Nötrinoların hareket hızının doğrudan ölçümüne adanmıştır. Sonuçlar kulağa sansasyonel geliyor: nötrino hızının biraz olduğu ortaya çıktı - ama istatistiksel olarak anlamlı! - ışık hızından fazla. İşbirliğinin makalesi, çeşitli hata ve belirsizlik kaynaklarının bir analizini içeriyor, ancak fizikçilerin ezici çoğunluğunun tepkisi çok şüpheci olmaya devam ediyor, çünkü böyle bir sonuç, nötrinoların özelliklerine ilişkin diğer deneysel verilerle aynı fikirde değil.

Pirinç. 1.

Deney ayrıntıları

Deneyin fikri (bakınız OPERA deneyi) çok basittir. Nötrino ışını CERN'de doğar, Dünya üzerinden Gran Sasso'nun İtalyan laboratuvarına uçar ve oradan özel OPERA nötrino dedektöründen geçer. Nötrinolar madde ile çok zayıf etkileşir, ancak CERN'den gelen akışları çok büyük olduğu için, bazı nötrinolar hala dedektörün içindeki atomlarla çarpışır. Orada bir dizi yüklü parçacık üretirler ve böylece sinyallerini dedektörde bırakırlar. CERN'deki nötrinolar sürekli olarak doğmazlar, ancak "patlarlar" ve eğer nötrino doğum anını ve dedektörde absorpsiyon anını ve ayrıca iki laboratuvar arasındaki mesafeyi bilirsek, nötrino hızını hesaplayabiliriz. .

Düz bir çizgide kaynak ve dedektör arasındaki mesafe yaklaşık 730 km'dir ve 20 cm hassasiyetle ölçülmüştür (referans noktaları arasındaki tam mesafe 730.534.61 ± 0.20 metredir). Doğru, nötrinoların üretimine yol açan süreç hiç de böyle bir doğrulukla yerelleştirilmemiştir. CERN'de, SPS hızlandırıcısından yüksek enerjili bir proton ışını yayınlanır, bir grafit hedefin üzerine düşer ve mezonlar dahil olmak üzere ikincil parçacıklar üretir. Hala ışık hızına yakın bir hızda uçuyorlar ve anında nötrinolar yayarak müonlara bozunuyorlar. Müonlar ayrıca bozunur ve ek nötrinolar üretir. Daha sonra nötrinolar hariç tüm parçacıklar maddenin kütlesi tarafından emilir ve tespit yerine engel olmadan ulaşırlar. Genel şema deneyin bu kısmı Şekil 1'de gösterilmektedir. 1.

Bir nötrino ışınının ortaya çıkmasına yol açan tüm basamak, yüzlerce metre uzayabilir. Ancak, o zamandan beri herşey Bu gruptaki parçacıklar ışık hızına yakın bir hızla ileri doğru uçarlar, algılama süresi için bir nötrinonun hemen mi yoksa bir kilometrelik bir yolculuktan sonra mı doğduğu arasında neredeyse hiçbir fark yoktur (ancak, belirli bir nötrino yaratılması hızlandırıcıdan uçtu). Sonuç olarak, üretilen nötrinolar genel olarak ilk proton ışınının profilini tekrarlar. Bu nedenle, buradaki anahtar parametre, hızlandırıcıdan yayılan proton ışınının tam olarak zamansal profili, özellikle ön ve arka kenarlarının tam konumudur ve bu profil iyi bir zamansal ile ölçülür. NS m çözünürlük (bkz. Şekil 2).

Bir hedefe bir proton ışını atmanın her seansı (İngilizce'de böyle bir seansa denir. dökülmek, "Splash") yaklaşık 10 mikrosaniye sürer ve çok sayıda nötrino oluşumuna yol açar. Bununla birlikte, hemen hemen hepsi, etkileşim olmadan Dünya'nın (ve dedektörün) içinden uçar. Bu nadir durumlarda, dedektör bir nötrino kaydettiğinde, 10 mikrosaniyelik aralığın hangi noktasında yayıldığını söylemek imkansızdır. Analiz sadece istatistiksel olarak gerçekleştirilebilir, yani birçok nötrino tespiti vakasını biriktirir ve her seans için başlangıç ​​noktasına göre zaman içindeki dağılımlarını oluşturur. Dedektörde, referans noktası, ışık hızında hareket eden ve tam olarak proton ışınının ön kenarı anında yayılan koşullu sinyalin dedektöre ulaştığı an olarak alınır. Bu anın doğru bir ölçümü, iki laboratuvardaki saatlerin birkaç nanosaniye hassasiyetle senkronizasyonu sayesinde mümkün oldu.

İncirde. Şekil 3, böyle bir dağılımın bir örneğini göstermektedir. Siyah noktalar, dedektör tarafından kaydedilen ve çok sayıda oturumda toplanan gerçek nötrino verileridir. Kırmızı eğri, ışık hızında hareket edecek olan geleneksel bir "referans" sinyalini göstermektedir. Verilerin yaklaşık 1048.5 ns'de başladığı görülebilir. daha erken referans sinyali. Ancak bu, nötrino'nun gerçekten ışıktan bir mikrosaniye önde olduğu anlamına gelmez, ancak yalnızca tüm kablo uzunluklarını, ekipmanın tepki oranlarını, elektroniklerin gecikme sürelerini vb. dikkatlice ölçmek için bir nedendir. Bu yeniden kontrol yapıldı ve "referans" anını 988 ns ile değiştirdiği ortaya çıktı. Böylece, nötrino sinyalinin aslında referans sinyalini geçtiği, ancak yalnızca yaklaşık 60 nanosaniye kadar olduğu ortaya çıktı. Nötrinoların hızı açısından bu, ışık hızının yaklaşık %0,0025 fazlasına tekabül eder.

Bu ölçümün hatası, analizin yazarları tarafından hem istatistiksel hem de sistematik hataları içeren 10 nanosaniyede tahmin edildi. Böylece, yazarlar, nötrinoların süperluminal hareketini altı standart sapma istatistiksel bir güven seviyesinde "gördüklerini" iddia ediyorlar.

Altı standart sapma ile sonuçlar ve beklentiler arasındaki fark zaten oldukça büyüktür ve temel parçacık fiziğinde yüksek sesle "keşif" olarak adlandırılır. Ancak, bu sayı doğru anlaşılmalıdır: bu, yalnızca olasılığın istatistiksel verilerdeki dalgalanmalar çok küçüktür, ancak veri işleme tekniğinin ne kadar güvenilir olduğunu ve fizikçilerin tüm araçsal hataları ne kadar iyi hesaba kattığını söylemez. Ne de olsa, parçacık fiziğinde, olağanüstü yüksek istatistiksel güvene sahip olağandışı sinyallerin diğer deneyler tarafından doğrulanmadığı birçok örnek vardır.

Süperlüminal nötrinolar neyi çelişir?

