Kas greitesnis – šviesos greitis ar skausmas? Ar įmanomas superluminal greitis?

Reliatyvumo teorija žavi savo paradoksais. Visi žinome apie dvynius, apie galimybę sutalpinti ilgą lėktuvą į trumpą dėžę. Šiandien kiekvienas mokyklos absolventas žino atsakymus į šias klasikines mįsles, o fizikos studentai dar labiau tiki, kad specialiojoje reliatyvumo teorijoje jiems nepaliekama jokių paslapčių.

Viskas būtų gerai, jei ne slegianti aplinkybė - superluminal greičio neįmanoma. Ar tikrai nėra galimybės važiuoti greičiau?! – Vaikystėje galvojau. Gal tai įmanoma?! Todėl kviečiu jus į, nežinau, juodosios ar baltosios magijos seansą, pavadintą Alberto Einšteino vardu, su apreiškimu pabaigoje. Tačiau tiems, kuriems to nepakanka, paruošiau ir galvosūkį.

UPD: Po dienos aš paskelbiu sprendimą. Pabaigoje daug formulių ir grafikų.

Link Alpha Centauri

Kviečiu atsisėsti mūsų tarpžvaigždiniame laive, kuris plaukia link Alpha Centauri. Esame per 4 šviesmečius nuo galutinio maršruto taško. Dėmesio, užvedame variklius. Pirmyn! Keleivių patogumui mūsų kapitonas nustatė trauką taip, kad mes įsibėgėjome dideliu greičiu ir pajutome mums pažįstamą traukos jėgą Žemėje.

Dabar jau padoriai įsibėgėjome, nors iki pusės šviesos greičio. Užduokime iš pažiūros paprastą klausimą: kokiu greičiu priartėsime prie Alfa Kentauro pagal savo (laivo) atskaitos sistemą. Atrodytų, viskas paprasta, jei skrendame greičiu stacionariame Žemės ir Alfa Kentauro atskaitos sistemoje, tai, mūsų požiūriu, prie tikslo artėjame dideliu greičiu.

Visi, kurie jau pajuto laimikį, yra visiškai teisūs. Atsakymas neteisingas! Čia reikia patikslinti: artėjimo prie Alfa Kentauro greičiu turiu galvoje likusio atstumo iki jo pokytį, padalijus iš laikotarpio, per kurį toks pokytis įvyko. Viskas, žinoma, matuojama mūsų atskaitos sistemoje, susijusioje su erdvėlaiviu.

Čia turime prisiminti apie Lorentzo ilgio susitraukimą. Galų gale, įsibėgėję iki pusės šviesos greičio, pamatysime, kad skalė išilgai mūsų judėjimo krypties sumažėjo. Leiskite man priminti jums formulę:

O dabar, jei pusės šviesos greičiu išmatuotume atstumą nuo Žemės iki Kentauro Alfa, negautume 4 šviesos. metų, bet tik 3,46 šventų metų.

Pasirodo, tik dėl to, kad įsibėgėjome, atstumą iki galutinio kelionės taško jau sumažinome beveik 0,54 šviesmečio. O kas, jei mes ne tik judėsime kartu didelis greitis, bet ir paspartinti, tada mastelio koeficientas turės išvestinę laiko atžvilgiu, kuri iš esmės taip pat yra artėjimo greitis ir pridedama prie .

Taigi, be mums įprasto, sakyčiau, klasikinio, greičio, pridedamas dar vienas terminas - dinaminis likusio kelio ilgio sumažinimas, kuris atsiranda tada ir tik tada, kai yra ne nulinis pagreitis. Na, paimkime pieštuką ir suskaičiuokime.

Ir tie, kurie tingi sekti skaičiavimus, kuriuos sutinku kitoje spoilerio pusėje

Dabartinis atstumas iki žvaigždės pagal laivo kapitono valdovą, - laikas pagal laikrodį drabužinėje, - greitis.

Jau čia matome, kad pirmoji dalinė išvestinė yra greitis, tik greitis su minuso ženklu, vos priartėjus prie Alfa Kentauro. Tačiau antrasis terminas yra pats laimikis, apie kurį, įtariu, ne visi pagalvojo.

Norėdami rasti greičio išvestinę laiko atžvilgiu antrajame termine, turite būti atsargūs, nes esame judančioje atskaitos sistemoje. Lengviausias būdas jį apskaičiuoti pirštais yra pagal reliatyvistinių greičių pridėjimo formulę. Tarkime, kad tam tikru momentu judame greičiu, o po tam tikro laiko padidiname greitį . Gautas greitis pagal reliatyvumo teorijos formulę bus

Dabar sudėkime (2) ir (3) kartu, o (3) išvestinė turi būti paimta , nes žiūrime mažais žingsneliais.

Pasigrožėkime galutine formule

Ji nuostabi! Jei pirmąjį terminą – greitį – riboja šviesos greitis, tai antrojo termino niekas neriboja! Imk daugiau ir... antrasis terminas gali lengvai viršyti .

Atsiprašau, kas! - Kai kurie nepatikės.
„Taip, taip, būtent taip“, – atsakysiu. - Jis gali būti didesnis nei šviesos greitis, daugiau nei du šviesos greičiai, daugiau nei 10 šviesos greičių. Perfrazuodamas Archimedą, galiu pasakyti: „Duok man tinkamą, ir aš suteiksiu tau tiek greičio, kiek tik nori“.

Na, pakeiskime skaičius, skaičiai visada įdomesni. Kaip prisimename, kapitonas nustatė pagreitį, o greitis jau buvo pasiektas. Tada pamatysime, kad šviesmečiu mūsų artėjimo greitis bus lygus šviesos greičiui. Jei pakeisime šviesmečius, tada

Žodžiu: „trys taškai trys, trys dešimtosios šviesos greičio“.

Mes ir toliau stebimės

Dar atidžiau pažvelkime į (5) formulę. Juk nebūtina lipti į reliatyvistinį erdvėlaivį. Ir greitis, ir pagreitis gali būti labai mažas. Viskas apie magiją. Tik pagalvok apie tai!

Taigi įsėdau į mašiną ir paspaudžiau dujas. Turiu greitį ir pagreitį. Ir šiuo metu galiu garantuoti, kad kažkur apie šimtą ar du milijonus šviesmečių prieš mane yra objektai, kurie dabar artėja prie manęs greičiau nei šviesa. Paprastumo dėlei aš dar neatsižvelgiau į Žemės judėjimo greitį savo orbitoje aplink Saulę ir Saulės aplink Galaktikos centrą. Atsižvelgiant į juos, objektai, kurių artėjimo greitis viršija šviesą, jau bus labai arti – ne kosmologiniu mastu, o kažkur mūsų Galaktikos periferijoje.

Pasirodo, nevalingai, net su minimaliais pagreičiais, pavyzdžiui, atsistojus nuo kėdės, dalyvaujame superluminaliniame judėjime.

Mes vis dar stebimės

Pažiūrėkite į (5) formulę labai, labai atidžiai. Išsiaiškinkime ne artėjimo prie Alfa Kentauro greitį, o greičiau pasitraukimo iš Žemės greitį. Jei Δ yra pakankamai didelis, pavyzdžiui, pusiaukelėje iki tikslo, galime pastebėti, kad ir Žemė, ir Alfa Kentauras artėja prie mūsų. Atsigavęs po netikėtumo, žinoma, galima spėti, kad kaltas ilgio sumažinimas, kuris veikia ne tik pirmyn, bet ir atgal. Erdvė už erdvėlaivio susispaudžia greičiau, nei mes nuskrendame nuo pradžios taško.

Kitas stebinantis poveikis yra lengvai suprantamas. Juk kai tik pakeičiate pagreičio kryptį, antrasis (5) narys iš karto keičia ženklą. Tie. artėjimo greitis gali lengvai tapti nuliu ar net neigiamu. Nors normalus greitis Mūsų pietūs ir toliau bus nukreipti link Alfa Kentauro.

