В сентябре 2011 года, физик Антонио Ereditato повергли мир в шок. Его выступление может произвести революцию в нашем понимании Вселенной. Если данные, полученные от 160 проект ученых оперы, были правильными, получили огромную. Частицы — в этом случае нейтрино двигались быстрее скорости света. Согласно теории относительности, невозможно. И последствия такого замечания была бы невероятной. Возможно, пришлось бы пересмотреть самые основы физики.
Хотя сказал Ereditato он и его команда были «очень уверены» в своих выводах, они не говорили, что это были совершенно точные. Наоборот, они просили других ученых, чтобы помочь им понять, что происходит.
В итоге оказалось, что результаты опера оказались неверными. Из-за плохо подключенного кабеля имеет проблемы синхронизации, и сигналов от спутников GPS были неточными. Возникла неожиданная задержка в сигнале. Как следствие, измеряя время, которое потребовалось, нейтрино, чтобы преодолеть определенное расстояние, показал 73 лишние наносекунды: казалось, что нейтрино, летящие быстрее света.
Несмотря на месяцы тщательной проверки до начала эксперимента и повторно проверить данные впоследствии ученые допустили серьезную ошибку. Ereditato в отставку, вопреки замечаниям многих, что подобные ошибки всегда происходили из-за чрезвычайной сложности устройства ускорителей заряженных частиц.
Почему предположение — только предположение — что что-то может двигаться быстрее, чем свет, вызвало такой шум? Насколько мы уверены, что ничто не может преодолеть этот барьер?
Давайте сначала посмотрим на второй из этих вопросов. Скорость света в вакууме составляет 299 792,458 км / сек — для удобства, это число округляется до 300 000 километров в секунду. Это очень быстро. Солнца составляет 150 миллионов километров от Земли, и свет от него доходит до Земли всего за восемь минут и двадцать секунд.
Может любой из наших творений, чтобы конкурировать в гонке со светом? Один из самых быстрых искусственный объект, когда-либо построенных, космический зонд новые горизонты пролетел мимо Плутона и Харона в июле 2015 года. Он достиг скорости относительно Земли 16 км/C. Намного меньше, чем 300 000 км/с.
Однако мы были малюсенькие частицы, которые двигались очень быстро. В начале 1960-х годов Уильям Bertozzi Массачусетского технологического института экспериментировали с ускорением электронов до более высоких скоростях.
Так как электроны имеют отрицательный заряд, они могут разогнать, вернее, впихнуть — используя тот же отрицательный заряд материала. Чем больше энергии применяется, тем быстрее электроны ускоряются.
Можно подумать, что вам просто необходимо увеличить потребляемые энергоресурсы разгоняться до скорости 300 000 км/с. Но оказывается, что электроны просто не могут двигаться так быстро. Bertozzi экспериментов показали, что, используя больше энергии не приводит к прямо пропорционально скорости электронов.
Вместо этого, нужно было прикладывать огромные дополнительную энергию, чтобы сделать небольшое изменение в скорости движения электронов. Она приближается к скорости света становится все ближе и ближе, но так и не дошли.
Представьте себе движение к двери мелкими шажками, каждый из которых достигал половины расстояния от Вашего текущего положения к двери. Строго говоря, вы никогда не дойдете до двери, потому что после каждого шага вы будете иметь, чтобы остаться расстояние, которое нужно преодолеть. Об этой проблеме Bertozzi столкнулся дело с их электронами.
Но свет состоит из частиц, называемых фотонами. Почему эти частицы могут двигаться со скоростью света, а электроны не могут?
«Так как объекты движутся быстрее и быстрее, они становятся тяжелее — тем тяжелее они становятся, тем сложнее их разогнать, так что вы никогда не достигает скорости света», — говорит Роджер рассул, физик из Университета Мельбурна в Австралии. «Фотон не имеет массы. Если бы он масса, он может двигаться со скоростью света».
Фотоны специальные. У них не только отсутствует вес, что обеспечивает им полную свободу передвижения в космическом вакууме, они по-прежнему должны ускорить не. Природной энергии, которой они обладают, перемещается волнами, как они, таким образом, на данный момент их создания, они уже имеют максимальную скорость. В некотором смысле это легче думать о свете как энергии, а не как поток частиц, хотя, по правде говоря, свет и другое.
Однако, свет движется гораздо медленнее, чем мы могли бы ожидать. Хотя Интернет-технологии любовь, чтобы говорить о связи, которые работают «со скоростью света в оптическом волокне, свет проходит 40% медленнее в стекло, стекловолокно, чем в вакууме.