Yaygın inanışın aksine, özel görelilik teorisi, ışıktan daha hızlı hareket eden parçacıkların varlığını kendi içinde yasaklamaz. Bununla birlikte, bu tür parçacıklar için (topluca "takyonlar" olarak adlandırılırlar), ışığın hızı da bir sınırdır, ancak yalnızca aşağıdan - ondan daha yavaş hareket edemezler. Bu durumda, parçacıkların enerjisinin hıza bağımlılığının ters olduğu ortaya çıkıyor: enerji ne kadar büyükse, takyonların hızı ışık hızına o kadar yakın olur.

Kuantum alan teorisinde çok daha ciddi problemler başlar. Bu teori, yüksek enerjili kuantum parçacıkları söz konusu olduğunda kuantum mekaniğinin yerini alıyor. Bu teoride parçacıklar noktalar değil, nispeten konuşursak, maddi bir alanın kümeleridir ve onları alandan ayrı olarak düşünmek imkansızdır. Takyonların alan enerjisini düşürdüğü ortaya çıktı, bu da vakumu kararsız hale getirdikleri anlamına geliyor. Bu durumda, boşluğun kendiliğinden çok sayıda bu parçacıklara dağılması daha karlıdır ve bu nedenle sıradan boş uzayda bir takyonun hareketini düşünmek anlamsızdır. Takyonun bir parçacık değil, vakumun kararsızlığı olduğunu söyleyebiliriz.

Takyon-fermiyonlar söz konusu olduğunda, durum biraz daha karmaşıktır, ancak orada bile, olağan görelilik teorisi de dahil olmak üzere, kendi kendine tutarlı bir takyon kuantum alan teorisinin yaratılmasını engelleyen karşılaştırılabilir zorluklar ortaya çıkar.

Ancak, bu aynı zamanda teoride son söz değildir. Deneycilerin ölçülebilen her şeyi ölçtüğü gibi, teorisyenler de mevcut verilerle çelişmeyen tüm olası varsayımsal modelleri test eder. Özellikle, görelilik teorisinin varsayımlarından henüz fark edilmemiş küçük bir sapmaya izin verilen teoriler vardır - örneğin, ışığın hızının kendisi bir değişken olabilir. Bu tür teoriler henüz doğrudan deneysel desteğe sahip değildir, ancak henüz kapatılmamıştır.

Teorik olasılıkların bu kısa taslağı şu şekilde özetlenebilir: bazı teorik modellerde süperluminal hızda hareket mümkün olsa da, bunlar tamamen varsayımsal yapılar olarak kalırlar. Bugüne kadar mevcut olan tüm deneysel veriler, süperluminal hareket olmadan standart teoriler tarafından açıklanmıştır. Bu nedenle, bazı parçacıklar için bile güvenilir bir şekilde doğrulansaydı, kuantum alan teorisinin kökten değiştirilmesi gerekirdi.

OPERA'nın sonucunu bu anlamda "ilk işaret" olarak mı değerlendirmeliyiz? Henüz değil. Belki de şüpheciliğin en önemli nedeni, OPERA sonucunun nötrinolarla ilgili diğer deneysel verilerle uyuşmamasıdır.

İlk olarak, ünlü süpernova SN1987A sırasında, ışık darbesinden birkaç saat önce gelen nötrinolar da tespit edildi. Bu, nötrinoların ışıktan daha hızlı gittiği anlamına gelmez, sadece nötrinoların daha fazla ışıktan yayıldığı gerçeğini yansıtır. erken aşamaışıktan ziyade bir süpernovada çekirdek çöküşü. Bununla birlikte, 170 bin yılını yollarında geçiren nötrinolar ve ışık, birkaç saatten fazla ayrılmadığından, hızlarının çok yakın olduğu ve milyarda birinden daha fazla olmadığı anlamına gelir. OPERA deneyi bin kat daha güçlü bir tutarsızlık gösteriyor.

Burada elbette, süpernova patlamalarında üretilen nötrinoların ve CERN'den gelen nötrinoların enerji bakımından büyük ölçüde farklılık gösterdiğini (süpernovalarda birkaç on MeV ve açıklanan deneyde 10–40 GeV) ve nötrino hızının enerjiye bağlı olarak değiştiğini söyleyebiliriz. Ancak bu durumda bu değişiklik “yanlış” yönde çalışır: sonuçta, takyonların enerjisi ne kadar yüksek olursa, hızları ışık hızına o kadar yakın olmalıdır. Elbette burada, bu bağımlılığın tamamen farklı olacağı takyon teorisinin bazı modifikasyonlarını düşünebilirsiniz, ancak bu durumda "çift varsayımlı" modeli tartışmak gerekecektir.

Ayrıca, çeşitli deneysel verilerden nötrino salınımları için alındı son yıllar, tüm nötrinoların kütlelerinin birbirinden yalnızca bir elektron-volt kesri kadar farklı olduğu sonucu çıkar. OPERA sonucu nötrinoların süperluminal hareketinin bir tezahürü olarak algılanırsa, o zaman en az bir nötrino kütlesinin karesinin değeri - (100 MeV) 2 mertebesinde olacaktır (kütlenin negatif karesi, parçacığın bir takyon olarak kabul edildiği gerçeğinin matematiksel tezahürü). o zaman kabul etmelisin herşey nötrino türleri takyondur ve yaklaşık olarak aynı kütleye sahiptir. Öte yandan, trityum çekirdeklerinin beta bozunmasında nötrino kütlesinin doğrudan ölçümü, nötrino kütlesinin (mutlak değerde) 2 elektron voltu geçmemesi gerektiğini gösterir. Başka bir deyişle, tüm bu veriler birbiriyle uzlaştırılamaz.

Bundan şu sonuç çıkarılabilir: OPERA işbirliğinin beyan edilen sonucunun en egzotik teorik modellere bile uyması zordur.

Sıradaki ne?

Tüm büyük parçacık fiziği işbirliklerinde, her birinin özel analiz küçük bir katılımcı grubu tarafından gerçekleştirilir ve ancak o zaman sonuçlar genel tartışma için sunulur. Bu durumda, görünüşe göre, bu aşama çok kısaydı, bunun sonucunda işbirliğindeki tüm katılımcılar imzalarını makalenin altına koymayı kabul etmedi (tam liste deneydeki 216 katılımcıyı içeriyor ve ön baskıda yalnızca 174 yazar var) . Bu nedenle, yakın gelecekte, büyük olasılıkla, işbirliği içinde birçok ek kontrol yapılacak ve ancak bundan sonra makale baskıya gönderilecektir.

Tabii ki, şimdi bu sonuç için çeşitli egzotik açıklamalar içeren bir teorik makale akışı bekleyebiliriz. Ancak, beyan edilen sonuç güvenilir bir şekilde doğrulanana kadar, tam teşekküllü bir keşif olarak kabul edilemez.

Ama bunun mümkün olduğu ortaya çıktı; şimdi ışıktan daha hızlı seyahat edemeyeceğimize inanıyorlar ... ". Ama aslında, birinin bir zamanlar sesten daha hızlı hareket etmenin imkansız olduğuna inandığı doğru değil. Süpersonik uçak ortaya çıkmadan çok önce, zaten öyleydi. mermilerin sesten daha hızlı uçtuğu biliniyor. rehberli süpersonik uçuş ve hata buydu. SS hareketi tamamen başka bir konudur. Sesten hızlı uçuşun, basitçe çözülmesi gereken teknik sorunlar nedeniyle engellendiği başından beri açıktı. Ancak SS hareketini engelleyen sorunların çözülüp çözülemeyeceği tamamen belirsizdir. Görelilik teorisinin bu konuda söyleyecek çok şeyi var. SS seyahati ve hatta sinyal iletimi mümkünse, nedensellik ihlal edilecek ve bundan tamamen inanılmaz sonuçlar çıkacaktır.

