25. märts 2017
Reisimine superluminaalne kiirus- üks kosmoseulme alustalasid. Seda teavad aga ilmselt kõik – ka füüsikakauged inimesed – maksimaalselt võimalik kiirus Materiaalsete objektide liikumine või mis tahes signaalide levik on valguse kiirus vaakumis. Seda tähistatakse tähega c ja see on peaaegu 300 tuhat kilomeetrit sekundis; täpne väärtus s = 299 792 458 m/s.
Valguse kiirus vaakumis on üks põhilisi füüsikalisi konstante. C-st ületavate kiiruste saavutamise võimatus tuleneb sellest eriline teooria Einsteini relatiivsusteooria (SRT). Kui õnnestuks tõestada, et signaalide edastamine ülivalguse kiirusega on võimalik, langeks relatiivsusteooria. Siiani pole seda juhtunud, hoolimata arvukatest katsetest kummutada c-st suuremate kiiruste olemasolu keeld. Siiski sisse eksperimentaalsed uuringud Viimasel ajal mõned väga huvitavaid nähtusi, mis näitab, et spetsiaalselt loodud tingimustes on võimalik jälgida superluminaalseid kiirusi ja samas ei rikuta relatiivsusteooria põhimõtteid.
Alustuseks meenutagem valguse kiiruse probleemiga seotud peamisi aspekte.
Esiteks: miks see on võimatu (kui normaalsetes tingimustes) ületab valguse piiri? Sest siis rikutakse meie maailma põhiseadust – põhjuslikkuse seadust, mille järgi tagajärg ei saa eelneda põhjusele. Keegi pole kunagi täheldanud, et näiteks karu kukkus esmalt surnult ja siis tulistas jahimees. Kiiruste korral, mis ületavad c, muutub sündmuste jada vastupidiseks, ajalint keritakse tagasi. Seda on lihtne kontrollida järgmiste lihtsate arutluste põhjal.
Oletame, et oleme mingisugusel kosmose-imelaeval, mis liigub valgusest kiiremini. Siis jõuaksime järk-järgult järele allika poolt varasematel ja varasematel aegadel kiirgavale valgusele. Esiteks jõuaksime järele näiteks eile kiiratud footonitele, siis üleeile, siis nädal, kuu, aasta tagasi ja nii edasi. Kui valgusallikaks oleks elu peegeldav peegel, siis näeksime esmalt eilseid sündmusi, siis üleeile jne. Võiksime näha näiteks vanameest, kes muutub tasapisi keskealiseks meheks, siis noormeheks, noorukiks, lapseks... See tähendab, aeg pöörduks tagasi, liiguksime olevikust minevik. Põhjused ja tagajärjed vahetaksid siis kohti.
Kuigi see arutelu ignoreerib täielikult valguse vaatlemise protsessi tehnilisi üksikasju, näitab see fundamentaalsest vaatepunktist selgelt, et ülivalguse kiirusega liikumine viib olukorrani, mis meie maailmas on võimatu. Loodus on aga seadnud veelgi karmimad tingimused: liikumine on saavutamatu mitte ainult ülivalguse kiirusega, vaid ka kiirusega. võrdne kiirus valgus – sellele saab ainult läheneda. Relatiivsusteooriast järeldub, et kui liikumiskiirus suureneb, tekib kolm asjaolu: liikuva objekti mass suureneb, selle suurus liikumissuunas väheneb ja ajavool sellel objektil aeglustub (punktist alates välise "puhkava" vaatleja vaatest). Tavalistel kiirustel on need muutused tühised, kuid valguse kiirusele lähenedes muutuvad nad üha märgatavamaks ja piiril - kiirusel, mis on võrdne c-ga - muutub mass lõpmatult suureks, objekt kaotab oma suuruse täielikult. liikumisest ja aeg peatub sellel. Seetõttu ei suuda ükski materiaalne keha saavutada valguse kiirust. Ainult valgusel endal on selline kiirus! (Ja ka "kõike läbiv" osake - neutriino, mis nagu footon ei saa liikuda kiirusega, mis on väiksem kui c.)
Nüüd signaali edastuskiirusest. Siin on asjakohane kasutada valguse kujutamist elektromagnetlainete kujul. Mis on signaal? See on osa teavet, mis tuleb edastada. Täiuslik elektromagnetlaine- see on rangelt ühe sagedusega lõpmatu sinusoid ja see ei saa kanda mingit teavet, kuna sellise sinusoidi iga periood kordab täpselt eelmist. Siinuslaine faasi liikumiskiirus - nn faasikiirus - võib teatud tingimustel ületada valguse kiirust vaakumis keskkonnas. Siin pole piiranguid, kuna faasikiirus ei ole signaali kiirus - seda pole veel olemas. Signaali loomiseks peate lainele tegema mingi märgi. Selliseks märgiks võib olla näiteks mistahes laineparameetri – amplituudi, sageduse või algfaasi – muutus. Kuid niipea, kui märk on tehtud, kaotab laine sinusoidsuse. See muutub moduleerituks, koosnedes lihtsatest siinuslainetest, millel on erinevad amplituudid, sagedused ja algfaasid- lainete rühmad. Märgi liikumise kiirus moduleeritud laines on signaali kiirus. Keskkonnas levides langeb see kiirus tavaliselt kokku rühmakiirusega, mis iseloomustab ülalmainitud lainete rühma levikut tervikuna (vt "Teadus ja elu" nr 2, 2000). Tavatingimustes on rühma kiirus ja seega ka signaali kiirus väiksem kui valguse kiirus vaakumis. Siin pole juhuslikult kasutatud väljendit “normaalsetes tingimustes”, sest mõnel juhul võib grupikiirus ületada c või isegi tähenduse kaotada, kuid siis ei viita see signaali levimisele. Teenindusjaam teeb kindlaks, et signaali on võimatu edastada kiirusel, mis on suurem kui c.
Miks see nii on? Kuna c-st suurema kiirusega mis tahes signaali edastamise takistuseks on sama põhjuslikkuse seadus. Kujutagem ette sellist olukorda. Mingil hetkel A lülitab valgussähvatus (sündmus 1) sisse teatud raadiosignaali saatva seadme ja kaugemas punktis B toimub selle raadiosignaali mõjul plahvatus (sündmus 2). On selge, et sündmus 1 (sähvatus) on põhjus ja sündmus 2 (plahvatus) on selle tagajärg hilisemad põhjused. Aga kui raadiosignaal leviks üliluminaalsel kiirusel, näeks punkti B lähedal olev vaatleja esmalt plahvatust ja alles siis temani valgussähvatuse kiirusel jõudnud plahvatuse põhjust. Teisisõnu, selle vaatleja jaoks oleks sündmus 2 toimunud varem kui sündmus 1, see tähendab, et tagajärg oleks eelnenud põhjusele.
