Det 20. århundrede var præget af de største opdagelser inden for fysik og kosmologi. Grundlaget for disse opdagelser var teorier udviklet af en galakse af fremragende fysikere. Den mest berømte af dem er Albert Einstein, hvis arbejde moderne fysik i vid udstrækning er baseret på. Af videnskabsmandens teorier følger det, at lysets hastighed i et vakuum er den maksimale hastighed for partikelbevægelse og interaktion. Og de tidsparadokser, der udspringer af disse teorier, er fuldstændig fantastiske: for objekter i bevægelse flyder tiden langsommere i forhold til dem, der hviler, og jo tættere på lysets hastighed, jo mere bremser tiden. Det viser sig, at for et objekt, der flyver med lysets hastighed, vil tiden helt stoppe.
| Vi anbefaler |
Dette giver os håb om, at med det rette teknologiniveau, teoretisk set, er en person i stand til at nå de fjerneste hjørner af universet inden for en generations levetid. I dette tilfælde vil flyvetiden i jordens referenceramme være millioner af år, mens der på et skib, der flyver med nærlyshastighed, kun vil gå et par dage... Sådanne muligheder er imponerende, og samtidig spørgsmålet opstår: Hvis fremtidens fysikere og ingeniører på en eller anden måde accelererer rumfartøjet til enorme værdier, selv teoretisk op til lysets hastighed (selvom vores fysik benægter denne mulighed), vil vi være i stand til at nå ikke kun de fjerneste galakser og stjerner, men også kanten af vores univers, se ud over grænsen for det ukendte, som videnskabsmænd ikke har nogen idé om?
Vi ved, at universet blev dannet for omkring 13,79 milliarder år siden og har udvidet sig kontinuerligt siden da. Man kunne antage, at dens radius i øjeblikket skulle være 13,79 milliarder lysår, og dens diameter derfor 27,58 milliarder lysår. Og dette ville være sandt, hvis universet udvidede sig ensartet med lysets hastighed - den maksimalt mulige hastighed. Men de opnåede data fortæller os, at universet udvider sig med en accelererende hastighed.
Vi observerer, at de galakser, der er fjernest fra os, bevæger sig hurtigere væk fra os end dem i nærheden - vores verdens rum udvides konstant. Samtidig er der en del af universet, der bevæger sig væk fra os hurtigere end lysets hastighed. I dette tilfælde bliver ingen postulater og konklusioner af relativitetsteorien overtrådt - objekter inde i universet forbliver med underlyshastigheder. Denne del af universet kan ikke ses - hastigheden af fotoner udsendt af strålingskilder er simpelthen ikke nok til at overvinde rummets udvidelseshastighed.
Beregninger viser, at den del af vores verden, der er synlig for os, har en diameter på omkring 93 milliarder lysår og kaldes Metagalakse. Vi kan kun gætte på, hvad der ligger ud over denne grænse, og hvor langt universet strækker sig. Det er logisk at antage, at universets kant bevæger sig hurtigst væk fra os og langt overstiger lysets hastighed. Og denne hastighed er konstant stigende. Det bliver indlysende, at selvom et objekt flyver med lysets hastighed, vil det aldrig nå kanten af universet, fordi universets kant vil bevæge sig hurtigere væk fra det.
Hvis du finder en fejl, skal du markere et stykke tekst og klikke Ctrl+Enter.
Men hvad vil der egentlig ske? Dette spørgsmål har faktisk intet svar, fordi det er i modstrid med alle fysikkens love, og som vi ved, kan eksperimenter ikke udføres. Men ingen vil forbyde dig at tænke teoretisk. Så lad os sige, at vi har fat i en VAZ-bil, der til at begynde med kan accelerere til lysets hastighed. Gå…
Som vi ved fra 11. klasses fysikkursus, er lysets hastighed en konstant værdi og er hverken mere eller mindre, men 300.000 km i sekundet. Ved nærlys-hastigheder gælder fysikkens sædvanlige love ikke. Relativistisk fysiks love gælder her, så vi bliver nødt til at henvende os til hr. Einstein og læse hans relativitetsteori.
Ved at anvende den klassiske fysiks love kan vi antage, at fotonernes (lyspartikler) hastighed vil lægge op til bilens hastighed, og forlygterne vil lyse som altid. Men... Det viser sig, at disse samme fotoner skal flyve med dobbelt lyshastighed - bilens hastighed og fotonernes hastighed lægges sammen. Men det er umuligt, for tilbage i 1905 beviste Einstein, at lysets hastighed er konstant i enhver referenceramme. Det betyder, at fotonen fra forlygten stadig vil have en hastighed på 300.000 km/sek. Men bilen har også samme hastighed. Så vil fotoner af lys flyve ved siden af bilen? Så vil føreren ikke se forlygterne. En observatør i siden af vejen skulle se ud til at se en lysplet flyve forbi. Faktisk ikke helt sådan.
Ved hjælp af relativitetsteorien kan man forestille sig et andet billede, meget mere fantastisk. Her overlapper mange faktorer hinanden og skaber noget utænkeligt.
For eksempel skal en genstand, det vil sige en bil, ved en hastighed tæt på lysets hastighed opnå ubegrænset masse. Resultatet skulle være en slags sort hul, som med sin tyngdekraft ikke vil tillade nogen fotoner at forlade overfladen. Tværtimod vil den, som det sømmer sig for en genstand med utrolig masse, trække alt det omgivende stof ind i sig selv. Ved lysets hastighed vil massen af vores bil være lig med uendelig. Nå, det er ikke længere værd at gætte om endnu større hastighed. I dette tilfælde vil tiden i det være lig med nul, det vil sige, at det stopper.
På den anden side er bevægelsen af enhver partikel bestemt af afstanden pr. tidsenhed. Og hvis tiden står stille, hvilken slags bevægelse kan der så være tale om? Alt fryser, indtil hastigheden aftager. Teoretisk set kunne vores bil flyve gennem hele universet, og uret i den ville ikke engang tælle en brøkdel af et sekund! Og hvordan ville de tælle, hvis alle molekylerne i dem stoppede. Men standsning af molekyler betyder, at objektets temperatur er absolut nul! Forestil dig, at for en person i en bil går tiden langsommere og langsommere, indtil den stopper helt. Han fryser, og selv molekylerne i hans krop står stille - hans temperatur er det absolutte nulpunkt. Men på en eller anden måde falder hastigheden, og personen kommer til live. Han bemærkede ikke engang dette stop. Så han rækker ud og bruger sekunder af sin tid på dette, men timer, år eller endda århundreder går forbi for os! Selvom alt er vagt her, fordi ophobningen af stof øger tryk og temperatur, og her er det absolut nul. Uanset hvor supernova det viser sig!
