În septembrie 2011, fizicianul Antonio Ereditato a șocat lumea. Declarația lui ar fi putut să răstoarne înțelegerea noastră despre univers. Dacă datele culese de cei 160 de oameni de știință ai proiectului OPERA erau corecte, s-a observat incredibilul. Particulele - în acest caz neutrinii - se mișcau mai repede decât lumina. Conform teoriei relativității a lui Einstein, acest lucru este imposibil. Iar consecințele unei astfel de observații ar fi incredibile. Poate că înseși bazele fizicii ar trebui revizuite.

Deși Ereditato a spus că el și echipa sa au fost „extrem de încrezători” în rezultatele lor, ei nu au spus că datele sunt complet exacte. În schimb, au cerut altor oameni de știință să-i ajute să-și dea seama ce se întâmplă.

În cele din urmă, s-a dovedit că rezultatele OPERA au fost greșite. Un cablu prost conectat a cauzat o problemă de sincronizare, iar semnalele de la sateliții GPS au fost inexacte. A existat o întârziere neașteptată a semnalului. Drept urmare, măsurătorile timpului în care i-a luat neutrinului să depășească o anumită distanță au arătat un plus de 73 de nanosecunde: părea că neutrinii zburau mai repede decât lumina.

În ciuda lunilor de verificare atentă înainte de începerea experimentului și reverificarea datelor după aceea, oamenii de știință s-au înșelat grav. Ereditato a demisionat, în ciuda remarcilor multora că astfel de erori au apărut întotdeauna din cauza complexității extreme a acceleratorilor de particule.

De ce sugestia - simpla sugestie - că ceva ar putea călători mai repede decât lumina ar provoca o asemenea agitație? Cât de siguri suntem că nimic nu poate depăși această barieră?

Să ne ocupăm mai întâi de a doua dintre aceste întrebări. Viteza luminii în vid este de 299.792,458 de kilometri pe secundă - pentru comoditate, acest număr este rotunjit la 300.000 de kilometri pe secundă. Este destul de rapid. Soarele se află la 150 de milioane de kilometri de Pământ, iar lumina de la acesta ajunge pe Pământ în doar opt minute și douăzeci de secunde.

Poate vreuna dintre creațiile noastre să concureze în cursa cu lumină? Unul dintre cele mai rapide obiecte create de om vreodată, sonda spațială New Horizons a trecut pe lângă Pluto și Charon în iulie 2015. A atins o viteză față de Pământ de 16 km/s. Cu mult mai puțin de 300.000 km/s.

Cu toate acestea, aveam particule minuscule care se mișcau destul de repede. La începutul anilor 1960, William Bertozzi de la MIT a experimentat accelerarea electronilor la viteze și mai mari.

Deoarece electronii au o sarcină negativă, ei pot fi accelerați - mai precis, respinși - prin aplicarea aceleiași sarcini negative unui material. Cu cât se aplică mai multă energie, cu atât electronii accelerează mai repede.

S-ar crede că ar trebui pur și simplu să crești energia aplicată pentru a accelera până la o viteză de 300.000 km/s. Dar se dovedește că electronii pur și simplu nu se pot mișca atât de repede. Experimentele lui Bertozzi au arătat că utilizarea mai multor energie nu duce la o creștere direct proporțională a vitezei electronilor.

În schimb, a trebuit să se aplice cantități uriașe de energie suplimentară pentru a modifica chiar și ușor viteza electronilor. S-a apropiat din ce în ce mai mult de viteza luminii, dar nu a atins-o niciodată.

Imaginați-vă că vă deplasați către ușă în pași mici, fiecare acoperind jumătate din distanța de la poziția dvs. actuală până la ușă. Strict vorbind, nu vei ajunge niciodată la uşă, pentru că după fiecare pas pe care îl faci vei avea o distanţă de depăşit. Bertozzi s-a confruntat cu o problemă similară atunci când a avut de-a face cu electronii săi.

Dar lumina este formată din particule numite fotoni. De ce se pot mișca aceste particule cu viteza luminii, dar electronii nu?

„Pe măsură ce obiectele merg din ce în ce mai repede, devin mai grele – cu cât devin mai grele, cu atât le este mai greu să accelereze, astfel încât nu vei atinge niciodată viteza luminii”, spune Roger Russoul, fizician la Universitatea din Melbourne din Australia. . „Un foton nu are masă. Dacă ar avea masă, nu s-ar putea mișca cu viteza luminii”.

Fotonii sunt speciali. Nu numai că le lipsește masa, ceea ce le oferă libertate deplină de mișcare în vidul spațiului, dar nici nu au nevoie să accelereze. Energia naturală pe care o au la dispoziție se mișcă în valuri, la fel ca și ei, așa că în momentul creării lor au deja viteza maximă. În anumite privințe, este mai ușor să ne gândim la lumină ca energie, mai degrabă decât ca un flux de particule, deși, în adevăr, lumina este ambele.

Cu toate acestea, lumina călătorește mult mai lent decât ne-am putea aștepta. În timp ce tehnicienilor de internet le place să vorbească despre comunicațiile care rulează „cu viteza luminii” în fibră, lumina se deplasează cu 40% mai încet în fibra de sticlă decât în ​​vid.

În realitate, fotonii călătoresc cu 300.000 km/s, dar întâmpină o anumită interferență cauzată de alți fotoni care sunt emiși de atomii de sticlă pe măsură ce trece unda luminoasă principală. Poate că nu este ușor de înțeles, dar măcar am încercat.

În același mod, în cadrul unor experimente speciale cu fotoni individuali, a fost posibil să le încetinească destul de impresionant. Dar în majoritatea cazurilor, 300.000 vor fi adevărate.Nu am văzut sau creat nimic care să se poată mișca la fel de repede sau chiar mai repede. Există puncte speciale, dar înainte de a le atinge, să ne referim la cealaltă problemă. De ce este atât de important ca regula vitezei luminii să fie respectată cu strictețe?

Răspunsul are de-a face cu persoana numită, așa cum este adesea cazul în fizică. Teoria sa specială a relativității explorează numeroasele implicații ale limitelor sale universale de viteză. Unul dintre cele mai importante elemente ale teoriei este ideea că viteza luminii este constantă. Indiferent unde vă aflați sau cât de repede vă mișcați, lumina se deplasează întotdeauna cu aceeași viteză.

Dar acest lucru ridică câteva probleme conceptuale.

Imaginați-vă lumina care cade dintr-o lanternă pe o oglindă de pe tavanul unei nave spațiale staționare. Lumina crește, se reflectă în oglindă și cade pe podeaua navei spațiale. Să presupunem că parcurge o distanță de 10 metri.

Acum imaginați-vă că această navă spațială începe să se miște cu o viteză enormă de multe mii de kilometri pe secundă. Când aprindeți lanterna, lumina se comportă ca înainte: strălucește în sus, lovește oglinda și se reflectă pe podea. Dar pentru a face acest lucru, lumina trebuie să călătorească în diagonală, nu pe verticală. La urma urmei, oglinda se mișcă acum rapid împreună cu nava spațială.

În consecință, distanța pe care o depășește lumina crește. Să zicem 5 metri. Se dovedește 15 metri în general, nu 10.

Și în ciuda acestui fapt, deși distanța a crescut, teoriile lui Einstein susțin că lumina va călători în continuare cu aceeași viteză. Deoarece viteza este distanța împărțită la timp, deoarece viteza a rămas aceeași și distanța a crescut, timpul trebuie să crească și el. Da, timpul însuși trebuie să se întindă. Și, deși sună ciudat, a fost confirmat experimental.

Acest fenomen se numește dilatare a timpului. Timpul se mișcă mai lent pentru persoanele care se deplasează în vehicule cu mișcare rapidă față de cei care staționează.

De exemplu, timpul este cu 0,007 secunde mai lent pentru astronauții de pe Stația Spațială Internațională, care călătorește cu 7,66 km/s față de Pământ, în comparație cu oamenii de pe planetă. Și mai interesantă este situația cu particule precum electronii menționați mai sus, care se pot deplasa aproape de viteza luminii. În cazul acestor particule, gradul de decelerare va fi enorm.

Stephen Kolthammer, un fizician experimental la Universitatea Oxford din Marea Britanie, arată exemplul particulelor numite muoni.

Muonii sunt instabili: se descompun rapid în particule mai simple. Atât de repede încât majoritatea muonilor care părăsesc Soarele trebuie să se fi descompus în momentul în care ajung pe Pământ. Dar, în realitate, muonii ajung pe Pământ de la Soare în volume colosale. Fizicienii au încercat de mult să înțeleagă de ce.

„Răspunsul la acest puzzle este că muonii sunt generați cu o astfel de energie încât se mișcă cu o viteză apropiată de viteza luminii”, spune Kolthammer. „Simțul lor al timpului, ca să spunem așa, ceasul lor intern este lent.”

Muonii „rămân în viață” mai mult decât ne-am așteptat în raport cu noi, datorită unei deformări temporale adevărate, naturale. Când obiectele se mișcă rapid în raport cu alte obiecte, lungimea lor scade și ea, se micșorează. Aceste efecte, dilatarea timpului și reducerea lungimii, sunt exemple ale modului în care spațiu-timp se schimbă în funcție de mișcarea lucrurilor - eu, tu sau o navă spațială - care au masă.

Ceea ce este important, așa cum spunea Einstein, lumina nu este afectată pentru că nu are masă. De aceea aceste principii merg mână în mână. Dacă obiectele s-ar putea mișca mai repede decât lumina, ele ar respecta legile fundamentale care descriu modul în care funcționează universul. Acestea sunt principiile cheie. Acum putem vorbi despre câteva excepții și digresiuni.