Poveikis

Tikiuosi pakankamai jus supainiojau. Kaip mus mokė, kad šviesos greitis yra didžiausias! Negalite priartėti prie nieko greičiau nei šviesos greitis! Bet čia verta atkreipti dėmesį į posakį bet kuriam reliatyvistinė teisė. Tai yra bet kuriame vadovėlyje, bet atrodo, kad jis tik sugriauna formuluotę, nors ten ir yra visa „druska“. Šis posakis teigia, kad specialiosios reliatyvumo teorijos postulatai veikia „in inercinė sistema atgalinis skaičiavimas“.

Neinercinėje atskaitos sistemoje Einšteinas mums nieko negarantuoja. Taip eina!

Tas pats, šiek tiek išsamesnis ir šiek tiek sudėtingesnis

Formulėje (5) yra atstumas . Kai jis lygus nuliui, t.y. kai bandysime nustatyti greitį lokaliai, palyginti su šalia esančiais objektais, liks tik pirmasis terminas, kuris, žinoma, neviršija šviesos greičio. Jokiu problemu. Ir tik toliau dideli atstumai, t.y. ne lokaliai, galime gauti superluminal greitį.

Reikia pasakyti, kad, paprastai kalbant, santykinis vienas nuo kito nutolusių objektų greitis yra menkai apibrėžta sąvoka. Mūsų plokščias erdvėlaikis pagreitintoje atskaitos sistemoje atrodo išlenktas. Tai garsusis „Einšteino liftas“, atitinkantis gravitacinį lauką. Ir teisinga lyginti du vektorinius dydžius išlenktoje erdvėje tik tada, kai jie yra tame pačiame taške (toje pačioje liestinės erdvėje iš atitinkamo vektorių pluošto).

Beje, apie mūsų superluminalinio greičio paradoksą galima kalbėti įvairiai, sakyčiau integraliai. Juk pagal paties astronauto laikrodį reliatyvistinė kelionė į Alfa Kentaurį užtruks daug mažiau nei 4 metus, todėl pradinį atstumą padalijus iš praleisto atstumo. savo laiko, gausime efektyvųjį greitį, didesnį už šviesos greitį. Iš esmės tai yra tas pats dvynių paradoksas. Tie, kurie yra patogūs, gali suprasti superluminalias keliones taip.

Tai ir yra triukas. Jūsų kapitonas akivaizdus.

Ir galiausiai aš tau sugalvojau idėją namų darbai arba juodraštis diskusijai komentaruose.

Problema

Žemiečiai ir Alfa Kentauras nusprendė apsikeisti delegacijomis. greičiu iš Žemės paleistas erdvėlaivis. Tuo pat metu ateivių skraidanti lėkštė tokiu pat greičiu išskrido iš Alfa Kentauro.

Koks yra atstumas tarp laivų žemiškojo laivo atskaitos rėme paleidimo momentu, kai jie buvo atitinkamai netoli Žemės ir Alfa Kentauro? Savo atsakymą parašykite komentaruose.

UPD: sprendimas

Taigi problemos sprendimas. Pirmiausia pažvelkime į tai kokybiškai.

Sutarkime, kad Alfa, Žemė, raketos ir lėkštės laikrodžiai yra sinchronizuoti (tai buvo padaryta iš anksto), o paleidimas ant visų keturių laikrodžių įvyko 12:00.

Panagrinėkime erdvės laiką grafiškai stacionariose koordinatėse. Žemė yra nulyje, o Alfa yra atstumu išilgai ašies. Pasaulinė Alfa Kentauro linija, matyt, eina tiesiai aukštyn. Plokštės pasaulinė linija yra pasvirusi į kairę, nes jis išskrido iš taško Žemės kryptimi.

Dabar šiame grafike nubraižysime iš Žemės paleistos raketos atskaitos sistemos koordinačių ašis. Kaip žinoma, tokia koordinačių sistemos transformacija (CS) vadinama padidinimu. Šiuo atveju ašys yra pasvirusios simetriškai įstrižainės linijos, kuri rodo šviesos spindulį, atžvilgiu.

Manau, kad šiuo metu tau viskas jau tapo aišku. Žiūrėkite, ašis skirtinguose taškuose kerta Alfa ir skraidančios lėkštės pasaulio linijas. Kas nutiko?

Nuostabus dalykas. Prieš paleidimą, raketos požiūriu, ir lėkštė, ir Alfa buvo tame pačiame taške, o įsibėgėjus paaiškėja, kad judančiame erdvėlaivyje raketos ir lėkštės paleidimas nebuvo vienu metu. Lėkštė, staiga pasirodo, prasidėjo anksčiau ir sugebėjo šiek tiek priartėti prie mūsų. Todėl dabar 12:00:01 pagal laikrodį raketos jau arčiau lėkštės nei Alfa.

O jei raketa dar labiau įsibėgės, ji „peršoks“ į kitą SC, kur plokštė dar arčiau. Be to, toks plokštės priartėjimas atsiranda tik dėl pagreičio ir dinaminio išilginės skalės suspaudimo (apie tai ir yra visas mano įrašas), o ne dėl raketos judėjimo erdvėje, nes Raketa iš tikrųjų dar nespėjo per ką nors praskristi. Šis plokštės aproksimavimas yra būtent antrasis (5) formulės narys.

Na, be kita ko, turime atsižvelgti į įprastą Lorenco atstumo sumažinimą. Iš karto pasakysiu atsakymą: raketos ir lėkštės greičiu, kiekvieną atstumą

• tarp raketos ir Alfa: 3,46 sv. metai (įprastas Lorentzo susitraukimas)
• tarp raketos ir plokštės: 2,76 Šv. metų

Besidomintiems pažaiskime magiją su formulėmis keturmatėje erdvėje

Tokią problemą galima patogiai išspręsti naudojant keturmačius vektorius. Nereikia jų bijoti, viskas daroma naudojant įprasčiausias tiesinės algebros operacijas. Be to, judame tik išilgai vienos ašies, todėl iš keturių koordinačių lieka tik dvi: ir .

Toliau susitarsime dėl paprasto žymėjimo. Šviesos greitį laikome lygiu vienybei. Mes, fizikai, visada tai darome. :) Planko konstantą ir gravitacinę konstantą taip pat dažniausiai laikome vienetais. Tai nekeičia esmės, bet labai palengvina rašymą.

Taigi, dėl įrašų kompaktiškumo, visur esančią „reliatyvistinę šaknį“ žymime gama koeficientu, kur yra žemės raketos greitis:

Dabar parašykime vektorių komponentuose:

Viršutinis komponentas yra laikas, apatinis - erdvinė koordinatė. Laivai vienu metu startuoja stacionarioje sistemoje, todėl viršutinė vektoriaus dedamoji lygi nuliui.

Dabar raskime taško koordinates judančioje koordinačių sistemoje, t.y. . Norėdami tai padaryti, naudojame transformaciją į judantį atskaitos kadrą. Tai vadinama padidinimu ir tai padaryti labai paprasta. Bet kuris vektorius turi būti padaugintas iš padidinimo matricos

Padauginti:

Kaip matome, šio vektoriaus laiko komponentas yra neigiamas. Tai reiškia, kad taškas judančios raketos požiūriu yra po ašimi, t.y. praeityje (kaip matyti aukščiau esančiame paveikslėlyje).

Raskime vektorių stacionarioje sistemoje. Laiko komponentas yra tam tikras nežinomas laiko tarpas, erdvinis komponentas yra atstumas, prie kurio laikui bėgant artėja plokštė, judanti greičiu:

Dabar sistemoje tas pats vektorius

Raskime įprastą vektorių sumą

Kodėl šią sumą dešinėje prilyginau tokiam vektoriui? Pagal apibrėžimą taškas yra ašyje, todėl laiko dedamoji turi būti lygi nuliui, o erdvinė dedamoji bus toks pat reikalingas atstumas nuo raketos iki plokštės. Iš čia gauname dviejų paprastų lygčių sistemą – laiko komponentus prilyginame atskirai, o erdvinius – atskirai.