On kohane rõhutada, et relatiivsusteooria “ülevalguslik keeld” on kehtestatud ainult materiaalsete kehade liikumisele ja signaalide edastamisele. Paljudes olukordades on liikumine mis tahes kiirusega võimalik, kuid see ei ole materiaalsete objektide või signaalide liikumine. Kujutage näiteks ette kahte üsna pikka joonlauda, mis asuvad samas tasapinnas, millest üks asub horisontaalselt ja teine lõikub sellega väikese nurga all. Kui esimest joonlauda suurel kiirusel allapoole (noolega näidatud suunas) liigutada, saab joonlaudade ristumispunkti panna jooksma nii kiiresti kui soovitakse, kuid see punkt ei ole materiaalne keha. Teine näide: kui võtate taskulambi (või näiteks laseri, mis tekitab kitsa kiirte) ja kirjeldate kiiresti õhus olevat kaare, siis lineaarne kiirus valguskiir suureneb kauguse suurenedes ja piisavalt suur vahemaaületab c. Valguslaik liigub punktide A ja B vahel ülivalguse kiirusega, kuid see ei ole signaali edastamine punktist A punkti B, kuna selline valguspunkt ei kanna punkti A kohta teavet.
Näib, et superluminaalsete kiiruste küsimus on lahendatud. Kuid kahekümnenda sajandi 60ndatel esitasid teoreetilised füüsikud hüpoteesi superluminaalsete osakeste, mida nimetatakse tahhüoniteks, olemasolust. Need on väga kummalised osakesed: teoreetiliselt on need võimalikud, kuid et vältida vastuolusid relatiivsusteooriaga, tuli neile määrata kujuteldav puhkemass. Füüsiliselt kujuteldavat massi ei eksisteeri, see on puhtalt matemaatiline abstraktsioon. See aga ei tekitanud erilist ärevust, kuna tahhüonid ei saa olla puhkeseisundis - nad eksisteerivad (kui on olemas!) ainult kiirustel, mis ületavad valguse kiirust vaakumis ja sel juhul osutub tahhüoni mass tõeliseks. Siin on mingi analoogia footonitega: footoni puhkemass on null, kuid see tähendab lihtsalt seda, et footon ei saa olla puhkeolekus – valgust ei saa peatada.
Kõige keerulisemaks osutus, nagu arvata võiks, tahhüoni hüpoteesi ühitamine põhjuslikkuse seadusega. Selles suunas tehtud katsed, kuigi üsna geniaalsed, ei toonud silmnähtavat edu. Samuti pole kellelgi õnnestunud tahhüone eksperimentaalselt registreerida. Selle tulemusena tekkis huvi tahhüonite kui superluminaalsete vastu elementaarosakesed hääbus tasapisi.
60ndatel avastati aga eksperimentaalselt nähtus, mis füüsikud esialgu segadusse ajas. Seda kirjeldatakse üksikasjalikult A. N. Oraevski artiklis “Super kerged lained võimendusmeedias" (UFN nr 12, 1998). Siin võtame lühidalt kokku asja olemuse, viidates üksikasjadest huvitatud lugejale märgitud artiklile.
Varsti pärast laserite avastamist – 60ndate alguses – tekkis probleem lühikeste (kestvus umbes 1 ns = 10-9 s) suure võimsusega valgusimpulsside saamisega. Selleks lasti läbi optika lühike laserimpulss kvantvõimendi. Impulss jagati kiirte jagamise peegli abil kaheks osaks. Üks neist, võimsam, saadeti võimendisse ja teine levis õhus ja oli võrdlusimpulss, millega sai võrrelda võimendit läbivat impulssi. Mõlemad impulsid suunati fotodetektoritesse ja nende väljundsignaale sai visuaalselt jälgida ostsilloskoobi ekraanil. Eeldati, et võimendit läbiv valgusimpulss kogeb selles võrdlusimpulsiga võrreldes mõningast viivitust, see tähendab, et valguse levimise kiirus võimendis on väiksem kui õhus. Kujutage ette teadlaste hämmastust, kui nad avastasid, et impulss levis läbi võimendi kiirusega, mis pole mitte ainult suurem kui õhus, vaid ka mitu korda suurem kui valguse kiirus vaakumis!
Esimesest šokist toibunud, hakkasid füüsikud sellise ootamatu tulemuse põhjust otsima. Erirelatiivsusteooria põhimõtetes ei kahelnud kellelgi vähimatki kahtlust ja just see aitas leida õige seletuse: kui SRT põhimõtted säilivad, siis tuleks vastust otsida võimendava meediumi omadustest.
Siinkohal detailidesse laskumata juhime vaid tähelepanu sellele, et võimendusmeediumi toimemehhanismi üksikasjalik analüüs tegi olukorra täielikult selgeks. Asi oli footonite kontsentratsiooni muutuses impulsi levimise ajal – muutuses, mis on põhjustatud keskkonna võimenduse muutumisest kuni negatiivne väärtus impulsi tagumise osa läbimise ajal, kui keskkond juba neelab energiat, sest tema enda reserv on selle ülekande tõttu juba ära kasutatud valgusimpulss. Imendumine ei põhjusta impulsi suurenemist, vaid nõrgenemist ja seega impulss tugevneb esiosas ja nõrgeneb tagaosas. Kujutagem ette, et vaatleme võimendi keskkonnas valguse kiirusel liikuva seadme abil impulssi. Kui meedium oleks läbipaistev, näeksime impulssi tardunud liikumatus. Keskkonnas, kus eelnimetatud protsess toimub, paistavad vaatlejale impulsi esiserva tugevnemine ja tagumise serva nõrgenemine selliselt, et meedium näib olevat impulsi ettepoole nihutanud. Kuid kuna seade (vaatleja) liigub valguse kiirusel ja impulss möödub sellest, siis impulsi kiirus ületab valguse kiiruse! Just selle efekti registreerisid katsetajad. Ja siin pole relatiivsusteooriaga tegelikult mingit vastuolu: võimendusprotsess on lihtsalt selline, et varem välja tulnud footonite kontsentratsioon osutub suuremaks kui hiljem välja tulnud footonite kontsentratsioon. Superluminaalsel kiirusel ei liigu mitte footonid, vaid ostsilloskoobiga jälgitakse impulsi mähisjoont, eelkõige selle maksimumi.
Seega, kui tavalistes meediumites toimub alati valguse nõrgenemine ja selle kiiruse vähenemine, mille määrab murdumisnäitaja, siis aktiivses laserkandjas ei toimu mitte ainult valguse võimendumist, vaid ka impulsi levimist superluminaalsel kiirusel.
Mõned füüsikud püüdsid eksperimentaalselt tõestada superluminaalse liikumise olemasolu tunneliefekti ajal – üks hämmastavamaid nähtusi maailmas. kvantmehaanika. See efekt seisneb selles, et mikroosake (täpsemalt mikroobjekt, in erinevad tingimused millel on nii osakeste kui ka laineomadused) on võimeline tungima läbi nn potentsiaalne barjäär- täiesti võimatu nähtus klassikaline mehaanika(mille analoogia oleks järgmine olukord: vastu seina visatud pall satuks teisele poole seina või seina külge seotud köiele antud lainetaoline liikumine kanduks üle köiele, mis on seotud sein teisel pool). Tunneliefekti olemus kvantmehaanikas on järgmine. Kui teatud energiaga mikroobjekt kohtab ala, kus potentsiaalne energia, ületades mikroobjekti energiat, on see piirkond tema jaoks barjääriks, mille kõrguse määrab energiaerinevus. Aga mikroobjekt “lekib” läbi tõkke! Selle võimaluse annab talle tuntud Heisenbergi määramatuse seos, mis on kirjutatud interaktsiooni energia ja aja kohta. Kui mikroobjekti interaktsioon barjääriga toimub üsna kindla aja jooksul, siis mikroobjekti energiat iseloomustab seevastu määramatus ja kui see määramatus on barjääri kõrguse suurusjärgus, siis viimane lakkab olemast mikroobjektile ületamatuks takistuseks. Just potentsiaalse barjääri läbimise kiirust on uurinud mitmed füüsikud, kes usuvad, et see võib ületada c.