Pe de o parte, deși nu am văzut nimic care se mișcă mai repede decât lumina, asta nu înseamnă că această limită de viteză nu poate fi depășită teoretic în condiții foarte specifice. Luați, de exemplu, expansiunea universului însuși. Galaxiile din univers se îndepărtează unele de altele cu o viteză mult mai mare decât viteza luminii.

O altă situație interesantă se referă la particulele care împărtășesc aceleași proprietăți în același timp, indiferent cât de departe sunt acestea. Aceasta este așa-numita „întanglement cuantic”. Un foton se va învârti în sus și în jos aleatoriu, alegând dintre două stări posibile, dar alegerea direcției de rotație se va reflecta cu acuratețe asupra altui foton oriunde altundeva dacă acestea sunt încurcate.

Doi oameni de știință, fiecare studiind propriul foton, vor obține același rezultat în același timp, mai repede decât ar putea permite viteza luminii.

Cu toate acestea, în ambele exemple, este important să rețineți că nicio informație nu călătorește mai repede decât viteza luminii între două obiecte. Putem calcula expansiunea universului, dar nu putem observa în el obiecte mai rapide decât lumina: acestea au dispărut din vedere.

În ceea ce privește cei doi oameni de știință cu fotonii lor, deși ar putea obține același rezultat în același timp, nu și-au putut spune unul altuia despre asta mai repede decât trece lumina între ei.

„Asta nu ne creează probleme, pentru că dacă poți trimite semnale mai rapide decât lumina, obții paradoxuri bizare în care informațiile se pot întoarce cumva în timp”, spune Kolthammer.

Există o altă modalitate posibilă de a face posibilă din punct de vedere tehnic călătoria mai rapidă decât lumina: rupturi în spațiu-timp care permit călătorului să scape de regulile călătoriilor convenționale.

Gerald Cleaver de la Universitatea Baylor din Texas crede că într-o zi vom putea construi o navă spațială care călătorește mai repede decât lumina. Care se mișcă prin gaura de vierme. Găurile de vierme sunt bucle în spațiu-timp care se încadrează bine în teoriile lui Einstein. Ele ar putea permite unui astronaut să sară de la un capăt la altul al universului folosind o anomalie în spațiu-timp, o formă de scurtătură cosmică.

Un obiect care călătorește printr-o gaură de vierme nu ar depăși viteza luminii, dar teoretic ar putea ajunge la destinație mai repede decât lumina care urmează calea „normală”. Dar găurile de vierme ar putea să nu fie deloc accesibile călătoriilor în spațiu. Ar putea exista o altă modalitate de a deforma în mod activ spațiu-timp pentru a merge mai repede de 300.000 km/s față de oricine altcineva?

Cleaver a explorat și ideea unui „motor Alcubierre”, în 1994. Descrie o situație în care spațiu-timp se contractă în fața navei spațiale, împingând-o înainte și se extinde în spatele ei, împingând-o și înainte. „Dar apoi”, spune Cleaver, „au fost probleme: cum să o faci și de câtă energie ar fi nevoie.”

În 2008, el și studentul său absolvent Richard Obousi au calculat de câtă energie ar fi nevoie.

„Ne-am imaginat o navă de 10m x 10m x 10m – 1.000 de metri cubi – și am calculat că cantitatea de energie necesară pentru a începe procesul ar fi echivalentă cu masa unui întreg Jupiter”.

După aceea, energia trebuie să fie „turnată” în mod constant, pentru ca procesul să nu se termine. Nimeni nu știe dacă acest lucru va fi vreodată posibil sau cum vor arăta tehnologiile necesare. „Nu vreau să fiu citat timp de secole după aceea ca și cum aș fi prezis ceva care nu se va întâmpla niciodată”, spune Cleaver, „dar până acum nu văd soluții”.

Deci, călătoria mai rapidă decât lumina rămâne o fantezie pentru moment. Până acum, singura modalitate este să te cufundați în animația suspendată profundă. Și totuși, nu totul este atât de rău. În cele mai multe cazuri, am vorbit despre lumina vizibilă. Dar, în realitate, lumina este mult mai mult. De la unde radio și microunde până la lumină vizibilă, radiații ultraviolete, raze X și raze gamma emise de atomi pe măsură ce se degradează, aceste raze frumoase sunt toate formate din același lucru: fotoni.

Diferența este în energie și, prin urmare, în lungime de undă. Împreună, aceste raze alcătuiesc spectrul electromagnetic. Faptul că undele radio călătoresc cu viteza luminii, de exemplu, este incredibil de util pentru comunicații.

În cercetările sale, Kolthammer creează un circuit care folosește fotoni pentru a trimite semnale dintr-o parte a circuitului în alta, așa că merită dreptul de a comenta utilitatea incredibilei viteze a luminii.

„Faptul că am construit infrastructura internetului, de exemplu, și înainte de acel radio bazat pe lumină, are de-a face cu ușurința cu care îl putem transmite”, notează el. Și adaugă că lumina acționează ca o forță de comunicare a Universului. Atunci când electronii din telefonul mobil încep să se trezească, fotonii zboară și fac să treacă și electronii din celălalt telefon mobil. Așa se naște un apel telefonic. Tremurul electronilor din Soare emite și fotoni - în număr mare - care, desigur, formează lumina care dă vieții pe Pământ căldură și, ehm, lumină.

Lumina este limbajul universal al universului. Viteza sa - 299.792,458 km/s - rămâne constantă. Între timp, spațiul și timpul sunt maleabile. Poate că ar trebui să ne gândim nu cum să ne mișcăm mai repede decât lumina, ci cum să ne mișcăm mai repede prin acest spațiu și de data aceasta? Coaptă până la rădăcină, ca să zic așa?

Doctor în Științe Tehnice A. GOLUBEV.

La jumătatea anului trecut, în reviste a apărut un reportaj senzațional. Un grup de cercetători americani a descoperit că un impuls laser foarte scurt se deplasează de sute de ori mai repede într-un mediu special selectat decât în ​​vid. Acest fenomen părea absolut incredibil (viteza luminii într-un mediu este întotdeauna mai mică decât în ​​vid) și chiar a dat naștere la îndoieli cu privire la validitatea teoriei relativității speciale. Între timp, un obiect fizic superluminal - un impuls laser într-un mediu de amplificare - a fost descoperit pentru prima dată nu în 2000, ci cu 35 de ani mai devreme, în 1965, iar posibilitatea mișcării superluminale a fost discutată pe larg până la începutul anilor '70. Astăzi, discuția despre acest fenomen ciudat a izbucnit cu o vigoare reînnoită.

Exemple de mișcare „superluminală”.

La începutul anilor 1960, impulsurile de lumină scurte de mare putere au început să fie obținute prin trecerea unui bliț laser printr-un amplificator cuantic (un mediu cu o populație inversă).

În mediul de amplificare, regiunea inițială a pulsului de lumină determină emisia stimulată de atomi în mediul de amplificare, iar regiunea sa finală determină absorbția de energie de către aceștia. Ca rezultat, observatorului i se va părea că pulsul se mișcă mai repede decât lumina.

Experimentul Lijun Wong.

Un fascicul de lumină care trece printr-o prismă dintr-un material transparent (cum ar fi sticla) este refractat, adică experimentează dispersie.

Un impuls de lumină este un set de oscilații de diferite frecvențe.

Probabil că toată lumea – chiar și oamenii departe de fizică – știe că viteza maximă posibilă de mișcare a obiectelor materiale sau de propagare a oricăror semnale este viteza luminii în vid. Este marcat cu litera Cuși este de aproape 300 de mii de kilometri pe secundă; valoare exacta Cu= 299 792 458 m/s. Viteza luminii în vid este una dintre constantele fizice fundamentale. Imposibilitatea de a atinge viteze depășite Cu, rezultă din teoria relativității speciale (SRT) a lui Einstein. Dacă ar fi posibil să se demonstreze că transmisia de semnale cu viteză superluminală este posibilă, teoria relativității ar cădea. Până acum, acest lucru nu s-a întâmplat, în ciuda numeroaselor încercări de a respinge interzicerea existenței unor viteze mai mari decât Cu. Cu toate acestea, unele fenomene foarte interesante au fost descoperite în studii experimentale recente, care indică faptul că în condiții special create este posibil să se observe viteze superluminale fără a încălca principiile teoriei relativității.

Pentru început, să reamintim principalele aspecte legate de problema vitezei luminii. În primul rând: de ce este imposibil (în condiții normale) să se depășească limita de lumină? Pentru că atunci legea fundamentală a lumii noastre este încălcată - legea cauzalității, potrivit căreia efectul nu poate depăși cauza. Nimeni nu a observat vreodată că, de exemplu, un urs a căzut mai întâi mort, iar apoi un vânător împușcat. La viteze care depășesc Cu, succesiunea evenimentelor este inversată, banda de timp este rebobinată. Acest lucru se poate observa cu ușurință din următorul raționament simplu.

Să presupunem că ne aflăm pe o anumită navă miracolă cosmică care se mișcă mai repede decât lumina. Apoi, vom ajunge treptat din urmă cu lumina emisă de sursă în momente din ce în ce mai timpurii. În primul rând, am ajunge din urmă cu fotonii emiși, să zicem, ieri, apoi - emiși alaltăieri, apoi - o săptămână, o lună, un an în urmă și așa mai departe. Dacă sursa de lumină ar fi o oglindă care reflectă viața, atunci am vedea mai întâi evenimentele de ieri, apoi alaltăieri și așa mai departe. Am putea vedea, să zicem, un bătrân care treptat se transformă într-un bărbat de vârstă mijlocie, apoi într-un tânăr, într-un tânăr, într-un copil... Adică timpul s-ar întoarce, am trece din prezent la trecutul. Cauza și efectul ar fi apoi inversate.