Lad os endda sige, at vores bil forblev en bil, og chaufføren viste sig at være i live og var i stand til at tænde forlygterne. Som det er kendt, virker den såkaldte Doppler-effekt ved høje hastigheder. Lys har jo også en bølgenatur. Det betyder, at frekvensen eller spektret af synligt lys ændrer sig. Hvis et objekt nærmer sig, vil vi se et skift i spektret til den violette del, og hvis det bevæger sig væk, til den røde.
Hvis vi anvender dette på vores nærlys-maskine, så kan vi i stedet for forlygter få hård gammastråling, eller blot stråling. Chaufføren forstår måske ikke noget, det er en omstridt pointe, for for ham har intet meget ændret sig. Men vores observatør lever næppe mere end et splitsekund efter, at bilen flyver forbi. Han vil modtage alle typer stråling - den ultraviolette del, mens bilen nærmer sig, og den infrarøde del, mens den bevæger sig væk. Dette kan næppe kaldes forlygter.
Der er intet svar på spørgsmålet om, hvad der vil ske med lys ved superluminale hastigheder. Ligesom der ikke er sådan noget for lys. Nærlys - tak, relativitetsteorien gælder her. Lyset forbliver almindeligt lys. Men når lysets hastighed er nået, begynder sådanne mirakler, at hjernen hellere vil koge end at finde svaret eller forestille sig alle mulige muligheder. Forandringer i stof og tid, der er utrolige for os, begynder der. Måske er det bedst, at en sådan hastighed aldrig kan opnås. For ikke at nævne superluminal...
Selvom det ikke var muligt at besvare spørgsmålet på grund af umuligheden af at forklare det umulige, ser det ud til, at stof til eftertanke viste sig at være velsmagende.
1) Lyser forlygterne andre genstande og reflekteres tilbage i dine øjne?
Ingen. Som du ved, kan du ikke overskride lysets hastighed. Det betyder, at lyset i én retning slet ikke kan skinne, fordi det ikke er i stand til at overskride bilens hastighed, så det kommer aldrig ud af forlygterne. Men vi lever i en multidimensionel verden, og ikke alt lys skinner i én retning.
Lad os forestille os en todimensionel bil uden masse (det vil sige bevæger sig med lysets hastighed), der udsender to fotoner, en opad og en nedad. To bjælker adskilles fra bilen og forbliver bag den. De bevæger sig med samme lyshastighed, men kan ikke bevæge sig frem lige så hurtigt, da en af hastighedsvektorerne er rettet op/ned, så vi overhaler dem. Disse fotoner støder derefter på en forhindring på deres vej, såsom et vejskilt eller et træ, og reflekteres tilbage. Problemet er, at de ikke længere kan indhente dig. Andre mennesker, der går på fortovet, er i stand til at se det reflekterede lys, men du er allerede gået og vil aldrig se det.
Her går du, alt kan forklares med det faktum, at alt lys bevæger sig med samme hastighed, uanset hvor. Dette har næppe noget at gøre med relativitetsteorien.
Der er dog også en mere hardcore version.
2) Kan ting, der bevæger sig med lysets hastighed, have forlygter? Kan de overhovedet have syn?
Det er her, den skøre relativitetssandhed virkelig kommer i spil, så der er ingen grund til at skamme sig, hvis man ikke forstår noget, men svaret er igen nej.
Du er måske bekendt med begrebet relativistisk tidsudvidelse. Antag, at min ven og jeg stiger på forskellige tog og rejser mod hinanden. Kører forbi, hvis vi ser gennem vinduet på væguret i hinandens kupé, altså begge Bemærk, at de bevæger sig langsommere end normalt. Det er ikke fordi uret er ved at sænke farten, men fordi lyset mellem os spiller ind: Jo hurtigere vi bevæger os, jo langsommere ældes vi i forhold til mindre bevægelige genstande. Dette skyldes, at tiden ikke er absolut for alle objekter i universet, den er forskellig for hvert objekt og afhænger af dets hastighed. Vores tid afhænger kun af vores hastighed i universet. Du kan tænke på dette som at bevæge sig i forskellige retninger på en rum-tidsskala. Der er et vist problem her, fordi vores hjerne ikke er designet til at forstå rum-tidens geometri, men har en tendens til at forestille sig tid som en slags absolut. Men efter at have læst lidt litteratur om dette emne, kan du normalt acceptere som en naturlig kendsgerning: dem, der bevæger sig hurtigt i forhold til dig, ældes langsommere.
Lad os sige, at din ven sidder i en hypotetisk bil og kører med lysets hastighed. Så lad os sætte hans hastighed ind i vores formel og se, hvad svaret er.
Åh-åh! Det ser ud til, at der ikke er gået nogen tid for ham overhovedet! Der må være noget galt med vores beregninger?! Det viser sig, at nej. Tid. Ikke. Eksisterer. Til. Objekter. På den. Fart. Sveta.
Det eksisterer simpelthen ikke.
Det betyder, at ting med lysets hastighed ikke kan opfatte "skede" begivenheder på samme måde, som vi opfatter dem. Begivenheder kan ikke finde sted for dem. De kan udføre handlinger, men kan ikke få erfaring. Einstein selv sagde engang, "Tiden eksisterer, så alting ikke sker på én gang." lys, dette princip virker ikke, fordi Alle sker samtidigt. En rejsende med lysets hastighed vil aldrig se, tænke eller føle noget, som vi anser for meningsfuldt.
Dette er sådan en uventet konklusion.
25. marts 2017
FTL-rejser er et af grundlaget for rum-science fiction. Men sandsynligvis ved alle - selv folk langt fra fysikken - at den maksimalt mulige bevægelseshastighed af materielle genstande eller udbredelsen af signaler er lysets hastighed i et vakuum. Det er betegnet med bogstavet c og er næsten 300 tusinde kilometer i sekundet; nøjagtig værdi c = 299.792.458 m/s.
Lysets hastighed i et vakuum er en af de grundlæggende fysiske konstanter. Umuligheden af at opnå hastigheder over c følger af Einsteins specielle relativitetsteori (STR). Hvis det kunne bevises, at transmission af signaler ved superluminale hastigheder er mulig, ville relativitetsteorien falde. Hidtil er dette ikke sket på trods af adskillige forsøg på at modbevise forbuddet mod eksistensen af hastigheder på over ca. Nylige eksperimentelle undersøgelser har dog afsløret nogle meget interessante fænomener, der indikerer, at under specielt skabte forhold kan superluminale hastigheder observeres uden at krænke relativitetsteoriens principper.
Til at begynde med, lad os huske de vigtigste aspekter relateret til problemet med lysets hastighed.
Først og fremmest: hvorfor er det umuligt (under normale forhold) at overskride lysgrænsen? For så er vores verdens grundlæggende lov overtrådt - kausalitetsloven, ifølge hvilken virkningen ikke kan gå forud for årsagen. Ingen har nogensinde observeret, at for eksempel en bjørn først faldt død om og derefter jægeren skudt. Ved hastigheder, der overstiger c, vendes rækkefølgen af begivenheder, og tidsbåndet spoles tilbage. Dette er let at verificere ud fra følgende enkle ræsonnement.
