom od 0,8 c... Prema teoriji relativnosti, čak i nakon što uzme u obzir Dopplerov pomak signala s broda, vidjet će da je vrijeme na brodu usporeno i da sat tamo ide sporije za faktor 0,6. Ako izračuna količnik dijeljenja udaljenosti prijeđenog broda s proteklim vremenom mjerenim brodskim satom, tada će dobiti 4/3 c... To znači da putnici u letjelici putuju kroz međuzvjezdani prostor efektivnom brzinom većom od brzine svjetlosti koju bi primili da je izmjerena. Sa stajališta putnika na brodu, međuzvjezdane udaljenosti podložne su Lorentzianskom skupljanju za isti faktor 0,6, pa stoga i oni moraju priznati da poznate međuzvjezdane udaljenosti prelaze brzinom od 4/3 c.

Ovo je pravi fenomen i u principu ga svemirski putnici mogu koristiti za prevladavanje ogromnih udaljenosti tijekom svog života. Ako ubrzavaju konstantnom akceleracijom jednakom ubrzanju gravitacije na Zemlji, tada ne samo da će imati idealnu umjetnu gravitaciju na brodu, nego će još imati vremena prijeći Galaksiju za samo 12 svojih godina! (vidi pitanje Koje su jednadžbe relativističke rakete?)

Međutim, ni ovo nije pravi STS pokret. Efektivna brzina se izračunava iz udaljenosti u jednom referentnom okviru i vremena u drugom. Ovo nije prava brzina. Samo putnici na brodu imaju koristi od ove brzine. Dispečer, na primjer, neće imati vremena vidjeti u svom životu kako lete gigantsku udaljenost.

Teški slučajevi SS pokreta

9. Paradoks Einsteina, Podolsky, Rosen (EPR)

10. Virtualni fotoni

11. Kvantno tuneliranje

Pravi kandidati za SS putnike

Ovaj odjeljak pruža spekulativne, ali ozbiljne pretpostavke o mogućnosti FTL putovanja. To neće biti stvari koje se obično objavljuju u FAQ, jer postavljaju više pitanja nego što odgovaraju. Ovdje su predstavljeni uglavnom kako bi to pokazali u ovom smjeru u tijeku su ozbiljna istraživanja. Dat je samo kratak uvod u svakom smjeru. Detaljnije informacije možete pronaći na internetu.

19. Tahioni

Tahioni su hipotetske čestice koje lokalno putuju brže od svjetlosti. Da bi to učinili, moraju imati zamišljenu masu, ali njihova energija i zamah moraju biti pozitivni. Ponekad se misli da bi takve SS čestice trebalo biti nemoguće otkriti, ali zapravo nema razloga za tako razmišljanje. Sjene i zečići nam govore da stealth još ne proizlazi iz SS pokreta.

Tahioni nikada nisu promatrani i većina fizičara sumnja u njihovo postojanje. Nekako je rečeno da su provedeni eksperimenti za mjerenje mase neutrina emitiranih tijekom raspada tricija i da su ti neutrini tahionski. To je vrlo sumnjivo, ali još uvijek nije isključeno. U teorijama tahiona postoje problemi, jer s gledišta mogućih kršenja uzročnosti, one destabiliziraju vakuum. Možda je moguće zaobići ove probleme, ali tada će biti nemoguće koristiti tahione u SS poruci koja nam je potrebna.

Istina je da većina fizičara smatra tahione znakom pogreške u svojim teorijama polja, a zanimanje za njih od strane širokih masa potiče uglavnom znanstvena fantastika (vidi Tachyonsov članak).

20. Crvotočine

Najpoznatija pretpostavljena mogućnost SS putovanja je korištenje crvotočina. Crvotočine su tuneli u prostor-vremenu koji povezuju jedno mjesto u svemiru s drugim. Moguće je putovati duž njih između ovih točaka brže nego što bi svjetlost išla svojim uobičajenim putem. Crvotočine su klasičan fenomen opća teorija relativnosti, ali da biste ih stvorili, trebate promijeniti topologiju prostor-vremena. Mogućnost toga može se uključiti u teoriju kvantne gravitacije.

Potrebne su ogromne količine negativne energije i održavanje crvotočina otvorenim. Misner i Trn sugerirao da se Casimirov efekt velikih razmjera može koristiti za generiranje negativne energije i, dok Visser predložio rješenje koristeći razmakne nizove. Sve su ove ideje vrlo spekulativne i mogu jednostavno biti nerealne. Neobična tvar s negativnom energijom možda ne postoji u obliku potrebnom za pojavu.