Deși acest argument ignoră complet detaliile tehnice ale procesului de observare a luminii, din punct de vedere fundamental, demonstrează clar că mișcarea cu o viteză superluminală duce la o situație imposibilă în lumea noastră. Cu toate acestea, natura a stabilit condiții și mai stricte: mișcarea este de neatins nu numai la viteza superluminală, ci și la o viteză egală cu viteza luminii - poți doar să te apropii de ea. Din teoria relativității rezultă că, odată cu creșterea vitezei de mișcare, apar trei circumstanțe: masa unui obiect în mișcare crește, dimensiunea acestuia scade în direcția mișcării și trecerea timpului pe acest obiect încetinește (de la punctul de vedere al unui observator extern „odihnitor). La viteze obișnuite, aceste modificări sunt neglijabile, dar pe măsură ce ne apropiem de viteza luminii, ele devin din ce în ce mai vizibile, iar în limită - la o viteză egală cu Cu, - masa devine infinit de mare, obiectul își pierde complet dimensiunea în direcția mișcării și timpul se oprește asupra lui. Prin urmare, niciun corp material nu poate atinge viteza luminii. Doar lumina în sine are o asemenea viteză! (Și, de asemenea, particula „tot-penetrează” - neutrinul, care, ca și fotonul, nu se poate mișca cu o viteză mai mică decât Cu.)

Acum despre viteza de transmisie a semnalului. Aici este potrivit să folosim reprezentarea luminii sub formă de unde electromagnetice. Ce este un semnal? Acestea sunt câteva informații care trebuie transmise. O undă electromagnetică ideală este o sinusoidă infinită de strict o frecvență și nu poate transporta nicio informație, deoarece fiecare perioadă a unui astfel de sinusoid o repetă exact pe cea anterioară. Viteza cu care se mișcă faza undei sinusoidale - așa-numita viteză de fază - poate depăși viteza luminii în vid în anumite condiții. Nu există restricții aici, deoarece viteza de fază nu este viteza semnalului - nu există încă. Pentru a crea un semnal, trebuie să faceți un fel de „marcă” pe val. Un astfel de marcaj poate fi, de exemplu, o modificare a oricăruia dintre parametrii undei - amplitudine, frecvență sau fază inițială. Dar de îndată ce se face marcajul, unda își pierde sinusoidalitatea. Ea devine modulată, constând dintr-un set de unde sinusoidale simple cu diferite amplitudini, frecvențe și faze inițiale - un grup de unde. Viteza de mișcare a semnului în unda modulată este viteza semnalului. Când se propagă într-un mediu, această viteză coincide de obicei cu viteza grupului care caracterizează propagarea grupului de unde de mai sus în ansamblu (a se vedea „Știința și viața” nr. 2, 2000). În condiții normale, viteza grupului și, prin urmare, viteza semnalului, este mai mică decât viteza luminii în vid. Nu este o coincidență că aici este folosită expresia „în condiții normale”, deoarece în unele cazuri viteza de grup poate depăși și Cu sau chiar pierde sensul, dar atunci nu se aplică propagarii semnalului. În SRT se stabilește că este imposibil să se transmită un semnal la o viteză mai mare decât Cu.

De ce este așa? Deoarece obstacol în calea transmiterii oricărui semnal la o viteză mai mare decât Cu se aplică aceeași lege a cauzalității. Să ne imaginăm o astfel de situație. La un moment dat A, un fulger luminos (evenimentul 1) pornește un dispozitiv care trimite un anumit semnal radio, iar la un punct la distanță B, sub acțiunea acestui semnal radio, are loc o explozie (evenimentul 2). Este clar că evenimentul 1 (flash) este cauza, iar evenimentul 2 (explozia) este efectul care apare mai târziu decât cauza. Dar dacă semnalul radio s-ar propaga cu o viteză superluminală, un observator din apropierea punctului B ar vedea mai întâi o explozie și abia apoi - aceasta a ajuns la el cu o viteză. Cu fulger de lumină, cauza exploziei. Cu alte cuvinte, pentru acest observator, evenimentul 2 s-ar fi petrecut înaintea evenimentului 1, adică efectul ar fi precedat cauza.

Este oportun să subliniem că „interdicția superluminală” a teoriei relativității se impune numai mișcării corpurilor materiale și transmiterii semnalelor. În multe situații este posibil să se deplaseze cu orice viteză, dar va fi mișcarea obiectelor nemateriale și a semnalelor. De exemplu, imaginați-vă două rigle destul de lungi situate în același plan, dintre care unul este situat orizontal, iar celălalt îl intersectează într-un unghi mic. Dacă prima linie este deplasată în jos (în direcția indicată de săgeată) cu viteză mare, punctul de intersecție al liniilor poate fi făcut să ruleze arbitrar rapid, dar acest punct nu este un corp material. Un alt exemplu: dacă luați o lanternă (sau, să zicem, un laser care dă un fascicul îngust) și descrieți rapid un arc în aer, atunci viteza liniară a punctului luminos va crește odată cu distanța și, la o distanță suficient de mare, va depăşi Cu. Punctul de lumină se va deplasa între punctele A și B la viteză superluminală, dar aceasta nu va fi o transmisie de semnal de la A la B, deoarece un astfel de punct de lumină nu conține nicio informație despre punctul A.

S-ar părea că problema vitezelor superluminale a fost rezolvată. Dar în anii 60 ai secolului XX, fizicienii teoreticieni au înaintat ipoteza existenței particulelor superluminale, numite tahioni. Acestea sunt particule foarte ciudate: sunt posibile teoretic, dar pentru a evita contradicțiile cu teoria relativității, a trebuit să li se atribuie o masă imaginară de repaus. Masa imaginară fizic nu există, este o abstractizare pur matematică. Cu toate acestea, acest lucru nu a provocat prea multă îngrijorare, deoarece tahionii nu pot fi în repaus - ei există (dacă există!) numai la viteze care depășesc viteza luminii în vid, iar în acest caz masa tahionului se dovedește a fi reală. Există o analogie cu fotonii aici: un foton are masa de repaus zero, dar asta înseamnă pur și simplu că fotonul nu poate fi în repaus - lumina nu poate fi oprită.

Cel mai dificil lucru a fost, așa cum era de așteptat, să reconciliezi ipoteza tahionică cu legea cauzalității. Încercările făcute în această direcție, deși au fost destul de ingenioase, nu au dus la un succes evident. Nici nimeni nu a reușit să înregistreze experimental tahionii. Ca rezultat, interesul pentru tahioni ca particule elementare superluminale a dispărut treptat.

Cu toate acestea, în anii 60, s-a descoperit experimental un fenomen care i-a dus la început pe fizicieni în confuzie. Acest lucru este descris în detaliu în articolul lui A. N. Oraevsky „Superluminal waves in amplifying media” (UFN nr. 12, 1998). Aici rezumăm pe scurt esența problemei, trimițând cititorul interesat de detalii la articolul menționat.

La scurt timp după descoperirea laserelor, la începutul anilor 1960, a apărut problema obținerii unor impulsuri luminoase scurte (cu o durată de ordinul a 1 ns = 10 -9 s) de mare putere. Pentru a face acest lucru, un scurt impuls laser a fost trecut printr-un amplificator cuantic optic. Pulsul a fost împărțit de o oglindă care diviza fasciculul în două părți. Unul dintre ei, mai puternic, a fost trimis la amplificator, iar celălalt s-a propagat în aer și a servit drept impuls de referință, cu care a fost posibil să se compare pulsul care a trecut prin amplificator. Ambele impulsuri au fost transmise fotodetectorilor, iar semnalele lor de ieșire au putut fi observate vizual pe ecranul osciloscopului. Era de așteptat ca impulsul de lumină care trece prin amplificator să experimenteze o oarecare întârziere în comparație cu impulsul de referință, adică viteza de propagare a luminii în amplificator să fie mai mică decât în ​​aer. Care a fost uimirea cercetătorilor când au descoperit că pulsul se propaga prin amplificator cu o viteză nu numai mai mare decât cea în aer, ci și de câteva ori mai mare decât viteza luminii în vid!

După ce și-au revenit din primul șoc, fizicienii au început să caute motivul unui rezultat atât de neașteptat. Nimeni nu a avut nici cea mai mică îndoială cu privire la principiile teoriei speciale a relativității și tocmai acesta este ceea ce a ajutat la găsirea explicației corecte: dacă principiile SRT sunt păstrate, atunci răspunsul ar trebui căutat în proprietățile mediului de amplificare. .

Fără a intra în detalii aici, menționăm doar că o analiză detaliată a mecanismului de acțiune a mediului de amplificare a clarificat complet situația. Punctul a fost o schimbare a concentrației de fotoni în timpul propagării pulsului - o schimbare datorată unei modificări a câștigului mediului până la o valoare negativă în timpul trecerii părții din spate a pulsului, când mediul este deja absorbind energie, deoarece propria sa rezervă a fost deja epuizată datorită transferului ei către impulsul luminos. Absorbția nu provoacă o creștere, ci o scădere a impulsului și astfel impulsul este întărit în față și slăbit în spate. Să ne imaginăm că observăm un puls cu un instrument care se mișcă cu viteza luminii într-un mediu amplificator. Dacă mediul ar fi transparent, am vedea un impuls înghețat în imobilitate. În mediul în care are loc procesul menționat mai sus, întărirea marginii de atac și slăbirea marginii de fugă a pulsului vor apărea observatorului în așa fel încât mediul, așa cum ar fi, a mutat pulsul înainte. . Dar din moment ce dispozitivul (observatorul) se mișcă cu viteza luminii, iar impulsul îl depășește, atunci viteza impulsului depășește viteza luminii! Acest efect a fost înregistrat de experimentatori. Și aici chiar nu există nicio contradicție cu teoria relativității: doar că procesul de amplificare este de așa natură încât concentrația de fotoni care au ieșit mai devreme se dovedește a fi mai mare decât cei care au ieșit mai târziu. Nu fotonii se mișcă cu viteză superluminală, ci anvelopa pulsului, în special maximul său, care se observă la osciloscop.

