Присвячена прямому виміру швидкості руху нейтрино. Результати звучать сенсаційно: швидкість нейтрино виявилася трохи - але статистично достовірно! - Більше швидкості світла. Стаття колаборації містить аналіз різноманітних джерел похибок та невизначеностей, проте реакція переважної більшості фізиків залишається дуже скептичною, насамперед тому, що такий результат не узгоджується з іншими експериментальними даними щодо властивостей нейтрино.

Мал. 1.

Подробиці експерименту

Ідея експерименту (див. OPERA experiment) дуже проста. Нейтринний пучок народжується в ЦЕРНі, летить крізь Землю до італійської лабораторії Гран-Сассо і проходить там крізь спеціальний нейтринний детектор OPERA. Нейтрино дуже слабо взаємодіють з речовиною, але через те, що їхній потік із ЦЕРНу дуже великий, деякі нейтрино все ж таки стикаються з атомами всередині детектора. Там вони породжують каскад заряджених частинок і цим залишають у детекторі свій сигнал. Нейтрино в ЦЕРН народжуються не безперервно, а «сплесками», і якщо ми знаємо момент народження нейтрино і момент його поглинання в детекторі, а також відстань між двома лабораторіями, ми можемо обчислити швидкість руху нейтрино.

Відстань між джерелом та детектором по прямій становить приблизно 730 км і виміряна вона з точністю 20 см (точна відстань між реперними точками становить 730 534,61 ± 0,20 метрів). Щоправда, процес, що призводить до народження нейтрино, зовсім не локалізовано з такою точністю. У ЦЕРНі пучок протонів високої енергії вилітає з прискорювача SPS, скидається на графітову мішень і породжує у ній вторинні частки, зокрема мезони. Вони, як і раніше, летять вперед з навколосвітньою швидкістю і на льоту розпадаються на мюони з нейтрино. Мюони теж розпадаються та породжують додаткові нейтрино. Потім усі частинки, крім нейтрино, поглинаються в товщі речовини, а ті безперешкодно долітають до місця детектування. Загальна схемацій частині експерименту наведено на рис. 1.

Весь каскад, що веде до появи нейтринного пучка, може розтягнутися на сотні метрів. Однак оскільки всічастинки в цьому згустку летять вперед з навколосвітловою швидкістю, для часу детектування немає ніякої різниці, народилося нейтрино відразу або через кілометр шляху (проте має велике значення, коли саме той вихідний протон, який призвів до народження даного нейтрино, вилетів з прискорювача). У результаті народжені нейтрино просто просто повторюють профіль вихідного протонного пучка. Тому ключовим параметром тут є саме тимчасовий профіль пучка протонів, що вилітають з прискорювача, особливо - точне положення його переднього і заднього фронтів, а цей профіль вимірюється з хорошим часом. ым роздільною здатністю (див. рис. 2).

Кожен сеанс скидання протонного пучка на мішень (англійською такий сеанс називається spill, «Виплеск») триває приблизно 10 мікросекунд і призводить до народження величезної кількості нейтрино. Однак практично всі вони пролітають Землю (і детектор) наскрізь без взаємодії. У тих же поодиноких випадках, коли детектор таки реєструє нейтрино, неможливо сказати, в який саме момент протягом 10-мікросекундного інтервалу воно було випущено. Аналіз можна провести лише статистично, тобто нагромадити багато випадків детектування нейтрино та побудувати їх розподіл за часом щодо моменту початку відліку для кожного сеансу. У детекторі за початок відліку приймається той час, коли умовний сигнал, що рухається зі швидкістю світла і випромінюваний рівно в момент переднього фронту протонного пучка, досягає детектора. Точне вимірювання цього моменту стало можливим завдяки синхронізації годинника у двох лабораторіях з точністю в кілька наносекунд.

На рис. 3 показано приклад такого розподілу. Чорні точки - це реальні нейтринні дані, зареєстровані детектором і підсумовані за великою кількістю сеансів. Червона крива показує умовний «опорний» сигнал, який би рухався зі швидкістю світла. Видно, що дані починаються приблизно на 1048,5 нс ранішеопорного сигналу Це, втім, ще означає, що нейтрино справді на мікросекунду випереджає світло, а є лише приводом у тому, щоб ретельно переміряти всі довжини кабелів, швидкості спрацьовування апаратури, часи затримки електроніки тощо. Ця повторна перевірки була виконана, і виявилося, що вона зміщує «опорний» момент на 988 нс. Таким чином, виходить, що нейтринний сигнал дійсно обганяє опорний, але приблизно на 60 наносекунд. У перерахунку швидкість нейтрино це відповідає перевищенню швидкості світла приблизно 0,0025%.

Похибка цього виміру була оцінена авторами аналізу в 10 наносекунд, що включає і статистичну, і систематичну похибки. Таким чином автори стверджують, що вони «бачать» надсвітловий рух нейтрино на рівні статистичної достовірності в шість стандартних відхилень.

Відмінність результатів від очікувань шість стандартних відхилень вже досить велике і називається у фізиці елементарних частинок гучним словом «відкриття». Однак треба правильно розуміти це число: воно лише означає, що ймовірність статистичноїФлуктуація даних дуже мала, але не говорить про те, наскільки надійна методика обробки даних і наскільки добре фізики врахували всі інструментальні похибки. Зрештою, у фізиці елементарних частинок є чимало прикладів, коли незвичайні сигнали з винятково великою статистичною достовірністю не підтверджувалися іншими експериментами.

Чому суперечать надсвітлові нейтрино?

Всупереч поширеній думці, спеціальна теорія відносності не забороняє саме собою існування частинок, що рухаються з надсвітловою швидкістю. Однак для таких частинок (їх узагальнено називають «тахіони») швидкість світла теж є межею, але тільки знизу – вони не можуть рухатися повільніше за неї. При цьому залежність енергії частинок від швидкості виходить зворотною: що більше енергія, то ближче швидкість тахіонів до швидкості світла.

Набагато серйозніші проблеми починаються в квантовій теорії поля. Ця теорія приходить на зміну квантової механіки, коли йдеться про квантові частки з великими енергіями. У цій теорії частинки - це точки, а, умовно кажучи, згустки матеріального поля, і розглядати їх окремо від поля не можна. Виявляється, що тахіони знижують енергію поля, отже, роблять вакуум нестабільним. Порожнечі тоді вигідніше спонтанно розсипатися на величезну кількість цих частинок, і тому розглядати рух одного тахіону у звичайному порожньому просторі просто безглуздо. Можна сказати, що тахіон – це не частка, а нестабільність вакууму.

У разі тахіонів-ферміонів ситуація дещо складніша, але й там теж виникають порівняні труднощі, що заважають створенню самоузгодженої тахійної квантової теорії поля, що включає звичайну теорію відносності.

Втім, це теж не останнє слово теоретично. Так само, як експериментатори вимірюють все, що піддається виміру, теоретики також перевіряють усі можливі гіпотетичні моделі, які не суперечать наявним даним. Зокрема, існують теорії, в яких допускається невелике, не помічене поки що відхилення від постулатів теорії відносності - наприклад, швидкість світла сама по собі може бути змінною величиною. Прямої експериментальної підтримки таких теорій поки немає, але вони і закриті.