İlk önce basit STS hareketi vakalarını tartışacağız. Onlardan ilginç oldukları için değil, SS hareketiyle ilgili tartışmalarda tekrar tekrar ortaya çıktıkları ve bu nedenle ele alınmaları gerektiği için bahsediyoruz. Ardından, KH hareketi veya iletişiminin zor olduğunu düşündüğümüz durumları tartışacağız ve bunlara karşı olan bazı argümanları ele alacağız. Son olarak, gerçek KH hareketiyle ilgili daha ciddi spekülasyonlardan bazılarına göz atacağız.

Basit SS hareketi

1. Cherenkov radyasyonu olgusu

Işıktan daha hızlı seyahat etmenin bir yolu, önce ışığın kendisini yavaşlatmaktır! :-) Bir boşlukta ışık hızla uçar C, ve bu değer bir dünya sabitidir (bkz. Soru ışığın hızı sabit midir) ve su veya cam gibi daha yoğun bir ortamda bu hıza yavaşlar. g / n, nerede n ortamın kırılma indisidir (hava için 1.0003; su için 1.4). Bu nedenle parçacıklar suda veya havada ışığın oradaki hareketinden daha hızlı hareket edebilir. Sonuç olarak, Vavilov-Cherenkov radyasyonu ortaya çıkar (soruya bakın).

Ama SS hareketinden bahsettiğimizde, elbette, bir boşlukta ışık hızının üzerindeki fazlalığı kastediyoruz. C(299 792 458 m/sn). Bu nedenle, Cherenkov fenomeni SS hareketinin bir örneği olarak kabul edilemez.

2. Üçüncü bir taraftan

eğer roket A hızla uçuyor benden 0.6c batıya ve diğer B- benden hızla 0.6c doğu, daha sonra arasındaki toplam mesafe A ve B referans çerçevemde bir oranda artıyor 1.2c... Böylece, c'den büyük görünen bağıl hız "üçüncü taraftan" gözlemlenebilir.

Ancak bu hız, genellikle göreceli hız ile kastettiğimiz şey değildir. Gerçek roket hızı A roket ile ilgili B roketteki bir gözlemci tarafından gözlemlenen füzeler arasındaki mesafenin büyüme oranıdır. B... Hızların eklenmesi için göreli formüle göre iki hız eklenmelidir (kısmi görelilikte hız nasıl eklenir sorusuna bakın). Bu durumda, bağıl hız yaklaşık olarak 0.88c yani, süperluminal değildir.

3. Gölgeler ve tavşanlar

Gölgenin ne kadar hızlı hareket edebileceğini bir düşün. Yakındaki bir lambadan uzaktaki bir duvarda parmağınızdan bir gölge oluşturur ve ardından parmağınızı hareket ettirirseniz, gölge parmağınızdan çok daha hızlı hareket eder. Parmak duvara paralel hareket ederse, gölgenin hızı gün / gün bir parmağın hızının katı, burada NS parmaktan lambaya olan mesafedir ve NS- lambadan duvara olan mesafe. Duvar bir açıyla yerleştirilmişse daha da yüksek hızlar ortaya çıkabilir. Duvar çok uzaktaysa, ışığın parmaktan duvara gitmesi gerekeceğinden, gölgenin hareketi parmağın hareketinin gerisinde kalacaktır, ancak yine de gölgenin hareketinin hızı olacaktır. kat kat daha yüksektir. Yani gölgenin hızı ışık hızıyla sınırlı değildir.

Gölgelere ek olarak, tavşanlar ışıktan daha hızlı hareket edebilir, örneğin Ay'a yönelik bir lazer ışınından gelen bir leke gibi. Ay'a olan mesafenin 385.000 km olduğunu bilerek, lazeri hafifçe hareket ettirerek ışığın hızını hesaplamaya çalışın. Ayrıca kıyıya meyilli bir deniz dalgasını da düşünebilirsiniz. Dalganın kırıldığı nokta ne kadar hızlı hareket edebilir?

Doğada da benzer şeyler olabilir. Örneğin, bir pulsardan gelen ışık demeti bir toz bulutunu süpürebilir. Parlak bir flaş, genişleyen bir ışık kabuğu veya başka bir radyasyon oluşturur. Yüzeyi geçtiğinde, ışık hızından daha hızlı büyüyen bir ışık halkası oluşur. Doğada bu, yıldırımdan gelen elektromanyetik bir darbe üst atmosfere ulaştığında meydana gelir.

Bunların hepsi ışıktan daha hızlı hareket eden ama öyle olmayan şeylere örneklerdi. fiziksel bedenler... Bir gölge veya tavşan yardımıyla bir SS mesajı iletmek imkansızdır, bu nedenle ışıktan daha hızlı iletişim çalışmaz. Ve yine, görünüşe göre, tam olarak neye ihtiyacımız olduğunu belirlemenin ne kadar zor olduğu açık olmasına rağmen, ST hareketi ile anlamak istediğimiz şey bu değil (Süperluminal makas sorusuna bakınız).

4. Katılar

Uzun, sert bir çubuğu alıp bir ucunu iterseniz, diğer ucu hemen hareket eder mi, etmez mi? Mesajın SS iletimini bu şekilde gerçekleştirmek mümkün müdür?

Evet öyleydi istemek böyle katı cisimler varsa yapılabilir. Gerçekte, çubuğun ucuna çarpmanın etkisi, belirli bir maddede ses hızında çubuk boyunca yayılır ve sesin hızı malzemenin esnekliğine ve yoğunluğuna bağlıdır. Görelilik, herhangi bir cismin olası sertliğine mutlak bir sınır koyar, böylece içlerindeki ses hızı aşılamaz. C.

Aynı şey, çekim alanında oturursanız ve önce ipi veya direği üst ucundan dikey olarak tutarsanız ve sonra serbest bırakırsanız olur. Bıraktığınız nokta hemen hareket etmeye başlayacak ve salmanın etkisi ses hızında ona ulaşana kadar alt uç düşmeye başlayamayacaktır.

Görelilik çerçevesinde genel bir elastik malzeme teorisi formüle etmek zordur, ancak ana fikir Newton mekaniği örneği kullanılarak gösterilebilir. İdeal elastik bir cismin boyuna hareketinin denklemi Hooke yasasından elde edilebilir. Değişkenlerde, birim uzunluk başına kütleler P ve Young'ın elastisite modülü Y, boyuna yer değiştirme x dalga denklemini sağlar.