Thorne je otkrio da ako se crvotočine mogu stvoriti, one se mogu koristiti za stvaranje zatvorenih vremenskih petlji koje omogućuju putovanje kroz vrijeme. Također se sugerira da multivarijantna interpretacija kvantne mehanike sugerira da putovanje kroz vrijeme neće uzrokovati nikakve paradokse, te da će se događaji jednostavno odvijati drugačije kada uđete u prošlost. Hawking kaže da crvotočine jednostavno mogu biti nestabilne i stoga neprimjenjive u praksi. Ali sama tema ostaje plodno područje za misaone eksperimente, omogućujući vam da shvatite što je moguće, a što nije moguće na temelju poznatih i pretpostavljenih zakona fizike.
reference:
W. G. Morris i K. S. Thorne, American Journal of Physics 56 , 395-412 (1988)
W. G. Morris, K. S. Thorne i U. Yurtsever, Phys. vlč. pisma 61 , 1446-9 (1988)
Matt Visser, Physical Review D39, 3182-4 (1989)
vidi također "Black Holes and Time Warps" Kip Thorn, Norton & co. (1994.)
Za objašnjenje multiverzuma vidi "The Fabric of Reality" David Deutsch, Penguin Press.

21. Motori-deformatori

[Nemam pojma kako ovo prevesti! Originalni warp pogon. - cca. prevoditelj;
prevedeno po analogiji sa člankom o Membrane]

Deformator bi mogao biti mehanizam za uvijanje prostor-vremena tako da objekt može putovati brže od svjetlosti. Miguel Alcabier postao poznat po razvoju geometrije koja opisuje takav deformator. Izobličenje prostor-vremena omogućuje objektu da putuje brže od svjetlosti dok ostaje na krivulji sličnoj vremenu. Prepreke su iste kao kod stvaranja crvotočina. Za stvaranje deformatora potrebna vam je tvar s negativnom gustoćom energije i. Čak i ako je takva tvar moguća, još uvijek je nejasno kako se može dobiti i kako natjerati deformator da radi s njom.
ref M. Alcubierre, Klasična i kvantna gravitacija, 11 , L73-L77, (1994.)

Zaključak

Prvo, pokazalo se da je teško uopće definirati što znače SS putovanje i SS poruka. Mnoge stvari, kao što su sjene, izvode STS podjelu, ali na takav način da se ne može koristiti, na primjer, za prijenos informacija. Ali postoje i ozbiljne mogućnosti pravog SS pokreta, koje su predložene u znanstvena literatura, ali njihova implementacija još nije tehnički moguća. Heisenbergov princip nesigurnosti onemogućuje korištenje prividnog STS gibanja u kvantnoj mehanici. U općoj teoriji relativnosti postoje potencijalna sredstva za STS gibanje, ali ih možda neće biti moguće koristiti. Čini se da je krajnje malo vjerojatno da će u dogledno vrijeme, ili općenito, tehnologija moći stvoriti svemirske brodove sa SS motorima, no zanimljivo je da teorijska fizika, kakvu danas poznajemo, ne zatvara u potpunosti vrata za SS pokret. SS pokret u stilu znanstvenofantastičnih romana očito je potpuno nemoguć. Za fizičare je zanimljivo pitanje: "zašto je to, zapravo, nemoguće i što se iz toga može naučiti?"

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

Je li moguć FTL let?

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

Jednostavni primjeri FTL putovanja

1. Čerenkovljev efekt

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

2. Treći promatrač

Ako raketa A brzinom odleti od mene 0,6c na zapad, i raketa B brzinom odleti od mene 0,6c prema istoku, onda vidim da je udaljenost između A i B rastući po stopi 1.2c... Gledajući kako lete projektili A i B sa strane, treći promatrač vidi da je ukupna brzina uklanjanja projektila veća od c .

ali relativna brzina nije jednak zbroju brzina. Brzina rakete A u vezi rakete B je brzina kojom se povećava udaljenost do rakete A vidio promatrač kako leti na raketi B... Relativna brzina mora se izračunati korištenjem relativističke formule za zbrajanje brzina. (pogledajte Kako zbrajate brzine u specijalnoj relativnosti?) U ovom primjeru, relativna brzina je približno 0,88c... Dakle, u ovom primjeru nismo dobili superluminalnu brzinu.