Під цією короткою замальовкою теоретичних можливостей можна підбити такий підсумок: незважаючи на те, що в деяких теоретичних моделях рух із надсвітловою швидкістю можливий, вони залишаються виключно гіпотетичними конструкціями. Усі наявні сьогодні експериментальні дані описуються стандартними теоріями без надсвітлового руху. Тому якби воно достовірно підтвердилося хоч для якихось частинок, квантову теорію поля довелося б кардинально переробляти.

Чи варто вважати результат OPERA у цьому сенсі «першою ластівкою»? Поки немає. Мабуть, найголовнішим приводом для скепсису залишається той факт, що результат OPERA не узгоджується з іншими експериментальними даними щодо нейтрино.

По-перше, під час знаменитого спалаху наднової SN1987A були зареєстровані і нейтрино, які прийшли за кілька годин до світлового імпульсу. Не означає, що нейтрино йшли швидше світла, лише відображає той факт, що нейтрино випромінюються більш ранньому етапіколапсу ядра при спалаху наднового, ніж світло. Однак якщо нейтрино і світло, провівши в дорозі 170 тисяч років, не розійшлися більше, ніж на кілька годин, значить швидкості у них дуже близькі і відрізняються не більше ніж на мільярдні частки. Експеримент OPERA показує в тисячі разів сильнішу розбіжність.

Тут, звичайно, можна сказати, що нейтрино, що народжуються при спалахах наднових, і нейтрино з ЦЕРН сильно різняться по енергії (кілька десятків МеВ в наднових і 10-40 ГеВ в експерименті), а швидкість нейтрино змінюється в залежності від енергії. Але ця зміна в даному випадку працює в «неправильну» сторону: адже чим вища енергія тахіонів, тим ближча їхня швидкість повинна бути до швидкості світла. Звичайно, і тут можна придумати якусь модифікацію тахіонної теорії, в якій ця залежність була б зовсім іншою, але в такому разі доведеться вже обговорювати двічі-гіпотетичну модель.

Далі, з безлічі експериментальних даних по нейтринним осциляціям, отриманим за останні роки, Випливає, що маси всіх нейтрино відрізняються один від одного лише на частки електронвольта. Якщо результат OPERA сприймати як прояв надсвітлого руху нейтрино, тоді величина квадрата маси хоча б одного нейтрино буде порядку –(100 МеВ) 2 (негативний квадрат маси - і є математичне прояв те, що частка вважається тахіоном). Тоді доведеться визнати, що всісорти нейтрино - тахіони і мають приблизно таку масу. З іншого боку, пряме вимірювання маси нейтрино в бета-розпаді ядер тритію показує, що маса нейтрино (по модулю) має перевищувати 2 електронвольта. Іншими словами, усі ці дані узгодити одна з одною не вдасться.

Висновок звідси можна зробити такий: заявлений результат колаборації OPERA важко вмістити в будь-які, навіть у найекзотичніші теоретичні моделі.

Що далі?

У всіх великих колабораціях у фізиці елементарних частинок нормальною практикою є ситуація, коли кожен конкретний аналізвиконується невеликою групою учасників, і лише потім результати виносяться на загальне обговорення. В даному випадку, мабуть, цей етап був надто коротким, внаслідок чого далеко не всі учасники колаборації погодилися підставити свій підпис під статтею (повний список налічує 216 учасників експерименту, а препринт має лише 174 автори). Тому найближчим часом, мабуть, усередині колаборації буде проведено безліч додаткових перевірок, і лише після цього статтю буде надіслано до друку.

Звичайно, зараз очікується і потік теоретичних статей з різноманітними екзотичними поясненнями цього результату. Однак поки заявлений результат не буде надійно перевірено ще раз, вважати його повноправним відкриттям не можна.

Але виявилось, що можна; тепер вважають, що ми ніколи не зможемо подорожувати швидше світла...". Але насправді це неправда, що хтось колись вважав, що рухатися швидше за звук неможливо. Задовго до того, як з'явилися надзвукові літаки вже було відомо, що швидше звуку летять кулі, реально ж йшлося про те, що неможливий керованийнадзвуковий політ і помилка була в цьому. СС рух – це зовсім інша справа. Із самого початку було ясно, що надзвуковому польоту перешкоджають технічні проблеми, які треба було б просто вирішити. Але зовсім неясно, чи можна колись вирішити проблеми, що перешкоджають СС руху. Теорія відносності може багато чого сказати з цього приводу. Якщо буде можлива СС подорож або навіть передача сигналу, то буде порушена причинність, а з цього будуть абсолютно неймовірні висновки.

Спочатку ми обговоримо прості випадки руху СС. Ми згадуємо їх не тому, що вони цікаві, а тому, що вони знову і знову спливають в обговореннях руху СС і тому з ними доводиться мати справу. Потім ми обговоримо те, що вважаємо складними випадками СС руху чи спілкування, і розглянемо деякі докази проти них. Нарешті, ми розглянемо найсерйозніші припущення про цей СС руху.

Просте СС рух

1. Явище черенківського випромінювання

Один спосіб рухатися швидше світла полягає в тому, щоб спершу сповільнити саме світло! :-) У вакуумі світло летить зі швидкістю c, і ця величина є світовою постійною (див. питання Постійна швидкість світла), а в більш щільному середовищі на кшталт води або скла - сповільнюється до швидкості c/n, де n- це показник заломлення середовища (1,0003 у повітря; 1,4 у води). Тому частки можуть рухатися у воді чи повітрі швидше, ніж там рухається світло. В результаті виникає випромінювання Вавилова-Черенкова (див. питання).

Але коли ми говоримо про СС руху, ми, звичайно, маємо на увазі перевищення над швидкістю світла у вакуумі c(299792458 м/с). Тому явище Черенкова неспроможна вважатися прикладом СС руху.

2. З третього боку

Якщо ракета Алетить від мене зі швидкістю 0,6cна захід, а інша Б- від мене зі швидкістю 0,6cна схід, то тоді загальна відстань між Аі Бу моїй системі відліку збільшується зі швидкістю 1,2c. Таким чином, видима відносна швидкість, велика, може спостерігатися "з третьої сторони".

Однак така швидкість – це не те, що ми зазвичай розуміємо під відносною швидкістю. Справжня швидкість ракети Ащодо ракети Б- це та швидкість зростання відстані між ракетами, яку спостерігає спостерігач у ракеті Б. Дві швидкості треба скласти за релятивістською формулою складання швидкостей (див. питання Як треба складати швидкості в приватній відносності). У цьому випадку відносна швидкість виходить приблизно 0,88cтобто не є надсвітловою.