Iš pirmosios lygties nustatome nežinomą parametrą, pakeičiame jį antrąja lygtimi ir gauname. Praleiskime paprastus skaičiavimus ir iškart užsirašykime

Pakeisdami , gauname

Šviesos sklidimo greitis yra 299 792 458 metrai per sekundę, tačiau tai jau seniai nebėra ribinė vertė. „Futuristas“ surinko 4 teorijas, kuriose šviesa nebėra Michaelio Schumacherio.

Japonų kilmės amerikiečių mokslininkas, teorinės fizikos ekspertas Michio Kaku įsitikinęs, kad šviesos greitį galima lengvai įveikti.

Didysis sprogimas

Michio Kaku garsiausiu pavyzdžiu vadina, kai šviesos barjeras buvo įveiktas Didysis sprogimas - itin greitas „sprogimas“, tapęs Visatos plėtimosi pradžia, prieš tai ji buvo išskirtinės būsenos.

„Joks materialus objektas negali įveikti šviesos barjero. Tačiau tuščia erdvė tikrai gali keliauti greičiau nei šviesa. Nieko negali būti tuščiesnio už vakuumą, vadinasi, jis gali plėstis greičiau nei šviesos greitis“, – įsitikinęs mokslininkas.

Žibintuvėlis naktiniame danguje

Jei naktiniame danguje šviečiate žibintuvėlį, iš esmės spindulys, einantis iš vienos Visatos dalies į kitą, esantis daugelio šviesmečių atstumu, gali keliauti greičiau nei šviesos greitis. Problema ta, kad šiuo atveju nebus materialaus objekto, kuris iš tikrųjų judėtų greičiau už šviesą. Įsivaizduokite, kad jus supa milžiniška vieno šviesmečio skersmens sfera. Šviesos pluošto vaizdas per kelias sekundes praskris per šią sferą, nepaisant jos dydžio. Tačiau naktiniu dangumi greičiau už šviesą gali judėti tik spindulio vaizdas, o ne informacija ar materialus objektas.

Kvantinis susipynimas

Greitesnis už šviesos greitį gali būti ne koks nors objektas, o visas reiškinys, tiksliau – ryšys, vadinamas kvantiniu susipynimu. Tai kvantinės mechanikos reiškinys, kai dviejų ar daugiau objektų kvantinės būsenos yra tarpusavyje susijusios. Norėdami sukurti porą kvantinių įsipainiojusių fotonų, galite pašviesinti lazerį tam tikru dažniu ir intensyvumu ant netiesinio kristalo. Dėl lazerio spindulio sklaidos fotonai atsiras dviejuose skirtinguose poliarizacijos kūgiuose, kurių ryšys bus vadinamas kvantiniu susipynimu. Taigi, kvantinis susipynimas yra vienas iš subatominių dalelių sąveikos būdų, o šio ryšio procesas gali vykti greičiau nei šviesa.

„Jei du elektronai bus sujungti, jie vibruos unisonu, remiantis kvantine teorija. Bet jei tada atskirsite šiuos elektronus daugybe šviesmečių, jie vis tiek bendraus vienas su kitu. Jei purtysite vieną elektroną, kitas pajus šią vibraciją, ir tai įvyks greičiau nei šviesos greitis. Albertas Einšteinas manė, kad šis reiškinys paneigs kvantinę teoriją, nes niekas negali keliauti greičiau už šviesą, bet iš tikrųjų jis klydo“, – sako Michio Kaku.

kirmgraužos

Šviesos greičio mažinimo tema suvaidinta daugelyje mokslinės fantastikos filmų. Dabar net tie, kurie yra toli nuo astrofizikos, išgirdo frazę „kirmgrauža“, dėka filmo „Tarpžvaigždinis“. Tai ypatingas erdvės ir laiko sistemos kreivumas, tunelis erdvėje, leidžiantis per nežymiai trumpą laiką įveikti didžiulius atstumus.

Apie tokius iškraipymus kalba ne tik filmų scenaristai, bet ir mokslininkai. Michio Kaku mano, kad kirmgrauža arba, kaip dar vadinama, kirmgrauža, yra vienas iš dviejų realiausių būdų perduoti informaciją greičiau nei šviesos greitis.

Antrasis metodas, taip pat susijęs su materijos pokyčiais, yra erdvės suspaudimas priešais jus ir išsiplėtimas už jūsų. Šioje deformuotoje erdvėje kyla banga, kuri sklinda greičiau nei šviesos greitis, jei ją valdo tamsioji medžiaga.

Taigi vienintelė reali galimybė žmogui išmokti įveikti šviesos barjerą gali slypėti bendrojoje reliatyvumo teorijoje bei erdvės ir laiko kreivėje. Tačiau viskas priklauso nuo tos labai tamsios medžiagos: niekas nežino, ar ji tikrai egzistuoja ir ar kirmgraužos yra stabilios.

(Lokaliai) inercinėje atskaitos sistemoje su kilme apsvarstykite materialųjį tašką, kuris laiko momentu yra . Mes vadiname šio taško greitį superluminalšiuo metu, jei nelygybė galioja:

Src="/pictures/wiki/files/50/21ea15551d469cba11529bd16574e427.png" border="0">

Kur , yra šviesos greitis vakuume, o laikas ir atstumas nuo taško iki matuojami minėtoje atskaitos sistemoje.

kur yra spindulio vektorius nesisukančioje koordinačių sistemoje, yra koordinačių sistemos kampinio sukimosi greičio vektorius. Kaip matyti iš lygties, in neinercinis atskaitos sistema, susieta su besisukančiu kūnu, toli esantys objektai gali judėti superluminal greičiu, ta prasme, kad src="/pictures/wiki/files/54/6fa9a2d9089db2f154c5c90051ce210b.png" border="0">. Tai neprieštarauja tam, kas buvo pasakyta įžangoje, nes. Pavyzdžiui, koordinačių sistemai, susijusiai su žmogaus galva Žemėje, Mėnulio judėjimo koordinačių greitis normaliai sukant galvą bus didesnis nei šviesos greitis vakuume. Šioje sistemoje, sukdamasis per trumpą laiką, Mėnulis apibūdins lanką, kurio spindulys yra maždaug lygus atstumui tarp koordinačių sistemos pradžios (galvos) ir Mėnulio.

Fazės greitis

Fazės greitis kryptimi, nukrypusia nuo bangos vektoriaus kampu α. Nagrinėjama monochromatinė plokštumos banga.

Krasnikovo vamzdis

Kvantinė mechanika

Neapibrėžtumo principas kvantinėje teorijoje

IN Kvantinė fizika dalelių būsenos aprašomos Hilberto erdvės vektoriais, kurie nustato tik tikimybę gauti tam tikras vertes matavimų metu fiziniai kiekiai(pagal kvantinio neapibrėžtumo principą). Geriausiai žinomas šių vektorių atvaizdas yra banginės funkcijos, kurių modulio kvadratas lemia dalelės aptikimo tam tikroje vietoje tikimybės tankį. Pasirodo, šis tankis gali judėti greičiau nei šviesos greitis (pavyzdžiui, sprendžiant dalelės, praeinančios per energijos barjerą, problemą). Šiuo atveju šviesos greičio viršijimo poveikis pastebimas tik nedideliais atstumais. Richardas Feynmanas savo paskaitose pasakė taip:

...elektromagnetinei spinduliuotei taip pat yra [nulinės] tikimybės amplitudė skristi greičiau (arba lėčiau) nei įprastas šviesos greitis. Praeitoje paskaitoje matėte, kad šviesa ne visada sklinda tik tiesiomis linijomis; Dabar pamatysite, kad jis ne visada juda šviesos greičiu! Gali atrodyti stebėtina, kad fotono amplitudė gali skristi greičiau arba lėčiau nei įprastas šviesos greitis. c

Originalus tekstas(Anglų)

... taip pat yra amplitudė, leidžianti šviesai skleisti greičiau (arba lėčiau) nei įprastas šviesos greitis. Paskutinėje paskaitoje sužinojote, kad šviesa eina ne tik tiesiomis linijomis; dabar jūs sužinojote, kad tai vyksta ne tik šviesos greičiu! Gali nustebinti tai, kad fotono amplitudė gali judėti didesniu ar lėtesniu greičiu nei įprastas greitis, c

Richardas Feynmanas, 1965 m. Nobelio fizikos premijos laureatas.