3. Svjetlo i sjena

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

Drugi objekt koji može putovati brže od svjetlosti je svjetlosna točka od lasera ​​usmjerena na mjesec. Udaljenost do Mjeseca je 385.000 km. Brzinu svjetlosne točke na površini Mjeseca možete sami izračunati kada vam laserski pokazivač lagano vibrira u ruci. Možda će vam se svidjeti i primjer vala koji pod blagim kutom naleti na ravnu liniju plaže. Koliko brzo križanje vala i obale može putovati duž plaže?

Sve se te stvari mogu dogoditi u prirodi. Na primjer, snop svjetlosti iz pulsara može putovati duž oblaka prašine. Snažna eksplozija može stvoriti sferne valove svjetlosti ili zračenja. Kada se ti valovi sijeku s bilo kojom površinom, na toj površini se pojavljuju svjetlosni krugovi koji se šire brže od svjetlosti. Taj se fenomen promatra, na primjer, kada elektromagnetski impuls od bljeska munje putuje kroz gornju atmosferu.

4. Čvrsto tijelo

Ako imate dugu krutu šipku i udarite u jedan kraj štapa, neće li se drugi kraj odmah početi kretati? Nije li ovo način da se informacije prenesu brže od svjetlosti?

To bi bila istina ako postojala su idealno kruta tijela. U praksi se udar prenosi duž štapa brzinom zvuka, što ovisi o elastičnosti i gustoći materijala štapa. Osim toga, teorija relativnosti ograničava moguću brzinu zvuka u materijalu na vrijednost c .

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

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

ρ d 2 X / dt 2 - Y d 2 X / dx 2 = 0

Rješenje ravnih valova putuje brzinom zvuka s, što se određuje iz formule s 2 = Y / ρ... Valna jednadžba ne dopušta da se perturbacije medija kreću brže od brzine s... Osim toga, teorija relativnosti daje granicu vrijednosti elastičnosti: Y< ρc 2 ... U praksi se niti jedan poznati materijal ne približava ovoj granici. Također imajte na umu da čak i ako je brzina zvuka blizu c, onda se sama materija ne mora nužno kretati relativističkom brzinom.

Iako u prirodi nema čvrste tvari, postoji kretanje čvrstih tijela koji se može koristiti za prevladavanje brzine svjetlosti. Ova tema pripada već opisanom dijelu sjena i svjetla. (Vidi Superluminalne škare, Kruti rotirajući disk u relativnosti).

5. Fazna brzina

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

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

To su sinusoidni valovi koji se šire brzinom v
v = b / a = sqrt (c 2 + w 2 / a 2)

Ali ovo je više od c. Je li ovo jednadžba za tahione? (vidi daljnji odjeljak). Ne, ovo je uobičajena relativistička jednadžba za česticu s masom.

Da bi se otklonio paradoks, potrebno je razlikovati "faznu brzinu" v ph i "skupna stopa" v veličanstven
v ph v gr = c 2

Rješenje valnog oblika može imati disperziju frekvencije. U ovom slučaju, valni paket kreće se grupnom brzinom koja je manja od c... Uz pomoć valnog paketa, informacije se mogu prenositi samo grupnom brzinom. Valovi u valnom paketu kreću se faznom brzinom. Fazna brzina je još jedan primjer FTL gibanja koji se ne može koristiti za komunikaciju poruka.

6. Superluminalne galaksije

7. Relativistička raketa

Neka promatrač na Zemlji vidi svemirski brod koji se udaljava velikom brzinom 0,8c Prema teoriji relativnosti, vidjet će da je sat na svemirski brod idi 5/3 puta sporije. Podijelimo li udaljenost do broda s vremenom leta prema satu na brodu, dobivamo brzinu 4 / 3c... Promatrač zaključuje da će, koristeći svoj sat na brodu, pilot broda također utvrditi da on leti superluminalnom brzinom. Sa stajališta pilota, njegov sat radi normalno, a međuzvjezdani prostor se smanjio 5/3 puta. Stoga brže, brzinom, leti poznate udaljenosti između zvijezda 4 / 3c .