3. Тіні та зайчики

Подумайте, з якою швидкістю може рухатись тінь? Якщо Ви створите на далекій стіні тінь від свого пальця від близької лампи, а потім поворухніть пальцем, то тінь засувається набагато швидше пальця. Якщо палець зміщуватиметься паралельно стіні, то швидкість тіні буде в D/dразів більше швидкості пальця, де d- відстань від пальця до лампи, а D- Відстань від лампи до стіни. А може вийти і ще більша швидкість, якщо стіна буде розташована під кутом. Якщо стіна розташована дуже далеко, то рух тіні буде відставати від руху пальця, так як світло буде ще долетіти від пальця до стіни, але все одно швидкість руху тіні буде в стільки ж разів більше. Тобто швидкість руху тіні не обмежена швидкістю світла.

Крім тіней швидше світла можуть рухатися і зайчики, наприклад, цятка від лазерного променя, спрямованого на Місяць. Знаючи, що відстань до Місяця 385 000 км., спробуйте розрахувати швидкість руху зайчика якщо трохи поводити лазером. Ще можете подумати про морську хвилю, косо вдаряючи об берег. З якою швидкістю може рухатися точка, в якій хвиля розбивається?

Подібні речі можуть відбуватися і у природі. Наприклад, світловий промінь від пульсара може прочісувати хмару пилу. Яскравий спалах породжує оболонку, що розширюється, зі світла або іншого випромінювання. Коли вона перетинає поверхню, то створюється світлове кільце, що збільшується швидше за швидкість світла. У природі таке зустрічається, коли електромагнітний імпульс від блискавки досягає верхніх шарів атмосфери.

Все це були приклади речей, що рухалися швидше за світло, але які не були фізичними тілами. За допомогою тіні або зайчика не можна передати СС повідомлення, так що і спілкування швидше за світло не виходить. І знову-таки, це, мабуть, не те, що ми хочемо розуміти під СС рухом, хоча стає зрозуміло, наскільки важко визначити, що саме нам потрібно (див. питання Надсвітлові ножиці).

4. Тверді тіла

Якщо взяти довгу тверду палицю і штовхнути один її кінець, чи інший кінець засувається відразу ж, чи ні? Чи не можна таким чином здійснити СС передачу повідомлення?

Так, це було бможна зробити, якби такі тверді тіла існували. Насправді ж вплив удару до кінця палиці поширюється нею зі швидкістю звуку у цій речовині, а швидкість звуку залежить від пружності і щільності матеріалу. Відносність накладає абсолютну межу можливої ​​твердості будь-яких тіл так, що швидкість звуку в них не може перевищувати c.

Те саме відбувається і у випадку, якщо ви находитеся в полі тяжіння, і спочатку тримаєте вертикально струну або жердину за верхній кінець, а потім відпускаєте його. Точка, яку ви відпустили, почне рухатися відразу, а нижній кінець не зможе почати падати до тих пір, поки до нього зі швидкістю звуку не дійде вплив відпускання.

Складно сформулювати загальну теорію пружних матеріалів у рамках відносності, але основну ідею можна показати і на прикладі механіки Ньютона. Рівняння поздовжнього руху ідеально пружного тіла можна отримати із закону Гука. У змінних маси на одиницю довжини pта модуля пружності Юнга Y, поздовжнє зміщення Xзадовольняє хвильове рівняння.

Рішення у вигляді плоских хвиль рухається зі швидкістю звуку s, причому s 2 = Y/p. Дане рівняння не передбачає можливості причинного впливу, що поширюється швидше s. Таким чином, відносність накладає теоретичну межу на величину пружності: Y < pc 2. Практично ж не зустрічаються матеріали, навіть близькі до нього. До речі, навіть якщо швидкість звуку у матеріалі близька до c, речовина сама по собі зовсім не повинна рухатися з релятивістською швидкістю. Але звідки ми знаємо, що в принципі не може існувати речовина, яка долає цю межу? Відповідь полягає в тому, що всі речовини складаються з частинок, взаємодія між якими підпорядковується стандартній моделі елементарних частинок, а в цій моделі ніяка взаємодія поширюватися швидше світла не може (дивися нижче щодо квантової теорії поля).

5. Фазова швидкість

Подивіться це хвильове рівняння:

Він має рішення виду:

Ці рішення є синусоїдальні хвилі, що рухаються зі швидкістю,

Але ж це швидше за світло, значить у нас в руках рівняння тахійного поля? Ні, це всього лише звичайне релятивістське рівняння масивної скалярної частинки!

Парадокс вирішиться, якщо зрозуміти різницю між цією швидкістю, званою також фазовою швидкістю v phвід іншої швидкості, званої групової v grяка датись формулою,

Якщо у хвильового рішення є розкид частот, то воно набуде вигляду хвильового пакета , який рухається з груповою швидкістю, що не перевищує c. Тільки гребені хвилі рухаються із фазовою швидкістю. Передавати інформацію за допомогою такої хвилі можна лише з груповою швидкістю, тому фазова швидкість дає нам черговий приклад надсвітлової швидкості, яка не може переносити інформацію.

7. Релятивістська ракета

Диспетчер на Землі стежить за космічним кораблем, що летить зі швидкістю 0,8 c. Відповідно до теорії відносності, навіть після обліку доплерівського зсуву сигналів від корабля, він побачить, що час на кораблі сповільнений і годинник там іде повільніше з коефіцієнтом 0,6. Якщо він розрахує приватне від розподілу відстані, пройденого кораблем на витрачений час, виміряний по годинниках корабля, він отримає 4/3 c. Це означає, що пасажири корабля долають міжзоряний простір з ефективною швидкістю, більшою, ніж швидкість світла, яку вони отримали б, якби її виміряли. З погляду пасажирів корабля, міжзоряні відстані схильні до лоренцевого скорочення з тим самим коефіцієнтом 0,6 і отже, вони теж повинні визнати, що вони покривають відомі міжзоряні відстані зі швидкістю 4/3 c.

Це реальне явище і воно, в принципі, може бути використане космічними мандрівниками для подолання величезних відстаней протягом життя. Якщо вони пришвидшуватимуться з постійним прискоренням, рівним прискоренню вільного падіння на Землі, то у них на кораблі буде не тільки ідеальна штучна сила тяжіння, але вони ще встигнуть перетнути Галактику всього за 12 своїх років! (див. питання Які рівняння релятивістської ракети?)

Однак, і це - не справжній СС рух. Ефективна швидкість обчислена з відстані в одній системі відліку, а часу – в іншій. Це не справжня швидкість. Тільки пасажири корабля одержують переваги від цієї швидкості. Диспечер, наприклад, не встигне за своє життя побачити, як вони пролетять гігантську відстань.

Складні випадки СС руху

9. Парадокс Ейнштейна, Подільського, Розена (ЕПР)

10. Віртуальні фотони

11. Квантове тунелювання

Реальні кандидати в СС мандрівники

У даному розділі наведені умоглядні, але серйозні припущення щодо можливості надсвітлової подорожі. Це не ті речі, які зазвичай поміщають в ЧаВо, оскільки вони викликають більше питань, ніж дають відповідей. Вони наведені тут в основному для того, щоб показати, що в даному напрямкупроводяться серйозні дослідження. У кожному напрямі дається лише короткий вступ. Більш детальну інформацію можна отримати на просторах інтернету.