Lad os antage, at vi er på en slags mirakelskib, der bevæger os hurtigere end lyset. Så ville vi gradvist indhente det lys, som kilden udsendte på tidligere og tidligere tidspunkter. Først ville vi indhente fotoner udsendt for eksempel i går, derefter dem der blev udsendt i forgårs, så for en uge, en måned, et år siden og så videre. Hvis lyskilden var et spejl, der reflekterede livet, så ville vi først se begivenhederne i går, så i forgårs og så videre. Vi kunne for eksempel se en gammel mand, der gradvist bliver til en midaldrende mand, derefter til en ung mand, til en ung, til et barn... Det vil sige, at tiden ville vende tilbage, vi ville bevæge os fra nutiden til fortiden. Årsager og virkninger ville så skifte plads.
Selvom denne diskussion fuldstændig ignorerer de tekniske detaljer i processen med at observere lys, viser den fra et grundlæggende synspunkt klart, at bevægelse med superluminale hastigheder fører til en situation, der er umulig i vores verden. Naturen har dog sat endnu strengere betingelser: Bevægelse ikke kun med superluminal hastighed er uopnåelig, men også med en hastighed svarende til lysets hastighed - man kan kun nærme sig den. Af relativitetsteorien følger det, at når bevægelseshastigheden stiger, opstår der tre omstændigheder: massen af et bevægeligt objekt øges, dets størrelse i bevægelsesretningen falder, og tidsstrømmen på dette objekt bremses (fra punktet af en ekstern "hvilende" observatør). Ved almindelige hastigheder er disse ændringer ubetydelige, men når de nærmer sig lysets hastighed bliver de mere og mere mærkbare, og i grænsen - ved en hastighed lig med c - bliver massen uendelig stor, objektet mister fuldstændig størrelse i retningen af bevægelse og tiden stopper på det. Derfor kan ingen materiel krop nå lysets hastighed. Kun lyset selv har en sådan hastighed! (Og også en "altgennemtrængende" partikel - en neutrino, der ligesom en foton ikke kan bevæge sig med en hastighed mindre end c.)
Nu om signaltransmissionshastigheden. Her er det hensigtsmæssigt at bruge repræsentationen af lys i form af elektromagnetiske bølger. Hvad er et signal? Dette er nogle oplysninger, der skal overføres. En ideel elektromagnetisk bølge er en uendelig sinusoid af strengt én frekvens, og den kan ikke bære nogen information, fordi hver periode af en sådan sinusoid nøjagtigt gentager den forrige. Bevægelseshastigheden af fasen af en sinusbølge - den såkaldte fasehastighed - kan under visse forhold overstige lysets hastighed i et vakuum i et medium. Der er ingen begrænsninger her, da fasehastigheden ikke er signalets hastighed - den eksisterer ikke endnu. For at skabe et signal skal du lave en form for "mærke" på bølgen. Et sådant mærke kan for eksempel være en ændring i en hvilken som helst af bølgeparametrene - amplitude, frekvens eller indledende fase. Men så snart mærket er lavet, mister bølgen sin sinusform. Det bliver moduleret, bestående af et sæt simple sinusbølger med forskellige amplituder, frekvenser og indledende faser - en gruppe bølger. Den hastighed, hvormed mærket bevæger sig i den modulerede bølge, er signalets hastighed. Ved udbredelse i et medium falder denne hastighed som regel sammen med gruppehastigheden, som karakteriserer udbredelsen af ovennævnte gruppe af bølger som helhed (se "Videnskab og liv" nr. 2, 2000). Under normale forhold er gruppehastigheden og dermed signalhastigheden mindre end lysets hastighed i vakuum. Det er ikke tilfældigt, at udtrykket "under normale forhold" bruges her, for i nogle tilfælde kan gruppehastigheden overstige c eller endda miste sin betydning, men så refererer det ikke til signaludbredelse. Servicestationen konstaterer, at det er umuligt at sende et signal med en hastighed større end c.
Hvorfor er det sådan? Fordi hindringen for transmission af ethvert signal med en hastighed større end c er den samme kausalitetslov. Lad os forestille os en sådan situation. På et tidspunkt A tænder et lysglimt (hændelse 1) en enhed, der sender et bestemt radiosignal, og på et fjerntliggende punkt B, under påvirkning af dette radiosignal, sker der en eksplosion (hændelse 2). Det er klart, at hændelse 1 (opblussen) er årsagen, og hændelse 2 (eksplosion) er konsekvensen, der indtræffer senere end årsagen. Men hvis radiosignalet forplantede sig med superluminal hastighed, ville en observatør nær punkt B først se en eksplosion, og først derefter årsagen til eksplosionen, der nåede ham med hastigheden af et lysglimt. Med andre ord, for denne observatør ville hændelse 2 have fundet sted tidligere end hændelse 1, det vil sige, at virkningen ville være gået forud for årsagen.
Det er passende at understrege, at det "superluminale forbud" af relativitetsteorien kun er pålagt bevægelse af materielle legemer og transmission af signaler. I mange situationer er bevægelse med enhver hastighed mulig, men dette vil ikke være bevægelse af materielle genstande eller signaler. Forestil dig for eksempel to ret lange linealer, der ligger i samme plan, hvoraf den ene er placeret vandret, og den anden skærer den i en lille vinkel. Hvis den første lineal flyttes nedad (i pilens retning) med høj hastighed, kan linealernes skæringspunkt fås til at løbe så hurtigt som ønsket, men dette punkt er ikke en materiel krop. Et andet eksempel: hvis du tager en lommelygte (eller f.eks. en laser, der producerer en smal stråle) og hurtigt beskriver en bue i luften, så vil lysplettens lineære hastighed stige med afstanden og på en tilstrækkelig stor afstand vil overstige c. . Lyspletten vil bevæge sig mellem punkt A og B med superluminal hastighed, men dette vil ikke være en signaltransmission fra A til B, da en sådan lysplet ikke bærer nogen information om punkt A.
Det ser ud til, at spørgsmålet om superluminale hastigheder er blevet løst. Men i 60'erne af det tyvende århundrede fremsatte teoretiske fysikere hypotesen om eksistensen af superluminale partikler kaldet tachyoner. Det er meget mærkelige partikler: teoretisk set er de mulige, men for at undgå modsætninger med relativitetsteorien måtte de tildeles en imaginær hvilemasse. Fysisk eksisterer imaginær masse ikke, det er en rent matematisk abstraktion. Dette vakte dog ikke meget alarm, da tachyoner ikke kan være i ro - de eksisterer (hvis de findes!) kun ved hastigheder, der overstiger lysets hastighed i et vakuum, og i dette tilfælde viser tachyonmassen sig at være reel. Der er en vis analogi her med fotoner: en foton har nul hvilemasse, men det betyder ganske enkelt, at fotonen ikke kan være i hvile - lys kan ikke stoppes.