Be to, dėl neatskiriamumo principo neįmanoma pasakyti, ar stebime tą pačią dalelę, ar naujai gimusią jos kopiją. Savo Nobelio paskaitoje 2004 m. Frankas Wilczekas pateikė tokius samprotavimus:

Įsivaizduokite dalelę, judančią vidutiniu greičiu, labai artimu šviesos greičiui, tačiau jos padėties neapibrėžtumas yra tiek, kiek reikalauja kvantinė teorija. Akivaizdu, kad bus tam tikra tikimybė stebėti šią dalelę, judančią šiek tiek greičiau nei vidutiniškai, taigi ir greičiau už šviesą, o tai prieštarauja specialiajai reliatyvumo teorijai. Vienintelis žinomas būdas išspręsti šį prieštaravimą reikalauja naudoti antidalelių idėją. Labai grubiai tariant, reikalingas padėties neapibrėžtis pasiekiama darant prielaidą, kad matavimo metu gali susidaryti antidalelės, kurių kiekviena nesiskiria nuo originalo, su skirtingais išdėstymais. Norint išlaikyti išsaugotų kvantinių skaičių pusiausvyrą, papildomos dalelės turi būti kartu su tokiu pat kiekiu antidalelių. (Diracas priėjo prie antidalelių numatymo pasitelkdamas išradingų ir išradingų jo išvestos reliatyvistinės bangos lygties interpretacijų seką, o ne atlikdamas euristinius svarstymus, tokius, kokį pateikiau aš. Šių išvadų neišvengiamumas ir universalumas bei jų tiesioginis ryšys su Pagrindiniai principai kvantinė mechanika ir specialioji reliatyvumo teorija išryškėjo tik retrospektyviai).

Originalus tekstas(Anglų)

Įsivaizduokite dalelę, judančią vidutiniškai beveik šviesos greičiu, bet su padėties neapibrėžtumu, kaip reikalauja kvantinė teorija. Akivaizdu, kad stebint šią dalelę bus tam tikra tikimybė, kad ji judės šiek tiek greičiau nei vidutiniškai, taigi ir greičiau nei šviesa, o specialusis reliatyvumas to neleis. Vienintelis žinomas būdas išspręsti šią įtampą yra antidalelių idėjos pristatymas. Labai grubiai tariant, reikiamas padėties neapibrėžtumas yra suderinamas su galimybe, kad matavimo metu gali būti sukurtos kelios dalelės, kurių kiekviena neatskiriama nuo originalo, turinčių skirtingą padėtį. Norint išlaikyti išsaugotų kvantinių skaičių pusiausvyrą, prie papildomų dalelių turi būti tiek pat antidalelių. (Diracas buvo paskatintas nuspėti antidalelių egzistavimą pasitelkdamas išradingų jo sugalvotų reliatyvistinių bangų lygties interpretacijų ir interpretacijų seką, o ne euristinius samprotavimus, kaip aš pateikiau. Jo išvadų neišvengiamumas ir bendrumas, ir jų tiesioginis ryšys su pagrindiniais kvantinės mechanikos ir specialiojo reliatyvumo principais yra aiškus tik retrospektyviai).

Frankas Vilčekas

Scharnhorst efektas

Bangų greitis priklauso nuo terpės, kurioje jos sklinda, savybių. Specialioji reliatyvumo teorija teigia, kad vakuume neįmanoma masyvaus kūno pagreitinti iki šviesos greitį viršijančio greičio. Tuo pačiu metu teorija nenustato jokios konkrečios šviesos greičio vertės. Jis matuojamas eksperimentiškai ir gali skirtis priklausomai nuo vakuumo savybių. Vakuume, kurio energija mažesnė už įprasto fizinio vakuumo energiją, šviesos greitis teoriškai turėtų būti didesnis, o didžiausią leistiną signalo perdavimo greitį lemia didžiausias galimas neigiamos energijos tankis. Vienas tokio vakuumo pavyzdžių – Kazimiero vakuumas, susidarantis plonuose plyšiuose ir kapiliaruose, kurių matmenys (skersmuo) yra iki dešimčių nanometrų (apie šimtą kartų didesni už tipinį atomą). Tokį efektą galima paaiškinti ir tuo, kad Kazimiero vakuume sumažėjo virtualių dalelių, kurios, kaip ir ištisinės terpės dalelės, lėtina šviesos sklidimą. Scharnhorst atlikti skaičiavimai rodo, kad šviesos greitis Kazimiero vakuume viršija šviesos greitį 1/10 24 esant 1 nm pločio tarpui, palyginti su įprastu vakuumu. Taip pat buvo įrodyta, kad šviesos greičio viršijimas Kazimiero vakuume nepažeidžia priežastingumo principo. Šviesos greičio viršijimas Kazimiero vakuume, palyginti su šviesos greičiu įprastame vakuume, dar nebuvo eksperimentiškai patvirtintas dėl itin sudėtingų šio efekto matavimo sunkumų.

Teorijos su šviesos greičio kintamumu vakuume

Šiuolaikinėje fizikoje yra hipotezių, pagal kurias šviesos greitis vakuume nėra pastovus, o jo vertė laikui bėgant gali kisti (kintamasis šviesos greitis (VSL)). Dažniausia šios hipotezės versija rodo, kad ankstyvosiose mūsų visatos gyvavimo stadijose konstantos (šviesos greičio) vertė buvo daug didesnė nei dabar. Atitinkamai, anksčiau materija galėjo judėti dideliu greičiu žymiai pranašesnisšiuolaikinis šviesos greitis.

Viršutinę greičio ribą žino net moksleiviai: susiejęs masę ir energiją su garsiąja formule E = mc 2, dar XX amžiaus pradžioje jis atkreipė dėmesį į esminį dalyką, kurio masė erdvėje judėtų greičiau nei greitis. šviesos vakuume. Tačiau šioje formuluotėje jau yra spragų, kurias kai kurie fiziniai reiškiniai ir dalelės gali apeiti. Bent jau teoriškai egzistuojantiems reiškiniams.

Pirmoji spraga yra susijusi su žodžiu „masė“: Einšteino apribojimai netaikomi bemasėms dalelėms. Jie taip pat netaikomi kai kurioms gana tankioms terpėms, kuriose šviesos greitis gali būti žymiai mažesnis nei vakuume. Galiausiai, panaudojus pakankamai energijos, pati erdvė gali būti lokaliai deformuota, leidžianti judėti taip, kad išoriniam stebėtojui, esant šiai deformacijai, judėjimas atrodo didesnis nei šviesos greitis.

Kai kurie iš šių „didelės spartos“ reiškinių ir fizikos dalelių yra reguliariai registruojami ir atkuriami laboratorijose ir netgi naudojami praktikoje aukštųjų technologijų prietaisuose ir prietaisuose. Mokslininkai vis dar bando atrasti kitus, teoriškai numatytus realybėje, o kitiems turi didelių planų: galbūt kada nors šie reiškiniai leis mums laisvai judėti visoje Visatoje, net neribojamo šviesos greičio.

Kvantinė teleportacija

Būsena: aktyviai vystosi

Gyvas padaras - geras pavyzdys technologija, kuri teoriškai yra leistina, bet praktiškai, matyt, niekada neįgyvendinama. Bet jei mes kalbame apie teleportaciją, tai yra momentinį mažų objektų, o tuo labiau dalelių, judėjimą iš vienos vietos į kitą, tai visiškai įmanoma. Norėdami supaprastinti užduotį, pradėkime nuo kažko paprasto – dalelių.