19. Тахіони

Тахіони - це гіпотетичні частки, які локально рухаються швидше за світло. Щоб це робити, у них має бути маса, що вимірюється уявним числом, але їх енергія і імпульс повинні бути позитивними. Іноді думають, що такі СС частки має бути неможливо засікти, але насправді причин так вважати немає. Тіні і зайчики підказують нам, що з СС руху ще не випливає непомітність.

Тахіони ніколи не спостерігалися і більшість фізиків сумніваються в їхньому існуванні. Якось заявлялося, що проведені досліди з вимірювання маси нейтрино, що вилітають при розпаді Трітія, і ці нейтрино були тахионными. Це дуже сумнівно, але все ж таки не виключено. У тахіонних теоріях є проблеми, оскільки з точки зору можливих порушень причинності, вони дестабілізують вакуум. Може й можна ці проблеми оминути, але тоді виявиться неможливо застосовувати тахіони у потрібному нам СС повідомленні.

Правда полягає в тому, що більшість фізиків вважають тахіони ознакою помилки в польових теорах їх, а інтерес до них з боку широких мас підігрівається, в основному, з боку наукової фантастики (див. статтю Тахіони).

20. Черевоточини

Найбільш відомою ймовірною можливістю СС подорожі є використання чревоточин. Червоточини - це тунелі в просторі-часі, що з'єднують одне місце у Всесвіті, з іншим. По них можна переміститися між цими точками швидше, ніж зробив би світло своїм звичайним шляхом. Черевоточини - це явище класичне загальної відносностіАле щоб їх створити, потрібно змінити топологію простору-часу. Можливість цього може бути укладено в теорії квантової гравітації.

Щоб підтримувати чревоточини у відкритому стані, потрібні величезні кількості негативної енергії. Міснері Торнзапропонували, що для генерації негативної енергії можна використовувати великомасштабний ефект Казимира, а Віссерзапропонував рішення із використанням космічних струн. Всі ці ідеї дуже умоглядні і можуть бути просто нереальними. Незвичайна речовина з негативною енергією може не існувати в потрібній для явища формі.

Торн виявив, що якщо жолоби можна створити, то з їх допомогою можна організувати замкнуті тимчасові петлі, які уможливлять подорожі в часі. Також було зроблено припущення, що багатоваріантна інтерпретація квантової механіки свідчить про те, що жодних парадоксів подорож у часі не викличе, і що події просто розгорнуться інакше, коли ви потрапите до минулого. Хокінг каже, що чревоточини можуть просто нестабільними і тому непридатними на практиці. Але сама тема залишається плідною областю для уявних експериментів, що дозволяють розібратися, що можливо і що не можливо, виходячи і відомих і передбачуваних законів фізики.
refs:
W. G. Morris and K. S. Thorne, American Journal of Physics 56 , 395-412 (1988)
W. G. Morris, K. S. Thorne, і U. Yurtsever, Phys. Rev. Letters 61 , 1446-9 (1988)
Matt Visser, Physical Review D39, 3182-4 (1989)
see also "Black Holes and Time Warps" Kip Thorn, Norton & co. (1994)
Для explanation of multiverse see, "The Fabric of Reality" David Deutsch, Penguin Press.

21. Двигуни-деформатори

[Поняття не маю, як це перекласти! В оригіналі warp drive. - прим. перекладача;
переклав за аналогією зі статтею на Мембрані]

Деформатор міг би бути механізмом для закручування простору-часу таким чином, щоб об'єкт міг переміщатися швидше за світло. Мігель Алькаб'єрстав знаменитим завдяки тому, що розробив геометрію, яка описує такий деформатор. Спотворення простору-часу робить можливим для об'єкта переміщатися швидше світла, залишаючись на час-подібній кривій. Перешкоди ті ж, що і при створенні чревоточин. Щоб створити деформатор, потрібна речовина з негативною щільністю енергії. Навіть якщо така речовина можлива, все одно незрозуміло, як її можна отримати і як з її допомогою змусити працювати деформатор.
ref M. Alcubierre, Classical і Quantum Gravity, 11 , L73-L77, (1994)

Висновок

По-перше, виявилося нелегко взагалі визначити, що означає подорож СС і СС повідомлення. Багато речей, ніби тіней, роблять СС дивування, але так, що його не можна використовувати, наприклад, для передачі інформації. Але є і серйозні можливості реального СС переміщення, які запропоновані в науковій літературі, Але їх реалізація поки що неможлива технічно. Принцип невизначеності Гейзенберга унеможливлює використання уявного СС руху в квантовій механіці. Загалом є потенційні засоби СС руху, але їх може бути неможливо використовувати. Думається, що вкрай малоймовірно, що в найближчому майбутньому, або взагалі, техніка виявиться здатна створювати космічні кораблі з СС двигунами, але цікаво, що теоретична фізика, як ми її зараз знаємо, не закриває двері для СС руху назовсім. СС рух у стилі науково-фантастичних романів, мабуть, зовсім неможливий. Для фізиків цікаве питання: "а чому, власне, це неможливо, і чого з цього можна навчитися?"

Тіні можуть переміщатися швидше світла, але не можуть переносити речовину або інформацію

Чи можливий надсвітловий політ?

Розділи цієї статті мають підзаголовки та можна посилатися на кожен розділ окремо.

Прості приклади надсвітлового переміщення

1. Ефект Черенкова

Коли ми говоримо про рух із надсвітловою швидкістю, то маємо на увазі швидкість світла у вакуумі c(299792458 м/с). Тому ефект Черенкова не може розглядатися як приклад руху із надсвітловою швидкістю.

2. Третій спостерігач

Якщо ракета Aлетить від мене зі швидкістю 0.6cна захід, а ракета Bлетить від мене зі швидкістю 0.6cна схід, то я бачу, що відстань між Aі Bзбільшується зі швидкістю 1.2c. Спостерігаючи політ ракет Aі Bз боку, третій спостерігач бачить, що сумарна швидкість видалення ракет більша, ніж c .

Однак відносна швидкістьне дорівнює сумі швидкостей. Швидкість ракети Aщодо ракети B- це швидкість збільшення відстані до ракети A, яку бачить спостерігач, що летить на ракеті B. Відносну швидкість потрібно розраховувати за релятивістською формулою складання швидкостей. (див. How do You Add Velocities in Special Relativity?) У цьому прикладі відносна швидкість приблизно дорівнює 0.88c. Тож у цьому прикладі ми не отримали надсвітлової швидкості.

3. Світло та тінь

Подумайте, як швидко може рухатися тінь. Якщо лампа близько, то тінь твого пальця на дальній стіні рухається набагато швидше, ніж рухається палець. При русі пальця паралельно стіні, швидкість тіні в D/dразів більше, ніж швидкість пальця. Тут d- відстань від лампи до пальця, а D- Від лампи до стіни. Швидкість буде ще більшою, якщо стіна розташована під кутом. Якщо стіна дуже далеко, то рух тіні буде відставати за часом від руху пальця, так як світла потрібен час, щоб досягти стіни, але швидкість переміщення тіні по стіні збільшиться ще більше. Швидкість тіні не обмежена швидкістю світла.