Dilatacija vremena je pravi učinak koji se u načelu može koristiti u svemirskim putovanjima za prevladavanje velikih udaljenosti u kratkom vremenu sa stajališta astronauta. Uz konstantno ubrzanje od 1g, astronauti ne samo da će imati udobnu umjetnu gravitaciju, već će također moći proći galaksiju za samo 12 godina u svoje vrijeme. Tijekom putovanja oni će ostarjeti za 12 godina.

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

8. Brzina gravitacije

Neki inzistiraju da je brzina gravitacije mnogo veća. c ili čak beskrajne. Provjerite Putuje li gravitacija brzinom svjetlosti? i Što je gravitacijsko zračenje? Gravitacijski poremećaji i gravitacijski valoviširiti brzinom c .

9. EPR paradoks

10. Virtualni fotoni

11. Učinak kvantnog tuneliranja

U kvantnoj mehanici, efekt tuneliranja omogućuje čestici da prevlada barijeru, čak i ako za nju nema dovoljno energije. Moguće je izračunati vrijeme tuneliranja kroz takvu barijeru. A može se pokazati i manjim od onoga što je potrebno da svjetlost pređe istu udaljenost brzinom c... Može li se ovo koristiti za slanje poruka brže od svjetlosti?

Kvantna elektrodinamika kaže ne! Ipak, proveden je eksperiment koji je pokazao superluminalni prijenos informacija pomoću efekta tuneliranja. Kroz barijeru širine 11,4 cm brzinom 4,7 c Prenošena je Mozartova Četrdeseta simfonija. Objašnjenje ovog eksperimenta vrlo je kontroverzno. Većina fizičara vjeruje da se efekt tunela ne može koristiti za prijenos informacija brže od svjetlosti. Ako je to moguće, zašto ne biste poslali signal unatrag u vremenu postavljanjem opreme u referentni okvir koji se brzo kreće.

17. Kvantna teorija polja

Osim gravitacije, sve vidljive fizičke pojave odgovaraju " Standardni model". Standardni model je relativistička kvantna teorija polja koja objašnjava elektromagnetske i nuklearne interakcije, kao i sve poznate čestice. U ovoj teoriji, bilo koji par operatora koji odgovara fizičkim promatranim vrijednostima odvojenim prostorom sličnim intervalu događaja "komutira" (tj. , možete promijeniti redoslijed U principu, to implicira da u standardnom modelu udar ne može putovati brže od svjetlosti, a to se može smatrati ekvivalentom kvantnog polja argumenta beskonačne energije.

Međutim, u kvantnoj teoriji polja Standardnog modela ne postoji besprijekorno rigorozni dokaz. Nitko još nije niti dokazao da je ova teorija interno konzistentna. To najvjerojatnije nije tako. U svakom slučaju, nema jamstva da nema još neotkrivenih čestica ili sila koje se ne pokoravaju zabrani supersvjetlosnog putovanja. Također nema generalizacije ove teorije, uključujući gravitaciju i opću relativnost. Mnogi fizičari koji rade na području kvantne gravitacije sumnjaju da će jednostavni koncepti kauzalnosti i lokalnosti biti generalizirani. Nema jamstva da će u budućoj potpunijoj teoriji brzina svjetlosti zadržati osjećaj ograničenja brzine.

18. Paradoks djeda

U specijalnoj relativnosti, čestica koja putuje brže od svjetlosti u jednom referentnom okviru pomiče se unatrag u vremenu u drugom referentnom okviru. Superluminalno kretanje ili prijenos informacija omogućilo bi putovanje ili slanje poruke u prošlost. Kad bi takvo putovanje kroz vrijeme bilo moguće, onda biste se mogli vratiti u prošlost i promijeniti tijek povijesti ubivši svog djeda.

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

Obratno je također istina. Kad bismo mogli putovati u prošlost, mogli bismo prevladati brzinu svjetlosti. Možete se vratiti u prošlost, letjeti negdje malom brzinom i stići tamo prije nego što stigne svjetlo poslano na uobičajen način. Pogledajte Putovanje kroz vrijeme za detalje o ovoj temi.

Otvorena pitanja FTL putovanja

U ovom posljednjem odjeljku opisat ću neke ozbiljne ideje o mogućim putovanjima bržim od svjetlosti. Ove teme nisu često uključene u FAQ, jer nisu više kao odgovori, već puno novih pitanja. Oni su ovdje uključeni kako bi pokazali da se u tom smjeru provode ozbiljna istraživanja. Dat je samo kratak uvod u temu. Detalje možete pronaći na internetu. Kao i prema svemu na internetu, budite kritični prema njima.