Düzlem dalga çözümü ses hızında hareket eder s, ve s 2 = e / s... Bu denklem, nedensel bir etkinin daha hızlı yayılma olasılığını ima etmez. s... Böylece görelilik, esnekliğin büyüklüğüne teorik bir sınır getirir: Y < bilgisayar 2... Neredeyse ona yaklaşan hiçbir malzeme yok. Bu arada, malzemedeki ses hızı yakın olsa bile C, madde kendi başına hiçbir şekilde göreli bir hızla hareket etmek zorunda değildir. Fakat prensipte bu sınırı aşan hiçbir tözün olamayacağını nereden biliyoruz? Cevap, tüm maddelerin parçacıklardan oluştuğu ve aralarındaki etkileşimin temel parçacıkların standart modeline uyduğu ve bu modelde hiçbir etkileşimin ışıktan daha hızlı ilerleyemediğidir (kuantum alan teorisi hakkında aşağıya bakınız).

5. Faz hızı

Şu dalga denklemine bakın:

Formun çözümleri var:

Bu çözümler bir hızda hareket eden sinüs dalgalarıdır.

Ama bu ışıktan daha hızlı, yani elimizde takyon alanının denklemi var mı? Hayır, bu sadece büyük bir skaler parçacık için olağan göreli denklemdir!

Faz hızı olarak da adlandırılan bu hız arasındaki farkı anlarsanız paradoks çözülecektir. v ph grup denilen başka bir hızdan v gr hangi formül tarafından tarihli,

Dalga çözümü bir frekans yayılımına sahipse, o zaman bu değeri aşmayan bir grup hızıyla hareket eden bir dalga paketi şeklini alacaktır. C... Sadece dalga tepeleri faz hızıyla hareket eder. Böyle bir dalganın yardımıyla bilgiyi sadece bir grup hızıyla iletmek mümkündür, böylece faz hızı bize bilgi taşıyamayan başka bir süperluminal hız örneği verir.

7. Göreceli roket

Dünya'daki bir sevk memuru, 0.8 hızla yola çıkan bir uzay aracını izliyor. C... Görelilik teorisine göre, gemiden gelen sinyallerin Doppler kaymasını hesaba kattıktan sonra bile, gemideki zamanın yavaşladığını ve oradaki saatin 0,6 kat daha yavaş gittiğini görecektir. Geminin kat ettiği mesafeyi geminin saatiyle ölçülen geçen zamana bölme oranını hesaplarsa, 4/3 alacaktır. C... Bu, uzay aracındaki yolcuların, ölçülseydi alacakları ışık hızından daha etkili bir hızda yıldızlararası uzayda seyahat ettikleri anlamına gelir. Gemideki yolcuların bakış açısından, yıldızlararası mesafeler aynı 0.6 faktörü ile Lorentzian daralmasına tabidir, bu da onların da bilinen yıldızlararası mesafeleri 4/3 oranında kapsadıklarını kabul etmeleri gerektiği anlamına gelir. C.

Bu gerçek bir fenomendir ve prensipte uzay yolcuları tarafından yaşamları boyunca büyük mesafelerin üstesinden gelmek için kullanılabilir. Eğer Dünya'daki yerçekimi ivmesine eşit sabit bir ivme ile hızlanırlarsa, o zaman sadece gemide ideal bir yapay yerçekimine sahip olmayacaklar, aynı zamanda 12 yıl içinde Galaksiyi geçmek için hala zamanları olacak! (göreceli bir roketin denklemleri nelerdir sorusuna bakınız)

Ancak bu gerçek bir KH hareketi de değildir. Efektif hız, bir referans çerçevesindeki mesafeden ve diğerinde zamandan hesaplanır. Bu gerçek hız değil. Bu hızdan sadece gemideki yolcular yararlanır. Örneğin, sevk memurunun hayatında devasa bir mesafeyi nasıl uçtuklarını görmek için zamanı olmayacak.

Zor SS hareketi vakaları

9. Einstein, Podolsky, Rosen Paradoksu (EPR)

10. Sanal fotonlar

11. Kuantum tünelleme

SS Gezginleri için Gerçek Adaylar

Bu bölüm, FTL seyahatinin fizibilitesi hakkında spekülatif ancak ciddi spekülasyonlar sağlar. Bunlar genellikle SSS'de yayınlanan şeyler olmayacak, çünkü cevaplarından daha fazla soruyu gündeme getiriyorlar. Burada esas olarak şunu göstermek için sunulmaktadırlar: bu yönde ciddi araştırmalar yapılıyor. Her yönde sadece kısa bir giriş verilmiştir. Daha detaylı bilgi internette bulunabilir.

19. Takyonlar

Takyonlar, yerel olarak ışıktan daha hızlı hareket eden varsayımsal parçacıklardır. Bunu yapmak için hayali bir kütleye sahip olmaları gerekir, ancak enerjileri ve momentumları pozitif olmalıdır. Bazen bu tür SS parçacıklarının tespit edilmesinin imkansız olması gerektiği düşünülür, ancak aslında böyle düşünmek için hiçbir sebep yoktur. Gölgeler ve tavşanlar bize gizliliğin henüz SS hareketinden gelmediğini söylüyor.

Takyonlar hiç gözlemlenmedi ve çoğu fizikçi onların varlığından şüphe ediyor. Bir şekilde Trityum'un bozunması sırasında yayılan nötrinoların kütlesini ölçmek için deneyler yapıldığı ve bu nötrinoların takyon olduğu belirtildi. Bu oldukça şüphelidir, ancak yine de dışlanmamıştır. Takyon teorilerinde problemler vardır, çünkü olası nedensellik ihlalleri açısından boşluğu istikrarsızlaştırırlar. Bu sorunları aşmak mümkün olabilir, ancak o zaman ihtiyacımız olan SS mesajında ​​takyonları kullanmak imkansız olacaktır.

Gerçek şu ki, çoğu fizikçi, takyonları alan teorilerinde bir hata işareti olarak görüyor ve geniş kitlelerin onlara olan ilgisi esas olarak bilim kurgu tarafından körükleniyor (Tachyonların makalesine bakın).

20. solucan delikleri

SS yolculuğunun en ünlü varsayımsal olasılığı solucan deliklerinin kullanılmasıdır. Solucan delikleri, evrendeki bir yeri diğerine bağlayan uzay-zaman tünelleridir. Onlarda, bu noktalar arasında ışığın her zamanki yolundan daha hızlı hareket edebilirsiniz. Solucan delikleri klasik bir fenomendir Genel görelilik, ancak onları yaratmak için uzay-zamanın topolojisini değiştirmeniz gerekir. Bunun olasılığı kuantum yerçekimi teorisine dahil edilebilir.

Solucan deliklerini açık tutmak için büyük miktarda negatif enerji gerekir. yanlış ve Diken büyük ölçekli Casimir etkisinin negatif enerji üretmek için kullanılabileceğini ve vizör uzay dizileri kullanarak bir çözüm önerdi. Bu fikirlerin tümü oldukça spekülatiftir ve gerçekçi olmayabilir. Negatif enerjiye sahip olağandışı bir madde, fenomen için gerekli formda olmayabilir.