В действительности, фотоны движутся со скоростью 300 000 км/с, но столкнулся с некоторой помехи, помехи, вызванные другими фотонов, которые испускаются атомами стекла, когда свет проходит основная волна. Чтобы понять это может быть трудно, но по крайней мере мы попытались.
Аналогично, в специальных экспериментах с отдельными фотонами, это было возможно, чтобы замедлить их очень впечатляет. Но в большинстве случаев будет достаточное количество 300 000. Мы не видели и не создать ничего, что могло бы двигаться так быстро, или даже быстрее. Есть особые моменты, но прежде чем мы это сделаем, давайте затронем еще один вопрос. Почему так важно, чтобы верховенство скорости света было выполнено строго?
Ответ связан с человеком по имени Альберт Эйнштейн, как это часто бывает в физике. Его специальная теория относительности исследует последствия многих своих вселенских ограничений скорости. Одним из наиболее важных элементов теории является идея, что скорость света постоянна. Независимо от того, где вы находитесь и как быстро вы двигаетесь, свет всегда движется с одинаковой скоростью.
Но это подразумевает несколько концептуальных проблем.
Представьте себе свет, который падает от фонаря к зеркалу на потолке стационарного аппарата. Свет идет вверх, отражается от зеркала и падает на пол корабля. Допустим, он преодолевает расстояние в 10 метров.
А теперь представьте, что этот космический корабль начинает двигаться с колоссальной скоростью в тысячи километров в секунду. Когда вы включаете фонарик, свет ведет себя как и прежде: светит вверх, падает на зеркало и отражается на пол. Но для этого свет должен преодолеть расстояние по диагонали, а не вертикали. В конце концов, зеркало-это теперь быстро движется вместе с кораблем.
Соответственно, увеличивается расстояние, которое свет преодолевает. Например, 5 метров. Идет 15 метров в общей сложности, а не 10.
И несмотря на это, хотя расстояние увеличивается, теория Эйнштейна утверждают, что свет все равно будет двигаться с той же скоростью. Поскольку скорость-это расстояние деленное на время, раз скорость осталась та же, а расстояние увеличивается, время также должно быть увеличено. Да, время, чтобы растянуть. И хотя это звучит странно, но это было подтверждено экспериментально.
Это явление называется замедлением времени. Время движется медленнее для людей, которые путешествуют в быстро движущихся транспортных средств, по отношению к тем, кто обездвижен.
Например, проходит время 0,007 секунд медленнее для астронавтов на Международной космической станции, который движется со скоростью 7.66 км/с относительно Земли, если сравнивать с людьми на планете. Еще более интересна ситуация с вышеупомянутыми частицами, как электроны, которые могут двигаться со скоростью близкой к скорости света. В случае этих частиц, степень замедления будет огромна.
Стивен гол даммер, физик-экспериментатор из Университета Оксфорда в Великобритании показывает пример частицы, называемые мюонами.
Мюоны нестабильны: они быстро распадаются на более мелкие частицы. Так быстро, что большинство мюонов оставляя солнце должно нарушать до момента выхода на площадку. Но в реальности, мюоны поступают на Землю от Солнца в огромных количествах. Физики долго пытались разобраться, почему.
«Ответом на эту загадку является то, что мюоны создаются с такой энергией, что двигаться со скоростью, близкой к световой,» говорит гол даммер. — Их ощущение времени, так сказать, свои внутренние часы отстают».
Мюоны «живут» дольше, чем ожидалось с нами, из-за этого, естественного искривления времени. Когда объекты быстро движутся относительно других объектов, их длина тоже уменьшается, сжимается. Эти эффекты, замедление времени и сокращение длины, представляют собой примеры того, как пространства-времени в зависимости от движения вещи — меня, вас, или космических аппаратов — с массой.
Главное, как сказал Эйнштейн, свет не влияет, потому что он не имеет массы. Вот почему эти принципы идут рука об руку. Если объекты могут двигаться быстрее, чем свет, они будут подчиняться фундаментальных законов, которые описывают работу Вселенной. Это ключевые принципы. Теперь мы можем говорить о нескольких исключениях и отступлениях.
С одной стороны, хотя мы не видели ничего, что могло бы двигаться быстрее света, это не значит, что этот предел скорости теоретически невозможно взломать в очень специфических условиях. Взять, например, расширение Вселенной. Галактики во Вселенной удаляются друг от друга, со скоростью гораздо большей, чем света.
Еще одна интересная ситуация касается частиц, которые разделяют одинаковые свойства, в то же время, независимо от того, как далеко друг от друга. Это так называемая «квантовая запутанность». Фотон вращает вверх и вниз, случайным образом выбирая из двух возможных состояний, но выбор направления вращения будет точно отражено в другие фотона где-нибудь еще, если они запутались.