Atrodo, kad mums prireiks prietaisų, kurie (1) visiškai stebės dalelės būseną, (2) perduos šią būseną greičiau nei šviesos greitis, (3) atstatys originalą.

Tačiau tokioje schemoje net pirmasis žingsnis negali būti visiškai įgyvendintas. Heisenbergo neapibrėžtumo principas nustato neįveikiamus apribojimus tikslumui, kuriuo galima išmatuoti „suporuotus“ dalelės parametrus. Pavyzdžiui, kuo geriau žinome jo impulsą, tuo blogiau žinome jo koordinates ir atvirkščiai. Tačiau svarbi kvantinės teleportacijos ypatybė yra ta, kad iš tikrųjų nereikia matuoti dalelių, kaip ir nereikia nieko rekonstruoti – užtenka gauti susipynusių dalelių porą.

Pavyzdžiui, norėdami paruošti tokius įsipainiojusius fotonus, turėsime apšviesti netiesinį kristalą lazerio spinduliuotė tam tikra banga. Tada dalis įeinančių fotonų suirs į du susipynusius – nepaaiškinamai sujungtus, todėl bet koks vieno būsenos pasikeitimas akimirksniu paveiks kito būseną. Šis ryšys tikrai nepaaiškinamas: kvantinio susipynimo mechanizmai lieka nežinomi, nors pats reiškinys buvo ir yra demonstruojamas nuolat. Tačiau tai yra reiškinys, kuriame tikrai lengva susipainioti – užtenka pridurti, kad prieš matavimą nė viena iš šių dalelių neturi reikalingos savybės, ir nesvarbu, kokį rezultatą gausime matuodami pirmąjį, antrojo būsena keistai koreliuos su mūsų rezultatu.

Kvantinės teleportacijos mechanizmas, kurį 1993 m. pasiūlė Charlesas Bennettas ir Gillesas Brassardas, reikalauja pridėti tik vieną papildomą dalyvį prie susipynusių dalelių poros – iš tikrųjų tos, kurią ketiname teleportuoti. Siuntėjai ir gavėjai paprastai vadinami Alisa ir Bobu, ir mes laikysimės šios tradicijos, kiekvienam iš jų suteikdami po vieną iš įsipainiojusių fotonų. Kai tik juos skiria tinkamas atstumas ir Alisa nusprendžia pradėti teleportuotis, ji paima norimą fotoną ir išmatuoja jo būseną kartu su pirmojo įsipainiojusio fotono būsena. Neaiški šio fotono bangos funkcija žlunga ir akimirksniu atsiliepia antrajame Bobo fotone.

Deja, Bobas tiksliai nežino, kaip jo fotonas reaguoja į Alisos fotono elgesį: kad tai suprastų, jis turi palaukti, kol ji išsiųs matavimų rezultatus paprastu paštu, ne greičiau nei šviesos greitis. Todėl tokiu kanalu jokios informacijos perduoti nebus įmanoma, tačiau faktas lieka faktu. Mes teleportavome vieno fotono būseną. Norėdami pereiti prie žmonių, belieka išplėsti technologiją, kad ji apimtų kiekvieną mūsų kūno dalelę, susidedančią iš vos 7000 trilijonų trilijonų atomų – ​​atrodo, kad iki šio proveržio mums liko tik amžinybė.

Tačiau kvantinė teleportacija ir įsipainiojimas išlieka viena karščiausių šiuolaikinės fizikos temų. Visų pirma dėl to, kad tokių komunikacijos kanalų naudojimas žada neįveikiamą perduodamų duomenų apsaugą: norėdami prie jų prieiti, užpuolikai turės perimti ne tik Alisos laišką Bobui, bet ir prieigą prie įsipainiojusios Bobo dalelės. , ir net jei jiems pavyks pasiekti jį ir išmatuoti, tai amžiams pakeis fotono būseną ir bus nedelsiant atskleista.

Vavilovo-Čerenkovo ​​efektas

Būsena: ilgai naudotas

Šis greitesnis nei šviesos greitis kelionės aspektas yra maloni priežastis prisiminti Rusijos mokslininkų pasiekimus. Reiškinį 1934 m. atrado Pavelas Čerenkovas, vadovaujamas Sergejaus Vavilovo, o po trejų metų jis gavo teorinis pagrindas Igorio Tammo ir Iljos Franko darbuose, o 1958 metais visi šių darbų dalyviai, išskyrus dabar jau mirusį Vavilovą, buvo apdovanoti Nobelio fizikos premija.

Tiesą sakant, tai kalba tik apie šviesos greitį vakuume. Kitose skaidriose terpėse šviesa gana pastebimai sulėtėja, todėl jų ribose su oru galima pastebėti refrakciją. Stiklo lūžio rodiklis yra 1,49, tai reiškia, kad šviesos fazinis greitis jame yra 1,49 karto mažesnis, o, pavyzdžiui, deimanto lūžio rodiklis yra 2,42, o šviesos greitis jame sumažėja daugiau nei per pusę. Niekas netrukdo kitoms dalelėms skristi greičiau nei šviesos fotonai.

Būtent taip atsitiko elektronams, kurie per Čerenkovo ​​eksperimentus buvo išmušti iš savo vietų liuminescencinio skysčio molekulėse dėl didelės energijos gama spinduliuotės. Šis mechanizmas dažnai lyginamas su smūginės bangos susidarymu skrendant per atmosferą viršgarsiniu greičiu. Bet jūs taip pat galite įsivaizduoti tai kaip bėgimą minioje: judėdami greičiau nei šviesa, elektronai veržiasi pro kitas daleles, tarsi braukdami jas pečiais – ir kiekvieną jų kelio centimetrą, todėl jie piktai išspinduliuoja nuo kelių iki kelių šimtų fotonų. .

Netrukus toks pat elgesys buvo aptiktas visuose kituose gana švariuose ir skaidriuose skysčiuose, o vėliau Čerenkovo ​​spinduliuotė buvo užfiksuota net giliai vandenynuose. Žinoma, šviesos fotonai iš paviršiaus čia tikrai nepasiekia. Tačiau itin greitos dalelės, kurios išskrenda iš nedidelių kiekių irstančių radioaktyviųjų dalelių, karts nuo karto sukuria švytėjimą, ko gero, bent jau leidžia vietos gyventojams pamatyti.

Čerenkovo-Vavilovo spinduliuotė buvo pritaikyta moksle, branduolinėje energetikoje ir susijusiose srityse. Atominių elektrinių reaktoriai ryškiai šviečia, pilni greitų dalelių. Tiksliai išmatavę šios spinduliuotės charakteristikas ir žinodami fazės greitį mūsų darbo aplinkoje, galime suprasti, kokios dalelės ją sukėlė. Astronomai Čerenkovo ​​detektorius naudoja ir lengvoms bei energingoms kosminėms dalelėms aptikti: sunkias neįtikėtinai sunku įsibėgėti iki reikiamo greičio, jos nesukuria spinduliuotės.

Burbulai ir skylės

Štai ant popieriaus lapo ropoja skruzdėlė. Jo greitis mažas, o vargšeliui iš kairiojo lėktuvo krašto į dešinę pajudėti užtrunka 10 sekundžių, bet kai tik pasigailime ir sulenkiame popierių, sujungdami jo kraštus, jis akimirksniu „teleportuojasi“ į norimą tašką. Kažką panašaus galima padaryti ir su mūsų gimtuoju erdvėlaikiu, tik tas skirtumas, kad lenkimui reikia kitų, mums nesuvokiamų, dimensijų, formuojančių erdvėlaikio tunelius – garsiąsias kirmgraužes, arba kirmgraužes.

Beje, remiantis naujomis teorijomis, tokios kirmgraužos yra tam tikras erdvės ir laiko atitikmuo jau pažįstamam kvantiniam susipynimo fenomenui. Apskritai jų egzistavimas neprieštarauja jokioms svarbioms šiuolaikinės fizikos sąvokoms, įskaitant. Tačiau norint išlaikyti tokį tunelį Visatos audinyje, reikės kažko, kas mažai panašus į tikrąjį mokslą - hipotetinės „egzotiškos materijos“, kurios energijos tankis yra neigiamas. Kitaip tariant, tai turi būti tokia materija, kuri sukelia gravitacinį... atstūmimą. Sunku įsivaizduoti, kad ši egzotiška rūšis kada nors bus rasta, o tuo labiau prisijaukinta.