19. Tahioni

Tahioni su hipotetske čestice koje lokalno putuju brže od svjetlosti. Da bi to učinili, moraju imati zamišljenu masu. U ovom slučaju, energija i zamah tahiona su stvarne vrijednosti. Nema razloga vjerovati da se superluminalne čestice ne mogu detektirati. Sjene i svjetlosne mrlje mogu putovati brže od svjetlosti i mogu se detektirati.

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

Postoje problemi s teorijom tahiona. Osim mogućeg narušavanja kauzalnosti, tahioni također čine vakuum nestabilnim. Možda je moguće zaobići ove poteškoće, ali čak ni tada nećemo moći koristiti tahione za superluminalni prijenos poruka.

Većina fizičara vjeruje da je pojava tahiona u teoriji znak nekih problema u ovoj teoriji. Ideja o tahionima toliko je popularna u javnosti samo zato što se često spominju u beletrističkoj literaturi. Vidi Tahioni.

20. Crvotočine

Najpoznatiji način globalnog FTL putovanja je korištenje crvotočina. Crvotočina je prorez u prostor-vremenu od jedne točke u svemiru do druge, što vam omogućuje da idete s jednog kraja rupe na drugi brže od uobičajenog puta. Opisane su crvotočine opća teorija relativnosti. Da biste ih stvorili, trebate promijeniti topologiju prostor-vremena. Možda će to postati moguće u okviru kvantne teorije gravitacije.

Zadržati crvotočina otvoreni, potrebna su nam područja prostora s negativnim energijama. C.W. Misner i K.S. Thorne predložili su korištenje Casimirovog efekta u velikim razmjerima za stvaranje negativne energije. Visser predložio korištenje kozmičkih struna za to. To su vrlo spekulativne ideje i možda neće biti moguće. Možda traženi oblik egzotične tvari s negativnom energijom ne postoji.

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

Iako je Ereditato rekao da su on i njegov tim “izuzetno sigurni” u svoje rezultate, nisu rekli da su podaci savršeno točni. Naprotiv, zamolili su druge znanstvenike da im pomognu shvatiti što se događa.

Na kraju se pokazalo da su rezultati OPERA pogrešni. Loše spojen kabel prouzročio je problem sa sinkronizacijom, a signali s GPS satelita bili su netočni. Došlo je do neočekivanog kašnjenja signala. Kao rezultat toga, mjerenja vremena potrebnog da neutrini prijeđu određenu udaljenost pokazala su dodatne 73 nanosekunde: činilo se da su neutrini letjeli brže od svjetlosti.

Unatoč mjesecima pažljivog pregleda prije početka eksperimenta i ponovne provjere podataka nakon toga, znanstvenici su ozbiljno pogriješili. Ereditato je dao ostavku, suprotno napomenama mnogih da su se takve greške uvijek događale zbog iznimne složenosti uređaja akceleratora čestica.

Zašto je pretpostavka - samo pretpostavka - da bi se nešto moglo kretati brže od svjetlosti izazvala takvu buku? Koliko smo uvjereni da ništa ne može prevladati ovu barijeru?

Pogledajmo prvo drugo od ovih pitanja. Brzina svjetlosti u vakuumu je 299.792.458 kilometara u sekundi - radi praktičnosti, ovaj broj je zaokružen na 300.000 kilometara u sekundi. Prilično je brz. Sunce je od Zemlje udaljeno 150 milijuna kilometara, a svjetlost s njega stiže do Zemlje za samo osam minuta i dvadeset sekundi.

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

Međutim, imali smo sitne čestice koje su se kretale vrlo brzo. Ranih 1960-ih William Bertozzi u Massachusettsu Institut tehnologije eksperimentirao s ubrzavanjem elektrona do još većih brzina.

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

Čovjek bi pomislio da samo trebate povećati primijenjenu energiju za ubrzanje do brzine od 300.000 km/s. Ali ispada da se elektroni jednostavno ne mogu kretati tako brzo. Bertozzijevi eksperimenti su pokazali da korištenje više energije ne dovodi do izravno proporcionalnog povećanja brzine elektrona.

Umjesto toga, ogromne količine dodatne energije morale su se primijeniti kako bi se čak i neznatno promijenila brzina elektrona. Bio je sve bliži brzini svjetlosti, ali je nikad nije dosegao.