Det sværeste viste sig at være, som man kunne forvente, at forene tachyon-hypotesen med kausalitetsloven. De forsøg, der blev gjort i denne retning, førte, skønt ret geniale, ikke til åbenbar succes. Ingen har heller eksperimentelt været i stand til at registrere tachyoner. Som et resultat forsvandt interessen for tachyoner som superluminale elementarpartikler gradvist.
Men i 60'erne blev der eksperimentelt opdaget et fænomen, som oprindeligt forvirrede fysikerne. Dette er beskrevet detaljeret i artiklen af A. N. Oraevsky "Superluminal waves in amplifying media" (UFN nr. 12, 1998). Her vil vi kort opsummere essensen af sagen og henvise læseren interesseret i detaljer til den specificerede artikel.
Kort efter opdagelsen af lasere - i begyndelsen af 60'erne - opstod problemet med at opnå korte (varige omkring 1 ns = 10-9 s) højeffekt lysimpulser. For at gøre dette blev en kort laserimpuls ført gennem en optisk kvanteforstærker. Pulsen blev delt i to dele af et stråleopdelingsspejl. En af dem, kraftigere, blev sendt til forstærkeren, og den anden forplantede sig i luften og fungerede som en referenceimpuls, som den impuls, der passerede gennem forstærkeren, kunne sammenlignes med. Begge impulser blev ført til fotodetektorer, og deres udgangssignaler kunne observeres visuelt på oscilloskopskærmen. Det var forventet, at lysimpulsen, der passerede gennem forstærkeren, ville opleve en vis forsinkelse i den sammenlignet med referenceimpulsen, det vil sige, at lysudbredelseshastigheden i forstærkeren ville være mindre end i luft. Forestil dig forskernes forbløffelse, da de opdagede, at pulsen forplantede sig gennem forstærkeren med en hastighed, der ikke kun var større end i luft, men også flere gange højere end lysets hastighed i vakuum!
Efter at være kommet sig fra det første chok, begyndte fysikere at lede efter årsagen til et så uventet resultat. Ingen var selv den mindste i tvivl om principperne i den specielle relativitetsteori, og det var det, der hjalp med at finde den rigtige forklaring: hvis principperne for SRT er bevaret, så skal svaret søges i det forstærkende mediums egenskaber.
Uden at gå i detaljer her, vil vi kun påpege, at en detaljeret analyse af virkningsmekanismen for det forstærkende medium fuldstændig afklarede situationen. Pointen var en ændring i koncentrationen af fotoner under udbredelsen af pulsen - en ændring forårsaget af en ændring i mediets forstærkning op til en negativ værdi under passagen af den bagerste del af pulsen, når mediet allerede absorberer energi, fordi dens egen reserve allerede er brugt op på grund af dens overførsel til lysimpulsen. Absorption forårsager ikke en stigning, men en svækkelse af impulsen, og dermed forstærkes impulsen i den forreste del og svækkes i den bagerste del. Lad os forestille os, at vi observerer en puls ved hjælp af en enhed, der bevæger sig med lysets hastighed i forstærkermediet. Hvis mediet var gennemsigtigt, ville vi se impulsen fastfrosset i ubevægelighed. I det miljø, hvori den ovennævnte proces finder sted, vil forstærkningen af forkanten og svækkelsen af pulsens bagkant fremstå for iagttageren på en sådan måde, at mediet synes at have flyttet pulsen fremad. Men da enheden (observatøren) bevæger sig med lysets hastighed, og impulsen overhaler den, så overstiger impulsens hastighed lysets hastighed! Det er denne effekt, der blev registreret af forsøgsledere. Og her er der virkelig ingen modsætning til relativitetsteorien: forstærkningsprocessen er simpelthen sådan, at koncentrationen af fotoner, der kom ud tidligere, viser sig at være større end dem, der kom ud senere. Det er ikke fotoner, der bevæger sig med superluminale hastigheder, men pulshylsteret, især dets maksimum, som observeres på et oscilloskop.
Mens der i almindelige medier altid er en svækkelse af lys og et fald i dets hastighed, bestemt af brydningsindekset, er der i aktive lasermedier ikke kun en forstærkning af lys, men også udbredelse af en puls ved superluminal hastighed.
Nogle fysikere har forsøgt eksperimentelt at bevise tilstedeværelsen af superluminal bevægelse under tunneleffekten - et af de mest fantastiske fænomener i kvantemekanikken. Denne effekt består i, at en mikropartikel (mere præcist et mikroobjekt, der under forskellige forhold udviser både en partikels egenskaber og en bølges egenskaber) er i stand til at trænge igennem den såkaldte potentialbarriere - et fænomen, der er fuldstændig umuligt i klassisk mekanik (hvor en sådan situation ville være en analog: en bold kastet mod en væg ville ende på den anden side af væggen, eller den bølgelignende bevægelse tilført et reb bundet til væggen ville blive overført til et reb bundet til væggen på den anden side). Essensen af tunneleffekten i kvantemekanik er som følger. Hvis et mikroobjekt med en bestemt energi på sin vej møder et område med potentiel energi, der overstiger mikroobjektets energi, er dette område en barriere for det, hvis højde bestemmes af energiforskellen. Men mikroobjektet "lækker" gennem barrieren! Denne mulighed er givet ham af den velkendte Heisenberg-usikkerhedsrelation, skrevet til interaktionens energi og tid. Hvis et mikroobjekts interaktion med en barriere sker over en ret bestemt tid, så vil mikroobjektets energi tværtimod være karakteriseret ved usikkerhed, og hvis denne usikkerhed er af størrelsesordenen af barrierens højde, så vil sidstnævnte ophører med at være en uoverstigelig hindring for mikroobjektet. Det er hastigheden af penetration gennem den potentielle barriere, der er blevet genstand for forskning af en række fysikere, som mener, at den kan overstige ca.
I juni 1998 blev der afholdt et internationalt symposium om problemerne med superluminal bevægelse i Köln, hvor resultaterne opnået i fire laboratorier blev diskuteret - i Berkeley, Wien, Köln og Firenze.
Og endelig, i 2000, dukkede rapporter op om to nye eksperimenter, hvor virkningerne af superluminal udbredelse viste sig. En af dem blev udført af Lijun Wong og hans kolleger ved Princeton Research Institute (USA). Resultatet er, at en lysimpuls, der kommer ind i et kammer fyldt med cæsiumdamp, øger dens hastighed med 300 gange. Det viste sig, at hoveddelen af pulsen forlod den fjerneste væg af kammeret endnu tidligere, end pulsen kom ind i kammeret gennem forvæggen. Denne situation modsiger ikke kun sund fornuft, men i bund og grund relativitetsteorien.
L. Wongs budskab skabte intens diskussion blandt fysikere, hvoraf de fleste ikke var tilbøjelige til at se en krænkelse af relativitetsprincipperne i de opnåede resultater. Udfordringen, mener de, er at forklare dette eksperiment korrekt.