Thorne, solucan delikleri oluşturulabiliyorsa, zaman yolculuğunu mümkün kılan kapalı zaman döngüleri oluşturmak için kullanılabileceğini keşfetti. Kuantum mekaniğinin çok değişkenli yorumunun, zaman yolculuğunun herhangi bir paradoksa neden olmayacağını ve geçmişe girdiğinizde olayların basitçe farklı şekilde gelişeceğini öne sürdüğü de öne sürülmüştür. Hawking, solucan deliklerinin basitçe kararsız olabileceğini ve bu nedenle pratik olmadığını söylüyor. Ancak konunun kendisi, hem bilinen hem de varsayılan fizik yasaları temelinde neyin mümkün olduğunu ve neyin mümkün olmadığını anlamanıza izin vererek, düşünce deneyleri için verimli bir alan olmaya devam ediyor.
referanslar:
W.G. Morris ve K.S. Thorne, American Journal of Physics 56 , 395-412 (1988)
W.G. Morris, K.S. Thorne ve U. Yurtsever, Phys. Rev. Edebiyat 61 , 1446-9 (1988)
Matt Visser, Fiziksel İnceleme D39, 3182-4 (1989)
ayrıca bkz. "Kara Delikler ve Zaman Bükülmeleri" Kip Thorn, Norton & co. (1994)
Çoklu evrenin bir açıklaması için bakınız, "Gerçekliğin Kumaşı" David Deutsch, Penguin Press.

21. Motorlar-deforme ediciler

[Bunu nasıl çevireceğim hakkında hiçbir fikrim yok! Orijinal warp sürücüsü. - yakl. çevirmen;
Membran makalesine benzetilerek çevrilmiştir.]

Deforme edici, bir nesnenin ışıktan daha hızlı hareket edebilmesi için uzay-zamanı bükmek için bir mekanizma olabilir. Miguel Alcabier Böyle bir deforme ediciyi tanımlayan geometriyi geliştirmekle ünlü oldu. Uzay-zamanın bozulması, bir nesnenin zamana benzer bir eğri üzerinde kalırken ışıktan daha hızlı hareket etmesini mümkün kılar. Engeller solucan delikleri oluştururken olduğu gibidir. Bir deforme edici oluşturmak için negatif enerji yoğunluğuna sahip bir maddeye ihtiyacınız var ve. Böyle bir madde mümkün olsa bile, nasıl elde edilebileceği ve deforme edicinin onunla nasıl çalışacağı hala belirsizdir.
referans M. Alcubierre, Klasik ve Kuantum Yerçekimi, 11 , L73-L77, (1994)

Çözüm

İlk olarak, SS yolculuğunun ve SS mesajının ne anlama geldiğini tanımlamanın zor olduğu ortaya çıktı. Gölgeler gibi birçok şey bir STD gerçekleştirir, ancak örneğin bilgi iletmek için kullanılamayacak şekilde. Ama aynı zamanda, ABD'de önerilen gerçek SS hareketinin ciddi olasılıkları da var. Bilimsel edebiyat, ancak bunların uygulanması henüz teknik olarak mümkün değil. Heisenberg Belirsizlik İlkesi, kuantum mekaniğinde görünen STS hareketini kullanmayı imkansız hale getirir. Genel görelilikte KH hareketinin potansiyel araçları vardır, ancak bunların kullanılması mümkün olmayabilir. Görünen o ki, yakın gelecekte veya genel olarak teknolojinin SS motorlarıyla uzay gemileri yaratabilmesi son derece olası değil, ancak şu anda bildiğimiz gibi teorik fiziğin SS için kapıyı tamamen kapatmaması ilginç. hareket. Bilim kurgu romanları tarzındaki SS hareketi görünüşte tamamen imkansız. Fizikçiler için soru ilginç: "aslında neden imkansız ve bundan ne öğrenilebilir?"

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

FTL uçuşu mümkün mü?

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

FTL seyahatinin basit örnekleri

1. Çerenkov etkisi

Süperluminal hızda hareket hakkında konuştuğumuzda, ışığın boşluktaki hızını kastediyoruz. C(299 792 458 m/sn). Bu nedenle, Cherenkov etkisi, süperluminal hızda hareketin bir örneği olarak kabul edilemez.

2. Üçüncü gözlemci

eğer roket A hızla uçuyor benden 0.6c batıya ve roket B hızla uçuyor benden 0.6c doğuya, sonra aradaki mesafeyi görüyorum A ve B bir oranda artan 1.2c... Füzelerin uçuşunu izlemek A ve B yandan, üçüncü gözlemci, füze kaldırmanın toplam hızının daha büyük olduğunu görür. C .

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

3. Işık ve gölge

Gölgenin ne kadar hızlı hareket edebileceğini düşünün. Lamba yakınsa, uzaktaki duvardaki parmağınızın gölgesi, parmağınızın hareketinden çok daha hızlı hareket eder. Parmağınızı duvara paralel hareket ettirdiğinizde gölgenin hızı gün / gün parmağın hızından kat kat fazladır. Buraya NS lambadan parmağa olan mesafedir ve NS- lambadan duvara. Duvar açılıysa hız daha da yüksek olacaktır. Duvar çok uzaktaysa, ışığın duvara ulaşması zaman alacağından gölgenin hareketi parmak hareketinin gerisinde kalacaktır, ancak duvar boyunca gölge hareketinin hızı daha da artacaktır. Gölgenin hızı ışık hızıyla sınırlı değildir.

Işıktan daha hızlı hareket edebilen başka bir nesne, aya yönelik bir lazerden gelen bir ışık noktasıdır. Ay'a uzaklığı 385.000 km'dir. Ay yüzeyindeki ışık noktasının hareket hızını, elinizdeki lazer işaretçinin küçük titreşimleriyle kendiniz hesaplayabilirsiniz. Hafif bir açıyla sahilde düz bir çizgiye doğru uzanan bir dalga örneğini de beğenebilirsiniz. Dalga ve kıyının kesişimi sahil boyunca ne kadar hızlı ilerleyebilir?

Bunların hepsi doğada olabilir. Örneğin, bir pulsardan gelen bir ışık demeti, bir toz bulutu boyunca hareket edebilir. Güçlü bir patlama, küresel ışık veya radyasyon dalgaları oluşturabilir. Bu dalgalar herhangi bir yüzeyle kesiştiğinde, bu yüzeyde ışıktan daha hızlı genişleyen ışık halkaları belirir. Bu fenomen, örneğin, bir şimşek çakmasından gelen bir elektromanyetik darbe, üst atmosferden geçtiğinde meydana gelir.

4. Katı gövde

Uzun, sert bir çubuğunuz varsa ve çubuğun bir ucuna çarparsanız, diğer ucu hemen hareket etmeye başlamaz mı? Bu, bilgiyi ışıktan daha hızlı iletmenin bir yolu değil mi?

Bu doğru olurdu Eğer ideal olarak katı cisimler vardı. Pratikte, darbe, çubuk malzemesinin esnekliğine ve yoğunluğuna bağlı olarak, çubuk boyunca ses hızında iletilir. Ek olarak, görelilik teorisi, bir malzemedeki olası ses hızını şu değerle sınırlar. C .