1998. aasta juunis toimus Kölnis rahvusvaheline sümpoosion superluminaalse liikumise probleemidest, kus arutati neljas laboris – Berkeleys, Viinis, Kölnis ja Firenzes – saadud tulemusi.
Ja lõpuks, 2000. aastal, ilmusid teated kahe uue katse kohta, milles ilmnesid superluminaalse leviku mõjud. Ühe neist esitas Lijun Wong ja tema kolleegid Princetoni uurimisinstituudist (USA). Selle tulemuseks on see, et tseesiumiauruga täidetud kambrisse sisenev valgusimpulss suurendab selle kiirust 300 korda. Selgus, et põhiosa Pulss väljub kambri kaugemast seinast isegi varem, kui impulss läbi esiseina kambrisse siseneb. See olukord on vastuolus mitte ainult terve mõistus, vaid sisuliselt relatiivsusteooria.
L. Wongi sõnum tekitas füüsikute seas intensiivset diskussiooni, kellest enamik ei kippunud nägema saadud tulemustes relatiivsuspõhimõtete rikkumist. Nende arvates on väljakutse seda katset õigesti selgitada.
L. Wongi katses kestis tseesiumiauruga kambrisse sisenev valgusimpulss umbes 3 μs. Tseesiumi aatomid võivad eksisteerida kuueteistkümnes võimalikus kvantmehaanilises olekus, mida nimetatakse "põhioleku hüperpeenteks magnetilisteks alamtasanditeks". Optilise laserpumpamise abil viidi peaaegu kõik aatomid ainult ühte neist kuueteistkümnest olekust, mis vastab peaaegu absoluutne null temperatuur Kelvini skaalal (-273,15°C). Tseesiumikambri pikkus oli 6 sentimeetrit. Vaakumis läbib valgus 0,2 ns jooksul 6 sentimeetrit. Nagu mõõtmised näitasid, läbis valgusimpulss tseesiumiga kambrit ajaga, mis oli 62 ns vähem kui vaakumis. Teisisõnu, aeg, mis kulub pulsi läbimiseks tseesiumikeskkonnast, on miinusmärgiga! Tõepoolest, kui lahutada 0,2 ns-st 62 ns, saame “negatiivse” aja. See "negatiivne viivitus" keskkonnas – arusaamatu ajahüpe – on võrdne ajaga, mille jooksul impulss läbiks 310 korda kambrit vaakumis. Selle "ajalise pöördumise" tagajärjeks oli see, et kambrist väljuv impulss suutis sellest 19 meetrit eemale liikuda, enne kui sissetulev impulss kambri lähiseinani jõudis. Kuidas seletada sellist uskumatut olukorda (kui me muidugi ei kahtle katse puhtuses)?
Käimasoleva arutelu põhjal ei ole täpset seletust veel leitud, kuid kahtlemata mängivad siin rolli keskkonna ebatavalised dispersiooniomadused: laservalgusega ergastatud aatomitest koosnev tseesiumiaur on anomaalse dispersiooniga keskkond. . Tuletagem lühidalt meelde, mis see on.
Aine dispersioon on faasi (tavalise) murdumisnäitaja n sõltuvus valguse lainepikkusest l. Tavalise dispersiooni korral suureneb murdumisnäitaja lainepikkuse kahanemisel ja seda nii klaasis, vees, õhus ja kõigis muudes valgust läbipaistvates ainetes. Tugevalt valgust neelavates ainetes on murdumisnäitaja kulg koos lainepikkuse muutumisega vastupidine ja muutub palju järsemaks: l vähenemisega (suurenev sagedus w) väheneb murdumisnäitaja järsult ja teatud lainepikkuse piirkonnas muutub see väiksemaks kui ühtsus ( faasikiirus Vf > s ). See on anomaalne dispersioon, mille puhul valguse levimise muster aines muutub radikaalselt. Rühmakiirus Vgr muutub suuremaks kui lainete faasikiirus ja võib ületada valguse kiirust vaakumis (ja muutuda ka negatiivseks). L. Wong osutab sellele asjaolule kui oma katse tulemuste selgitamise võimaluse aluseks. Siiski tuleb märkida, et tingimus Vgr > c on puhtalt formaalne, kuna rühma kiiruse mõiste võeti kasutusele väikese (normaalse) dispersiooni korral, läbipaistva keskkonna jaoks, kui lainete rühm peaaegu ei muuda oma kuju. paljundamise ajal. Anomaalse hajutusega piirkondades deformeerub valgusimpulss kiiresti ja grupikiiruse mõiste kaotab oma tähenduse; sel juhul võetakse kasutusele signaali kiiruse ja energia levimiskiiruse mõisted, mis läbipaistvas keskkonnas ühtivad grupikiirusega ja neeldumisega keskkonnas jäävad vaakumis valguse kiirusest väiksemaks. Kuid Wongi katses on huvitav siin: valgusimpulss, mis läbib anomaalse dispersiooniga keskkonda, ei deformeeru - see säilitab täpselt oma kuju! Ja see vastab eeldusele, et impulss levib rühmakiirusega. Aga kui nii, siis selgub, et söötmes puudub neeldumine, kuigi söötme anomaalne hajumine on tingitud just neeldumisest! Wong ise, tunnistades, et palju jääb ebaselgeks, usub, et see, mis temas toimub eksperimentaalne seadistus saab visuaalselt seletada esimese lähendusega järgmisel viisil.
Valgusimpulss koosneb paljudest erineva lainepikkusega (sagedusega) komponentidest. Joonisel on kolm neist komponentidest (lained 1-3). Mingil hetkel on kõik kolm lainet faasis (nende maksimumid langevad kokku); siin nad, liites, tugevdavad üksteist ja moodustavad impulsi. Nagu edasine levitamine Kosmoses on lained defaasilised ja seeläbi "kustutavad" üksteist.
Anomaalse dispersiooni piirkonnas (tseesiumiraku sees) pikeneb laine, mis oli lühem (laine 1). Ja vastupidi, laine, mis oli kolmest pikim (laine 3), muutub lühemaks.
Järelikult muutuvad lainete faasid vastavalt. Kui lained on tseesiumiraku läbinud, taastuvad nende lainefrondid. Olles läbinud ebatavalise faasimodulatsiooni anomaalse dispersiooniga aines, satuvad kõnealused kolm lainet mingil hetkel uuesti faasi. Siin liidetakse need uuesti ja moodustub täpselt sama kujuga pulss, mis siseneb tseesiumikeskkonda.
Tavaliselt õhus ja tegelikult igas normaalse dispersiooniga läbipaistvas keskkonnas ei suuda valgusimpulss kaugelt levides täpselt oma kuju säilitada, see tähendab, et kõiki selle komponente ei saa levitee üheski kaugemas punktis faasida. Ja tavatingimustes tekib mõne aja pärast nii kauges punktis valgusimpulss. Kuid eksperimendis kasutatud söötme anomaalsete omaduste tõttu osutus pulss kaugemas punktis faasituks samamoodi nagu sellesse söötmesse sisenemisel. Seega käitub valgusimpulss nii, nagu oleks tal teel kaugesse punkti negatiivne ajaline viivitus ehk ta jõuaks selleni mitte hiljem, vaid varem, kui oli meediumi läbinud!