Zamislite da hodate prema vratima malim koracima, od kojih svaki prijeđe polovicu udaljenosti od vaše trenutne pozicije do vrata. Strogo govoreći, nikada nećete doći do vrata, jer nakon svakog koraka koji napravite, morat ćete prevladati udaljenost. Bertozzi se suočio s otprilike istim problemom kada je radio sa svojim elektronima.

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

"Kako se objekti kreću sve brže i brže, postaju teži - što su teži, teže im je ubrzati, tako da nikada ne stignete do brzine svjetlosti", kaže Roger Rassoul, fizičar sa Sveučilišta Melbourne u Australiji . “Foton nema masu. Da je imao masu, ne bi se mogao kretati brzinom svjetlosti."

Fotoni su posebni. Ne samo da im nedostaje masa, koja ih osigurava potpuna sloboda pomaka u vakuumu prostora, oni također ne trebaju ubrzavati. Prirodna energija kojom raspolažu kreće se u valovima, baš kao i oni, pa u trenutku nastanka već imaju maksimalnu brzinu. U određenom smislu, lakše je razmišljati o svjetlosti kao o energiji, a ne kao o struji čestica, iako je u stvari svjetlost oboje.

Međutim, svjetlost putuje puno sporije nego što bismo očekivali. Iako internetski tehničari vole govoriti o komunikacijama koje rade "brzinom svjetlosti" u vlaknima, svjetlost putuje 40% sporije u staklu tog vlakna nego u vakuumu.

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

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

Odgovor se odnosi na osobu po imenu, kao što je to često slučaj u fizici. Njegova posebna teorija relativnosti istražuje mnoge implikacije njegovih univerzalnih ograničenja brzine. Jedan od najvažnijih elemenata teorije je ideja da je brzina svjetlosti konstantna. Bez obzira gdje se nalazite ili koliko se brzo krećete, svjetlost se uvijek kreće istom brzinom.

Ali ovo ima nekoliko konceptualnih problema.

Zamislite da svjetlost pada iz svjetiljke na zrcalo na stropu nepokretne letjelice. Svjetlost ide gore, reflektira se od zrcala i pada na pod letjelice. Recimo da prevali udaljenost od 10 metara.

Sada zamislite da se ova letjelica počinje kretati kolosalnom brzinom od mnogo tisuća kilometara u sekundi. Kad upalite svjetiljku, svjetlo se ponaša kao i prije: svijetli prema gore, udari u ogledalo i reflektira se na pod. Ali da bi to učinili, svjetlo će morati putovati dijagonalno, a ne okomito. Uostalom, zrcalo se sada brzo kreće zajedno sa letjelicom.

U skladu s tim, udaljenost koju svjetlost prijeđe se povećava. Recimo 5 metara. Ispada ukupno 15 metara, a ne 10.

Unatoč tome, iako se udaljenost povećala, Einsteinove teorije navode da će se svjetlost i dalje kretati istom brzinom. Budući da je brzina udaljenost podijeljena s vremenom, budući da brzina ostaje ista, a udaljenost se povećava, vrijeme se također mora povećati. Da, samo vrijeme se mora rastegnuti. Iako zvuči čudno, eksperimentalno je potvrđeno.

Taj se fenomen naziva dilatacija vremena. Za ljude koji se kreću u brzim vozilima, vrijeme teče sporije u odnosu na one koji miruju.

Na primjer, vrijeme teče 0,007 sekundi sporije za astronaute na Internationalu svemirska postaja, koji se kreće brzinom od 7,66 km / s u odnosu na Zemlju, u usporedbi s ljudima na planeti. Još zanimljivija je situacija s česticama poput spomenutih elektrona, koji mogu putovati brzinom bliskom svjetlosti. U slučaju ovih čestica stupanj usporavanja bit će ogroman.

Stephen Colthammer, eksperimentalni fizičar sa Sveučilišta Oxford u Velikoj Britaniji, ukazuje na primjer s česticama zvanim mioni.

Mioni su nestabilni: brzo se raspadaju na jednostavnije čestice. Toliko brzo da bi se većina miona koji napuštaju Sunce trebala raspasti dok stignu do Zemlje. Ali u stvarnosti, mioni stižu na Zemlju sa Sunca u kolosalnim količinama. Fizičari već dugo pokušavaju otkriti zašto.