Інший об'єкт, який може переміщатися швидше за світло - світлова пляма від лазера, спрямованого на Місяць. Відстань до Місяця 385 000 км. Ви можете розрахувати швидкість переміщення світлової плями по поверхні Місяця при невеликих коливаннях лазерної указки у вашій руці. Вам також може сподобатися приклад із хвилею, що набігає на пряму лінію пляжу під невеликим кутом. З якою швидкістю може переміщатися вздовж пляжу точка перетину хвилі та берега?

Всі ці речі можуть відбуватися у природі. Наприклад, промінь світла від пульсара може пробігти вздовж хмари пилу. Потужний вибух може створити сферичні хвилі світла чи радіації. Коли ці хвилі перетинаються з якоюсь поверхнею, на цій поверхні виникають світлові кола, які розширюються швидше за світло. Таке явище спостерігається, наприклад, коли електромагнітний імпульс спалаху блискавки проходить через верхні шари атмосфери.

4. Тверде тіло

Якщо у вас є довгий жорсткий стрижень, і ви вдарите по одному кінці стрижня, то хіба інший кінець не почне рухатися негайно? Хіба це не спосіб надсвітлової передачі?

Це було б правильно, якбиіснували ідеально тверді тіла. Практично удар передається вздовж стрижня зі швидкістю звуку, яка залежить від пружності і щільності матеріалу стрижня. Крім того, теорія відносності обмежує можливі швидкості звуку в матеріалі величиною c .

Цей принцип діє, якщо ви тримаєте вертикально струну або стрижень, відпускаєте його, і він починає падати під дією сили тяжіння. Верхній кінець, який ви відпустили, починає падати негайно, але нижній кінець почне рух лише через деякий час, тому що зникнення сили, що утримує, передається вниз по стрижню зі швидкістю звуку в матеріалі.

Формулювання релятивістської теорії пружності досить складне, але загальну ідею можна ілюструвати з використанням ньютонівської механіки. Рівняння поздовжнього руху ідеально-пружного тіла можна вивести із закону Гука. Позначимо лінійну щільність стрижня ρ , модуль пружності Юнга Y. Поздовжнє зміщення Xзадовольняє хвильове рівняння

ρ·d 2 X/dt 2 - Y·d 2 X/dx 2 = 0

Рішення у вигляді плоских хвиль переміщується зі швидкістю звуку s, що визначається з формули s 2 = Y/ρ. Хвильове рівняння не дозволяє обуренням середовища переміщатися швидше, ніж зі швидкістю s. Крім того, теорія відносності дає межу величині пружності: Y< ρc 2 . Майже жоден відомий матеріал не наближається до цієї межі. Врахуйте також, що навіть швидкість звуку близька до c, та сама речовина не обов'язково рухається з релятивістською швидкістю.

Хоча у природі немає твердих тіл, існує рух твердих тіл, які можна використовувати для подолання швидкості світла. Ця тема відноситься до вже описаного розділу тіней та світлових плям. (Див. The Superluminal Scissors, The Rigid Rotating Disk in Relativity).

5. Фазова швидкість

Хвильове рівняння
d 2 u/dt 2 - c 2 ·d 2 u/dx 2 + w 2 ·u = 0

має рішення у вигляді
u = A · cos (ax - bt), c 2 · a 2 - b 2 + w 2 = 0

Це синусоїдальні хвилі, що поширюються зі швидкістю v
v = b/a = sqrt(c 2 + w 2 /a 2)

Але це більше, ніж с. Чи може це рівняння для тахіонів? (Див. далі розділ ). Ні, це нормальне релятивістське рівняння для частки з масою.

Щоб усунути феномен потрібно розрізняти "фазову швидкість" v ph і "групову швидкість" v gr , причому
v ph · v gr = c 2

Рішення у вигляді хвилі може мати дисперсію за частотою. При цьому хвильовий пакет рухається з груповою швидкістю, яка менша, ніж c. За допомогою хвильового пакета можна передавати інформацію лише з груповою швидкістю. Хвилі у хвильовому пакеті рухаються із фазовою швидкістю. Фазова швидкість - ще один приклад надсвітлового руху, який не можна використовувати передачі повідомлень.

6. Надсвітлові галактики

7. Релятивістська ракета

Нехай спостерігач на Землі бачить космічний корабель, що віддаляється зі швидкістю 0.8cВідповідно до теорії відносності, він побачить, що годинник на космічному кораблійдуть повільніше у 5/3 рази. Якщо розділити відстань до корабля на час польоту бортовим годинником, то отримаємо швидкість 4/3c. Спостерігач робить висновок, що, використовуючи свій бортовий годинник, пілот корабля теж визначить, що летить із надсвітловою швидкістю. З точки зору пілота його годинник йде нормально, а міжзоряний простір стиснувся в 5/3 рази. Тому він пролітає відомі відстані між зірками швидше, зі швидкістю 4/3c .

Уповільнення часу - реальний ефект, який можна використовувати в космічних подорожах, щоб долати великі відстані за невеликий час з точки зору космонавтів. При постійному прискоренні 1g космонавти не лише матимуть комфортну штучну силу тяжкості, але й зможуть перетнути галактику всього за 12 років за власним часом. За час подорожі вони старіють на 12 років.

Але це все ж таки не надсвітловий політ. Не можна розраховувати швидкість, використовуючи відстань та час, визначені у різних системах відліку.

8. Швидкість гравітації

Деякі наполягають, що швидкість гравітації набагато більша cабо навіть нескінченна. Подивіться Does Gravity Travel на Speed ​​of Light? та What is Gravitational Radiation? Гравітаційні обурення та гравітаційні хвиліпоширюються зі швидкістю c .

9. Парадокс ЕПР

10. Віртуальні фотони

11. Квантовий тунельний ефект

У квантовій механіці тунельний ефект дозволяє частці подолати бар'єр, навіть якщо її енергії для цього не вистачає. Можна розрахувати час тунелювання через такий бар'єр. І воно може виявитися менше, ніж потрібно світла для подолання такої ж відстані зі швидкістю c. Чи можна це використовувати для передачі повідомлень швидше за світло?

Квантова електродинаміка каже "Ні!" Тим не менш, виконаний експеримент, який продемонстрував надсвітлову передачу інформації за допомогою тунельного ефекту. Через бар'єр завширшки 11.4 см зі швидкістю 4.7 cпередано Сорокову симфонію Моцарта. Пояснення цього експерименту дуже суперечливе. Більшість фізиків вважають, що за допомогою тунельного ефекту не можна передати інформаціюшвидше світла. Якби це було можливо, то чому не передати сигнал у минуле, помістивши обладнання в систему відліку, що швидко переміщається.

17. Квантова теорія поля

За винятком гравітації, всі спостерігаються фізичні явищавідповідають " Стандартної моделіСтандартна модель - це релятивістська квантова теорія поля, яка пояснює електромагнітні та ядерні взаємодії, а також усі відомі частки. цих операторів).В принципі, це передбачає, що в стандартній моделі вплив не може поширюватися швидше за світло, і це можна вважати квантово-польовим еквівалентом доказу про нескінченну енергію.