Enamik füüsikuid on kaldunud seostama seda tulemust madala intensiivsusega prekursori ilmumisega kambri hajutavasse keskkonda. Fakt on see, et impulsi spektraalse lagunemise ajal sisaldab spekter ebaoluliselt väikese amplituudiga suvaliselt kõrgete sagedustega komponente, nn prekursorit, mis läheb impulsi "põhiosast" ette. Tekkimise olemus ja lähteaine kuju sõltuvad keskkonnas levimise seadusest. Seda silmas pidades tehakse Wongi katse sündmuste jada ettepanek tõlgendada järgmiselt. Saabuv laine, mis "venitab" kuulutaja enda ette, läheneb kaamerale. Enne kui sissetuleva laine tipp tabab kambri lähiseina, käivitab prekursor kambris impulsi, mis jõuab kaugemasse seina ja peegeldub sealt, moodustades "tagurpidi laine". See laine, mis levib 300 korda kiiremini kui c, jõuab lähiseinani ja kohtub sissetuleva lainega. Ühe laine tipud kohtuvad teise lainega, nii et need lõhuvad üksteist ja selle tulemusena ei jää midagi järele. Selgub, et sissetulev laine “tasustab võla” tseesiumi aatomitele, mis “laenasid” talle energiat kambri teises otsas. Igaüks, kes vaatas ainult katse algust ja lõppu, nägi ainult valgusimpulssi, mis "hüppas" ajas edasi, liikudes kiiremini kui c.
L. Wong usub, et tema eksperiment ei ole relatiivsusteooriaga kooskõlas. Väide üliluminaalse kiiruse kättesaamatuse kohta kehtib tema arvates ainult puhkemassiga objektide kohta. Valgust saab kujutada kas lainete kujul, mille puhul massi mõiste üldiselt ei kehti, või footonite kujul koos puhkemassiga, nagu on teada. võrdne nulliga. Seetõttu ei ole valguse kiirus vaakumis Wongi sõnul piiriks. Siiski tunnistab Wong, et tema avastatud efekt ei võimalda edastada teavet kiirustel, mis on suuremad kui c.
"Siinne teave sisaldub juba impulsi esiservas," ütleb Ameerika Ühendriikide Los Alamose riikliku labori füüsik P. Milonni. "Ja see võib jätta mulje, nagu saadaks teavet kiiremini kui valgus, isegi kui te ei saada seda."
Enamik füüsikuid usub seda uus töökoht ei anna põhiprintsiipidele purustavat lööki. Kuid mitte kõik füüsikud ei usu, et probleem on lahendatud. Professor A. Ranfagni Itaalia uurimisrühmast, kes tegi 2000. aastal veel ühe huvitava katse, usub, et küsimus on endiselt lahtine. See katse, mille viisid läbi Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni ja Rocco Ruggeri, avastas, et sentimeetrilainete raadiolained tavalises õhus liiguvad kiirusega 25% kiiremini kui c.
Kokkuvõtteks võime öelda järgmist.
Töötab Viimastel aastatel näitavad, et teatud tingimustel võib superluminaalne kiirus tegelikult tekkida. Aga mis täpselt üliluminaalsel kiirusel liigub? Relatiivsusteooria, nagu juba mainitud, keelab sellise kiiruse materiaalsete kehade ja informatsiooni kandvate signaalide puhul. Sellegipoolest üritavad mõned teadlased väga visalt demonstreerida valgusbarjääri ületamist spetsiaalselt signaalide jaoks. Selle põhjuseks on asjaolu, et erirelatiivsusteoorial ei ole ranget matemaatilist põhjendust (mis põhineb näiteks Maxwelli võrranditel elektromagnetväli) signaalide edastamise võimatus kiirustel, mis on suuremad kui c. Selline STR-i võimatus on kindlaks tehtud, võib öelda, puhtaritmeetiliselt, tuginedes Einsteini kiiruste liitmise valemile, kuid seda kinnitab põhimõtteliselt põhjuslikkuse põhimõte. Einstein ise kirjutas superluminaalse signaaliedastuse teemat käsitledes, et antud juhul "... oleme sunnitud võimalikuks pidama signaali edastamise mehhanismi, milles saavutatud tegevus eelneb põhjusele. Kuid kuigi see tuleneb puhtloogilisest aspektist vaade ei sisalda ennast, minu arvates pole vastuolusid; see on siiski nii vastuolus kogu meie kogemuse olemusega, et eelduse V > c võimatus näib olevat piisavalt tõestatud. Põhjuslikkuse põhimõte on superluminaalse signaali edastamise võimatuse aluseks. Ja ilmselt komistavad kõik eranditult üliluminaalsete signaalide otsingud selle kivi otsa, hoolimata sellest, kui väga eksperimenteerijad selliseid signaale tuvastada tahaksid, sest selline on meie maailma olemus.
Kujutagem siiski ette, et relatiivsusteooria matemaatika töötab endiselt ülivalguse kiirusega. See tähendab, et teoreetiliselt saame ikkagi teada, mis juhtuks, kui keha ületaks valguse kiiruse.
Kujutagem ette, et kaks kosmoselaeva suunduvad Maalt tähe poole, mis asub meie planeedist 100 valgusaasta kaugusel. Esimene laev väljub Maalt 50% valguse kiirusega, seega kulub teekonna läbimiseks 200 aastat. Teine laev, mis on varustatud hüpoteetilise lõimeajamiga, sõidab 200% valguse kiirusega, kuid 100 aastat pärast esimest. Mis juhtub?
Relatiivsusteooria järgi sõltub õige vastus suuresti vaatleja vaatenurgast. Maalt paistab, et esimene laev on juba läbinud märkimisväärse vahemaa, enne kui teine laev, mis liigub neli korda kiiremini, möödub sellest. Aga esimese laeva inimeste vaatevinklist on kõik veidi teistmoodi.
Laev nr 2 liigub kiiremini kui valgus, mis tähendab, et see võib isegi ületada valgust, mida ta ise kiirgab. See toob kaasa omamoodi “valguslaine” (analoogselt helilainele, ainult et õhuvibratsiooni asemel vibreerivad siin valguslained), mis tekitab mitmeid huvitavaid efekte. Tuletage meelde, et laeva nr 2 valgus liigub aeglasemalt kui laev ise. Tulemuseks on visuaalne kahekordistumine. Ehk siis esmalt näeb laeva nr 1 meeskond, et teine laev on nende kõrvale justkui eikuskilt ilmunud. Seejärel jõuab teise laeva valgus väikese hilinemisega esimesele ja tulemuseks on nähtav koopia, mis liigub väikese hilinemisega samas suunas.
Midagi sarnast on näha Arvutimängud kui süsteemi tõrke tagajärjel laadib mootor mudeli ja selle algoritme sisse lõpp-punkt liigutused kiiremini kui animatsioon ise lõppeb, seega toimub mitu võtet. See on ilmselt põhjus, miks meie teadvus ei taju universumi hüpoteetilist aspekti, milles kehad liiguvad ülivalguse kiirusega – võib-olla on see parim.