"Odgovor na ovu misteriju je da se mioni stvaraju s takvom energijom da se kreću brzinom bliskom svjetlosti", kaže Kolthammer. "Njihov osjećaj za vrijeme, da tako kažem, njihov unutarnji sat sporo radi."

Mioni "ostaju živi" dulje nego što se očekivalo u odnosu na nas, zahvaljujući sadašnjoj, prirodnoj zakrivljenosti vremena. Kada se objekti brzo kreću u odnosu na druge objekte, njihova se duljina također smanjuje, skuplja. Ove posljedice, dilatacija vremena i smanjenje duljine, primjeri su kako se prostor-vrijeme mijenja ovisno o kretanju stvari - mene, tebe ili letjelice - koje imaju masu.

Ono što je važno, kako je rekao Einstein, to ne utječe na svjetlost, jer ona nema masu. Zbog toga ova načela idu ruku pod ruku. Kad bi se objekti mogli kretati brže od svjetlosti, poštivali bi se temeljnim zakonima koji opisuju kako svemir funkcionira. To su ključni principi. Sada možemo govoriti o nekoliko izuzetaka i derogacija.

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

Druga zanimljiva situacija odnosi se na čestice koje dijele ista svojstva u isto vrijeme, bez obzira koliko su udaljene jedna od druge. To je takozvana "kvantna zapetljanost". Foton će se rotirati gore-dolje, nasumično birajući između dva moguća stanja, ali izbor smjera rotacije će se točno odraziti na drugi foton drugdje ako su zapetljani.

Dva znanstvenika, od kojih svaki proučava svoj foton, dobit će isti rezultat istovremeno, brže nego što bi brzina svjetlosti dopuštala.

Međutim, u oba ova primjera važno je napomenuti da se nikakva informacija ne pomiče. veća brzina svjetlost između dva predmeta. Možemo izračunati širenje Svemira, ali ne možemo promatrati objekte brže od svjetlosti u njemu: oni su nestali iz vidnog polja.

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

“To nam ne predstavlja nikakav problem, jer ako ste u mogućnosti slati signale brže od svjetlosti, dobivate bizarne paradokse prema kojima informacije mogu nekako putovati u prošlost”, kaže Kolthammer.

Postoji još jedan mogući način da se putovanje brže od svjetlosti učini tehnički mogućim: pukotine u prostor-vremenu koje bi putniku omogućile da izbjegne pravila normalnog putovanja.

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

Objekt koji putuje kroz crvotočinu neće premašiti brzinu svjetlosti, ali bi teoretski mogao doći do svog odredišta brže od svjetlosti koja putuje "normalnim" putem. Ali crvotočine možda uopće nisu dostupne. putovanje svemirom... Može li postojati drugi način da se aktivno iskrivi prostor-vrijeme kako bi se kretao brže od 300 000 km/s u odnosu na nekog drugog?

Cleaver je također istražio ideju o "Alcubierreovom motoru" 1994. godine. On opisuje situaciju u kojoj se prostor-vrijeme skuplja ispred letjelice, gurajući je naprijed, a širi se iza nje, također je gurajući naprijed. "Ali tada", kaže Cleaver, "nastali su problemi: kako to učiniti i koliko će energije biti potrebno."

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

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

Nakon toga se energija mora stalno "ulijevati" kako se proces ne bi završio. Nitko ne zna hoće li to ikada biti moguće, niti kakve će biti potrebne tehnologije. “Ne želim da me se stoljećima citira kao predviđanje nečega što se nikada neće dogoditi”, kaže Cleaver, “ali još ne vidim rješenje.”

Dakle, putovanje brže od brzine svjetlosti u ovom trenutku ostaje samo fantazija. Zasad je jedini način zaroniti u duboku suspendiranu animaciju. A ipak nije sve loše. U većini slučajeva govorili smo o vidljivoj svjetlosti. Ali u stvarnosti, svjetlost je mnogo više. Od radio valova i mikrovalova do vidljive svjetlosti, ultraljubičastog zračenja, x-zrake i gama zrake koje emitiraju atomi u procesu raspadanja – sve te prekrasne zrake napravljene su od iste stvari: fotona.

Razlika je u energiji, što znači u valnoj duljini. Zajedno, ove zrake čine elektromagnetski spektar. Činjenica da radio valovi, na primjer, putuju brzinom svjetlosti, nevjerojatno je korisna za komunikaciju.

