1) Đèn pha có chiếu sáng các vật thể khác và phản chiếu lại vào mắt bạn không?

KHÔNG. Như bạn đã biết, bạn không thể vượt quá tốc độ ánh sáng. Điều này có nghĩa là ánh sáng theo một hướng không thể chiếu được chút nào vì nó không thể vượt quá tốc độ của xe nên sẽ không bao giờ thoát ra khỏi đèn pha. Tuy nhiên, chúng ta đang sống ở thế giới đa chiều và không phải tất cả ánh sáng đều chiếu theo một hướng.

Hãy tưởng tượng một chiếc ô tô hai chiều không có khối lượng (nghĩa là chuyển động với tốc độ ánh sáng) phát ra hai photon, một photon lên và một photon xuống. Hai dầm tách khỏi xe và vẫn ở phía sau. Chúng di chuyển với cùng tốc độ ánh sáng nhưng không thể di chuyển phía trước cũng nhanh như vậy, vì một trong các vectơ tốc độ hướng lên/xuống, nên chúng ta vượt qua chúng. Sau đó, những photon này gặp phải một số loại chướng ngại vật trên đường đi của chúng, chẳng hạn như biển báo đường hoặc cây cối, và bị phản xạ trở lại. Vấn đề là họ không còn có thể bắt kịp bạn nữa. Những người khác đi trên vỉa hè có thể nhìn thấy ánh sáng phản chiếu, nhưng bạn đã rời đi và sẽ không bao giờ nhìn thấy được.

Bạn biết đấy, mọi thứ đều có thể được giải thích dựa trên thực tế là tất cả ánh sáng đều chuyển động theo cùng tốc độ, bất kể ở đâu. Điều này hầu như không liên quan gì đến thuyết tương đối.

Tuy nhiên, cũng có một phiên bản khó hơn.

2) Vật chuyển động với tốc độ ánh sáng có đèn pha được không? Họ thậm chí có thể có tầm nhìn?

Đây là lúc mà sự thật điên rồ của thuyết tương đối thực sự phát huy tác dụng, vì vậy không cần phải xấu hổ nếu bạn không hiểu điều gì đó, nhưng câu trả lời lại là không.

Bạn có thể quen thuộc với khái niệm giãn nở thời gian tương đối tính. Giả sử tôi và bạn tôi lên những chuyến tàu khác nhau và đi về phía nhau. Lái xe ngang qua, nếu chúng ta nhìn qua cửa sổ đồng hồ treo tường trong ngăn của nhau, sau đó cả hai Lưu ý rằng họ đang di chuyển chậm hơn bình thường. Điều này không phải vì đồng hồ chậm lại mà vì ánh sáng giữa chúng ta phát huy tác dụng: chúng ta di chuyển càng nhanh thì chúng ta càng già đi chậm hơn so với những vật thể ít chuyển động hơn. Điều này là do thời gian không phải là tuyệt đối đối với tất cả các vật thể trong Vũ trụ, nó khác nhau đối với từng vật thể và phụ thuộc vào tốc độ của nó. Thời gian của chúng ta chỉ phụ thuộc vào của chúng tôi tốc độ trong vũ trụ. Bạn có thể coi điều này như việc di chuyển theo các hướng khác nhau trên thang không-thời gian. Có một vấn đề nhất định ở đây, bởi vì bộ não của chúng ta không được thiết kế để hiểu hình học của không-thời gian, mà có xu hướng tưởng tượng thời gian như một thứ tuyệt đối nào đó. Tuy nhiên, sau khi đọc một ít tài liệu về chủ đề này, thông thường bạn có thể hiểu được sự thật tự nhiên: Những người di chuyển nhanh so với bạn sẽ già đi chậm hơn.

Giả sử bạn của bạn đang ngồi trong một chiếc ô tô giả định, di chuyển với tốc độ ánh sáng. Vì vậy, hãy thay tốc độ của anh ấy vào công thức của chúng ta và xem câu trả lời là gì.

Ồ-ồ! Có vẻ như thời gian của anh ấy không hề trôi qua chút nào! Chắc có gì đó không ổn trong tính toán của chúng ta?! Hóa ra là không. Thời gian. Không. Tồn tại. Vì. Đối tượng. TRÊN. Tốc độ. Sveta.

Nó đơn giản là không tồn tại.