P.S. ... aga sisse viimane näide Ma ei saa millestki aru, miks seostatakse laeva tegelikku asukohta "selle kiirgava valgusega"? Noh, isegi kui nad näevad teda vales kohas, siis tegelikult möödub ta esimesest laevast!
allikatest
Illustratsiooni autoriõigus Thinkstock
Praegune kiirusrekord kosmoses on püsinud 46 aastat. Korrespondent mõtles, millal ta peksa saab.
Meie, inimesed, oleme kiiruse kinnisideeks. Niisiis, alles viimastel kuudel sai teatavaks, et Saksamaal püstitasid tudengid elektriauto kiirusrekordi ning USA õhuvägi plaanib hüperhelilennukeid täiustada nii, et need saavutaksid helikiirusest viis korda suurema kiiruse, s.o. üle 6100 km/h.
Sellistel lennukitel ei ole meeskonda, kuid mitte sellepärast, et inimesed ei saaks nii suurel kiirusel liikuda. Tegelikult on inimesed juba liikunud kiirusega, mis on mitu korda suurem helikiirusest.
Kas on aga piir, millest üle meie kiiresti kihutavad kehad enam ülekoormusele vastu ei pea?
Senist kiirusrekordit jagavad võrdselt kolm Apollo 10 kosmosemissioonil osalenud astronauti – Tom Stafford, John Young ja Eugene Cernan.
1969. aastal, kui astronaudid Kuu ümber tiiru tegid ja tagasi pöördusid, saavutas kapsel, milles nad olid, kiiruseks, mis Maal oleks 39,897 km/h.
"Ma arvan, et sada aastat tagasi võisime vaevalt ette kujutada, et inimene võiks liikuda kosmoses kiirusega peaaegu 40 tuhat kilomeetrit tunnis," ütleb Jim Bray lennunduskontsernist Lockheed Martin.
Bray on USA kosmoseagentuuri NASA arendatava kosmoseaparaadi Orion elamiskõlbliku mooduli projekti direktor.
Arendajate sõnul kosmoselaev Orion on mitmeotstarbeline ja osaliselt korduvkasutatav ning peaks kandma astronaute madalale Maa orbiidile. Väga võimalik, et selle abiga õnnestub ületada inimesele 46 aastat tagasi püstitatud kiirusrekord.
Uus üliraske rakett, mis on osa Space Launch Systemist, peaks oma esimese mehitatud lennu tegema 2021. aastal. See on möödalend Kuu orbiidil asuvast asteroidist.
Keskmine inimene talub enne minestamist umbes viis Gs jõudu.
Seejärel peaksid järgnema kuudepikkused ekspeditsioonid Marsile. Nüüd on disainerite sõnul tavaline maksimaalne kiirus Orion peaks olema umbes 32 tuhat km/h. Apollo 10 saavutatud kiirust saab aga ületada ka siis, kui Orioni kosmoselaeva põhikonfiguratsioon säilib.
"Orion on loodud lendamiseks erinevatel eesmärkidel kogu selle eluea jooksul,” ütleb Bray. "Selle kiirus võib olla oluliselt suurem kui see, mida me praegu plaanime."
Kuid isegi Orion ei esinda inimkiiruse potentsiaali tippu. "Kiirusele, millega saame liikuda, pole põhimõtteliselt muid piiranguid peale valguse kiiruse," ütleb Bray.
Valguse kiirus on üks miljard km/h. Kas on lootust, et suudame ületada lõhe 40 tuhande km/h ja nende väärtuste vahel?
Hämmastav, kiirus vektori suurus, mis näitab liikumiskiirust ja liikumissuunda, ei ole inimesele füüsilises mõttes probleemiks, kui see on suhteliselt konstantne ja ühes suunas suunatud.
Järelikult saavad inimesed - teoreetiliselt - liikuda ruumis vaid veidi aeglasemalt kui "universumi kiiruspiirang", s.t. valguse kiirus.
Illustratsiooni autoriõigus NASA Pildi pealkiri Kuidas tunneb inimene end valguselähedasel kiirusel lendavas laevas?Kuid isegi kui ületame kiirete kosmoselaevadega seotud olulised tehnoloogilised tõkked, seisavad meie haprad, enamasti veekogud silmitsi uute suure kiiruse mõjuga seotud ohtudega.
Kui inimesed on võimelised liikuma, võivad tekkida vaid kujuteldavad ohud kiirem kiirus valgus läbi kaasaegse füüsika lünkade ärakasutamise või avastuste kaudu, mis hallitust murravad.
Kuidas taluda ülekoormust
Kui aga kavatseme sõita kiirusega üle 40 tuhande km/h, peame selleni jõudma ja seejärel aeglaselt ja kannatlikult kiirust maha võtma.
Kiire kiirendus ja sama kiire aeglustamine on täis surmaoht inimkeha jaoks. Sellest annab tunnistust autoõnnetuste tagajärjel tekkinud vigastuste raskus, mille puhul kiirus langeb mitmekümnelt kilomeetrilt tunnis nulli.
Mis on selle põhjuseks? Selles Universumi omaduses, mida nimetatakse inertsiks või võimeks füüsiline keha, millel on mass, peab vastu oma puhkeoleku või liikumise muutustele välismõjude puudumisel või kompenseerimisel.
See idee on sõnastatud Newtoni esimeses seaduses, mis ütleb: "Iga keha on jätkuvalt puhkeseisundis või ühtses ja sirgjooneline liikumine, kuni ja niivõrd, kuivõrd rakendatud jõud ei ole sunnitud seda olekut muutma."
Meie, inimesed, suudame ilma tõsiste vigastusteta taluda tohutuid ülekoormusi, kuigi vaid mõne hetke.
"Puhkeseisund ja liikumine koos püsikiirus"See on inimkeha jaoks normaalne," selgitab Bray. "Pigem peaksime muretsema inimese seisundi pärast kiirenduse hetkel."
Umbes sajand tagasi pani piloodid kiirusega manööverdada suutvate karmide lennukite väljatöötamine teatama kummalistest sümptomitest, mis on põhjustatud kiiruse ja lennusuuna muutustest. Nende sümptomite hulka kuulusid ajutine nägemise kaotus ja raskustunne või kaalutu tunne.
Põhjuseks on G ühikutes mõõdetud g-jõud, mis on suhe lineaarne kiirendus kiirendada vabalangus Maa pinnal külgetõmbe või gravitatsiooni mõjul. Need ühikud peegeldavad gravitatsioonikiirenduse mõju näiteks inimkeha massile.
Ülekoormus 1 G võrdub Maa gravitatsiooniväljas oleva keha massiga, mis tõmbub planeedi keskpunkti kiirusega 9,8 m/sek (merepinnal).
Vertikaalselt pealaest jalatallani või vastupidi kogetavad G-jõud on pilootidele ja reisijatele tõeliselt halb uudis.
Negatiivsete ülekoormuste korral, s.o. aeglustub, veri tormab varvastest pähe, tekib üleküllastustunne, nagu kätelseisu tehes.
Illustratsiooni autoriõigus SPL Pildi pealkiri Selleks, et mõista, kui palju Gs-i astronaudid taluvad, treenitakse neid tsentrifuugis"Punane loor" (tunne, mida inimene kogeb, kui veri tormab pähe) tekib siis, kui verest pundunud poolläbipaistvad alumised silmalaud tõusevad ja katavad silmapupillid.