I L. Wongs eksperiment havde lysimpulsen, der kom ind i kammeret med cæsiumdamp, en varighed på omkring 3 μs. Cæsiumatomer kan eksistere i seksten mulige kvantemekaniske tilstande, kaldet "hyperfine magnetiske underniveauer af grundtilstanden." Ved hjælp af optisk laserpumpning blev næsten alle atomer kun bragt ind i en af disse seksten tilstande, svarende til næsten absolut nul temperatur på Kelvin-skalaen (-273,15 ° C). Længden af cæsiumkammeret var 6 centimeter. I et vakuum bevæger lyset sig 6 centimeter på 0,2 ns. Som målingerne viste, passerede lysimpulsen gennem kammeret med cæsium i en tid, der var 62 ns mindre end i vakuum. Med andre ord har den tid det tager for en puls at passere gennem et cæsiummedium et minustegn! Faktisk, hvis vi trækker 62 ns fra 0,2 ns, får vi "negativ" tid. Denne "negative forsinkelse" i mediet - et uforståeligt tidsspring - er lig med den tid, hvor pulsen ville lave 310 passager gennem kammeret i et vakuum. Konsekvensen af denne "temporale vending" var, at pulsen, der forlod kammeret, nåede at bevæge sig 19 meter væk fra den, før den indkommende puls nåede den nære væg af kammeret. Hvordan kan sådan en utrolig situation forklares (medmindre vi naturligvis tvivler på forsøgets renhed)?
At dømme efter den igangværende diskussion er der endnu ikke fundet en nøjagtig forklaring, men der er ingen tvivl om, at mediets usædvanlige spredningsegenskaber spiller en rolle her: cæsiumdamp, bestående af atomer exciteret af laserlys, er et medium med unormal spredning . Lad os kort huske, hvad det er.
Spredningen af et stof er afhængigheden af fase (almindeligt) brydningsindeks n af lysets bølgelængde l. Ved normal spredning stiger brydningsindekset med aftagende bølgelængde, og det er tilfældet i glas, vand, luft og alle andre lysgennemsigtige stoffer. I stoffer, der absorberer lys kraftigt, vendes forløbet af brydningsindekset med en ændring i bølgelængde og bliver meget stejlere: med aftagende l (stigende frekvens w), falder brydningsindekset kraftigt og i et bestemt bølgelængdeområde bliver mindre end enhed ( fasehastighed Vf > s ). Dette er unormal spredning, hvor mønsteret af lysudbredelse i et stof ændres radikalt. Gruppehastigheden Vgr bliver større end bølgernes fasehastighed og kan overstige lysets hastighed i vakuum (og også blive negativ). L. Wong peger på denne omstændighed som årsagen til muligheden for at forklare resultaterne af sit eksperiment. Det skal dog bemærkes, at betingelsen Vgr > c er rent formel, da begrebet gruppehastighed blev introduceret for tilfælde af lille (normal) spredning, for transparente medier, når en gruppe af bølger næsten ikke ændrer sin form under formering. I områder med unormal spredning deformeres lysimpulsen hurtigt, og begrebet gruppehastighed mister sin betydning; i dette tilfælde introduceres begreberne signalhastighed og energiudbredelseshastighed, som i transparente medier falder sammen med gruppehastigheden, og i medier med absorption forbliver mindre end lysets hastighed i vakuum. Men her er det interessante ved Wongs eksperiment: en lysimpuls, der passerer gennem et medium med unormal spredning, deformeres ikke - den bevarer nøjagtigt sin form! Og dette svarer til antagelsen om, at impulsen forplanter sig med gruppehastighed. Men hvis det er tilfældet, så viser det sig, at der ikke er nogen absorption i mediet, selvom den unormale spredning af mediet netop skyldes absorption! Wong selv, selv om han erkender, at meget stadig er uklart, mener, at det, der sker i hans eksperimentelle opsætning, til en første tilnærmelse klart kan forklares som følger.
En lysimpuls består af mange komponenter med forskellige bølgelængder (frekvenser). Figuren viser tre af disse komponenter (bølge 1-3). På et tidspunkt er alle tre bølger i fase (deres maksima falder sammen); her forstærker de hinanden og danner en impuls. Efterhånden som de forplanter sig yderligere i rummet, bliver bølgerne defasede og "ophæver" derved hinanden.
I området med unormal spredning (inde i cæsiumcellen) bliver den bølge, der var kortere (bølge 1), længere. Omvendt bliver den bølge, der var den længste af de tre (bølge 3), den korteste.
Følgelig ændres bølgernes faser tilsvarende. Når bølgerne er gået gennem cæsiumcellen, genoprettes deres bølgefronter. Efter at have gennemgået en usædvanlig fasemodulation i et stof med unormal spredning, befinder de tre pågældende bølger sig igen på et tidspunkt i fase. Her summer de igen og danner en puls af nøjagtig samme form som den, der kommer ind i cæsiummediet.
Typisk i luft, og faktisk i et hvilket som helst transparent medium med normal spredning, kan en lysimpuls ikke nøjagtigt opretholde sin form, når den udbreder sig over en fjern afstand, det vil sige, at alle dens komponenter ikke kan fases på noget fjernt punkt langs udbredelsesvejen. Og under normale forhold vises en lyspuls på et så fjernt punkt efter nogen tid. Men på grund af de unormale egenskaber af mediet, der blev brugt i forsøget, viste pulsen sig på et fjerntliggende sted at være faset på samme måde, som når man gik ind i dette medium. Således opfører lysimpulsen sig, som om den havde en negativ tidsforsinkelse på vej til et fjernt punkt, det vil sige, at den ville nå frem til den ikke senere, men tidligere end den havde passeret gennem mediet!
De fleste fysikere er tilbøjelige til at forbinde dette resultat med udseendet af en lav-intensitets-precursor i kammerets dispersive medium. Faktum er, at under den spektrale nedbrydning af en puls indeholder spektret komponenter af vilkårligt høje frekvenser med ubetydelig lille amplitude, den såkaldte forløber, der går foran "hoveddelen" af pulsen. Arten af etablering og formen af forstadiet afhænger af loven om spredning i mediet. Med dette i tankerne foreslås hændelsesforløbet i Wongs eksperiment at blive fortolket som følger. Den indkommende bølge, der "strækker" forbudsmanden foran sig selv, nærmer sig kameraet. Før toppen af den indkommende bølge rammer den nære væg af kammeret, initierer prækursoren fremkomsten af en puls i kammeret, som når den fjerneste væg og reflekteres fra den og danner en "omvendt bølge". Denne bølge, der forplanter sig 300 gange hurtigere end c, når den nære væg og møder den indkommende bølge. Toppene af en bølge møder en andens lavpunkter, så de ødelægger hinanden, og som følge heraf er der intet tilbage. Det viser sig, at den indkommende bølge "tilbagebetaler gælden" til cæsiumatomerne, som "lånte" energi til den i den anden ende af kammeret. Enhver, der kun så begyndelsen og slutningen af eksperimentet, ville kun se en lyspuls, der "sprang" frem i tiden og bevægede sig hurtigere end ca.