Điều này có nghĩa là những vật ở tốc độ ánh sáng không thể nhận thức được các sự kiện “đang xảy ra” giống như cách chúng ta nhìn nhận chúng. Sự kiện không thể xảy ra cho họ. Họ có thể thực hiện các hành động, nhưng không thể tích lũy kinh nghiệm. Chính Einstein đã từng nói: “Thời gian tồn tại để mọi thứ không xảy ra cùng một lúc”. Nó là một tọa độ được thiết kế để sắp xếp các sự kiện thành một chuỗi có ý nghĩa để chúng ta có thể hiểu được điều gì đang xảy ra. Nhưng đối với một vật thể chuyển động với tốc độ như vậy. nhẹ, nguyên tắc này không hoạt động, bởi vì Tất cả xảy ra đồng thời. Một người du hành với tốc độ ánh sáng sẽ không bao giờ nhìn thấy, suy nghĩ hay cảm nhận được bất cứ điều gì mà chúng ta cho là có ý nghĩa.

Đây quả là một kết luận bất ngờ.

Trong Máy Va chạm Hadron Lớn, các photon được gia tốc tới tốc độ 299.792.455 m/s. Tốc độ này chỉ kém ba mét mỗi giây so với tốc độ ánh sáng. Thực sự chỉ có ba mét mỗi giây, chúng ta không thể đẩy nó lên một chút và tăng tốc các photon lên trên tốc độ ánh sáng sao?

Trả lời: không. Ngay cả về mặt lý thuyết, không có vật thể nào có thể chuyển động nhanh hơn. Và có một lời giải thích cho điều này. Nói tóm lại, mọi thứ trong vũ trụ đều chuyển động với tốc độ này và không thể vượt quá nó.

Để bắt đầu, điều đáng chú ý là theo thuyết tương đối, khi tốc độ tăng thì khối lượng cũng tăng. Ở tốc độ thấp, điều này không đáng chú ý, nhưng khi đạt đến tốc độ ánh sáng, nó bắt đầu phát triển nhanh chóng. Việc tăng tốc sẽ ngày càng khó khăn hơn và năng lượng của toàn bộ vũ trụ sẽ không đủ để tăng tốc độ hơn nữa.

Nhưng sự gia tăng khối lượng không giải thích được mọi thứ. Ví dụ, tại sao các photon—các hạt không có khối lượng—cũng không thể đạt tới tốc độ ánh sáng? Vấn đề nằm ở chính cấu trúc của không gian và thời gian mà chúng ta thường tưởng tượng không chính xác. Điều đáng bắt đầu là chúng ta đang sống trong một thế giới bốn chiều. Ngoại trừ ba kích thước không gian, chúng ta vẫn còn thời gian.

Để bắt đầu, hãy lấy một thế giới hai chiều, trong đó trục x là tọa độ không gian, và t là tạm thời. Giả sử một số vật chuyển động dọc theo trục x. Chúng ta có thể chỉ ra vị trí của nó tại từng thời điểm. Tất cả những điểm này tạo thành cái gọi là đường thế giới.

Nếu một vật đứng yên thì đường thế giới của nó là một đường thẳng đứng; nếu vật đang chuyển động thì nó nghiêng. Tốc độ càng cao thì độ dốc hơn, bởi vì trong thời gian ngắn hơn nó được khắc phục khoảng cách xa hơn. Bạn thậm chí có thể chỉ định độ dốc tương ứng với tốc độ ánh sáng.

Hoá ra là thế trong thực tế của chúng ta không có vật thể đứng yên. Cả vật tĩnh và vật động đều di chuyển dọc theo trục thời gian.

Bây giờ cuộc vui bắt đầu, chúng ta chuyển sang thế giới bốn chiều và câu trả lời cho câu hỏi tại sao không thể vượt quá tốc độ ánh sáng. Nếu không gian là bốn chiều thì tốc độ cũng phải là bốn chiều. Nó được gọi là 4 tốc độ.

Trên biểu đồ của chúng tôi, đây sẽ là một tiếp tuyến với đường thế giới.

Nhưng tốt hơn hết bạn nên tạo một biểu đồ khác để hiển thị các thành phần của nó.