Ja vastupidi, kiirenduse või positiivsete g-jõudude ajal voolab veri peast jalgadesse, silmades ja ajus hakkab hapnikupuudus olema, kuna veri koguneb alajäsemetesse.
Algul läheb nägemine uduseks, s.t. ilmneb värvinägemise kaotus ja nn hall loor rullub sisse, seejärel täielik nägemiskaotus või "must loor", kuid inimene jääb teadvusele.
Liigne ülekoormus viib täieliku teadvusekaotuseni. Seda seisundit nimetatakse ülekoormuse sünkoobiks. Paljud piloodid said surma, kuna nende silmadele langes "must loor" ja nad kukkusid alla.
Keskmine inimene talub enne teadvuse kaotamist umbes viis Gs jõudu.
Piloodid, kes kannavad spetsiaalseid anti-g kostüüme ja on treenitud oma torsolihaseid erilisel viisil pingutama ja lõdvestama, et veri peast välja voolaks, suudavad lennukit juhtida umbes üheksa Gs juures.
Orbiidil stabiilse reisikiiruse 26 000 km/h saavutamisel ei koge astronaudid kiirust rohkem kui kommertslendude reisijad
"Lühikest aega Inimkeha talub palju suuremaid g-jõude kui üheksa G-d, ütleb Virginia osariigis Alexandrias asuva Aerospace Medical Associationi tegevdirektor Jeff Swiatek. - Kuid talub kogu ulatuses suuri ülekoormusi pikk periood Väga vähesed inimesed on ajavõimelised."
Meie, inimesed, suudame ilma tõsiste vigastusteta taluda tohutuid ülekoormusi, kuigi vaid mõne hetke.
Lühiajalise vastupidavuse rekordi püstitas USA õhujõudude kapten Eli Beeding Jr Hollomani õhuväebaasis New Mexicos. 1958. aastal rakettmootoriga spetsiaalsel kelgul pidurdades, pärast 0,1 sekundiga 55 km/h kiirendamist, tekkis tal ülekoormus 82,3 G.
Selle tulemuse registreeris tema rinnale kinnitatud kiirendusmõõtur. Beedingil tekkis ka "must pilv" silmade kohal, kuid ta pääses selle inimliku vastupidavuse märkimisväärse väljanägemise ajal ainult verevalumitega. Tõsi, pärast võistlust veetis ta kolm päeva haiglas.
Ja nüüd kosmosesse
Astronaudid kogesid olenevalt transpordivahendist ka õhkutõusmisel ja atmosfääri tihedatesse kihtidesse naastes üsna suuri ülekoormusi - kolm kuni viis G.
Neid ülekoormusi talutakse suhteliselt kergesti tänu nutikale ideele kinnitada kosmosereisijad istmetele lamavas asendis näoga lennusuunas.
Kui nad saavutavad orbiidil stabiilse reisikiiruse 26 000 km/h, ei tunne astronaudid enam kiirust kui kommertslendude reisijad.
Kui pikkadel ekspeditsioonidel Orioni laevadel ülekoormused probleemiks ei ole, siis väikestega kosmosekivid– mikrometeoriidid – kõik on keerulisem.
Illustratsiooni autoriõigus NASA Pildi pealkiri Mikrometeoriitide eest kaitsmiseks vajab Orion mingit kosmosesoomustNeed riisitera suurused osakesed võivad jõuda muljetavaldava, kuid samas hävitava kiiruseni kuni 300 tuhat km/h. Laeva terviklikkuse ja meeskonna ohutuse tagamiseks on Orion varustatud välimise kaitsekihiga, mille paksus varieerub 18-30 cm.
Lisaks on ette nähtud täiendavad varjestuskilbid, samuti kasutatakse leidlikku varustuse paigutamist laeva sisemusse.
"Et vältida kogu kosmoselaeva jaoks elutähtsate lennusüsteemide kaotamist, peame täpselt arvutama mikrometeoriitide lähenemisnurgad," ütleb Jim Bray.
Võite olla kindlad: mikrometeoriidid ei ole ainsaks takistuseks kosmosemissioonidele, mille käigus hakkavad üha olulisemat rolli mängima inimeste suur lennukiirus vaakumis.
Ekspeditsioonil Marsile tuleb lahendada muid praktilisi probleeme, näiteks meeskonna toiduga varustamine ja kokkupuutest tingitud suurenenud vähiohu tõrjumine. Inimkeha kosmiline kiirgus.
Reisiaja lühendamine vähendab selliste probleemide tõsidust, nii et sõidukiirus muutub üha soovitavamaks.
Järgmise põlvkonna kosmoselennud
See kiirusvajadus seab kosmosereisijate teele uusi takistusi.
NASA uus kosmoselaev, mis ähvardab purustada Apollo 10 kiirusrekordi, loodab endiselt ajaproovitud keemilised süsteemid rakettmootorid, mida on kasutatud alates esimesest kosmoselennud. Kuid neil süsteemidel on tõsised kiiruspiirangud, kuna kütuseühiku kohta vabaneb väike kogus energiat.
Kiire kosmoselaeva eelistatuim, kuigi tabamatu energiaallikas on antiaine, tavaaine vaste ja antipood.
Seetõttu tunnistavad teadlased, et Marsile ja kaugemale suunduvate inimeste lennukiiruse oluliseks suurendamiseks on vaja täiesti uusi lähenemisviise.
"Süsteemid, mis meil praegu on, on üsna võimelised meid sinna viima," ütleb Bray, "kuid me kõik tahaksime olla tunnistajaks mootorite revolutsioonile."
Eric Davis, Texase osariigis Austinis asuva Täiustatud Uuringute Instituudi vanemteadur ja NASA läbimurdelise tõukejõufüüsika programmi kuueaastane osaleja uuringuprojekt 2002. aastal valminud, tuvastas kolm traditsioonilise füüsika seisukohast kõige lootustandvamat vahendit, mis aitavad inimkonnal saavutada planeetidevaheliseks reisimiseks mõistlikult piisava kiiruse.
Lühidalt öeldes räägime energia vabanemise nähtustest aine lõhenemisel, termotuumasünteesil ja antiaine annihilatsioonil.
Esimene meetod hõlmab aatomite lõhustumist ja seda kasutatakse kaubanduslikes tuumareaktorites.
Teine, termotuumasüntees, hõlmab raskemate aatomite loomist lihtsad aatomid– selline reaktsioon toidab Päikest energiaga. See on tehnoloogia, mis paelub, kuid mida on raske haarata; see on "alati veel 50 aastat" - ja nii see alati jääb, nagu tööstuse vana moto ütleb.
"See on üsna Hi-tech, ütleb Davis, "kuid need põhinevad traditsioonilisel füüsikal ja on kindlalt juurdunud alates aatomiajastu koidikust." Optimistlike hinnangute kohaselt võivad aatomi lõhustumise ja tuumasünteesi kontseptsioonidel põhinevad tõukejõusüsteemid teoreetiliselt kiirendada 10% valguse kiirusest, st kuni väga arvestatava 100 miljoni km/h.
Illustratsiooni autoriõigus USA õhuvägi Pildi pealkiri Ülehelikiirusel lendamine pole inimestele enam probleem. Teine asi on valguse kiirus või vähemalt sellele lähedane...Kiire kosmoselaeva eelistatuim, kuigi raskesti saavutatav energiaallikas on antiaine, tavaaine vaste ja antipood.