Однак у квантовій теорії поля Стандартної моделі немає бездоганно суворих доказів. Ніхто поки що навіть не довів, що ця теорія внутрішньо несуперечлива. Швидше за все це не так. Принаймні, немає гарантії, що немає якихось поки що не відкритих частинок чи сил, які підпорядковуються заборони надсвітове переміщення. Немає також узагальнення цієї теорії, що включає гравітацію і загальну теорію відносності. Багато фізиків, які працюють в галузі квантової гравітації, сумніваються, що прості уявлення про причинність і локальність буде узагальнено. Немає гарантії, що в майбутній повнішій теорії швидкість світла збереже сенс граничної швидкості.

18. Парадокс дідуся

У спеціальній теорії відносності частка, що летить швидше світла лише у системі відліку, рухається назад у часі іншій системі отсчета. Надсвітове переміщення або передача інформації давали можливість подорожі або відправки повідомлення в минуле. Якби така подорож у часі була можливою, то ви могли б повернутися в минуле і змінити хід історії, вбивши свого дідуся.

Це дуже серйозний аргумент проти можливості надсвітлового переміщення. Щоправда, залишається майже неправдоподібна ймовірність, що можливі якісь обмежені надсвітлові переміщення, що не допускають повернення в минуле. Або, можливо, подорожі у часі можливі, але причинність порушується якимось несуперечливим чином. Все це дуже неправдоподібно, але якщо ми обговорюємо надсвітлові переміщення, то краще бути готовим до нових ідей.

Правильне і зворотне. Якби ми могли переміститися у минуле, то змогли б подолати швидкість світла. Можна повернутися в минуле, полетіти кудись із невеликою швидкістю, і прибути туди раніше, ніж прибуде світло, відправлене звичайним чином. Дивіться подробиці з цієї теми в Time Travel.

Відкриті питання надсвітлових подорожей

У цьому останньому розділі я опишу кілька серйозних ідей про можливе переміщення швидше за світло. Ці теми не часто включають у FAQ, тому що вони більше не схожі на відповіді, а на безліч нових питань. Вони включені сюди, щоб показати, що у цьому напрямі проводяться серйозні дослідження. Дається лише короткий вступ у тему. Подробиці можна знайти в інтернеті. Як і до всього в інтернеті, ставтеся до них критично.

19. Тахіони

Тахіони - це гіпотетичні частки, що локально переміщаються швидше за світло. Для цього вони повинні мати уявну величину маси. При цьому енергія та імпульс тахіону – реальні величини. Немає підстав вважати, що надсвітлові частки неможливо виявити. Тіні та світлові плями можуть переміщатися швидше за світло і їх можна виявити.

Поки тахіони не знайдені, і фізики сумніваються у їхньому існуванні. Були заяви, що в експериментах з вимірювання маси нейтрино, що народжуються при бета-розпаді тритію, нейтрино були тахіонами. Це сумнівно, але поки що остаточно не спростовано.

Теоретично тахіонів є проблеми. Крім можливого порушення причинності, тахіони також роблять вакуум нестабільним. Можливо вдасться обійти ці труднощі, але тоді ми зможемо використовувати тахионы для надсветовой передачі повідомлень.

Більшість фізиків вважає, що поява тахіонів у теорії – ознака якихось проблем цієї теорії. Ідея тахіонів така популярна у публіки просто тому, що вони часто згадуються у фантастичній літературі. Дивіться Tachyons.

20. Кротові нори

Найвідоміший спосіб глобальної надсвітлової подорожі – використання "кротових нір". Кротова нора - це проріз у просторі-часі з однієї точки всесвіту в іншу, яка дозволяє пройти від одного кінця нори до іншого швидше, ніж звичайним шляхом. Кротові нори описуються загальною теорієювідносності. Для їх створення потрібно змінити топологію простору-часу. Можливо, це стане можливим у рамках квантової теорії гравітації.

Щоб утримувати кротову норувідкритої, потрібні області простору з негативною енергією. C.W.Misner та K.S.Thorne запропонували для створення негативної енергії використовувати ефект Казимира у великому масштабі. Visserзапропонував використати для цього космічні струни. Це дуже умоглядні ідеї, і, можливо, це неможливо. Можливо, необхідної форми екзотичної матерії з негативною енергією немає.

У вересні 2011 року фізик Антоніо Ередітато шокував світ. Його заява могла перевернути наше розуміння Всесвіту. Якщо дані, зібрані 160-ма вченими проекту OPERA, були правильними, спостерігалося неймовірне. Частинки - у разі нейтрино - рухалися швидше світла. Відповідно до теорії відносності Ейнштейна, це неможливо. І наслідки такого спостереження були б неймовірними. Можливо, довелося б переглянути основи фізики.

Хоча Ередітато говорив, що він та його команда були «вкрай впевнені» у своїх результатах, вони не говорили про те, що дані були абсолютно точними. Навпаки, вони попросили інших вчених допомогти розібратися в тому, що відбувається.

Зрештою виявилося, що результати OPERA були помилковими. Через погано підключений кабель виникла проблема синхронізації, і сигнали з GPS-супутників були неточними. Була несподівана затримка у сигналі. Як наслідок, вимірювання часу, який знадобився нейтрино на подолання певної дистанції, показали зайві 73 наносекунди: здавалося, що нейтрино пролетіли швидше, ніж світло.

Незважаючи на місяці ретельної перевірки до початку експерименту та повторну перевірку даних згодом, вчені серйозно помилилися. Ередітато пішов у відставку, попри зауваження багатьох про те, що подібні помилки завжди відбувалися через надзвичайну складність пристрою прискорювачів частинок.

Чому припущення - тільки припущення - що щось може рухатися швидше світла, викликало такий шум? Наскільки ми впевнені, що нічого не може подолати цей бар'єр?

Давайте спочатку розберемо друге із цих питань. Швидкість світла у вакуумі становить 299 792,458 кілометри на секунду - для зручності, це число округляють до 300 000 кілометрів на секунду. Це дуже швидко. Сонце знаходиться за 150 мільйонів кілометрів від Землі, і світло від нього доходить до Землі всього за вісім хвилин і двадцять секунд.

Чи може якесь із наших творінь конкурувати в гонці зі світлом? Один із найшвидших штучних об'єктів серед будь-коли побудованих, космічний зонд «Нові горизонти», просвистів повз Плутон і Харон у липні 2015 року. Він досяг швидкості щодо Землі за 16 км/c. Набагато менше ніж 300 000 км/с.

Проте ми мали крихітні частинки, які рухалися дуже швидко. На початку 1960-х років Вільям Бертоцці у Массачусетському технологічному інститутіекспериментував із прискоренням електронів до ще вищих швидкостей.

Оскільки електрони мають негативний заряд, їх можна розганяти - точніше відштовхувати - застосовуючи той же негативний заряд до матеріалу. Що більше енергії прикладається, то швидше розганяються електрони.

Можна було б подумати, що потрібно просто збільшувати енергію, що додається, щоб розігнатися до швидкості в 300 000 км/с. Але виявляється, що електрони просто не можуть рухатися так швидко. Експерименти Бертоцці показали, що використання більшої енергії не призводить до прямого пропорційного збільшення швидкості електронів.