Astfel, în timp ce în mediile obișnuite există întotdeauna o slăbire a luminii și o scădere a vitezei acesteia, determinate de indicele de refracție, în mediile active cu laser, se observă nu doar amplificarea luminii, ci și propagarea unui impuls cu viteză superluminală.

Unii fizicieni au încercat să demonstreze experimental prezența mișcării superluminale în efectul de tunel, unul dintre cele mai uimitoare fenomene din mecanica cuantică. Acest efect constă în faptul că o microparticulă (mai precis, un microobiect care prezintă atât proprietățile unei particule, cât și proprietățile unei unde în diferite condiții) este capabilă să pătrundă așa-numita barieră de potențial - un fenomen care este complet imposibil. în mecanica clasică (în care o astfel de situație ar fi analogă: o minge aruncată într-un perete ar ajunge pe cealaltă parte a peretelui, sau mișcarea ondulatorie dată de o frânghie legată de perete s-ar transmite unei frânghii legate de perete). peretele de pe cealaltă parte). Esența efectului de tunel în mecanica cuantică este următoarea. Dacă un micro-obiect cu o anumită energie întâlnește în drum o zonă cu o energie potențială care depășește energia micro-obiectului, această zonă este o barieră pentru el, a cărei înălțime este determinată de diferența de energie. Dar micro-obiectul „se scurge” prin barieră! Această posibilitate îi este dată de cunoscuta relație de incertitudine Heisenberg, scrisă pentru energia și timpul de interacțiune. Dacă interacțiunea microobiectului cu bariera are loc pentru un timp suficient de definit, atunci energia microobiectului, dimpotrivă, va fi caracterizată de incertitudine, iar dacă această incertitudine este de ordinul înălțimii barierei, atunci aceasta din urmă încetează. să fie un obstacol de netrecut pentru microobiect. Este rata de penetrare prin bariera potențială care a devenit subiectul cercetării unui număr de fizicieni care cred că poate depăși Cu.

În iunie 1998, la Köln a avut loc un simpozion internațional despre problemele mișcărilor superluminale, unde au fost discutate rezultatele obținute în patru laboratoare - la Berkeley, Viena, Köln și Florența.

Și în sfârșit, în 2000, au fost raportate două noi experimente în care au apărut efectele propagării superluminale. Una dintre ele a fost realizată de Lijun Wong și colegii de muncă la un institut de cercetare din Princeton (SUA). Rezultatul său este că un impuls de lumină care intră într-o cameră plină cu vapori de cesiu își mărește viteza cu un factor de 300. S-a dovedit că partea principală a pulsului părăsește peretele îndepărtat al camerei chiar înainte ca pulsul să intre în cameră prin peretele frontal. O astfel de situație contrazice nu numai bunul simț, ci, în esență, și teoria relativității.

Raportul lui L. Wong a provocat discuții intense în rândul fizicienilor, dintre care majoritatea nu sunt înclinați să vadă în rezultatele obținute o încălcare a principiilor relativității. Provocarea, cred ei, este de a explica corect acest experiment.

În experimentul lui L. Wong, pulsul de lumină care intră în cameră cu vapori de cesiu a avut o durată de aproximativ 3 μs. Atomii de cesiu pot fi în șaisprezece stări posibile de mecanică cuantică, numite „subniveluri magnetice hiperfine ale stării fundamentale”. Folosind pomparea cu laser optic, aproape toți atomii au fost aduși la doar una dintre aceste șaisprezece stări, corespunzătoare temperaturii aproape zero absolute pe scara Kelvin (-273,15 o C). Lungimea camerei de cesiu a fost de 6 centimetri. În vid, lumina parcurge 6 centimetri în 0,2 ns. După cum au arătat măsurătorile, pulsul de lumină a trecut prin camera cu cesiu într-un timp cu 62 ns mai scurt decât în ​​vid. Cu alte cuvinte, timpul de tranzit al unui puls printr-un mediu de cesiu are semnul „minus”! Într-adevăr, dacă scădem 62 ns din 0,2 ns, obținem un timp „negativ”. Această „întârziere negativă” în mediu - un salt de timp de neînțeles - este egală cu timpul în care pulsul ar face 310 treceri prin cameră în vid. Consecința acestei „inversari de timp” a fost că impulsul care părăsea camera a reușit să se îndepărteze de ea cu 19 metri înainte ca impulsul de intrare să ajungă la peretele apropiat al camerei. Cum poate fi explicată o situație atât de incredibilă (cu excepția cazului în care, desigur, nu există nicio îndoială cu privire la puritatea experimentului)?

Judecând după discuția care a avut loc, încă nu a fost găsită o explicație exactă, dar nu există nicio îndoială că proprietățile neobișnuite de dispersie ale mediului joacă un rol aici: vaporii de cesiu, alcătuiți din atomi excitați de lumina laser, este un mediu cu dispersie anormală. Să ne amintim pe scurt despre ce este vorba.

Dispersia unei substanțe este dependența de indicele de refracție de fază (obișnuit). n pe lungimea de undă a luminii l. Cu dispersia normală, indicele de refracție crește odată cu scăderea lungimii de undă, iar acesta este cazul în sticlă, apă, aer și toate celelalte substanțe transparente la lumină. În substanțele care absorb puternic lumina, cursul indicelui de refracție se inversează odată cu modificarea lungimii de undă și devine mult mai abruptă: pe măsură ce l scade (frecvența w crește), indicele de refracție scade brusc și într-un anumit interval de lungimi de undă devine mai mic decât unitatea (fază viteză V f > Cu). Aceasta este dispersia anormală, în care modelul de propagare a luminii într-o substanță se schimbă radical. viteza de grup V cp devine mai mare decât viteza de fază a undelor și poate depăși viteza luminii în vid (și, de asemenea, devine negativă). L. Wong indică această împrejurare drept motivul care stă la baza posibilității de a explica rezultatele experimentului său. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că condiția V gr > Cu este pur formal, deoarece conceptul de viteză de grup a fost introdus pentru cazul dispersiei mici (normale), pentru medii transparente, când un grup de unde aproape că nu își schimbă forma în timpul propagării. În regiunile de dispersie anormală, totuși, pulsul luminos este rapid deformat și conceptul de viteză de grup își pierde sensul; in acest caz se introduc conceptele de viteza semnalului si viteza de propagare a energiei, care in mediile transparente coincid cu viteza de grup, in timp ce in mediile cu absorbtie raman mai mici decat viteza luminii in vid. Dar iată ce este interesant la experimentul lui Wong: un impuls de lumină, care trece printr-un mediu cu dispersie anormală, nu se deformează - își păstrează exact forma! Și aceasta corespunde ipotezei că impulsul se propagă cu viteza grupului. Dar dacă da, atunci se dovedește că nu există absorbție în mediu, deși dispersia anormală a mediului se datorează tocmai absorbției! Wong însuși, recunoscând că multe rămân neclare, crede că ceea ce se întâmplă în configurația sa experimentală poate fi explicat clar ca o primă aproximare, după cum urmează.

Un impuls de lumină este format din mai multe componente cu lungimi de undă (frecvențe) diferite. Figura prezintă trei dintre aceste componente (valurile 1-3). La un moment dat, toate cele trei unde sunt în fază (maximele lor coincid); aici ei, adunându-se, se întăresc reciproc și formează un impuls. Pe măsură ce undele se propagă mai departe în spațiu, ele sunt defazate și astfel se „sting” unele pe altele.

În regiunea de dispersie anormală (în interiorul celulei de cesiu), unda care a fost mai scurtă (unda 1) devine mai lungă. În schimb, valul care a fost cel mai lung dintre cele trei (unda 3) devine cel mai scurt.

În consecință, fazele undelor se schimbă și ele în consecință. Când undele au trecut prin celula de cesiu, fronturile lor de undă sunt restaurate. După ce au suferit o modulare de fază neobișnuită într-o substanță cu dispersie anormală, cele trei unde considerate se regăsesc din nou în fază la un moment dat. Aici se adună din nou și formează un puls de exact aceeași formă cu cel care intră în mediul de cesiu.

De obicei, în aer, și într-adevăr în orice mediu transparent normal dispersiv, un impuls luminos nu își poate menține forma cu acuratețe atunci când se propagă pe o distanță îndepărtată, adică toate componentele sale nu pot fi în fază în niciun punct îndepărtat de-a lungul căii de propagare. Și în condiții normale, un impuls de lumină într-un astfel de punct îndepărtat apare după ceva timp. Cu toate acestea, din cauza proprietăților anormale ale mediului utilizat în experiment, pulsul din punctul îndepărtat s-a dovedit a fi fazat în același mod ca la intrarea în acest mediu. Astfel, pulsul luminos se comportă ca și cum ar fi avut o întârziere negativă în drumul său către un punct îndepărtat, adică ar fi ajuns la el nu mai târziu, ci mai devreme decât a trecut de mediu!

Majoritatea fizicienilor sunt înclinați să asocieze acest rezultat cu apariția unui precursor de intensitate scăzută în mediul dispersiv al camerei. Faptul este că în descompunerea spectrală a pulsului, spectrul conține componente de frecvențe arbitrar înalte cu amplitudine neglijabilă, așa-numitul precursor, care merge înaintea „partea principală” a pulsului. Natura stabilirii și forma precursorului depind de legea dispersiei în mediu. Având în vedere acest lucru, succesiunea evenimentelor din experimentul lui Wong se propune să fie interpretată după cum urmează. Valul care vine, „întinde” prevestitorul în fața sa, se apropie de cameră. Înainte ca vârful undei de intrare să lovească peretele apropiat al camerei, precursorul inițiază apariția unui impuls în cameră, care ajunge la peretele îndepărtat și este reflectat din acesta, formând o „undă inversă”. Acest val, se propagă de 300 de ori mai repede Cu, ajunge la peretele din apropiere și întâlnește valul de intrare. Vârfurile unui val se întâlnesc cu jgheaburile altuia, astfel încât se anulează reciproc și nu rămâne nimic. Se pare că valul de intrare „returnează datoria” atomilor de cesiu, care i-au „împrumutat” energie la celălalt capăt al camerei. Cineva care urmărea doar începutul și sfârșitul experimentului ar vedea doar un puls de lumină care „sărea” înainte în timp, mișcându-se mai repede Cu.