Kui kahte tüüpi ainet puutuvad kokku, hävitavad nad üksteist, mille tulemusena vabaneb puhas energia.
Tänapäeval on olemas tehnoloogiad, mis võimaldavad toota ja säilitada – seni äärmiselt tähtsusetuid – antiaine koguseid.
Samal ajal eeldab antiaine tootmine kasulikes kogustes järgmise põlvkonna uusi erivõimeid ja inseneriteadused peavad sobiva kosmoselaeva loomiseks võistlema.
Aga nagu Davis ütleb, palju suurepäraseid ideid juba töötatakse joonestuslaudadel.
Antiaineenergial töötavad kosmoseaparaadid suudaksid kiirendada kuid või isegi aastaid ja saavutada suurema protsendi valguse kiirusest.
Samas jäävad ülekoormused pardal laevaelanikele vastuvõetavaks.
Samal ajal on sellised fantastilised uued kiirused täis muid ohte inimkehale.
Energialinn
Kiirusel mitusada miljonit kilomeetrit tunnis muutub iga tolmukübe kosmoses, hajutatud vesinikuaatomitest mikrometeoriidideni, paratamatult kuuliks kõrge energia ja suudab läbistada laeva kere.
"Kui liigute väga suure kiirusega, tähendab see, et teie poole tulevad osakesed liiguvad sama kiirusega, " ütleb Arthur Edelstein.
Koos oma surnud isa, radioloogiaprofessori William Edelsteiniga Meditsiinikool Johns Hopkinsi ülikoolis, mille kallal ta töötas teaduslik töö, milles vaadeldi kosmiliste vesinikuaatomitega kokkupuute mõjusid (inimestele ja tehnoloogiale) ülikiire kosmosereisi ajal kosmoses.
Vesinik hakkab lagunema subatomilised osakesed, mis tungib laeva sisse ja avaldab nii meeskonnale kui ka seadmetele kiirgust.
Alcubierre mootor viib teid edasi nagu lainel sõitev surfar Eric Davis, teadusfüüsik
95% valguse kiirusest tähendaks sellise kiirgusega kokkupuude peaaegu kohest surma.
Kosmoselaev kuumeneb sulamistemperatuurini, millele ükski kujuteldav materjal ei suuda vastu seista, ja meeskonnaliikmete kehades olev vesi läheb kohe keema.
"Need on kõik äärmiselt kiuslikud probleemid," märgib Edelstein sünge huumoriga.
Tema ja ta isa arvutasid umbkaudu välja, et luua mõned hüpoteetiline süsteem Magnetkaitse, mis suudab kaitsta laeva ja selles viibivaid inimesi surmava vesinikvihma eest, võib tähelaev liikuda kiirusega, mis ei ületa poolt valguse kiirusest. Siis on pardal olijatel võimalus ellu jääda.
Mark Millis, probleemfüüsik edasi liikumine, Ja endine juht NASA läbimurdeline liikumisfüüsika programm hoiatab, et see kosmosereiside potentsiaalne kiiruspiirang jääb kauge tuleviku probleemiks.
"Põhineb füüsilised teadmised Praeguseks kogunenud, võime öelda, et valguse kiirusest üle 10% kiiruse saavutamine on äärmiselt keeruline, ütleb Millis. "Me ei ole veel ohus." Lihtne analoogia: milleks muretseda uppumise pärast, kui me pole veel vettegi sisenenud.
Kiirem kui valgus?
Kui eeldame, et oleme nii-öelda ujuma õppinud, kas suudame siis omandada libisemise läbi kosmilise aja – et seda analoogiat edasi arendada – ja lennata ülivalguse kiirusega?
Hüpotees sünnipärasest võimest üliluminaalses keskkonnas ellu jääda, kuigi see on kahtlane, ei sisalda pilkases pimeduses teatud pilke haritud valgustatusest.
Üks selline intrigeeriv reisimisviis põhineb tehnoloogiatel, mis on sarnased Star Treki seeria "lõimeajamis" või "lõimeajamis" kasutatavatele tehnoloogiatele.
Selle elektrijaama, tuntud ka kui "Alcubierre'i mootor" * (nimetatud Mehhiko teoreetilise füüsiku Miguel Alcubierre'i järgi), tööpõhimõte seisneb selles, et see võimaldab laeval enda ees tavalist aegruumi kokku suruda, nagu kirjeldas Albert. Einstein ja laiendage seda enda taha.
Illustratsiooni autoriõigus NASA Pildi pealkiri Praegune kiirusrekord kuulub kolmele Apollo 10 astronaudile – Tom Staffordile, John Youngile ja Eugene Cernanile.Sisuliselt liigub laev teatud aegruumi mahus, omamoodi “kõverusmullina”, mis liigub valguse kiirusest kiiremini.
Seega jääb laev selles "mullis" normaalses aegruumis liikumatuks, allumata deformatsioonile ja vältides universaalse valguse kiiruse piirangu rikkumisi.
Davis ütleb: "Selle asemel, et hõljuda läbi tavalise aegruumi vee, kannab Alcubierre'i sõit teid nagu surfar, kes sõidab laineharjal surfilaual."
Siin on ka teatud konks. Selle idee elluviimiseks on aegruumi kokkusurumiseks ja laiendamiseks vaja eksootilist ainevormi, millel on negatiivne mass.
"Füüsika ei ütle midagi negatiivse massi vastu," ütleb Davis, "kuid selle kohta pole ühtegi näidet ja me pole seda kunagi looduses näinud."
On veel üks saak. 2012. aastal avaldatud artiklis väitsid Sydney ülikooli teadlased, et "lõimemull" koguneb tugevalt laetud. kosmilised osakesed, kuna see hakkab paratamatult suhtlema universumi sisuga.
Mõned osakesed tungivad mulli enda sisse ja pumpavad laeva kiirgusega.
Alavalguse kiirusel lõksus?
Kas me oleme oma õrna bioloogia tõttu tõesti määratud jääma alavalguskiirusel kinni?!
See ei puuduta niivõrd inimeste jaoks uue maailma (galaktilise?) kiirusrekordi püstitamist, kuivõrd väljavaadet muuta inimkond tähtedevaheliseks ühiskonnaks.
Poolel valguskiirusel – ja see on piir, millele Edelsteini uuringute kohaselt meie keha vastu peab – teekond lähim täht edasi-tagasi reis kestab üle 16 aasta.
(Aja dilatatsiooniefektid, mille tõttu kosmoselaeva meeskond kogeks oma koordinaatsüsteemis vähem aega kui Maale nende koordinaatsüsteemis jäävatel inimestel, ei omaks poole valguse kiirusel dramaatilisi tagajärgi.)
Mark Millis on lootusrikas. Arvestades, et inimkond on leiutanud G-ülikonnad ja mikrometeoorikaitse, mis võimaldavad inimestel ohutult reisida kosmose suures sinises ja tähtedega täidises mustjas, on ta kindel, et leiame viise, kuidas tulevikus mis tahes kiiruspiirangutest üle elada.
"Sama tehnoloogiad, mis aitavad meil saavutada uskumatuid uusi sõidukiirusi," mõtiskleb Millis, "pakkuvad meile uusi, seni tundmatuid võimeid meeskonda kaitsta."