Натомість потрібно було прикладати величезні кількості додаткової енергії, щоб хоч трохи змінити швидкість руху електронів. Вона наближалася до швидкості світла дедалі ближче, але ніколи її не досягла.

Уявіть собі рух до дверей невеликими кроками, кожен з яких долає половину відстані від поточної позиції до дверей. Строго кажучи, ви ніколи не дістанетеся до дверей, оскільки після кожного вашого кроку у вас залишатиметься дистанція, яку потрібно подолати. Приблизно з такою проблемою Бертоцці зіштовхнувся, розбираючись зі своїми електронами.

Але світло складається з частинок під назвою фотони. Чому ці частинки можуть рухатися на швидкості світла, а електрони – ні?

«У міру того, як об'єкти рухаються все швидше і швидше, вони стають все важчими - чим важчими вони стають, тим важче їм розігнатися, тому ви ніколи не наберете швидкість світла», говорить Роджер Рассул, фізик з Університету Мельбурна в Австралії. «Фотон не має маси. Якби він мав масу, він не міг би рухатися зі швидкістю світла».

Фотони особливі. У них не тільки відсутня маса, що забезпечує їм повну свободупереміщень у космічному вакуумі, їм ще й розганятися не потрібно. Природна енергія, яку вони мають, переміщається хвилями, як і вони, тому в момент їх створення вони вже мають максимальну швидкість. У певному сенсі простіше думати про світло як про енергію, а не як про потік частинок, хоча, правду кажучи, світло є і тим, і іншим.

Проте світло рухається набагато повільніше, ніж ми могли б очікувати. Хоча інтернет-техніки люблять говорити про комунікації, які працюють «на швидкості світла» в оптоволокні, світло рухається на 40% повільніше у склі цього оптоволокна, ніж у вакуумі.

Насправді фотони рухаються на швидкості 300 000 км/с, але стикаються з певною інтерференцією, перешкодами, викликаними іншими фотонами, які випускаються атомами скла, коли проходить головна світлова хвиля. Зрозуміти це може бути нелегко, але ми хоч би спробували.

Так само, в рамках спеціальних експериментів з окремими фотонами, вдавалося сповільнити їх дуже переконливо. Але для більшості випадків буде справедливо число 300 000. Ми не бачили і не створювали нічого, що могло б рухатися так само швидко, або ще швидше. Є особливі моменти, але перш ніж ми їх торкнемося, давайте торкнемося іншого наше питання. Чому так важливо, щоб правило швидкості світла виконувалося суворо?

Відповідь пов'язана з людиною на ім'я, як часто буває у фізиці. Його спеціальна теорія відносності досліджує багато наслідків його універсальних меж швидкості. Одним із найважливіших елементів теорії є ідея того, що швидкість світла стала. Незалежно від того, де ви і як швидко рухаєтеся, світло завжди рухається з однаковою швидкістю.

Але із цього випливає кілька концептуальних проблем.

Уявіть собі світло, яке падає від ліхтарика на дзеркало на стелі стаціонарного космічного апарату. Світло йде вгору, відбивається від дзеркала та падає на підлогу космічного апарату. Скажімо, він долає дистанцію за 10 метрів.

Тепер уявімо, що цей космічний апарат починає рух із колосальною швидкістю в багато тисяч кілометрів на секунду. Коли ви вмикаєте ліхтарик, світло поводиться як раніше: світить вгору, потрапляє в дзеркало і відбивається в підлогу. Але щоб це зробити, світові доведеться подолати діагональну відстань, а не вертикальну. Зрештою, дзеркало тепер швидко рухається разом із космічним апаратом.

Відповідно, збільшується дистанція, яку долає світло. Скажімо, на 5 метрів. Виходить 15 метрів загалом, а не 10.

І незважаючи на це, хоча дистанція збільшилася, теорії Ейнштейна стверджують, що світло, як і раніше, рухатиметься з тією ж швидкістю. Оскільки швидкість - це відстань, поділена на час, раз швидкість залишилася колишньою, а відстань збільшилася, час теж має збільшитися. Так, саме час має розтягнутися. І хоча це звучить дивно, але це було підтверджено експериментально.

Цей феномен називається уповільненням часу. Час рухається повільніше для людей, які пересуваються в транспорті, що швидко рухається, щодо тих, хто нерухомий.

Наприклад, час іде на 0,007 секунди повільніше для астронавтів на Міжнародній. космічної станціїяка рухається зі швидкістю 7,66 км/с щодо Землі, якщо порівнювати з людьми на планеті. Ще цікавіша ситуація з частинками на кшталт вищезгаданих електронів, які можуть рухатися близько до швидкості світла. У випадку з цими частинками, ступінь уповільнення буде величезним.

Стівен Кольтхаммер, фізик-експериментатор з Оксфордського університету у Великій Британії, вказує на приклад із частинками під назвою мюони.

Мюони нестабільні: вони швидко розпадаються більш прості частинки. Так швидко, що більшість мюонів, що залишають Сонце, повинні розпадатися на момент досягнення Землі. Але насправді мюони прибувають на Землю із Сонця в колосальних обсягах. Фізики довго намагалися зрозуміти чому.

«Відповіддю на цю загадку є те, що мюони генеруються з такою енергією, що рухаються на швидкості близької до світлової, – каже Кольтхаммер. - Їх відчуття часу, так би мовити, їх внутрішній годинник іде повільно».

Мюони «залишаються живими» довше, ніж очікувалося, щодо нас, завдяки справжньому, природному викривленню часу. Коли об'єкти швидко рухаються щодо інших об'єктів, їх довжина також зменшується, стискається. Ці наслідки, уповільнення часу і зменшення довжини, є прикладами того, як змінюється простір-час залежно від руху речей - мене, тебе або космічного апарату - які мають масу.

Що важливо, як казав Ейнштейн, на світ це не впливає, оскільки він не має маси. Ось чому ці принципи йдуть пліч-о-пліч. Якби предмети могли рухатися швидше світла, вони підкорялися б фундаментальним законам, які описують роботу Всесвіту. Це є ключові принципи. Тепер ми можемо поговорити про кілька винятків та відступів.

З одного боку, хоча ми не бачили нічого, що рухалося б швидше за світло, це не означає, що цю межу швидкості не можна теоретично побити в вельми специфічних умовах. Наприклад, візьмемо розширення самого Всесвіту. Галактики у Всесвіті віддаляються один від одного на швидкості, що значно перевищує світлову.

Інша цікава ситуація стосується частинок, які поділяють одні й самі властивості в один і той же час, незалежно від того, як далеко знаходяться один від одного. Це так звана «квантова заплутаність». Фотон буде обертатися вгору і вниз, випадково вибираючи з двох можливих станів, але вибір напрямку обертання точно відбиватиметься на іншому фотоні деінде, якщо вони заплутані.

Два вчені, кожен з яких вивчає свій власний фотон, отримають той самий результат одночасно, швидше, ніж могла б дозволити швидкість світла.