Unikali alternatyva kirmgraužoms gali būti dar egzotiškesnė erdvėlaikio deformacija – judėjimas šio kontinuumo lenktos struktūros burbulo viduje. Idėją 1993 metais išsakė fizikas Miguelis Alcubierre'as, nors mokslinės fantastikos rašytojų kūriniuose ji nuskambėjo gerokai anksčiau. Tai tarsi erdvėlaivis, kuris juda, suspausdamas ir sutraiškydamas erdvėlaikį priešais savo nosį ir vėl išlygindamas jį už nugaros. Pats laivas ir jo įgula lieka vietiniame regione, kur erdvė-laikas išlaiko normalią geometriją ir nepatiria jokių nepatogumų. Tai aiškiai matyti iš svajotojų populiarios „Star Trek“ serijos, kur toks „metmenų variklis“ leidžia keliauti, nebūdami kuklūs, po visą Visatą.

Statusas: nuo fantastiško iki teorinio

Fotonai yra bemasės dalelės, kaip ir kai kurios kitos: jų masė ramybės būsenoje lygi nuliui, o kad visiškai neišnyktų, jie priversti visada judėti ir visada šviesos greičiu. Tačiau kai kurios teorijos rodo, kad egzistuoja kur kas egzotiškesnės dalelės – tachionai. Jų masė, kuri pateikiama mūsų pamėgtoje formulėje E = mc 2, pateikiama ne pirminiu skaičiumi, o įsivaizduojamu skaičiumi, įskaitant specialų matematinį komponentą, kurio kvadratas suteikia neigiamas skaičius. Tai labai naudingą turtą, o mūsų mylimo serialo „Žvaigždžių kelias“ rašytojai savo fantastiško variklio veikimą paaiškino būtent „panaudodami tachionų energiją“.

Tiesą sakant, įsivaizduojama masė daro neįtikėtiną: tachionai, įsibėgėdami, turi prarasti energiją, todėl jiems viskas gyvenime yra visiškai kitaip, nei manėme. Susidūrę su atomais jie praranda energiją ir įsibėgėja, todėl kitas susidūrimas bus dar stipresnis, o tai atims dar daugiau energijos ir vėl paspartins tachionus iki begalybės. Akivaizdu, kad toks savęs įtraukimas tiesiog pažeidžia pagrindinius priežasties ir pasekmės ryšius. Galbūt todėl tachionus kol kas tiria tik teoretikai: niekas dar nematė nė vieno priežasties-pasekmės santykių nykimo pavyzdžio gamtoje, o jei matai, ieškok tachiono ir Nobelio premija numatyta jums.

Tačiau teoretikai vis dar įrodė, kad tachionų gali ir nebūti, bet tolimoje praeityje jie galėjo egzistuoti, ir, remiantis kai kuriomis idėjomis, begalinės jų galimybės vaidino svarbų vaidmenį Didysis sprogimas. Tachionų buvimas paaiškina itin nestabilią netikro vakuumo būseną, kurioje Visata galėjo būti prieš savo gimimą. Tokiame pasaulio paveiksle greičiau už šviesą judantys tachionai yra tikrasis mūsų egzistavimo pagrindas, o Visatos atsiradimas apibūdinamas kaip klaidingo vakuumo tachioninio lauko perėjimas į tikrojo infliacinį lauką. Verta pridurti, kad visos tai yra visiškai gerbiamos teorijos, nepaisant to, kad pagrindiniai Einšteino dėsnių ir net priežasties-pasekmės santykio pažeidėjai pasirodo esą visų priežasčių ir pasekmių joje steigėjai.

Tamsos greitis

Statusas: filosofinis

Filosofiškai kalbant, tamsa yra tiesiog šviesos nebuvimas, o jų greitis turėtų būti vienodas. Tačiau pagalvokite atidžiau: tamsa gali įgauti formą, kuri juda daug greičiau. Šios formos pavadinimas yra šešėlis. Įsivaizduokite, kad pirštais rodote šuns siluetą. priešinga siena. Žibintuvėlio spindulys išsiskiria, o jūsų rankos šešėlis tampa daug didesnis nei pačios rankos. Pakanka menkiausio piršto judesio, kad jo šešėlis ant sienos judėtų pastebimu atstumu. O jei mestume šešėlį į Mėnulį? Ar į įsivaizduojamą ekraną dar toliau?..

Vos pastebima banga – ir ji bėgs bet kokiu greičiu, kurį nustato tik geometrija, todėl joks Einšteinas jai negali pasakyti. Tačiau su šešėliais geriau neflirtuoti, nes jie mus lengvai apgauna. Verta grįžti į pradžią ir prisiminti, kad tamsa yra tiesiog šviesos nebuvimas, todėl tokiu judesiu neperduodamas joks fizinis objektas. Nėra dalelių, informacijos, erdvėlaikio deformacijų, yra tik mūsų iliuzija, kad tai atskiras reiškinys. Realiame pasaulyje jokia tamsa negali prilygti šviesos greičiui.

Nuo mokyklos buvome mokomi, kad šviesos greičio viršyti neįmanoma, todėl žmogaus judėjimas kosmose yra didelė neišsprendžiama problema (kaip nuskristi į artimiausią saulės sistemą, jei šviesa šį atstumą gali įveikti vos per kelis tūkstantį metų?). Galbūt amerikiečių mokslininkai rado būdą skristi super greičiu, ne tik neapgaudinėjant, bet ir vadovaujantis esminiais Alberto Einšteino dėsniais. Bet kuriuo atveju taip tvirtina erdvės deformacijos variklio projekto autorius Haroldas White'as.

Redakcijoje šią naujieną įvertinome absoliučiai fantastiškomis, todėl šiandien, Kosmonautikos dienos išvakarėse, žurnalui „Popular Science“ publikuojame Konstantino Kakaeso pranešimą apie fenomenalų NASA projektą, kurio sėkmės atveju žmogus galės keliauti ir toliau. Saulės sistema.

2012 m. rugsėjį keli šimtai mokslininkų, inžinierių ir kosmoso entuziastų susirinko į antrąjį viešą grupės susitikimą, pavadintą „100 Year Starship“. Grupei vadovauja buvęs astronautas Mai Jemison ir įkūrė DARPA. Konferencijos tikslas – „per ateinančius šimtą metų padaryti galimybę žmonėms keliauti už Saulės sistemos ribų į kitas žvaigždes“. Dauguma konferencijos dalyvių pripažįsta, kad pažanga pilotuojamų kosmoso tyrinėjimų srityje yra per maža. Nepaisant milijardų dolerių, išleistų per pastaruosius kelis ketvirčius, kosmoso agentūros gali padaryti beveik tiek pat, kiek galėjo septintajame dešimtmetyje. Tiesą sakant, 100 metų žvaigždėlaivis buvo sušauktas visa tai išspręsti.

Bet eikime prie esmės. Po kelių dienų konferencijos jos dalyviai pasiekė fantastiškiausias temas: organų regeneraciją, organizuotos religijos problemą laive ir pan. Vienas iš įdomesnių 100 metų Starship susitikimo pranešimų vadinosi „Įtempimo lauko mechanika 102“, kurį skaitė Haroldas „Sonny“ White'as iš NASA. Agentūros veteranas White'as vadovauja pažangiai impulsų programai Johnson Space Center (JSC). Kartu su penkiais kolegomis jis sukūrė kosminių varomųjų sistemų veiksmų planą, kuriame išdėstyti NASA ateities kosminių kelionių tikslai. Plane išvardyti visų rūšių varomieji projektai, pradedant pažangiomis cheminėmis raketomis ir baigiant toli siekiančiais patobulinimais, tokiais kaip antimedžiaga ar branduolinės mašinos. Tačiau White'o tyrimų sritis yra futuristiškiausia iš visų: ji susijusi su erdvės deformacijos varikliu.