L. Wong mener, at hans eksperiment ikke stemmer overens med relativitetsteorien. Udsagnet om uopnåeligheden af superluminal hastighed, mener han, gælder kun for genstande med hvilemasse. Lys kan repræsenteres enten i form af bølger, hvor begrebet masse generelt er uanvendeligt, eller i form af fotoner med en hvilemasse, som det er kendt, lig med nul. Derfor er lysets hastighed i et vakuum ifølge Wong ikke grænsen. Wong indrømmer dog, at den effekt, han opdagede, ikke gør det muligt at transmittere information med hastigheder større end ca.
"Informationen her er allerede indeholdt i forkanten af pulsen," siger P. Milonni, en fysiker ved Los Alamos National Laboratory i USA "Og det kan give indtryk af at sende information hurtigere end lyset, selv når du sender det ikke."
De fleste fysikere mener, at det nye værk ikke giver et knusende slag mod grundlæggende principper. Men ikke alle fysikere mener, at problemet er løst. Professor A. Ranfagni, fra den italienske forskergruppe, der udførte endnu et interessant eksperiment i 2000, mener, at spørgsmålet stadig er åbent. Dette eksperiment, udført af Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni og Rocco Ruggeri, opdagede, at centimeter-bølge radiobølger i normal flyrejse med hastigheder 25% hurtigere end ca.
For at opsummere kan vi sige følgende.
Arbejdet i de senere år viser, at der under visse forhold faktisk kan forekomme superluminal hastighed. Men hvad er det egentlig, der bevæger sig med superluminal hastighed? Relativitetsteorien forbyder, som allerede nævnt, en sådan hastighed for materielle legemer og for signaler, der bærer information. Ikke desto mindre forsøger nogle forskere meget vedvarende at demonstrere at overvinde lysbarrieren specifikt for signaler. Årsagen til dette ligger i det faktum, at der i den specielle relativitetsteori ikke er nogen streng matematisk begrundelse (baseret for eksempel på Maxwells ligninger for det elektromagnetiske felt) for umuligheden af at transmittere signaler ved hastigheder større end c. En sådan umulighed i STR etableres, kan man sige, rent aritmetisk, baseret på Einsteins formel for at tilføje hastigheder, men dette bekræftes grundlæggende af kausalitetsprincippet. Einstein selv, i betragtning af spørgsmålet om superluminal signaltransmission, skrev, at i dette tilfælde er vi tvunget til at overveje en mulig signaltransmissionsmekanisme, hvor den opnåede handling går forud for årsagen, men selv om dette er et resultat af et rent logisk punkt synet indeholder ikke sig selv, efter min mening er der ingen modsætninger, det modsiger ikke desto mindre naturen af hele vores erfaring, at umuligheden af antagelsen V > c synes at være tilstrækkelig bevist." Kausalitetsprincippet er hjørnestenen, der ligger til grund for umuligheden af superluminal signaltransmission. Og tilsyneladende vil alle søgninger efter superluminale signaler uden undtagelse snuble over denne sten, uanset hvor meget forsøgspersoner gerne vil opdage sådanne signaler, for sådan er vores verdens natur.
Men lad os alligevel forestille os, at relativitetsmatematikken stadig vil arbejde med superluminale hastigheder. Det betyder, at vi teoretisk stadig kan finde ud af, hvad der ville ske, hvis et legeme skulle overskride lysets hastighed.
Lad os forestille os to rumskibe på vej fra Jorden mod en stjerne, der er 100 lysår væk fra vores planet. Det første skib forlader Jorden med 50 % lysets hastighed, så det vil tage 200 år at fuldføre rejsen. Det andet skib, udstyret med et hypotetisk warp-drev, vil sejle med 200 % af lysets hastighed, men 100 år efter det første. Hvad vil der ske?
Ifølge relativitetsteorien afhænger det rigtige svar i høj grad af observatørens perspektiv. Fra Jorden vil det se ud til, at det første skib allerede har tilbagelagt en betydelig afstand, før det er blevet overhalet af det andet skib, som bevæger sig fire gange hurtigere. Men set fra folket på det første skibs synspunkt er alting lidt anderledes.
Skib nr. 2 bevæger sig hurtigere end lyset, hvilket betyder, at det endda kan overgå det lys, det selv udsender. Dette resulterer i en slags "lysbølge" (svarende til en lydbølge, men i stedet for luftvibrationer er der lysbølger, der vibrerer), som giver anledning til flere interessante effekter. Husk at lyset fra skib #2 bevæger sig langsommere end selve skibet. Resultatet vil være visuel fordobling. Med andre ord, først vil besætningen på skib nr. 1 se, at det andet skib er dukket op ved siden af dem som ude af ingenting. Så vil lyset fra det andet skib nå det første med en lille forsinkelse, og resultatet vil være en synlig kopi, der vil bevæge sig i samme retning med en lille forsinkelse.
Noget lignende kan ses i computerspil, når motoren som følge af en systemfejl indlæser modellen og dens algoritmer ved bevægelsens slutpunkt hurtigere, end selve bevægelsesanimationen slutter, så der opstår flere optagelser. Det er sandsynligvis grunden til, at vores bevidsthed ikke opfatter det hypotetiske aspekt af universet, hvor kroppe bevæger sig med superluminale hastigheder - måske er det det bedste.
P.S. ... men i det sidste eksempel forstod jeg ikke noget, hvorfor skibets virkelige position er forbundet med "lyset udsendt af det"? Tja, selvom de ser ham på det forkerte sted, vil han i virkeligheden overhale det første skib!
kilder
I september 2011 chokerede fysikeren Antonio Ereditato verden. Hans udtalelse kunne revolutionere vores forståelse af universet. Hvis dataene indsamlet af de 160 OPERA-projektets forskere var korrekte, blev det utrolige observeret. Partiklerne - i dette tilfælde neutrinoer - bevægede sig hurtigere end lyset. Ifølge Einsteins relativitetsteori er dette umuligt. Og konsekvenserne af en sådan observation ville være utrolige. Selve fysikkens grundlag skal måske genovervejes.
Selvom Ereditato sagde, at han og hans team var "ekstremt sikre" i deres resultater, sagde de ikke, at dataene var fuldstændig nøjagtige. I stedet bad de andre forskere om at hjælpe dem med at finde ud af, hvad der foregik.
Til sidst viste det sig, at OPERAs resultater var forkerte. På grund af et dårligt tilsluttet kabel var der et synkroniseringsproblem, og signalerne fra GPS-satellitter var unøjagtige. Der var en uventet forsinkelse i signalet. Som et resultat viste målinger af den tid, det tog neutrinoer at rejse en vis afstand, yderligere 73 nanosekunder: det så ud til, at neutrinoerne rejste hurtigere end lyset.