Однак в обох цих прикладах важливо відзначити, що жодна інформація не переміщається швидше швидкостісвітла між двома об'єктами. Ми можемо обчислити розширення Всесвіту, але не можемо спостерігати об'єкти швидше світла в ньому: вони зникли з поля зору.

Що стосується двох вчених з їхніми фотонами, хоча вони могли б отримати один результат одночасно, вони не могли б дати про це знати один одному швидше, ніж рухається світло між ними.

«Це не створює нам жодних проблем, оскільки якщо ви здатні посилати сигнали швидше за світло, ви отримуєте химерні парадокси, відповідно до яких інформація може якимось чином повернутися назад у часі», каже Кольтхаммер.

Є й інший можливий спосіб зробити подорожі швидше за світло технічно можливими: розломи у просторі-часі, які дозволять мандрівникові уникнути правил звичайної подорожі.

Джеральд Клівер з Університету Бейлор у Техасі вважає, що одного разу ми зможемо побудувати космічний апарат, що подорожує швидше за світло. Який рухається через червоточину. Червоточини - це петлі в просторі-часі, що чудово вписуються в теорії Ейншейна. Вони могли б дозволити астронавту перескочити з одного кінця Всесвіту в інший за допомогою аномалії у просторі-часі, певної форми космічного короткого шляху.

Об'єкт, що подорожує через червоточину, не перевищуватиме швидкість світла, але теоретично може досягти пункту призначення швидше, ніж світло, що йде «звичайним» шляхом. Але червоточини можуть бути взагалі недоступними для космічних подорожей. Чи може бути інший спосіб активно спотворити простір-час, щоб рухатися швидше за 300 000 км/с щодо когось ще?

Клівер також досліджував ідею «двигуна Алькуб'єрре», 1994 року. Він визначає ситуацію, в якій простір-час стискається перед космічним апаратом, штовхаючи його вперед, і розширюється позаду нього, а також штовхаючи його вперед. «Але потім, – каже Клівер, – виникли проблеми: як це зробити і скільки знадобиться енергії».

У 2008 році він та його аспірант Річард Обоузі розрахували, скільки знадобиться енергії.

"Ми представили корабель 10 м х 10 м х 10 м - 1000 кубометрів - і підрахували, що кількість енергії, необхідна для початку процесу, буде еквівалентна масі цілого Юпітера".

Після цього енергія має постійно «підливатись», щоб процес не завершився. Ніхто не знає, чи це стане колись можливо, або на що будуть схожі необхідні технології. «Я не хочу, щоб мене потім століттями цитували, ніби я пророкував щось, чого ніколи не буде, – каже Клівер, – але поки що я не бачу рішень».

Отже, подорожі швидше за швидкість світла залишаються фантастикою на даний момент. Поки що єдиний спосіб - поринути у глибокий анабіоз. І все ж таки не все так погано. Найчастіше ми говорили про видиме світло. Але насправді світло - це набагато більше. Від радіохвиль та мікрохвиль до видимого світла, ультрафіолетового випромінювання, рентгенівських променіві гамма-променів, що випускаються атомами в процесі розпаду - всі ці прекрасні промені складаються з того самого: фотонів.

Різниця в енергії, а значить – у довжині хвилі. Всі разом ці промені складають електромагнітний спектр. Те, що радіохвилі, наприклад, рухаються зі швидкістю світла, неймовірно корисне для комунікацій.

У своєму дослідженні Кольтхаммер створює схему, яка використовує фотони для передачі сигналів з однієї частини схеми в іншу, так що цілком заслуговує на право прокоментувати корисність неймовірної швидкості світла.

«Сам факт того, що ми збудували інфраструктуру Інтернету, наприклад, а до нього і радіо, засновану на світі, має відношення до легкості, з якою ми можемо його передавати», зазначає він. І додає, що світло постає як комунікаційна сила Всесвіту. Коли електрони в мобільному телефоні починають тремтіти, фотони вилітають і призводять до того, що електрони в іншому мобільному телефоні теж тремтять. Так народжується телефонний дзвінок. Тремтіння електронів на Сонці також випромінює фотони - у величезних кількостях - які, звичайно, утворюють світло, що дає життя на Землі тепло і, кхм, світло.

Світло - це універсальна моваВсесвіту. Його швидкість – 299 792,458 км/с – залишається постійною. Тим часом, простір та час податливі. Можливо, нам варто замислюватися не про те, як рухатися швидше за світло, а як швидше пересуватися цим простором і цим часом? Зріти в корінь, так би мовити?

Група вчених з експерименту OPERA у співпраці з Європейською організацією ядерних досліджень (CERN) опублікувала сенсаційні результати експерименту щодо подолання швидкості світла. Результати досвіду спростовують спеціальну теоріювідносності Альберта Ейнштейна, на якій базується вся сучасна фізика. Теорія свідчить, що швидкість світла становить 299 792 458 м/с, а елементарні частки що неспроможні рухатися швидше швидкості світла.

Проте вчені зафіксували її перевищення нейтрино пучком на 60 наносекунд при подоланні 732 км. Сталося це 22 вересня під час експерименту, який проводила міжнародна групафізиків-ядерників з Італії, Франції, Росії, Кореї, Японії та інших країн.

Експеримент проходив таким чином: протонний пучок розганяли у спеціальному прискорювачі та били їм у центр спеціальної мішені. Так народжувалися мезони – частки, що складаються з кварків.

При розпаді мезонів народжуються нейтрино, – пояснив «Известиям» академік РАН Валерій Рубаков, головний науковий співробітник Інституту ядерних досліджень РАН. - Пучок розташований так, щоб нейтрино пролітало 732 км і потрапляло до італійської підземної лабораторії до Гран-Сассо. У ній стоїть спеціальний детектор, що фіксує швидкість пучка нейтрино.

Результати дослідження розкололи науковий світ. Деякі вчені відмовляються повірити результатам.

Те, що зробили в CERN, із сучасних позицій фізики неможливо, - заявив «Известиям» академік РАН Спартак Бєляєв, науковий керівникІнституту загальної та ядерної фізики. - Необхідно перевірити цей експеримент та його результати – можливо, вони просто помилилися. Всі експерименти, що проводилися до цього, вкладалися в існуючу теорію, а через один раз проведений експеримент піднімати паніку не варто.

Академік Бєляєв водночас визнає: якщо вдасться довести, що нейтрино може рухатися швидше за швидкість світла, це буде переворот.

Нам тоді доведеться ламати всю фізику, – сказав він.

Якщо результати підтвердяться, це революція, – згоден академік Рубаков. - Важко сказати, чим це обернеться для обивателів. Взагалі, спеціальну теорію відносності змінювати, звичайно, можна, але зробити це вкрай складно і яка в результаті викристалізується теорія не зовсім зрозуміло.

Рубаков звернув увагу, що у звіті йдеться, що за три роки експерименту зафіксовано та виміряно 15 тис. подій.

Статистика дуже хороша, а в експерименті брала участь міжнародна група авторитетних науковців, – резюмує Рубаков.

Академіки підкреслили, що у світі регулярно робляться спроби експериментально спростувати спеціальну теорію відносності. Однак позитивних результатів жодна з них досі не давала.