L. Wong crede că experimentul său nu este în concordanță cu teoria relativității. Declarația despre imposibilitatea vitezei superluminale, crede el, este aplicabilă numai obiectelor cu o masă de repaus. Lumina poate fi reprezentată fie sub formă de unde, cărora conceptul de masă este în general inaplicabil, fie sub formă de fotoni cu o masă în repaus, după cum se știe, egală cu zero. Prin urmare, viteza luminii în vid, potrivit lui Wong, nu este limita. Cu toate acestea, Wong admite că efectul pe care l-a descoperit nu face posibilă transmiterea informațiilor la o viteză mai mare decât Cu.

„Informațiile de aici sunt deja conținute în vârful impulsului”, spune P. Milonni, fizician la Laboratorul Național Los Alamos din Statele Unite.

Majoritatea fizicienilor cred că noua lucrare nu aduce o lovitură zdrobitoare principiilor fundamentale. Dar nu toți fizicienii cred că problema este rezolvată. Profesorul A. Ranfagni, din echipa de cercetare italiană care a efectuat un alt experiment interesant în 2000, spune că întrebarea este încă deschisă. Acest experiment, realizat de Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni și Rocco Ruggeri, a constatat că undele radio cu unde centimetrice se propagă în aerul obișnuit cu o viteză care depășește Cu cu 25%.

Rezumând, putem spune următoarele. Lucrările din ultimii ani arată că, în anumite condiții, viteza superluminală poate avea loc într-adevăr. Dar ce se mișcă exact cu viteza superluminală? Teoria relativității, așa cum sa menționat deja, interzice o astfel de viteză pentru corpurile materiale și pentru semnalele care transportă informații. Cu toate acestea, unii cercetători sunt foarte persistenti în încercările lor de a demonstra depășirea barierei luminoase în mod specific pentru semnale. Motivul pentru aceasta constă în faptul că în teoria relativității speciale nu există o justificare matematică riguroasă (bazată, să zicem, pe ecuațiile lui Maxwell pentru un câmp electromagnetic) pentru imposibilitatea de a transmite semnale la o viteză mai mare decât Cu. O astfel de imposibilitate în SRT este stabilită, s-ar putea spune, pur aritmetic, pe baza formulei Einstein de adunare a vitezelor, dar în mod fundamental acest lucru este confirmat de principiul cauzalității. Însuși Einstein, luând în considerare problema transmiterii semnalului superluminal, a scris că în acest caz „... suntem forțați să considerăm posibil un mecanism de transmitere a semnalului, atunci când se folosește acțiunea realizată precedă cauza. Dar, deși aceasta rezultă dintr-un mod pur logic. punctul de vedere nu conține, în opinia mea, nicio contradicție, contrazice totuși caracterul întregii experiențe noastre atât de mult încât imposibilitatea de a presupune V > c pare a fi suficient de dovedit." Principiul cauzalității este piatra de temelie care stă la baza imposibilității transmiterii semnalului superluminal. Și această piatră, aparent, va împiedica toate căutările de semnale superluminale, fără excepție, indiferent cât de mult ar dori experimentatorii să detecteze astfel de semnale. semnale pentru că aceasta este natura lumii noastre.

În concluzie, trebuie subliniat că toate cele de mai sus se aplică în mod specific lumii noastre, Universului nostru. O astfel de rezervare a fost făcută pentru că recent au apărut noi ipoteze în astrofizică și cosmologie care permit existența multor Universuri ascunse de noi, conectate prin tuneluri topologice - jumperi. Acest punct de vedere este împărtășit, de exemplu, de cunoscutul astrofizician N. S. Kardashev. Pentru un observator din exterior, intrările în aceste tuneluri sunt marcate de câmpuri gravitaționale anormale, similare găurilor negre. Mișcările în astfel de tuneluri, așa cum sugerează autorii ipotezelor, vor face posibilă ocolirea limitării vitezei de mișcare impusă în spațiul obișnuit de viteza luminii și, în consecință, realizarea ideii de a crea un mașina timpului... lucruri. Și, deși până acum astfel de ipoteze amintesc prea mult de intrigile din science fiction, cu greu ar trebui să respingem categoric posibilitatea fundamentală a unui model multi-element al structurii lumii materiale. Un alt lucru este că toate aceste alte Universuri, cel mai probabil, vor rămâne construcții pur matematice ale fizicienilor teoreticieni care trăiesc în Universul nostru și încearcă să găsească lumi închise pentru noi cu puterea gândurilor lor...

Vedeți într-o cameră pe același subiect

Umbrele pot călători mai repede decât lumina, dar nu pot transporta materie sau informații

Este posibil zborul superluminal?

Secțiunile din acest articol au subtitluri și vă puteți referi la fiecare secțiune separat.

Exemple simple de călătorie FTL

1. Efectul Cherenkov

Când vorbim despre mișcarea superluminală, ne referim la viteza luminii în vid. c(299 792 458 m/s). Prin urmare, efectul Cherenkov nu poate fi considerat un exemplu de mișcare superluminală.

2. Al treilea observator

Dacă racheta A zboară departe de mine cu viteză 0,6c spre vest, iar racheta B zboară departe de mine cu viteză 0,6c est, apoi văd că distanța dintre Ași B crește cu viteza 1.2c. Privind rachetele zburând Ași B din exterior, al treilea observator vede că viteza totală de îndepărtare a rachetelor este mai mare decât c .

in orice caz viteza relativa nu este egală cu suma vitezelor. viteza rachetei A referitor la rachetă B este viteza cu care crește distanța până la rachetă A, care este văzut de un observator care zboară pe o rachetă B. Viteza relativă trebuie calculată folosind formula de adunare a vitezei relativiste. (Vezi Cum se adaugă viteze în relativitatea specială?) În acest exemplu, viteza relativă este aproximativă 0,88c. Deci, în acest exemplu nu am primit FTL.

3. Lumină și umbră

Gândește-te cât de repede se poate mișca umbra. Dacă lampa este aproape, atunci umbra degetului de pe peretele îndepărtat se mișcă mult mai repede decât se mișcă degetul. Când deplasați degetul paralel cu perete, viteza umbrei intră D/d ori mai mare decât viteza unui deget. Aici d este distanța de la lampă la deget și D- de la lampă la perete. Viteza va fi și mai mare dacă peretele este înclinat. Dacă peretele este foarte departe, atunci mișcarea umbrei va rămâne în urma mișcării degetului, deoarece lumina durează timp pentru a ajunge la perete, dar viteza umbrei care se mișcă de-a lungul peretelui va crește și mai mult. Viteza unei umbre nu este limitată de viteza luminii.

Un alt obiect care poate călători mai repede decât lumina este un punct de lumină de la un laser îndreptat spre lună. Distanța până la Lună este de 385.000 km. Puteți calcula singur viteza de mișcare a punctului de lumină de pe suprafața Lunii, cu mici fluctuații ale indicatorului laser în mână. S-ar putea să vă placă și exemplul unui val care lovește o linie dreaptă a plajei la un unghi ușor. Cu ce ​​viteză se poate deplasa punctul de intersecție al valului și țărmului de-a lungul plajei?

Toate aceste lucruri se pot întâmpla în natură. De exemplu, un fascicul de lumină de la un pulsar poate rula de-a lungul unui nor de praf. O explozie puternică poate crea unde sferice de lumină sau radiații. Când aceste unde se intersectează cu o suprafață, pe acea suprafață apar cercuri de lumină și se extind mai repede decât lumina. Un astfel de fenomen se observă, de exemplu, atunci când un impuls electromagnetic de la un fulger trece prin atmosfera superioară.

4. Corp solid

Dacă ai o lansetă lungă și rigidă și lovești un capăt al lansetei, celălalt capăt nu se mișcă imediat? Nu este aceasta o modalitate de transmitere superluminală a informațiilor?

Așa ar fi corect dacă erau corpuri perfect rigide. În practică, impactul este transmis de-a lungul tijei cu viteza sunetului, care depinde de elasticitatea și densitatea materialului tijei. În plus, teoria relativității limitează vitezele posibile ale sunetului într-un material prin valoare c .

Același principiu se aplică dacă țineți o sfoară sau o tijă vertical, o eliberați și aceasta începe să cadă sub influența gravitației. Capătul superior pe care îl lăsați începe să cadă imediat, dar capătul inferior se va mișca abia după un timp, deoarece pierderea forței de reținere este transmisă în jos tijei cu viteza sunetului din material.

Formularea teoriei relativiste a elasticității este destul de complicată, dar ideea generală poate fi ilustrată folosind mecanica newtoniană. Ecuația mișcării longitudinale a unui corp ideal elastic poate fi derivată din legea lui Hooke. Indicați densitatea liniară a tijei ρ , modulul Young Y. Decalaj longitudinal X satisface ecuația de undă

ρ d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0

Soluția de undă plană se deplasează cu viteza sunetului s, care se determină din formulă s 2 = Y/ρ. Ecuația undei nu permite perturbațiilor mediului să se miște mai repede decât cu viteza s. În plus, teoria relativității oferă o limită pentru cantitatea de elasticitate: Y< ρc 2 . În practică, niciun material cunoscut nu se apropie de această limită. De asemenea, rețineți că, chiar dacă viteza sunetului este aproape de c, atunci materia în sine nu se mișcă neapărat cu viteză relativistă.