Kolthammer u svom istraživanju stvara sklop koji koristi fotone za prijenos signala s jednog dijela kruga na drugi, pa zaslužuje pravo komentirati korisnost nevjerojatne brzine svjetlosti.

“Sama činjenica da smo izgradili infrastrukturu interneta, na primjer, a prije toga radio na svjetlu, ima veze s lakoćom s kojom ga možemo prenositi”, napominje. I dodaje da svjetlost djeluje kao komunikacijska sila svemira. Kada se elektroni u mobilnom telefonu počnu tresti, fotoni izlete van i uzrokuju da se tresu i elektroni u drugom mobitelu. Tako se rađa telefonski poziv. Potresi elektrona na Suncu također emitiraju fotone – u ogromnim količinama – koji, naravno, tvore svjetlost, koja životu na Zemlji daje toplinu i, hm, svjetlost.

Svjetlo je univerzalni jezik Svemir. Njegova brzina - 299.792.458 km / s - ostaje konstantna. U međuvremenu, prostor i vrijeme su savitljivi. Možda ne bismo trebali razmišljati o tome kako se kretati brže od svjetlosti, nego kako se kretati brže kroz ovaj prostor i ovo vrijeme? Dozrijeti u korijenu, da tako kažem?

Skupina znanstvenika iz eksperimenta OPERA, u suradnji s Europskom organizacijom za nuklearna istraživanja (CERN), objavila je senzacionalne rezultate eksperimenta svladavanja brzine svjetlosti. Eksperimentalni rezultati pobijaju posebna teorija relativnosti Alberta Einsteina, na kojoj se sve moderna fizika... Teorija kaže da je brzina svjetlosti 299 792 458 m/s, a elementarne čestice ne mogu se kretati brže od brzine svjetlosti.

Ipak, znanstvenici su zabilježili višak od 60 nanosekundi neutrinskom zrakom dok su putovali 732 km. To se dogodilo 22. rujna tijekom eksperimenta koji je proveo međunarodna grupa nuklearni fizičari iz Italije, Francuske, Rusije, Koreje, Japana i drugih zemalja.

Eksperiment je tekao na sljedeći način: protonska zraka je ubrzana u posebnom akceleratoru i udarila njome u središte posebne mete. Tako su nastali mezoni – čestice sastavljene od kvarkova.

Kada se mezon raspadne, rađaju se neutrini ”, objasnio je za Izvestija akademik RAN ​​Valery Rubakov, glavni istraživač Instituta za nuklearna istraživanja RAS. - Zraka je smještena tako da neutrino leti 732 km i pada u talijanski podzemni laboratorij u Gran Sassu. Sadrži poseban detektor koji bilježi brzinu snopa neutrina.

Rezultati istraživanja podijelili su znanstveni svijet. Neki znanstvenici odbijaju vjerovati rezultatima.

Ono što je učinjeno u CERN-u nemoguće je s moderne točke gledišta fizike - rekao je za Izvestija akademik Ruske akademije znanosti Spartak Beljajev. znanstveni ravnatelj Institut za opću i nuklearnu fiziku. - Potrebno je provjeriti ovaj eksperiment i njegove rezultate - možda su samo bili u krivu. Svi pokusi provedeni prije ovoga uklapaju se u postojeću teoriju i ne vrijedi dizati paniku zbog jednog pokusa koji je jednom izveden.

Akademik Beljajev u isto vrijeme priznaje: ako je moguće dokazati da se neutrino može kretati brže od brzine svjetlosti, to će biti državni udar.

Tada ćemo morati razbiti svu fiziku - rekao je.

Ako se rezultati potvrde, ovo je revolucija - slaže se akademik Rubakov. - Teško je reći kako će ovo ispasti za građane. Općenito, specijalnu teoriju relativnosti je, naravno, moguće promijeniti, ali to je iznimno teško učiniti, a kakva će se teorija kao rezultat iskristalizirati nije sasvim jasno.

Rubakov je napomenuo da izvješće kaže da je tijekom tri godine eksperimenta zabilježeno i izmjereno 15 tisuća događaja.

Statistika je vrlo dobra, a u eksperimentu je sudjelovala međunarodna skupina uglednih znanstvenika - sažima Rubakov.

Akademici su naglasili da svijet redovito pokušava eksperimentalno opovrgnuti specijalnu teoriju relativnosti. Međutim, niti jedan od njih do sada nije dao pozitivne rezultate.