Taip dažniausiai vaizduojamas Alkubjero burbulas

Pagal planą toks variklis užtikrins judėjimą erdvėje greičiu, viršijančiu šviesos greitį. Visuotinai pripažįstama, kad tai neįmanoma, nes tai akivaizdus Einšteino reliatyvumo teorijos pažeidimas. Tačiau White'as sako priešingai. Patvirtindamas savo žodžius, jis apeliuoja į vadinamuosius Alcubierre burbulus (lygtis, gautas iš Einšteino teorijos, pagal kurią kūnas kosminėje erdvėje gali pasiekti superluminalinį greitį, skirtingai nei kūnas normaliomis sąlygomis). Pristatyme jis paaiškino, kaip pastaruoju metu pasiekė teorinių rezultatų, kurie tiesiogiai veda prie tikro erdvės deformacijos variklio sukūrimo.

Akivaizdu, kad visa tai skamba visiškai fantastiškai: tokie pokyčiai yra tikra revoliucija, kuri išlaisvins rankas visiems pasaulio astrofizikams. Užuot praleidę 75 tūkstančius metų keliaudami į Alfa Kentaurį, artimiausią mūsų planetai žvaigždžių sistema, astronautai laive su tokiu varikliu šią kelionę galės atlikti per porą savaičių.

Atsižvelgdama į šaudyklų programos pabaigą ir didėjantį privačių skrydžių į žemą Žemės orbitą vaidmenį, NASA teigia, kad vėl sutelkia dėmesį į toli siekiančius, daug drąsesnius planus, kurie gerokai viršija keliones į Mėnulį. Šiuos tikslus galima pasiekti tik kuriant naujas variklių sistemas – kuo greičiau, tuo geriau. Praėjus kelioms dienoms po konferencijos NASA vadovas Charlesas Boldenas pakartojo White'o žodžius: „Norime keliauti greičiau nei šviesos greitis ir nesustodami Marse“.

IŠ KUR MES ŽINOME APIE ŠĮ VARIKLĮ

Pirmasis populiarus posakis „kosmoso metmenų variklis“ buvo vartojamas 1966 m., kai Jen Roddenberry išleido „Star Trek“. Kitus 30 metų šis variklis egzistavo tik kaip šios mokslinės fantastikos serijos dalis. Fizikas, vardu Miguelis Alcubierre'as, žiūrėjo serialo epizodą, kai dirbo doktorantūroje bendrosios reliatyvumo teorijos srityje ir svarstė, ar realybėje įmanoma sukurti erdvės metmenų variklį. 1994 m. jis paskelbė dokumentą, kuriame išdėstė šią poziciją.

Alcubierre'as įsivaizdavo burbulą erdvėje. Priekinėje burbulo dalyje laikas-erdvė susitraukia, o gale plečiasi (kaip, anot fizikų, atsitiko per Didįjį sprogimą). Dėl deformacijos laivas sklandžiai slys erdvėje, tarsi jis banguotų, nepaisant aplinkinio triukšmo. Iš esmės deformuotas burbulas gali judėti taip greitai, kaip norima; šviesos greičio apribojimai, pagal Einšteino teoriją, galioja tik erdvėlaikio kontekste, bet ne tokiems erdvės laiko iškraipymams. Burbulo viduje, kaip manė Alcubierre'as, erdvėlaikis nepasikeis ir kosmoso keliautojams nepadarys jokios žalos.

Einšteino lygtis bendrojoje reliatyvumo teorijoje sunku išspręsti viena kryptimi, išsiaiškinant, kaip materija lenkia erdvę, tačiau tai įmanoma. Naudodamas juos Alcubierre'as nustatė, kad materijos pasiskirstymas yra būtina sąlyga deformuoto burbulo susidarymui. Vienintelė problema yra ta, kad sprendimai lėmė neapibrėžtą materijos formą, vadinamą neigiama energija.

Kalbėdamas paprasta kalba, gravitacija yra traukos jėga tarp dviejų objektų. Kiekvienas objektas, nepaisant jo dydžio, daro tam tikrą traukos jėgą aplinkinei medžiagai. Anot Einšteino, ši jėga yra erdvės laiko kreivumas. Tačiau neigiama energija yra gravitaciškai neigiama, tai yra, atstumianti. Užuot sujungusi laiką ir erdvę, neigiama energija juos atstumia ir atskiria. Grubiai tariant, kad toks modelis veiktų, Alcubierre reikia neigiamos energijos, kad praplėstų erdvėlaikį už laivo.

Nepaisant to, kad neigiamos energijos niekas iš tikrųjų niekada nematavo, pagal kvantinę mechaniką ji egzistuoja, o ją sukurti mokslininkai išmoko laboratorijoje. Vienas iš būdų jį atkurti yra per Kazimiero efektą: dvi lygiagrečiai laidžios plokštės, išdėstytos arti viena kitos, sukuria tam tikrą neigiamos energijos kiekį. Silpnumas Alcubierre'o modelis yra toks, kad jo įgyvendinimui reikalingas didžiulis neigiamos energijos kiekis, keliomis eilėmis didesnės nei mokslininkai įvertino.

White'as sako, kad rado būdą, kaip apeiti šį apribojimą. Kompiuteriniu modeliavimu White'as modifikavo deformacijos lauko geometriją taip, kad teoriškai jis galėtų sukurti deformuotą burbulą, naudodamas milijonus kartų mažiau neigiamos energijos, nei apskaičiavo Alcubierre'as, ir galbūt pakankamai mažai, kad erdvėlaivis galėtų turėti priemones jam sukurti. "Atradimai, - sako White'as, - pakeičia Alcubierre'o metodą iš nepraktiško į visiškai patikimą".

ATASKAITA IŠ WHITE'S LAB

Džonsono kosmoso centras yra netoli Hiustono lagūnų, su vaizdu į Galvestono įlanką. Centras yra šiek tiek panašus į priemiesčio koledžo miestelį, skirtas tik astronautų mokymui. Apsilankymo dieną White'as mane pasitinka 15 pastate – kelių aukštų koridorių, biurų ir laboratorijų labirinte, kuriame atliekami variklio bandymai. White'as vilki „Eagleworks“ polo marškinėlius (taip jis vadina savo variklio eksperimentus), išsiuvinėtus virš futuristinio erdvėlaivio skrendančiu ereliu.

White'as savo karjerą pradėjo kaip inžinierius, atlikdamas tyrimus kaip robotų grupės dalis. Baigdamas plazmos fizikos mokslų daktaro laipsnį, jis galiausiai pradėjo vadovauti visam TKS robotikos sparnui. Tik 2009 metais jis pakeitė savo pomėgius į judesio studijas, ir ši tema jį taip sužavėjo, kad tapo pagrindine priežastimi, kodėl jis išvyko dirbti į NASA.

„Jis gana neįprastas žmogus“, – sako jo viršininkas Johnas Applewhite'as, vadovaujantis varomųjų sistemų padaliniui. – Jis neabejotinai yra didelis svajotojas, bet kartu ir talentingas inžinierius. Jis žino, kaip savo fantazijas paversti tikru inžineriniu produktu. Maždaug tuo pačiu metu, kai jis prisijungė prie NASA, White'as paprašė leidimo atidaryti savo laboratoriją, skirtą pažangioms varymo sistemoms. Jis pats sugalvojo pavadinimą „Eagleworks“ ir netgi paprašė NASA sukurti jo specializacijos logotipą. Tada prasidėjo šis darbas.

White'as veda mane į savo biurą, kuriuo dalijasi su kolega, ieškančiu vandens Mėnulyje, o paskui nusileidžia į Eagleworks. Vaikščiodamas jis pasakoja man apie savo prašymą atidaryti laboratoriją ir vadina tai „ilgu sudėtingu procesu ieškant pažangaus judėjimo, kuris padėtų žmogui tyrinėti erdvę“.