Deși nu există corpuri solide în natură, există mișcarea corpurilor rigide, care poate fi folosit pentru a depăși viteza luminii. Acest subiect aparține secțiunii deja descrise de umbre și puncte de lumină. (Vezi Foarfecele superluminale, Discul rotativ rigid în relativitate).

5. Viteza fazei

ecuația de undă
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0

are o soluție în formă
u \u003d A cos (ax - bt), c 2 a 2 - b 2 + w 2 \u003d 0

Acestea sunt unde sinusoidale care se propagă cu viteza v
v = b/a = sqrt(c 2 + w 2 /a 2)

Dar este mai mult de c. Poate aceasta este ecuația pentru tahioni? (vezi secțiunea de mai jos). Nu, aceasta este ecuația relativistă obișnuită pentru o particulă cu masă.

Pentru a elimina paradoxul, trebuie să faceți distincția între „viteza de fază” v ph și „viteza grupului” v gr, și
v ph v gr = c 2

Soluția sub formă de undă poate avea dispersie în frecvență. În acest caz, pachetul de undă se mișcă cu o viteză de grup mai mică decât c. Folosind un pachet de unde, informațiile pot fi transmise numai la viteza grupului. Undele dintr-un pachet de undă se mișcă cu viteza de fază. Viteza de fază este un alt exemplu de mișcare FTL care nu poate fi folosită pentru a comunica.

6. Galaxii superluminale

7. Racheta relativista

Lăsați un observator de pe Pământ să vadă o navă spațială care se îndepărtează cu o viteză 0,8c Conform teoriei relativității, el va vedea că ceasul navei spațiale funcționează de 5/3 ori mai încet. Dacă împărțim distanța până la navă la timpul zborului în funcție de ceasul de la bord, obținem viteza 4/3c. Observatorul ajunge la concluzia că, folosind ceasul său de bord, pilotul navei va stabili și că zboară cu o viteză superluminală. Din punctul de vedere al pilotului, ceasul lui merge normal, iar spațiul interstelar s-a micșorat cu un factor de 5/3. Prin urmare, zboară distanțele cunoscute dintre stele mai repede, cu o viteză 4/3c .

Dilatarea timpului este un efect real care ar putea fi folosit în principiu în călătoriile în spațiu pentru a acoperi distanțe mari într-un timp scurt din punctul de vedere al astronauților. La o accelerație constantă de 1 g, astronauții nu numai că vor avea o gravitație artificială confortabilă, dar vor putea, de asemenea, să traverseze galaxia în doar 12 ani de timp adecvat. În timpul călătoriei, ei vor îmbătrâni cu 12 ani.

Dar încă nu este un zbor superluminal. Nu puteți calcula viteza folosind distanța și timpul definite în diferite cadre de referință.

8. Viteza gravitației

Unii insistă că viteza gravitației este mult mai mare c sau chiar infinit. Vedeți Gravitația călătorește cu viteza luminii? și Ce este radiația gravitațională? Perturbațiile gravitaționale și undele gravitaționale se propagă cu o viteză c .

9. Paradoxul EPR

10. Fotoni virtuali

11. Efect de tunel cuantic

În mecanica cuantică, efectul de tunel permite unei particule să depășească o barieră, chiar dacă energia sa nu este suficientă pentru aceasta. Este posibil să se calculeze timpul de tunel printr-o astfel de barieră. Și se poate dovedi a fi mai puțin decât ceea ce este necesar pentru ca lumina să depășească aceeași distanță la o viteză c. Poate fi folosit pentru a trimite mesaje mai repede decât lumina?

Electrodinamica cuantică spune „Nu!” Cu toate acestea, a fost efectuat un experiment care a demonstrat transmiterea superluminală a informațiilor folosind efectul de tunel. Printr-o bariera de 11,4 cm latime la viteza de 4,7 c A fost prezentată Simfonia a 40-a de Mozart. Explicația pentru acest experiment este foarte controversată. Majoritatea fizicienilor cred că cu ajutorul efectului de tunel este imposibil de transmis informație mai rapid decat lumina. Dacă ar fi posibil, atunci de ce să nu trimiteți un semnal către trecut prin plasarea echipamentului într-un cadru de referință care se mișcă rapid.

17. Teoria câmpului cuantic

Cu excepția gravitației, toate fenomenele fizice observate corespund „Modelului standard”. Modelul standard este o teorie relativistică a câmpului cuantic care explică forțele electromagnetice și nucleare și toate particulele cunoscute. În această teorie, orice pereche de operatori corespunzători observabilelor fizice separate printr-un interval spațial de evenimente „commută” (adică se poate schimba ordinea acestor operatori). În principiu, acest lucru implică faptul că în Modelul Standard forța nu poate călători mai repede decât lumina, iar aceasta poate fi considerată echivalentul câmpului cuantic al argumentului energiei infinite.

Cu toate acestea, nu există dovezi impecabil de riguroase în teoria câmpului cuantic a modelului standard. Nimeni nu a dovedit încă că această teorie este consecventă intern. Cel mai probabil, nu este. În orice caz, nu există nicio garanție că nu există particule sau forțe încă nedescoperite care să nu se supună interdicției de mișcare superluminală. Nu există nicio generalizare a acestei teorii, inclusiv gravitația și relativitatea generală. Mulți fizicieni care lucrează în domeniul gravitației cuantice se îndoiesc că conceptele simple de cauzalitate și localitate vor fi generalizate. Nu există nicio garanție că într-o teorie viitoare mai completă viteza luminii va păstra sensul vitezei limită.

18. Paradoxul bunicului

În relativitatea specială, o particulă care călătorește mai repede decât lumina într-un cadru de referință se deplasează înapoi în timp într-un alt cadru de referință. Călătoria FTL sau transmiterea de informații ar face posibilă călătoria sau trimiterea unui mesaj în trecut. Dacă o astfel de călătorie în timp ar fi posibilă, atunci ai putea să te întorci în timp și să schimbi cursul istoriei ucigându-ți bunicul.

Acesta este un argument foarte puternic împotriva posibilității de a călători cu FTL. Adevărat, rămâne o posibilitate aproape improbabilă ca o călătorie superluminală limitată să nu permită o întoarcere în trecut. Sau poate că călătoria în timp este posibilă, dar cauzalitatea este încălcată într-un mod consistent. Toate acestea sunt foarte puțin plauzibile, dar dacă discutăm despre FTL, este mai bine să fim pregătiți pentru idei noi.

Este adevărat și invers. Dacă am putea călători înapoi în timp, am putea depăși viteza luminii. Poți să te întorci în timp, să zbori undeva cu viteză mică și să ajungi acolo înainte să sosească lumina transmisă în modul obișnuit. Consultați Călătoria în timp pentru detalii despre acest subiect.

Întrebări deschise de călătorie FTL

În această ultimă secțiune, voi descrie câteva idei serioase despre posibilele călătorii mai rapide decât lumina. Aceste subiecte nu sunt adesea incluse în Întrebări frecvente, deoarece sunt mai mult ca o mulțime de întrebări noi decât răspunsuri. Ele sunt incluse aici pentru a arăta că se fac cercetări serioase în această direcție. Se face doar o scurtă introducere a subiectului. Detalii pot fi găsite pe Internet. Ca și în cazul tuturor celor de pe internet, fii critic cu ei.

19. Tahioane

Tahionii sunt particule ipotetice care călătoresc mai repede decât lumina local. Pentru a face acest lucru, trebuie să aibă o valoare de masă imaginară. În acest caz, energia și impulsul tahionului sunt cantități reale. Nu există niciun motiv să credem că particulele superluminale nu pot fi detectate. Umbrele și luminile pot călători mai repede decât lumina și pot fi detectate.

Până acum, tahionii nu au fost găsiți, iar fizicienii se îndoiesc de existența lor. Au existat afirmații că în experimentele de măsurare a masei neutrinilor produse de degradarea beta a tritiului, neutrinii erau tahioni. Acest lucru este îndoielnic, dar nu a fost încă infirmat definitiv.

Există probleme în teoria tahionilor. Pe lângă posibila încălcare a cauzalității, tahionii fac, de asemenea, vidul instabil. Este posibil să ocolim aceste dificultăți, dar nici atunci nu vom putea folosi tahioni pentru transmiterea superluminală a mesajelor.

Majoritatea fizicienilor cred că apariția tahionilor într-o teorie este un semn al unor probleme cu această teorie. Ideea de tahioane este atât de populară în rândul publicului pur și simplu pentru că sunt adesea menționate în literatura fantastică. Vezi Tahioni.

20. Găuri de vierme

Cea mai faimoasă metodă de călătorie globală FTL este utilizarea „găurilor de vierme”. O gaură de vierme este o fantă în spațiu-timp de la un punct al universului la altul, care vă permite să ajungeți de la un capăt la altul al găurii mai repede decât calea obișnuită. Găurile de vierme sunt descrise de teoria generală a relativității. Pentru a le crea, trebuie să schimbați topologia spațiu-timpului. Poate că acest lucru va deveni posibil în cadrul teoriei cuantice a gravitației.

Pentru a menține o gaură de vierme deschisă, aveți nevoie de zone de spațiu cu energii negative. C.W.Misner și K.S.Thorne au propus să folosească efectul Casimir pe scară largă pentru a crea energie negativă. Visser a sugerat folosirea unor șiruri cosmice pentru aceasta. Acestea sunt idei foarte speculative și s-ar putea să nu fie posibile. Poate că forma necesară de materie exotică cu energie negativă nu există.

. Potrivit lui Antonio Ereditato, angajat al centrului de fizică a particulelor de la granița franco-elvețiană, după trei ani de măsurători, s-a dovedit că un fascicul de neutrini lansat de la Geneva către laboratorul italian Gran Sasso a acoperit o distanță de 730 km 60 nanosecunde. mai rapid decat lumina.