Tõlkija märkused:
*Miguel Alcubierre tuli oma mulli ideega 1994. aastal. Ja 1995. aastal pakkus vene teoreetiline füüsik Sergei Krasnikov välja seadme kontseptsiooni valguse kiirusest kiiremini reisimiseks. Ideed nimetati "Krasnikovi toruks".
See on aegruumi kunstlik kõverus põhimõttel nn ussiauk. Hüpoteetiliselt liiguks laev sirgjooneliselt Maalt antud täheni läbi kõvera aegruumi, läbides teisi mõõtmeid.
Krasnikovi teooria kohaselt naaseb kosmoserändur teele asudes samal ajal.
20. sajandit iseloomustasid suurimad avastused füüsika ja kosmoloogia vallas. Nende avastuste aluseks olid galaktika väljatöötatud teooriad silmapaistvad füüsikud. Tuntuim neist on Albert Einstein, kelle loomingule kaasaegne füüsika suuresti põhineb. Teadlase teooriatest järeldub, et valguse kiirus vaakumis on osakeste liikumise ja vastastikmõju maksimaalne kiirus. Ja nendest teooriatest tulenevad ajaparadoksid on täiesti hämmastavad: näiteks liikuvate objektide puhul voolab aeg puhkeolekuga võrreldes aeglasemalt ja mida lähemale valguse kiirusele, seda rohkem aeg aeglustub. Selgub, et valguse kiirusega lendava objekti puhul peatub aeg täielikult.
| Me soovitame |
See annab lootust, et õigel tasemel tehnoloogiaga on teoreetiliselt inimene võimeline saavutama kõige rohkem kaugemad nurgad Universum. Samas lennuaeg sisse maa süsteem tagasiarvestus on miljoneid aastaid, samas kui valguselähedasel kiirusel lendaval laeval möödub vaid mõni päev... Sellised võimalused on muljetavaldavad ja samas tekib küsimus: kui tuleviku füüsikud ja insenerid kuidagi kiirendada kosmoselaev tohutute väärtusteni, isegi teoreetiliselt kuni valguse kiiruseni (kuigi meie füüsika eitab seda võimalust), kas me suudame jõuda mitte ainult kõige kaugemate galaktikate ja tähtedeni, vaid ka meie universumi servani, vaadata kaugemale tundmatu piir, millest teadlastel aimugi pole?
Teame, et universum tekkis umbes 13,79 miljardit aastat tagasi ja on sellest ajast alates pidevalt paisunud. Võib eeldada, et selle raadius on Sel hetkel peaks olema 13,79 miljardit valgusaastat ja läbimõõt vastavalt 27,58 miljardit valgusaastat. Ja see oleks tõsi, kui Universum paisuks ühtlaselt valguse kiirusel – maksimaalse võimaliku kiirusega. Kuid saadud andmed ütlevad meile, et universum paisub kiireneva kiirusega.
Me täheldame, et meist kõige kaugemal asuvad galaktikad eemalduvad meist kiiremini kui läheduses olevad galaktikad – meie maailma ruum laieneb pidevalt. Samas on Universumis osa, mis eemaldub meist valguse kiirusest kiiremini. Sel juhul ei rikuta relatiivsusteooria postulaate ja järeldusi – Universumi sees olevad objektid jäävad alavalguse kiirustele. Seda Universumi osa pole näha – kiirgusallikate kiirgavate footonite kiirusest lihtsalt ei piisa, et ületada ruumi paisumise kiirus.
Arvutused näitavad, et meile nähtava osa maailmast on läbimõõt umbes 93 miljardit valgusaastat ja nn. Metagalaktika. Võime ainult oletada, mis jääb sellest piirist kaugemale ja kui kaugele universum ulatub. Loogiline on eeldada, et Universumi serv eemaldub meist kõige kiiremini ja ületab tunduvalt valguse kiirust. Ja see kiirus kasvab pidevalt. Selgub, et isegi kui mõni objekt lendab valguse kiirusel, ei jõua see kunagi Universumi servani, sest Universumi serv eemaldub sellest kiiremini.
Kui leiate vea, tõstke esile mõni tekstiosa ja klõpsake Ctrl+Enter.
Isegi kui suudaksime ehitada NASA teadlaste väljamõeldud laevade prototüübid, mis võiksid liikuda relativistlik kiirus, ja kui olime leidnud ka nende taevasse lennutamiseks vajaliku nilbe suure energiaallika, poleks meie teekond olnud nii meeldiv, kui Millennium Falconi pardalt tunduda. See ei ole tehnoloogia, mis eraldab meid võimalusest lennata naabertähtede juurde – see on vaid mitme sajandi küsimus. Probleem on selles, kui ohtlik on ruum, kui see muutub elupaigaks, ja kui habras võib inimkeha tegelikult olla.
Kui me hakkaksime liikuma valguse kiirusega (300 000 km/s) sisse tähtedevaheline ruum, oleksid nad paari sekundiga surnud. Hoolimata asjaolust, et aine tihedus kosmoses on väga väike, põrkab sellisel kiirusel isegi mõni vesinikuaatom kuupsentimeetri kohta vastu laeva vööri sellise kiirendusega, mis Maal on saavutatav vaid suure hadronite põrkeseadmega. Tänu sellele saame kiirgusdoosi, mis võrdub kümne tuhande sievertiga sekundis. Arvestades, et inimesele on surmav doos kuus siivertit, siis selline radioaktiivne kiir kahjustab laeva ja hävitab kogu pardal oleva elu.
"Kui me hakkaksime kosmoses liikuma valguse kiirusega, sureksime paari sekundiga."
Johns Hopkinsi ülikooli teadlaste uuringute kohaselt ei saa ükski soomus meid selle eest kaitsta ioniseeriv kiirgus. Kümne sentimeetri paksune alumiiniumist vahesein neelab sel juhul vähem kui 1% energiast – kuid vaheseinte suurust ei saa lõpmatuseni suurendada, riskimata õhkutõusmisvõimalusega. Kuid lisaks radioaktiivsele vesinikule ohustab meie valguskiirusel liikuvat kosmoseaparaati kokkupõrke tagajärjel tekkiv erosioon. tähtedevaheline tolm. Parimal juhul peame leppima 10% valguse kiirusega, mis võimaldab meil vaid suurte raskustega jõuda lähima tähe Proxima Centaurini. Arvestades distantsi 4.22 valgusaastad selline lend kestaks 40 aastat – ehk siis üks mittetäielik inimelu.
Kosmiline kiirgus jääb meie jaoks ületamatuks takistuseks, kuid kui kaugemas tulevikus suudame sellest üle saada, on valguskiirusel reisimine inimese jaoks kõige uskumatum kogemus. Selle kiirusega aeg aeglustub ja vananemisest saab palju pikemaajaline protsess (lõppude lõpuks suudavad isegi ISS-i astronaudid kuue kuuga vananeda 0,007 sekundit vähem kui inimesed Maal). Sellise lennu ajal meie nägemisväli paindub, muutudes tunneliks. Me lendame mööda seda tunnelit edasi, särava lumivalge sähvatuse suunas, nägemata tähtede jälgi ja jättes endast maha kõige kottmusta, kõige absoluutsema pimeduse, mida võite ette kujutada.