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

Göreceli esneklik teorisinin formülasyonu oldukça karmaşıktır, ancak genel fikir Newton mekaniği kullanılarak gösterilebilir. İdeal bir elastik cismin boyuna hareketinin denklemi Hooke yasasından türetilebilir. Çubuğun doğrusal yoğunluğunu belirtiyoruz ρ , Young'ın elastisite modülü Y... boyuna yer değiştirme x dalga denklemini karşılar

ρ d 2 X / dt 2 - Y d 2 X / dx 2 = 0

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

Doğada olmasına rağmen katılar, var katıların hareketiışık hızının üstesinden gelmek için kullanılabilir. Bu konu, daha önce açıklanan gölgeler ve vurgular bölümüne aittir. (Bkz. Süperlüminal Makas, Görelilikte Sert Dönen Disk).

5. Faz hızı

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

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

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

Ama bu c'den fazla. Bu takyonlar için bir denklem mi? (daha fazla bölüme bakın). Hayır, bu kütleli bir parçacık için olağan göreceli denklemdir.

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

Dalga biçimi çözümü, frekans dağılımına sahip olabilir. Bu durumda dalga paketi, daha düşük bir grup hızı ile hareket eder. C... Bir dalga paketi yardımıyla bilgi sadece grup hızında iletilebilir. Bir dalga paketindeki dalgalar, faz hızıyla hareket eder. Faz hızı, mesajları iletmek için kullanılamayan başka bir FTL hareketi örneğidir.

6. Süperlüminal galaksiler

7. Göreceli roket

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

Zaman genişlemesi, prensipte uzay yolculuğunda astronotların bakış açısından kısa sürede uzun mesafeleri kat etmek için kullanılabilen gerçek bir etkidir. 1g sabit ivme ile astronotlar sadece rahat yapay yerçekimine sahip olmakla kalmayacak, aynı zamanda galaksiyi kendi zamanlarında sadece 12 yılda geçebilecekler. Yolculuk sırasında 12 yaşına kadar yaşlanacaklar.

Ama bu hala süperluminal bir uçuş değil. Farklı referans çerçevelerinde tanımlanan mesafe ve süreyi kullanarak hızı hesaplayamazsınız.

8. Yerçekimi hızı

Bazıları yerçekimi hızının çok daha büyük olduğu konusunda ısrar ediyor. C hatta sonsuz. Bakın Yerçekimi Işık Hızında Hareket Eder mi? ve Yerçekimi Radyasyonu Nedir? Yerçekimi bozuklukları ve yerçekimi dalgaları hızla yayılmak C .

9. EPR paradoksu

10. Sanal fotonlar

11. Kuantum tünelleme etkisi

Kuantum mekaniğinde tünelleme etkisi, parçacığın yeterli enerji olmasa bile bir engeli aşmasını sağlar. Böyle bir bariyer üzerinden tünel açma süresini hesaplamak mümkündür. Ve ışığın aynı mesafeyi bir hızda kat etmesi için gerekenden daha az olduğu ortaya çıkabilir. C... Bu, ışıktan daha hızlı mesaj göndermek için kullanılabilir mi?

Kuantum Elektrodinamiği Hayır Diyor! Bununla birlikte, tünelleme etkisi kullanılarak süperluminal bilgi iletimini gösteren bir deney yapılmıştır. 4,7 hızında 11,4 cm genişliğinde bir bariyerin içinden C Mozart'ın Kırkıncı Senfonisi iletildi. Bu deneyin açıklaması oldukça tartışmalıdır. Çoğu fizikçi, tünel etkisinin iletemeyeceğine inanıyor. bilgiışıktan daha hızlı. Bu mümkün olsaydı, ekipmanı hızlı hareket eden bir referans çerçevesine yerleştirerek sinyali neden zamanda geriye göndermiyorsunuz?

17. Kuantum alan teorisi

Yerçekimi hariç, tüm gözlemlenebilirler fiziksel olaylar karşılık gelen " Standart Model". Standart Model, bilinen tüm parçacıkların yanı sıra elektromanyetik ve nükleer etkileşimleri de açıklayan göreli bir kuantum alan teorisidir. Bu teoride, uzay benzeri bir olay aralığı ile ayrılmış fiziksel gözlemlenebilirlere karşılık gelen herhangi bir operatör çifti "değiştirir" (yani , sırayı değiştirebilirsiniz Prensip olarak, bu, standart modelde, çarpmanın ışıktan daha hızlı hareket edemeyeceği anlamına gelir ve bu, sonsuz enerji argümanının kuantum alanı eşdeğeri olarak kabul edilebilir.

Ancak, Standart Modelin kuantum alan teorisinde kusursuz bir kesin kanıt yoktur. Henüz hiç kimse bu teorinin kendi içinde tutarlı olduğunu kanıtlamadı. Bu büyük olasılıkla durum böyle değil. Her halükarda, süperluminal seyahat yasağına uymayan, henüz keşfedilmemiş hiçbir parçacık veya kuvvet bulunmadığının garantisi yoktur. Yerçekimi ve genel görelilik de dahil olmak üzere bu teorinin bir genellemesi de yoktur. Kuantum yerçekimi alanında çalışan birçok fizikçi, basit nedensellik ve yerellik kavramlarının genelleştirileceğinden şüphe duyuyor. Gelecekte daha eksiksiz bir teoride, ışık hızının hızı sınırlama anlamını koruyacağının garantisi yoktur.

18. Büyükbaba paradoksu

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

Bu, FTL seyahat olasılığına karşı çok güçlü bir argüman. Doğru, geçmişe dönüşe izin vermeyen bir tür sınırlı süperluminal hareketin mümkün olduğuna dair neredeyse mantıksız bir olasılık var. Ya da belki zaman yolculuğu mümkündür, ancak nedensellik tutarlı bir şekilde ihlal edilmiştir. Bunların hepsi çok mantıksız, ancak FTL seyahatini tartışıyorsak, yeni fikirlere hazır olmak daha iyidir.

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

FTL seyahatinin açık soruları

Bu son bölümde, olası ışıktan hızlı seyahat için bazı ciddi fikirleri anlatacağım. Bu konular genellikle SSS'ye dahil edilmez, çünkü bunlar daha çok yanıtlar gibi değil, birçok yeni sorudur. Bu yönde ciddi araştırmalar yapıldığını göstermek için buraya dahil edilmiştir. Konuya sadece kısa bir giriş yapılmıştır. Detayları internetten bulabilirsiniz. İnternetteki her şeyde olduğu gibi, onları da eleştirin.

19. Takyonlar

Takyonlar, yerel olarak ışıktan daha hızlı hareket eden varsayımsal parçacıklardır. Bunu yapmak için hayali bir kütleye sahip olmaları gerekir. Bu durumda takyonun enerjisi ve momentumu gerçek değerlerdir. Süperlüminal parçacıkların tespit edilemeyeceğine inanmak için hiçbir neden yoktur. Gölgeler ve ışık noktaları ışıktan daha hızlı hareket edebilir ve tespit edilebilir.

Şimdiye kadar takyonlar bulunamadı ve fizikçiler varlıklarından şüphe ediyor. Trityumun beta bozunmasıyla üretilen nötrinoların kütlesini ölçmek için yapılan deneylerde, nötrinoların takyonlar olduğu iddia edildi. Bu şüphelidir, ancak henüz tamamen çürütülmemiştir.