"Avem mare încredere în rezultate. Dar este necesar ca alți colegi să-și facă testele și să ne confirme rezultatele.", - a spus el. Potrivit omului de știință, eroarea de măsurare nu depășește 10 ns.

Dacă rezultatele cercetării sunt confirmate, atunci acest lucru poate pune îndoieli pe baza teoriei relativității speciale a lui Albert Einstein (1905), care afirmă că nimic din univers nu se poate mișca mai repede decât lumina, adică. la viteze de peste 299.792 km/s.

0 0

Asta e scris, vai, o prostie totală. Agenția Reuters este, desigur, o organizație solidă, dar știrile despre știință nu trebuie totuși extrase din aceleași mâini care aduc știrile despre politică și viața socială.

„baza teoriei speciale a relativității a lui Albert Einstein (1905), care afirmă că nimic din univers nu poate călători mai repede decât lumina”

Teoria relativității nu spune nimic de acest gen. Teoria relativității afirmă că nimic nu se poate mișca mai repede decât lumina ÎN VID. Și particule care se mișcă mai repede decât lumina au fost găsite cu mult timp în urmă, mai exact, au fost găsite astfel de medii în care unele particule se pot mișca mai repede decât fotonii.
Nu îmi este clar cum a plecat fasciculul de neutrini de la Geneva undeva acolo, dar cu siguranță nu în vid. Dacă, de exemplu, a mers prin aer, atunci nu este nimic surprinzător în faptul că fotonii împrăștiați de aer au ajuns la punctul final mai târziu decât neutrinii care aproape că nu au interacționat cu materia.

0 0

0 0

De fapt, neutrinii se vor mișca întotdeauna mai repede decât lumina :) Pur și simplu pentru că practic nu interacționează cu materia, iar lumina (fotonii) interacționează perfect. Și doar în vid, fotonii accelerează în cele din urmă până la maxim:)
Dar a fost interesant să găsim un mediu în care electronii se puteau mișca mai repede decât viteza luminii. Și un astfel de mediu a fost găsit cu mult timp în urmă. Și există efecte uimitoare. Uită-te la Wikipedia „radiația Vavilov-Cherenkov”.

0 0

0 0

Un alt post legat:

Fizicienii de la Centrul de Cercetare al Organizației Europene pentru Cercetare Nucleară (CERN) au descoperit în timpul unui experiment că particulele subatomice se pot mișca mai repede decât viteza luminii.

Un fascicul de neutrini trimis de la CERN la laboratorul subteran Gran Sasso din Italia, la o distanță de 732 km, a ajuns la destinație, cu câteva miliardemi de secundă mai devreme decât dacă ar călători cu viteza luminii.

Dacă datele experimentale sunt confirmate, atunci teoria relativității a lui Einstein, conform căreia viteza luminii este de 299.792.458 de metri pe secundă, va fi infirmată.

Potrivit oamenilor de știință, fasciculele de neutrini l-au depășit cu 60 de nanosecunde, ceea ce contrazice postulat că particulele elementare nu se pot mișca mai repede decât viteza luminii.

Serviciul rus BBC a vorbit despre rezultatele experimentului cu Ruben Sahakyan, profesor de fizică la University College London.

BBC BBC: Ai lucrat în laboratorul Gran Sasso și probabil că ești foarte familiarizat cu experimentul „Opera”.

Ruben Sahakyan: Am părăsit laboratorul Gran Sasso acum mai bine de 10 ani, când Opera era tocmai în construcție. „Opera” este un experiment care caută un astfel de fenomen precum oscilațiile neutrinilor, adică transformarea unui tip de neutrin în altul.

Neutrinii sunt particule fundamentale, așa-numitele blocuri de construcție ale universului. Au o serie de proprietăți interesante, inclusiv transformarea de la un tip la altul. Opera este concepută pentru a studia această problemă.

Acest rezultat (date că neutrinii călătoresc mai repede decât viteza luminii) a fost un produs secundar al unui experiment pe care îl făceau.

BBC BBC: Sunt rezultatele prezentate de oamenii de știință convingătoare?

RS: Rezultatele publicate par convingătoare. În știința experimentală, există o măsură numerică a încrederii în rezultat, adică măsurarea dvs. trebuie să depășească eroarea de măsurare de cel puțin cinci ori. Și o au de șase ori mai mare.

Pe de altă parte, aceasta este o măsurătoare complexă, există multe elemente în ea și în fiecare etapă există multe modalități de a o greși. Și așa trebuie luat cu scepticism sănătos. Spre meritul autorilor, ei nu interpretează rezultatul, ci pur și simplu precizează datele obținute în timpul experimentului.

BBC BBC: Cum a reacționat comunitatea științifică mondială la aceste date?

RS: Comunitatea globală a reacționat cu scepticism sănătos și chiar conservatorism. La urma urmei, acesta este un experiment serios, nu o declarație populistă.

Consecințele, dacă se dovedesc adevărate, sunt prea grave pentru a fi luate cu ușurință.

Ideile noastre fundamentale despre lume se vor schimba. Acum oamenii vor aștepta publicarea ulterioară a părtinirii experimentale și, cel mai important, a datelor din experimente independente.

BBC BBC: Ce fel de exemplu?

RS: Există un experiment american „Minus”, care poate confirma această măsurare. Este foarte asemănător cu Opera. Un fascicul de neutrini este produs la accelerator, apoi trimis la 730 de kilometri distanță și măsurat într-un laborator subteran. Esența măsurării este simplă: cunoașteți distanța dintre sursă și detector, măsurați timpul în care a ajuns și determinați astfel viteza.

Diavolul sta in detalii. „Minus” a făcut deja o măsurătoare similară în urmă cu patru ani, dar apoi au avut valoarea pe care au măsurat-o, iar eroarea a fost proporțională una cu cealaltă. Problema lor cheie era că nu aveau o distanță precisă.

Cei 730 de kilometri dintre sursă și detector sunt greu de măsurat cu acuratețe absolută, iar Opera a reușit recent să măsoare această distanță până la 20 de centimetri folosind metode geodezice. „Minus” va încerca să facă același lucru și apoi va putea verifica datele acestui experiment.

BBC BBC: Dacă rezultatul experimentului este confirmat, cum va afecta el ideile tradiționale despre lume?

RS: Dacă acest lucru este confirmat, rezultatul va fi grav. Acum există două teorii care explică din punct de vedere științific întreaga lume care ne înconjoară: teoria cuantică a microlumii și teoria relativității a lui Einstein.

Rezultatul experimentului (neutrinii se mișcă cu o viteză care depășește viteza luminii) contrazice direct teoria relativității a lui Einstein, care afirmă că în orice punct de referință viteza luminii este constantă și nimic nu poate depăși viteza luminii.

Există un număr mare de implicații amețitoare, în special posibilitatea călătoriei în timp (pentru particule).

http://www.bbc.co.uk/russian/science/2011/09/110923_interview_expert_neutrino_discovery.shtml

0 0

Vor fi o mulțime de publicații, dar nu are rost să le discutăm la 10, pentru că nici nu vă puteți imagina, probabil, cât de departe a mers fizica din 1905 :), când Einstein a formulat doar principiile teoriei relației. . Există o mulțime de aspecte complet neașteptate în toate acestea, iar dacă sunt neglijate, este ușor să absorbi senzații. Experimentatorii nu au supt nimic, aparent, dar este caracteristic doar că nici ei și nici oamenii de știință care se ocupă de aceste probleme nu scot niciun plâns - pur și simplu au înregistrat un rezultat și acum se oferă să-l verifice și fie să-l infirme, fie să confirme. aceasta, iar „confirma” nu înseamnă încă că teoria relativității ar trebui corectată, deoarece pot exista o varietate de explicații ale acestor date în condițiile modelului existent.
De exemplu, imaginați-vă - o anumită particulă este atât de dispersată încât viteza ei este aproape egală cu viteza luminii - ei bine, foarte aproape. în plus, dacă coordonatele sale sunt suficient de slab incerte, atunci, conform principiului de incertitudine Heisenberg, incertitudinea vitezei sale devine astfel încât există o probabilitate diferită de zero ca particula să se miște mai repede decât viteza luminii. Acesta este un paradox binecunoscut, din care rezultă, în special, ipoteza existenței antimateriei, care, în cele din urmă, explică totul perfect în cadrul modelului existent.
Ei bine, amintiți-vă de un astfel de lucru nenorocit precum vidul Casimir - vidul nu este un vid, este o regiune a spațiului care plin de nenumărate particule virtuale care se nasc și mor. Se numesc virtuale pentru că se nasc și se anihilează mai repede decât poți detecta, pentru a remedia încălcarea legilor de conservare. Cu toate acestea, cu anumite experimente mentale, este posibil, așa cum ar fi, să „împingeți în afară” perechi de particule virtuale, iar acestea nu se pot prăbuși. În plus, dacă luăm o dimensiune excepțional de mică a unei regiuni a spațiului, atunci va apărea o singură particulă în ea, iar a doua va fi de cealaltă parte a „peretelui”. Efectul Casimir a fost deja dovedit experimental, dar studiul său rămâne practic neschimbat datorită faptului că este extrem de dificil să se efectueze experimente în regiuni atât de mici ale spațiului.
Nu vorbesc de teoria tahionilor, care poate fi apelată cu ușurință și la susținerea teoriei relativității (dacă se adaugă pentru a explica transformările misterioase ale neutrinilor de la un tip la altul și posibila viteză a luminii).
În general, există atât de multe detalii încât este imposibil să păstrezi intactă teoria relativității. Dar unele dintre interpretările posibile, totuși, pot duce în mod semnificativ fizica înainte.

0 0

Ceea ce încă nu îmi este clar: din ceea ce am citit și văzut, rezultă că oamenii de știință au lansat un fascicul de neutrini la o distanță de 700 km către un dispozitiv de înregistrare.. Dar pământul este în mod constant, în fiecare secundă, străpuns de ulioane de neutrini care nu nu interactioneaza cu materia. Cum au stabilit că era neutrinul „lor” înregistrat pe înregistrator și nu unul care a sosit din spațiul cosmic?