På trods af måneders omhyggelig test før eksperimentet begyndte og dobbelttjek af dataene bagefter, tog forskerne alvorligt fejl. Ereditato trådte tilbage på trods af manges kommentarer om, at sådanne fejl altid opstod på grund af partikelacceleratorernes ekstreme kompleksitet.
Hvorfor gav forslaget - bare forslaget - om at noget kunne rejse hurtigere end lyset sådan et postyr? Hvor sikre er vi på, at intet kan overvinde denne barriere?
Lad os først se på det andet af disse spørgsmål. Lysets hastighed i et vakuum er 299.792.458 kilometer i sekundet - for nemheds skyld er dette tal afrundet til 300.000 kilometer i sekundet. Det er ret hurtigt. Solen er 150 millioner kilometer fra Jorden, og dens lys når Jorden på kun otte minutter og tyve sekunder.
Kan nogen af vores kreationer konkurrere i kapløbet mod lyset? En af de hurtigste menneskeskabte objekter, der nogensinde er bygget, New Horizons-rumsonden susede forbi Pluto og Charon i juli 2015. Den nåede en hastighed i forhold til Jorden på 16 km/s. Meget mindre end 300.000 km/s.
Vi havde dog små partikler, der bevægede sig ret hurtigt. I begyndelsen af 1960'erne eksperimenterede William Bertozzi ved MIT med at accelerere elektroner til endnu højere hastigheder.
Fordi elektroner har en negativ ladning, kan de accelereres - mere præcist, frastødes - ved at påføre den samme negative ladning på et materiale. Jo mere energi der tilføres, jo hurtigere accelererer elektronerne.
Man skulle tro, at man simpelthen skulle øge den anvendte energi for at nå en hastighed på 300.000 km/s. Men det viser sig, at elektroner simpelthen ikke kan bevæge sig så hurtigt. Bertozzis eksperimenter viste, at brug af mere energi ikke fører til en direkte proportional stigning i elektronhastigheden.
I stedet skulle der tilføres enorme mængder ekstra energi for selv en lille smule at ændre elektronernes hastighed. Hun kom tættere og tættere på lysets hastighed, men nåede den aldrig.
Forestil dig at bevæge dig mod døren i små trin, hvor hvert trin dækker halvdelen af afstanden fra din nuværende position til døren. Strengt taget når du aldrig døren, for efter hvert skridt du tager, har du stadig en afstand at tilbagelægge. Bertozzi stødte på omtrent det samme problem, mens han beskæftigede sig med sine elektroner.
Men lys består af partikler kaldet fotoner. Hvorfor kan disse partikler rejse med lysets hastighed, men det kan elektroner ikke?
"Når objekter bevæger sig hurtigere og hurtigere, bliver de tungere - jo tungere de bliver, jo sværere er det for dem at accelerere, så du når aldrig lysets hastighed," siger Roger Rassoul, fysiker ved University of Melbourne i Australien. "En foton har ingen masse. Hvis den havde masse, kunne den ikke bevæge sig med lysets hastighed."
Fotoner er specielle. Ikke alene har de ingen masse, hvilket giver dem fuldstændig bevægelsesfrihed i rummets vakuum, men de behøver heller ikke at accelerere. Den naturlige energi, de har, bevæger sig i bølger ligesom dem, så når de er skabt, har de allerede maksimal hastighed. På nogle måder er det lettere at tænke på lys som energi snarere end som en strøm af partikler, selvom lys i virkeligheden er begge dele.
Men lys rejser meget langsommere, end vi kunne forvente. Selvom internetteknologer kan lide at tale om kommunikation, der kører med "lysets hastighed" i fiberoptik, rejser lyset 40 % langsommere i glasfiberoptik end i et vakuum.
I virkeligheden rejser fotoner med hastigheder på 300.000 km/s, men støder på en vis mængde interferens forårsaget af andre fotoner, der udsendes af glasatomer, når hovedlysbølgen passerer igennem. Det er måske ikke let at forstå, men vi prøvede i det mindste.
På samme måde var det inden for rammerne af særlige eksperimenter med individuelle fotoner muligt at bremse dem ganske imponerende. Men i de fleste tilfælde ville 300.000 være det rigtige. Vi har ikke set eller bygget noget, der kan bevæge sig så hurtigt eller endnu hurtigere. Der er særlige punkter, men før vi berører dem, lad os komme ind på vores andet spørgsmål. Hvorfor er det så vigtigt, at reglen om lyshastighed følges nøje?
Svaret har at gøre med en mand ved navn Albert Einstein, som det ofte er tilfældet i fysik. Hans specielle relativitetsteori udforsker de mange implikationer af hans universelle hastighedsgrænser. Et af de vigtigste elementer i teorien er ideen om, at lysets hastighed er konstant. Uanset hvor du er, eller hvor hurtigt du bevæger dig, bevæger lyset sig altid med samme hastighed.
Men dette rejser flere konceptuelle problemer.
Forestil dig lyset, der falder fra en lommelygte på et spejl på loftet af et stationært rumfartøj. Lyset går op, reflekteres fra spejlet og falder på gulvet i rumfartøjet. Lad os sige, at han tilbagelægger en afstand på 10 meter.
Forestil dig nu, at dette rumfartøj begynder at bevæge sig med en kolossal hastighed på mange tusinde kilometer i sekundet. Når du tænder lommelygten, opfører lyset sig som før: det skinner opad, rammer spejlet og reflekteres på gulvet. Men for at gøre dette skal lyset rejse en diagonal afstand, ikke en lodret. Når alt kommer til alt, bevæger spejlet sig nu hurtigt sammen med rumfartøjet.
Derfor øges afstanden, som lyset rejser. Lad os sige 5 meter. Det viser sig at være 15 meter i alt, ikke 10.
Og på trods af dette, selvom afstanden er steget, hævder Einsteins teorier, at lyset stadig vil rejse med samme hastighed. Da hastighed er distance divideret med tid, da hastighed forbliver den samme og afstand øges, skal tiden også stige. Ja, tiden må selv strække sig. Og selvom dette lyder mærkeligt, er det blevet bekræftet eksperimentelt.
Dette fænomen kaldes tidsudvidelse. Tiden går langsommere for folk, der rejser i hurtigtkørende køretøjer, sammenlignet med dem, der holder stille.
For eksempel går tiden 0,007 sekunder langsommere for astronauter på den internationale rumstation, som bevæger sig med 7,66 km/s i forhold til Jorden sammenlignet med mennesker på planeten. Endnu mere interessant er situationen med partikler som de førnævnte elektroner, der kan bevæge sig tæt på lysets hastighed. I tilfælde af disse partikler vil graden af deceleration være enorm.
Stephen Kolthammer, en eksperimentel fysiker ved University of Oxford i Storbritannien, peger på eksemplet med partikler kaldet muoner.