Takyon teorisiyle ilgili sorunlar var. Olası nedensellik ihlaline ek olarak, takyonlar ayrıca vakumu kararsız hale getirir. Bu zorlukların üstesinden gelmek mümkün olabilir, ancak o zaman bile süperluminal mesaj iletimi için takyonları kullanamayacağız.

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

20. solucan delikleri

Küresel FTL seyahatinin en ünlü yolu solucan deliklerinin kullanılmasıdır. Solucan deliği, deliğin bir ucundan diğer ucuna normal yoldan daha hızlı gitmenizi sağlayan, evrendeki bir noktadan diğerine uzay-zamanda bir yarıktır. Solucan delikleri anlatılıyor genel teori görelilik. Onları yaratmak için uzay-zamanın topolojisini değiştirmeniz gerekir. Belki de bu, kuantum yerçekimi teorisi çerçevesinde mümkün olacaktır.

Tutmak solucan deliği Açık, negatif enerjili uzay alanlarına ihtiyacımız var. C.W. Misner ve K.S. Thorne, negatif enerji yaratmak için Casimir etkisini geniş ölçekte kullanmayı önerdi. vizör bunun için kozmik sicimlerin kullanılmasını önerdi. Bunlar çok spekülatif fikirler ve mümkün olmayabilir. Belki de negatif enerjiye sahip gerekli egzotik madde formu mevcut değildir.

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

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

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

Deneye başlamadan önce aylarca süren incelemeye ve daha sonra verileri yeniden kontrol etmesine rağmen, bilim adamları ciddi şekilde yanılıyordu. Ereditato, bu tür hataların her zaman parçacık hızlandırıcıların aşırı karmaşıklığından dolayı meydana geldiğine dair birçok kişinin sözlerinin aksine istifa etti.

Neden bir şeyin ışıktan daha hızlı hareket edebileceği varsayımı - sadece varsayım - böyle bir gürültüye neden oldu? Bu engelin üstesinden hiçbir şeyin gelemeyeceğinden ne kadar eminiz?

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

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

Ancak, çok hızlı hareket eden küçük parçacıklarımız vardı. 1960'ların başı William Bertozzi, Massachusetts'te Teknoloji Enstitüsü elektronları daha da yüksek hızlara çıkarmayı denedi.

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

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

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

Her biri mevcut konumunuzdan kapıya kadar olan mesafenin yarısını kat eden küçük adımlarla kapıya doğru yürüdüğünüzü hayal edin. Kesin konuşmak gerekirse, asla kapıya ulaşamayacaksınız çünkü attığınız her adımın ardından aşmanız gereken bir mesafe olacak. Bertozzi, elektronlarıyla uğraşırken aşağı yukarı aynı problemle karşılaştı.

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

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

Fotonlar özeldir. Sadece kütleden yoksun değiller, bu da onlara tam özgürlük uzay boşluğunda yer değiştirmeler, ayrıca hızlanmaları gerekmez. Sahip oldukları doğal enerji, tıpkı onlar gibi dalgalar halinde hareket eder, dolayısıyla yaratıldıkları sırada zaten maksimum hıza sahiptirler. Bir anlamda, ışığı bir parçacık akışından ziyade enerji olarak düşünmek daha kolaydır, ancak gerçekte ışık her ikisidir.

Bununla birlikte, ışık beklediğimizden çok daha yavaş hareket eder. İnternet teknisyenleri fiberde "ışık hızında" çalışan iletişim hakkında konuşmayı sevse de, ışık o fiberin camında boşlukta olduğundan %40 daha yavaş hareket eder.

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

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

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

Ancak bunun birkaç kavramsal sorunu var.

Bir el fenerinden ışığın sabit bir uzay aracının tavanındaki aynaya düştüğünü hayal edin. Işık yükselir, aynadan yansır ve uzay aracının zeminine düşer. Diyelim ki 10 metre mesafe kat etti.

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

Buna göre ışığın kat ettiği mesafe artar. Diyelim ki 5 metre. Toplamda 10 metre değil 15 metre çıkıyor.

Buna rağmen, mesafe artmış olsa da Einstein'ın teorileri ışığın yine aynı hızda hareket edeceğini belirtiyor. Hız, mesafenin zamana bölümü olduğundan, hız aynı olduğundan ve mesafe arttığından, zamanın da artması gerekir. Evet, zamanın kendisi uzaymalıdır. Kulağa garip gelse de, deneysel olarak doğrulandı.

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

Örneğin, Uluslararası Uçaktaki astronotlar için zaman 0.007 saniye daha yavaş işliyor. uzay istasyonu, gezegendeki insanlarla karşılaştırıldığında, Dünya'ya göre 7.66 km / s hızla hareket eder. Daha da ilginç olanı, yukarıda bahsedilen elektronlar gibi ışık hızına yakın hareket edebilen parçacıkların durumudur. Bu parçacıkların durumunda, yavaşlama derecesi çok büyük olacaktır.

İngiltere'deki Oxford Üniversitesi'nde deneysel fizikçi olan Stephen Colthammer, müon adı verilen parçacıklarla ilgili bir örneğe işaret ediyor.

Müonlar kararsızdır: hızla daha basit parçacıklara bozunurlar. O kadar hızlı ki, Güneş'ten ayrılan müonların çoğu, Dünya'ya ulaştıklarında bozunmalıdır. Ama gerçekte, müonlar Dünya'ya Güneş'ten devasa hacimlerde gelir. Fizikçiler uzun zamandır nedenini bulmaya çalışıyorlar.

Kolthammer, "Bu gizemin cevabı, müonların ışığa yakın hızlarda hareket edecek kadar enerjiyle üretildiğidir" diyor. "Zaman algıları, tabiri caizse, iç saatleri yavaş işler."

Müonlar, zamanın doğal eğriliği sayesinde, bize göre beklenenden daha uzun süre "hayatta kalırlar". Nesneler diğer nesnelere göre hızlı hareket ettiğinde uzunlukları da azalır, daralır. Bu sonuçlar, zaman genişlemesi ve uzunluk azalması, nesnelerin - ben, siz veya bir uzay aracının - kütle ile hareketine bağlı olarak uzay-zamanın nasıl değiştiğinin örnekleridir.

Önemli olan, Einstein'ın dediği gibi, kütlesi olmadığı için ışığı etkilemez. Bu nedenle bu ilkeler el ele gider. Nesneler ışıktan daha hızlı hareket edebilseydi, evrenin nasıl çalıştığını tanımlayan temel yasalara uyarlardı. Bunlar temel ilkelerdir. Artık birkaç istisna ve istisnadan bahsedebiliriz.

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

Bir başka ilginç durum da, birbirlerinden ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar aynı özellikleri aynı anda paylaşan parçacıklarla ilgilidir. Bu sözde "kuantum dolaşıklığı". Foton, iki olası durumdan rasgele seçim yaparak yukarı ve aşağı dönecek, ancak dönme yönü seçimi, eğer dolaşmışlarsa, diğer fotona doğru bir şekilde yansıyacaktır.