Deseori vorbim despre viteza maxima a luminiiîn universul nostru și că nu există nimic care să se poată mișca mai repede decât viteza luminii în vid. Și cu atât mai mult - noi. Apropiindu-se de viteza aproape de lumină, obiectul dobândește masă și energie, care fie îl distruge, fie contrazice teoria relativității generale a lui Einstein. Să presupunem că credem în asta și căutăm soluții (ca sau ne vom da seama) pentru a zbura la cea mai apropiată stea nu timp de 75.000 de ani, ci timp de câteva săptămâni. Dar din moment ce puțini dintre noi avem o educație fizică superioară, nu este clar de ce spun pe stradă asta viteza luminii este maxima, constanta si egala cu 300.000 km/s?

Există multe explicații simple și intuitive pentru ce este așa, dar poți începe să le urăști. O căutare pe internet vă va conduce la conceptul de „masă relativistă” și că este nevoie de mai multă forță pentru a accelera un obiect care se mișcă deja cu viteză mare. Acesta este modul obișnuit de interpretare a aparatului matematic al relativității speciale, dar îi induce în eroare pe mulți, și mai ales pe dumneavoastră, dragii noștri cititori. Pentru că mulți dintre voi (și și noi) gustă fizica înaltă, ca și cum ar fi scufundat un deget în apa sa sărată înainte de a intra la înot. Ca urmare, devine mult mai complex și mai puțin frumos decât este în realitate.

Să discutăm această problemă în termenii unei interpretări geometrice care este în concordanță cu relativitatea generală. Este mai puțin evident, dar puțin mai complicat decât să desenați săgeți pe hârtie, așa că mulți dintre voi veți înțelege imediat teoria din spatele abstracțiilor precum „forța” și minciunile de-a dreptul ca „masă relativistă”.

Mai întâi, să definim ce este o direcție pentru a vă marca clar locul. „Jos” este direcția. Este definită ca direcția în care cad lucrurile atunci când le dai drumul. „Sus” este direcția opusă „jos”. Luați o busolă și stabiliți direcții suplimentare: nord, sud, vest și est. Toate aceste direcții sunt definite de unchii serioși ca „o bază ortonormală (sau ortogonală)”, dar este mai bine să nu te gândești la asta acum. Să presupunem că aceste șase direcții sunt absolute, deoarece vor exista acolo unde ne vom ocupa de problema noastră complexă.

Acum să mai adăugăm două direcții: spre viitor și spre trecut. Nu te poți deplasa cu ușurință în aceste direcții din proprie voință, dar ar trebui să fie destul de ușor pentru tine să le imaginezi. Viitorul este direcția în care vine ziua de mâine; trecutul este direcția în care se află ieri.

Aceste opt direcții de bază - sus, jos, nord, sud, vest, est, trecut și viitor - descriu geometria fundamentală a universului. Putem numi fiecare pereche de aceste direcții „dimensiune”, așa că trăim într-un univers cu patru dimensiuni. Un alt termen pentru această înțelegere 4D ar fi „spațiu-timp”, dar vom încerca să evităm utilizarea acestui termen. Amintiți-vă că în contextul nostru „spațiu-timp” va fi echivalent cu conceptul de „univers”.

Bun venit pe scena. Să ne uităm la actori.

Așezat în fața computerului acum, ești în mișcare. Nu simti asta. Simți că te-ai odihnit. Dar asta doar pentru că totul în jurul tău se mișcă și în raport cu tine. Nu, să nu credeți că vorbim despre faptul că Pământul se învârte în jurul Soarelui sau că Soarele se mișcă prin galaxie și ne trage. Acest lucru, desigur, este adevărat, dar nu vorbim despre asta acum. Prin mișcare înțelegem mișcare în direcția „viitorului”.

Imaginează-ți că ești într-un vagon cu geamurile închise. Nu poți vedea strada și să zicem că șinele sunt atât de perfecte încât nu știi dacă trenul se mișcă sau nu. Prin urmare, doar stând în tren, nu poți spune dacă de fapt călătorești sau nu. Priviți în stradă - și realizați că peisajul trece în grabă. Dar ferestrele sunt închise.

Există o singură modalitate de a ști dacă te miști sau nu. Doar stați și așteptați. Dacă trenul oprește în gară, nu se va întâmpla nimic. Dar dacă trenul este în mișcare, mai devreme sau mai târziu vei ajunge într-o nouă stație.

În această metaforă, mașina reprezintă tot ceea ce putem vedea în lumea din jurul nostru - o casă, pisica Vaska, stele pe cer etc. — Următoarea stație este Mâine.

Daca stai nemiscat, iar pisica Vaska isi doarme linistit orele puse in zi, nu vei simti miscare. Dar mâine va veni cu siguranță.

Asta înseamnă să mergi spre viitor. Numai timpul va spune care este adevărat: mișcare sau parcare.

Până acum, ar fi trebuit să-ți fie destul de ușor să-ți imaginezi toate acestea. Poate fi dificil să te gândești la timp ca la o direcție și cu atât mai mult la tine ca la un obiect care trece prin timp. Dar vei înțelege. Acum porniți-vă imaginația.

Imaginați-vă că în timp ce conduceți cu mașina, se întâmplă ceva groaznic: frânele se defectează. Printr-o ciudată coincidență, în același moment, gazul și cutia de viteze sunt blocate. Nu poți nici accelera, nici opri. Singurul lucru pe care îl ai este un volan. Puteți schimba direcția mișcării, dar nu și viteza acesteia.

Desigur, primul lucru pe care îl vei face este să încerci să conduci într-un tufiș moale și cumva să oprești ușor mașina. Dar să nu folosim această tehnică deocamdată. Să ne concentrăm doar pe caracteristicile mașinii tale sparte: poți schimba direcția, dar nu și viteza.

Așa ne deplasăm prin univers. Ai volan dar fara pedala. Stând și citind acest articol, mergi într-un viitor strălucit cu viteză maximă. Și când te ridici să faci pescăruș, schimbi direcția de mișcare în spațiu-timp, dar nu și viteza. Dacă te miști foarte repede prin spațiu, timpul va curge puțin mai lent.

Acest lucru este ușor de imaginat desenând câteva axe pe hârtie. Axa care va merge în sus și în jos este axa timpului, sus înseamnă viitor. Axa orizontală reprezintă spațiul. Putem desena doar o dimensiune a spațiului, deoarece o coală de hârtie este bidimensională, dar să ne imaginăm că acest concept se aplică tuturor celor trei dimensiuni ale spațiului.

Desenați o săgeată de la originea axei de coordonate unde converg și îndreptați-o în sus de-a lungul axei verticale. Nu contează cât de lungă este, ține cont doar că va avea o singură lungime. Această săgeată, care arată acum spre viitor, este ceea ce fizicienii numesc „cu patru viteze”. Aceasta este viteza mișcării voastre prin spațiu-timp. În acest moment vă aflați într-o stare staționară, așa că săgeata este îndreptată doar către viitor.

Dacă doriți să vă deplasați prin spațiu - la dreapta pe axa de coordonate - trebuie să vă schimbați cele patru viteze și să activați componenta orizontală. Se pare că trebuie să rotiți săgeata. Dar, odată ce faci asta, vei observa că săgeata nu este la fel de sigură spre viitor ca înainte. Acum vă deplasați prin spațiu, dar trebuie să sacrificați mișcarea viitoare, deoarece acul cu patru viteze se poate roti, nu se poate extinde sau contracta niciodată.

De aici începe celebrul efect de „dilatare a timpului”, despre care vorbesc toți chiar și puțin inițiați în teoria relativității speciale. Dacă vă mișcați prin spațiu, nu vă mișcați în timp la fel de repede cum ați putea dacă ați sta nemișcat. Ceasul tău va menține timpul mai lent decât ceasul unei persoane care nu se mișcă.

Și acum ajungem la rezolvarea întrebării de ce expresia „mai repede decât lumina” nu are sens în universul nostru. Vezi ce se întâmplă dacă vrei să te deplasezi prin spațiu cât mai repede posibil. Rotiți acul cu patru viteze până la capăt, până când este îndreptat de-a lungul axei orizontale. Ne amintim că săgeata nu se poate întinde. Ea se poate roti doar. Deci, ați mărit cât mai mult viteza în spațiu. Dar a devenit imposibil să te miști și mai repede. Săgeata nu are unde să se întoarcă, altfel va deveni „mai dreaptă decât dreaptă” sau „mai mult orizontală decât orizontală”. Cu acest concept și echivalează cu „mai repede decât lumina”. Este pur și simplu imposibil să hrănești un popor uriaș cu trei pești și șapte pâini.

Acesta este motivul pentru care nimic din universul nostru nu se poate mișca mai repede decât lumina. Pentru că expresia „mai repede decât lumina” din universul nostru este echivalentă cu expresia „mai drept decât drept” sau „mai mult orizontal decât orizontal”.

Da, ai câteva întrebări. De ce vectorii cu patru viteze se pot roti doar, dar nu se pot extinde? Există un răspuns la această întrebare, dar este legat de invarianța vitezei luminii și îl vom lăsa pentru mai târziu. Și dacă doar crezi, vei fi puțin mai puțin informat despre acest subiect decât cei mai străluciți fizicieni care au existat vreodată pe planeta noastră.

Scepticii se pot întreba de ce folosim un model simplificat al geometriei spațiului atunci când vorbim despre rotații și cercuri euclidiene. În lumea reală, geometria spațiu-timp se supune geometriei Minkowski, iar rotațiile sunt hiperbolice. Dar o versiune simplă a explicației are dreptul la viață.

Pe lângă o simplă explicație pentru asta, .