Два ученых, каждый из которых изучает свою собственную фотона, получим тот же результат, в то же время, быстрее, чем позволит скорость света.
Однако в обоих этих примерах важно отметить, что информация движется быстрее, чем скорость света между двумя объектами. Мы можем вычислить расширения Вселенной, но не можем наблюдать объекты быстрее скорости света в ней: они исчезли из поля зрения.
Что касается двух ученых с их фотонами, хотя они могли бы получить один результат за раз, они не могли давать знать друг друга быстрее, чем свет движется между ними.
«Это не создает никаких проблем для нас, потому что, если Вы не в состоянии посылать сигналы быстрее скорости света, вы получаете странные парадоксы, в соответствии с которой информация может каким-то образом вернуться в прошлое», — говорит гол даммер.
Существует и другой возможный способ, чтобы сделать быстрее, чем свет путешествия это технически возможно: разломы в пространстве-времени, которое позволит путешественнику избежать обычных правил проезда.
Джеральд кливер из Университета Бэйлора в Техасе считает, что однажды мы сможем построить космический корабль перемещается быстрее, чем свет. Перемещение через червоточину. Червоточина представляет собой петлю в пространстве-времени, которое прекрасно вписывается в теорию Апѕапабыл. Они могли позволить космонавта, чтобы перейти из одного конца Вселенной в другой с помощью аномалий в пространстве-времени, некоторые формы космической комбинации.
Объект путешествия через червоточину, не будет превышать скорость света, но теоретически можем добраться до пункта назначения быстрее, чем свет, который идет по «нормальному» пути. Но кротовые норы могут быть недоступны в космическое путешествие. Может быть есть еще один способ активно искажать пространство-время, чтобы двигаться быстрее 300 000 км/с относительно кого-то другого?
Кливер также исследовал идею «двигатель Алькубьерре», предложенная физиком-теоретиком Мигелем Алькубьерре в 1994 году. Он описывает ситуацию, в которой пространство-время сжимается в передней части корабля, толкая его вперед, и расширение за ним, и толкают его вперед. «Но тогда», — говорит тесак, «есть проблема: как это сделать и сколько понадобится энергии».
В 2008 году он и его ученик Ричард Obousy подсчитали, сколько нужно энергии.
«Мы ввели судно 10 м х 10 м х 10 м — 1000 кубов — и подсчитал, что количество энергии, необходимое для инициации процесса, будет равносильно тому, что вся масса Юпитера».
После этого энергия должна быть постоянно «завершен», процесс не закончился. Никто не знает, будет ли он когда-нибудь будет возможно, или какие потребуются аналогичные технологии. «Я не хочу, чтобы меня потом цитировали веками, как я предсказывал то, что никогда не будет работать», — говорит тесак», но я не вижу решения».
Так, путешествия быстрее, чем скорость света остаются фикция на данный момент. Пока единственный способ, чтобы посетить экзопланеты в моей жизни — погрузиться в глубокую спячку. И все-таки не все так плохо. В большинстве случаев мы говорим о видимом свете. Но в реальности свет намного больше, чем это. Из радиоволны и микроволны, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи, испускаемые атомами в процессе распада — все эти красивые лучи состоят из одно и то же: фотоны.
Разница в энергии, и, следовательно, длины волны. Все вместе, эти лучи образуют электромагнитный спектр. Что радиоволны, например, движется со скоростью света-это невероятно полезная для коммуникаций.
В своем исследовании, Althamer создает схему, которая использует фотоны для передачи сигналов из одной части карты в другую, так что он заслуживает право комментировать невероятной полезности скоростью света.
«То, что мы построили инфраструктуру Интернета, например, и перед ним, и радио, световых, относится к легкости, с которой мы можем передать», — сказал он. Он добавляет, что свет действует как связь силы Вселенной. Когда электроны в мобильном телефоне начинает дрожать, фотоны испускаются и вызовет движение электронов в другой мобильный телефон трясется, тоже. Так родилась телефону. Дрожь электронов на солнце также испускает фотоны — в огромных количествах — что, конечно, форма света, дающего жизнь на Земле, тепло и, кхм, свет.
Свет-это универсальный язык Вселенной. Его скорость 299 792,458 км/с остается постоянным. Между тем, пространство и время податливый. Возможно, мы должны думать не о том, чтобы двигаться быстрее, чем свет, и как быстро ориентироваться в этом пространстве и в этом времени? Зреть в корень, так сказать?
Давайте посмотрим: почему ничто не может быть быстрее света?
Илья Хель