Her biri kendi fotonunu inceleyen iki bilim adamı, aynı sonucu, ışık hızının izin verdiğinden daha hızlı bir şekilde, aynı anda alacaklardır.

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

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

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

Işıktan hızlı seyahati teknik olarak mümkün kılmanın başka bir olası yolu daha var: uzay-zamanda yolcunun normal seyahat kurallarından kaçınmasına izin verecek yarıklar.

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

Bir solucan deliğinden geçen bir nesne ışık hızını aşamaz, ancak teorik olarak hedefine "normal" bir yol boyunca seyahat eden ışıktan daha hızlı ulaşabilir. Ancak solucan deliklerine hiç erişilemeyebilir. uzay yolculuğu... Başka birine göre 300.000 km / s'den daha hızlı seyahat etmek için uzay-zamanı aktif olarak çarpıtmanın başka bir yolu olabilir mi?

Cleaver ayrıca 1994 yılında bir "Alcubierre motoru" fikrini araştırdı. Uzay-zamanın uzay aracının önünde büzülerek ileri ittiği ve arkasında genişlediği ve aynı zamanda ileri doğru ittiği bir durumu anlatıyor. "Ama sonra," diyor Cleaver, "sorunlar ortaya çıktı: nasıl yapılacağı ve ne kadar enerjiye ihtiyaç duyulacağı."

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

"Bir 10m x 10m x 10m uzay aracı - 1.000 metreküp - hayal ettik ve süreci başlatmak için gereken enerji miktarının bütün bir Jüpiter'in kütlesine eşdeğer olacağını hesapladık."

Bundan sonra, sürecin bitmemesi için enerji sürekli olarak "dökülmelidir". Bunun mümkün olup olmayacağını veya gerekli teknolojilerin nasıl olacağını kimse bilmiyor. Cleaver, "Asla olmayacak bir şeyi öngördüğüm için yüzyıllarca alıntı yapmak istemiyorum," diyor, "ama henüz bir çözüm görmüyorum."

Bu nedenle, ışık hızından daha hızlı seyahat etmek şu anda bir hayal olmaya devam ediyor. Şimdiye kadar, tek yol derin askıya alınmış animasyona dalmaktır. Ve yine de hepsi kötü değil. Çoğu durumda, görünür ışıktan bahsettik. Ama gerçekte, ışık çok daha fazlasıdır. Radyo dalgaları ve mikrodalgalardan görünür ışığa, ultraviyole radyasyona, röntgen ve bozunma sürecinde atomların yaydığı gama ışınları - tüm bu güzel ışınlar aynı şeyden oluşur: fotonlar.

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

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

“Örneğin internetin altyapısını inşa etmemiz ve ondan önce ışığa dayalı radyo kurmamız gerçeği, onu iletebilme kolaylığımızla ilgili” diye belirtiyor. Ve ışığın Evrenin iletişim gücü olarak hareket ettiğini de ekliyor. Bir cep telefonundaki elektronlar sallanmaya başladığında, fotonlar dışarı fırlar ve diğer cep telefonundaki elektronların da sallanmasına neden olur. Bir telefon görüşmesi böyle doğar. Güneş'teki elektronların titremeleri de - çok büyük miktarlarda - fotonlar yayar, bunlar elbette Dünya'ya hayat veren sıcaklığı ve ışığı oluşturan ışığı oluşturur.

ışık evrensel dil Evren. Hızı - 299.792.458 km / s - sabit kalır. Bu arada, uzay ve zaman dövülebilir. Belki de ışıktan daha hızlı nasıl hareket edeceğimizi düşünmemeliyiz, ama bu uzayda ve bu zamanda nasıl daha hızlı hareket edeceğiz? Kökte olgunlaşmak, tabiri caizse?

Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü (CERN) ile işbirliği içinde OPERA deneyinden bir grup bilim insanı, ışık hızının üstesinden gelmek için yapılan bir deneyin sansasyonel sonuçlarını yayınladı. Deneysel sonuçlar yalanlıyor özel teori Albert Einstein'ın göreliliği, modern fizik... Teori, ışığın hızının 299 792 458 m/s olduğunu ve temel parçacıkların ışık hızından daha hızlı hareket edemediğini söylüyor.

Bununla birlikte, bilim adamları, 732 km'yi aşarken, bir nötrino ışını tarafından 60 nanosaniyelik bir fazlalık kaydettiler. 22 Eylül'de gerçekleştirilen bir deney sırasında meydana geldi. uluslararası grupİtalya, Fransa, Rusya, Kore, Japonya ve diğer ülkelerden nükleer fizikçiler.

Deney şu şekilde devam etti: proton ışını özel bir hızlandırıcıda hızlandırıldı ve onunla özel bir hedefin ortasına çarptı. Mezonlar böyle doğdu - kuarklardan oluşan parçacıklar.

Mezonlar bozunduğunda, nötrinolar doğar, ”RAS Akademisyeni Valery Rubakov, RAS Nükleer Araştırma Enstitüsü Baş Araştırmacısı İzvestia'ya açıkladı. - Işın, nötrino 732 km uçacak ve Gran Sasso'daki İtalyan yeraltı laboratuvarına düşecek şekilde yerleştirilmiştir. Nötrino ışınının hızını kaydeden özel bir dedektör içerir.

Araştırma sonuçları bilim dünyasını ikiye böldü. Bazı bilim adamları sonuçlara inanmayı reddediyor.

Rusya Bilimler Akademisi Akademisyeni Spartak Belyaev, İzvestia'ya verdiği demeçte, CERN'de yapılanların modern fizik açısından imkansız olduğunu söyledi. Bilimsel yönetmen Genel ve Nükleer Fizik Enstitüsü. - Bu deneyi ve sonuçlarını kontrol etmek gerekiyor - belki de sadece yanlıştı. Bundan önce yapılan tüm deneyler mevcut teoriye uyuyor ve bir kez yapılan bir deney için panik yaratmaya değmez.

Akademisyen Belyaev aynı zamanda şunu da itiraf ediyor: Nötrinonun ışık hızından daha hızlı hareket edebileceğini kanıtlamak mümkünse, bu bir darbe olacaktır.

O zaman tüm fiziği kırmamız gerekiyor” dedi.

Sonuçlar doğrulanırsa, bu bir devrimdir, - Akademisyen Rubakov da aynı fikirde. - Kasaba halkı için bunun nasıl sonuçlanacağını söylemek zor. Genel olarak, özel görelilik teorisini değiştirmek elbette mümkündür, ancak bunu yapmak son derece zordur ve sonuç olarak ne tür bir teorinin kristalleşeceği tam olarak belli değildir.

Rubakov, raporun, deneyin üç yılı boyunca 15 bin olayın kaydedildiğini ve ölçüldüğünü söylediğini kaydetti.

İstatistikler çok iyi ve uluslararası bir grup saygın bilim adamı deneyde yer aldı - diye özetliyor Rubakov.

Akademisyenler, dünyanın düzenli olarak özel görelilik teorisini deneysel olarak çürütmeye çalıştığını vurguladılar. Ancak şimdiye kadar hiçbiri olumlu sonuç vermedi.