White'as parodo man objektą ir parodo jo pagrindinę funkciją – tai, ką jis vadina „kvantiniu vakuuminiu plazmos varikliu“ (QVPT). Šis prietaisas atrodo kaip didžiulė raudona aksominė spurga su laidais, tvirtai apvyniotais aplink šerdį. Tai viena iš dviejų „Eagleworks“ iniciatyvų (kita – „Warp drive“). Tai taip pat yra slapta plėtra. Kai paklausiu, kas tai yra, White'as sako, kad viskas, ką jis gali pasakyti, yra tai, kad technologija yra dar šaunesnė nei metmenų pavara.) Pagal 2011 m. NASA ataskaitą, kurią parašė White, prietaisas naudoja kvantinius svyravimus. tuščia vieta kaip kuro šaltinis, o tai reiškia, kad erdvėlaiviui, varomam QVPT, degalų nereikia.

Variklis naudoja kvantinius svyravimus tuščioje erdvėje kaip kuro šaltinį,
o tai reiškia erdvėlaivį,
varomas QVPT, nereikalauja kuro.

Kai prietaisas veikia, White'o sistema atrodo kinematografiškai tobula: lazerio spalva yra raudona, o du spinduliai sukryžiuoti kaip kardai. Žiedo viduje yra keturi keraminiai kondensatoriai, pagaminti iš bario titanato, kurį White įkrauna esant 23 000 voltų. White'as pastaruosius dvejus su puse metų praleido kurdamas eksperimentą ir sako, kad kondensatoriai rodo didžiulį potencinė energija. Tačiau kai paklausiu, kaip sukurti neigiamą energiją, reikalingą iškreiptam erdvėlaikiui, jis vengia atsakyti. Jis aiškina, kad pasirašė neatskleidimo sutartį, todėl detalių atskleisti negali. Klausiu, su kuo jis sudarė šias sutartis. Jis sako: „Su žmonėmis. Jie ateina ir nori pasikalbėti. Negaliu jums pateikti daugiau informacijos“.

VARIKLIO IDĖJOS PRIĖŠININKAI

Kol kas iškreipta kelionių teorija yra gana intuityvi – iškreipia laiką ir erdvę, kad susidarytų judantis burbulas – ir ji turi keletą reikšmingų trūkumų. Net jei White'as žymiai sumažintų neigiamos energijos kiekį, reikalingą Alcubierre'ui, tam vis tiek prireiktų daugiau, nei gali pagaminti mokslininkai, sako Lawrence'as Fordas, fizikas iš Tuftso universiteto, per pastaruosius 30 metų parašęs daugybę darbų neigiamos energijos tema. . Fordas ir kiti fizikai teigia, kad egzistuoja esminiai fiziniai apribojimai, ne tiek dėl inžinerinių trūkumų, kiek dėl to, kad toks neigiamos energijos kiekis negali ilgai egzistuoti vienoje vietoje.

Kitas iššūkis: norėdami sukurti metmenų rutulį, kuris skrieja greičiau nei šviesa, mokslininkai turės generuoti neigiamą energiją aplink erdvėlaivį ir virš jo. White nemano, kad tai yra problema; jis labai miglotai atsako, kad variklis greičiausiai veiks dėl kažkokio esamo „aparato, kuris sukuria būtinas sąlygas“. Tačiau šių sąlygų sukūrimas priešais laivą reikštų nuolatinį neigiamos energijos, keliaujančios greičiau už šviesos greitį, tiekimą, o tai vėlgi prieštarauja bendrajam reliatyvumui.

Galiausiai erdvės deformacijos variklis kelia konceptualų klausimą. Bendrojoje reliatyvumo teorijoje, kelionė superluminal greičiu prilygsta keliavimui laiku. Jei toks variklis yra tikras, White'as sukuria laiko mašiną.

Šios kliūtys kelia rimtų abejonių. „Nemanau, kad mums žinoma fizika ir fizikos dėsniai leidžia tikėti, kad jis ką nors pasieks savo eksperimentais“, – sako Kenas Olumas, Tuftso universiteto fizikas, taip pat dalyvavęs diskusijose apie egzotišką varomą laivą „Starship 100th“. Jubiliejinis susirinkimas“. Noah Graham, Middlebury koledžo fizikas, mano prašymu perskaitęs du White'o darbus, man atsiuntė el. laišką: „Nematau jokių vertingų mokslinių įrodymų, išskyrus nuorodas į ankstesnius jo darbus“.

Alcubierre'as, dabar fizikas iš Nacionalinio autonominio Meksikos universiteto, turi savo abejonių. „Net jei aš stoviu erdvėlaivis ir aš turiu neigiamos energijos, niekaip negaliu jos įdėti ten, kur reikia“, – sako jis man telefonu iš savo namų Meksikoje. – Ne, idėja magiška, man patinka, pati parašiau. Tačiau jame yra keletas rimtų trūkumų, kuriuos matau dabar, bėgant metams, ir nežinau nei vieno būdo, kaip juos ištaisyti.

SUPER GREITIO ATEITIS

Į kairę nuo pagrindinių Johnsono mokslo centro vartų ant šono guli raketa Saturn V, jos pakopos atskirtos, kad būtų parodytas jos vidinis turinys. Tai milžiniška – vienas iš daugelio jo variklių yra mažo automobilio dydžio, o pati raketa pora pėdų ilgesnė už futbolo aikštę. Tai, žinoma, gana iškalbingas kosminės navigacijos ypatumų įrodymas. Be to, jai 40 metų, o laikas, kuriam ji atstovauja, kai NASA buvo didžiulio nacionalinio plano pasiųsti žmogų į Mėnulį dalis, jau seniai praėjo. Šiandien JSC yra tiesiog vieta, kuri kažkada buvo puiki, bet nuo to laiko paliko kosmoso avangardą.

Judėjimo proveržis gali reikšti nauja era JSC ir NASA, ir tam tikru mastu dalis šios eros prasideda dabar. 2007 metais paleistas zondas Dawn tiria asteroido žiedą naudodamas jonų variklius. 2010 metais japonai užsakė pirmąjį tarpplanetinį žvaigždėlaivį „Icarus“, varomą saulės bure – kito eksperimentinio varymo tipo. O 2016 m. mokslininkai planuoja išbandyti VASMIR – plazma varomą sistemą, sukurtą specialiai didelės varomosios jėgos traukai TKS. Tačiau kai šios sistemos gali nugabenti astronautus į Marsą, jos vis tiek negalės jų iškelti už Saulės sistemos ribų. White'o teigimu, kad tai pasiektų, NASA turės imtis rizikingesnių projektų.

„Warp drive“ yra turbūt labiausiai nutolusios Nas pastangos kurti judėjimo projektus. Mokslo bendruomenė sako, kad White negali to sukurti. Ekspertai teigia, kad tai prieštarauja gamtos ir fizikos dėsniams. Nepaisant to, NASA remia projektą. „Tai nėra subsidijuojama tokiu aukštu vyriausybės lygiu, koks turėtų būti“, – sako Applewhite. - Manau, kad vadovybė yra ypatingai suinteresuota, kad jis tęstų savo darbą; Tai viena iš tų teorinių koncepcijų, kuri, jei pasiseka, visiškai pakeičia žaidimą.

Sausio mėnesį White'as surinko savo deformacijos interferometrą ir perėjo prie kito savo tikslo. Eagleworks išaugo nuosavas namas. Naujoji laboratorija yra didesnė ir, kaip jis entuziastingai pareiškia, „seismiškai izoliuotas“, o tai reiškia, kad jis yra apsaugotas nuo vibracijų. Tačiau turbūt geriausias dalykas naujojoje laboratorijoje (ir pats įspūdingiausias) yra tai, kad NASA suteikė White'ui tokias pačias sąlygas, kokias Mėnulyje turėjo Neilas Armstrongas ir Buzzas Aldrinas. Na, pažiūrėsim.