Myoner er ustabile: de henfalder hurtigt til enklere partikler. Så hurtigt, at de fleste myoner, der forlader Solen, burde henfalde, når de når Jorden. Men i virkeligheden ankommer myoner til Jorden fra Solen i kolossale mængder. Fysikere har længe forsøgt at forstå hvorfor.
"Svaret på dette mysterium er, at myoner genereres med en sådan energi, at de rejser tæt på lysets hastighed," siger Kolthammer. "Deres følelse af tid, så at sige, deres indre ur er langsomt."
Muoner "bliver i live" længere end forventet i forhold til os, takket være en ægte, naturlig tidslomme. Når objekter bevæger sig hurtigt i forhold til andre objekter, falder deres længde også og trækker sig sammen. Disse konsekvenser, tidsudvidelse og længdereduktion, er eksempler på, hvordan rum-tid ændrer sig afhængigt af bevægelsen af ting - mig, dig eller et rumfartøj - der har masse.
Det, der er vigtigt, som Einstein sagde, er, at lyset ikke påvirkes, fordi det ikke har nogen masse. Det er derfor, disse principper går hånd i hånd. Hvis ting kunne rejse hurtigere end lyset, ville de adlyde de grundlæggende love, der beskriver, hvordan universet fungerer. Disse er nøgleprincipperne. Nu kan vi tale om nogle få undtagelser og undtagelser.
På den ene side, selvom vi ikke har set noget, der går hurtigere end lyset, betyder det ikke, at denne hastighedsgrænse teoretisk ikke kan slås under meget specifikke forhold. Tag for eksempel udvidelsen af selve universet. Galakser i universet bevæger sig væk fra hinanden med hastigheder, der væsentligt overstiger lysets hastighed.
En anden interessant situation vedrører partikler, der deler de samme egenskaber på samme tid, uanset hvor langt fra hinanden de er. Dette er den såkaldte "kvanteforvikling". Fotonen vil spinde op og ned og tilfældigt vælge mellem to mulige tilstande, men valget af spin-retning vil blive nøjagtigt afspejlet i en anden foton et andet sted, hvis de er viklet ind.
To videnskabsmænd, der studerede hver deres foton, ville få det samme resultat på samme tid, hurtigere end lysets hastighed kunne tillade.
I begge disse eksempler er det dog vigtigt at bemærke, at ingen information bevæger sig hurtigere end lysets hastighed mellem to objekter. Vi kan beregne udvidelsen af universet, men vi kan ikke observere objekter hurtigere end lyset i det: de er forsvundet ud af syne.
Med hensyn til to videnskabsmænd med deres fotoner, selvom de kunne få ét resultat på samme tid, kunne de ikke lade hinanden vide det hurtigere, end lyset rejser mellem dem.
"Det her skaber ingen problemer for os, for hvis man kan sende signaler hurtigere end lyset, får man mærkelige paradokser, hvor information på en eller anden måde kan gå tilbage i tiden," siger Kolthammer.
Der er en anden mulig måde at gøre hurtigere end lyset rejse teknisk muligt: sprækker i rumtiden, der ville gøre det muligt for den rejsende at undslippe reglerne for normal rejse.
Gerald Cleaver fra Baylor University i Texas tror på, at vi en dag vil være i stand til at bygge et rumfartøj, der rejser hurtigere end lyset. Som bevæger sig gennem et ormehul. Ormehuller er sløjfer i rum-tid, der passer perfekt ind i Einsheins teorier. De kunne tillade en astronaut at hoppe fra den ene ende af universet til den anden via en anomali i rumtiden, en form for kosmisk genvej.
En genstand, der rejser gennem et ormehul, vil ikke overskride lysets hastighed, men kunne teoretisk nå sin destination hurtigere end lys, der tager en "normal" vej. Men ormehuller kan være fuldstændig utilgængelige for rumrejser. Kunne der være en anden måde at aktivt fordreje rumtiden til at bevæge sig hurtigere end 300.000 km/s i forhold til en anden?
Cleaver udforskede også ideen om en "Alcubierre-motor", foreslået af den teoretiske fysiker Miguel Alcubierre i 1994. Den beskriver en situation, hvor rumtiden trækker sig sammen foran rumfartøjet, skubber det fremad og udvider sig bagved det og skubber det også fremad. "Men så," siger Cleaver, "opstod problemerne: hvordan man gør det, og hvor meget energi ville der være brug for."
I 2008 beregnede han og hans kandidatstuderende Richard Obouzi, hvor meget energi der ville være brug for.
"Vi forestillede os et skib på 10m x 10m x 10m - 1000 kubikmeter - og beregnede, at den mængde energi, der kræves for at starte processen, ville svare til massen af hele Jupiter."
Herefter skal der hele tiden "tilføres" energi, så processen ikke slutter. Ingen ved, om dette nogensinde bliver muligt, eller hvordan den nødvendige teknologi vil se ud. "Jeg ønsker ikke at blive citeret i århundreder, som om jeg forudsagde noget, der aldrig ville ske," siger Cleaver, "men jeg kan ikke se nogen løsninger endnu."
Så at rejse hurtigere end lysets hastighed forbliver science fiction i øjeblikket. Indtil videre er den eneste måde at besøge en exoplanet i løbet af livet på at kaste sig ud i dyb suspenderet animation. Og alligevel er det ikke helt dårligt. Det meste af tiden talte vi om synligt lys. Men i virkeligheden er lys meget mere end det. Fra radiobølger og mikrobølger til synligt lys, ultraviolet stråling, røntgenstråler og gammastråler, der udsendes af atomer, når de henfalder, er disse smukke stråler alle lavet af det samme: fotoner.
Forskellen er i energi, og derfor i bølgelængde. Tilsammen udgør disse stråler det elektromagnetiske spektrum. Det faktum, at radiobølger for eksempel bevæger sig med lysets hastighed, er utroligt nyttigt til kommunikation.
I sin forskning skaber Kolthammer et kredsløb, der bruger fotoner til at transmittere signaler fra en del af kredsløbet til en anden, så han er velkvalificeret til at kommentere nytten af lysets utrolige hastighed.
"Selve det faktum, at vi byggede infrastrukturen af for eksempel internettet og radio før det, baseret på lys, har at gøre med den lethed, hvormed vi kan transmittere det," bemærker han. Og han tilføjer, at lys fungerer som universets kommunikationskraft. Når elektronerne i en mobiltelefon begynder at ryste, frigives fotoner og får elektronerne i en anden mobiltelefon til også at ryste. Sådan fødes et telefonopkald. Rysten af elektroner i Solen udsender også fotoner - i enorme mængder - som selvfølgelig danner lys, der giver livet på Jorden varme og, ahem, lys.
Lys er universets universelle sprog. Dens hastighed - 299.792.458 km/s - forbliver konstant. I mellemtiden er rum og tid formbare. Måske skal vi ikke tænke på, hvordan man bevæger sig hurtigere end lyset, men hvordan man bevæger sig hurtigere gennem dette rum og denne gang? Gå til roden, så at sige?