Nếu bạn ngồi và không làm gì, bạn chỉ di chuyển theo thời gian. Với tốc độ một giây một giây. Nếu bạn bắt đầu chuyển động, một thành phần khác (tốc độ trong không gian) sẽ xuất hiện và vectơ 4 tốc độ sẽ nghiêng. Và hóa ra kích thước của 4 tốc độ luôn giống nhau - nó bằng tốc độ ánh sáng. Nghĩa là, tất cả chúng ta hoàn toàn luôn lao qua không gian và thời gian với cùng một tốc độ 4. Và chúng ta không thể tăng hay giảm nó. Khả năng duy nhất là thay đổi hướng của nó. Nếu chúng ta bắt đầu di chuyển, chúng ta không thêm bất cứ thứ gì vào số 4 tốc độ, chúng ta chỉ thay đổi độ nghiêng của nó.

Chúng ta di chuyển càng nhanh thì độ dốc càng lớn.

Lưu ý rằng tốc độ chuyển động trong không gian càng lớn thì tốc độ chuyển động trong thời gian càng thấp- đây là hiệu ứng giãn nở thời gian mà thuyết tương đối nổi tiếng.

Khi tốc độ 4 chạm tới đường ngang trên đồ thị, nó sẽ bằng tốc độ ánh sáng. Và dù bạn có quay số 4 tốc độ thế nào thì nó cũng sẽ không bao giờ lớn hơn được nữa. Đây là giới hạn. Nó theo trực tiếp từ các thuộc tính của thế giới chúng ta.

Thế kỷ 20 được đánh dấu khám phá vĩ đại nhất trong vật lý và vũ trụ học. Cơ sở cho những khám phá này là những lý thuyết được phát triển bởi thiên hà nhà vật lý xuất sắc. Người nổi tiếng nhất trong số họ là Albert Einstein, người có công trình vật lý hiện đại. Từ lý thuyết của nhà khoa học, tốc độ ánh sáng trong chân không là tốc độ chuyển động và tương tác của hạt tối đa. Và những nghịch lý thời gian nảy sinh từ những lý thuyết này là hoàn toàn đáng kinh ngạc: đối với các vật thể chuyển động, thời gian trôi chậm hơn so với những vật đứng yên, và càng gần tốc độ ánh sáng thì thời gian càng chậm lại. Hóa ra đối với một vật thể bay với tốc độ ánh sáng thì thời gian sẽ hoàn toàn dừng lại.

Chúng tôi khuyên bạn nên

Điều này cho chúng ta hy vọng rằng với trình độ công nghệ phù hợp, về mặt lý thuyết, một người có khả năng đạt được nhiều thành tựu nhất. những góc xa Vũ trụ. Đồng thời, thời gian bay tại hệ thống trái đất thời gian đếm ngược sẽ là hàng triệu năm, trong khi trên một con tàu bay với tốc độ gần như ánh sáng thì chỉ vài ngày trôi qua... Những khả năng như vậy thật ấn tượng, đồng thời câu hỏi được đặt ra: liệu các nhà vật lý và kỹ sư của tương lai bằng cách nào đó tăng tốc tàu vũ trụ với những giá trị to lớn, thậm chí về mặt lý thuyết lên tới tốc độ ánh sáng (mặc dù vật lý của chúng ta phủ nhận khả năng này), liệu chúng ta có thể tiếp cận không chỉ các thiên hà và các ngôi sao xa nhất mà còn đến rìa Vũ trụ của chúng ta, nhìn xa hơn ranh giới của vũ trụ hay không? chưa biết, về điều mà các nhà khoa học không biết?

Chúng ta biết rằng Vũ trụ được hình thành cách đây khoảng 13,79 tỷ năm và không ngừng giãn nở kể từ đó. Người ta có thể cho rằng bán kính của nó là ngay bây giờ phải là 13,79 tỷ năm ánh sáng và đường kính tương ứng là 27,58 tỷ năm ánh sáng. Và điều này sẽ đúng nếu Vũ trụ giãn nở đồng đều với tốc độ ánh sáng - tốc độ tối đa có thể có. Nhưng dữ liệu thu được cho chúng ta biết rằng Vũ trụ đang giãn nở với tốc độ ngày càng nhanh.

Chúng tôi quan sát thấy các thiên hà ở xa chúng ta nhất đang di chuyển ra xa chúng ta nhanh hơn những thiên hà ở gần - không gian thế giới của chúng ta không ngừng mở rộng. Đồng thời, có một phần của Vũ trụ đang di chuyển ra xa chúng ta tốc độ nhanh hơn Sveta. Trong trường hợp này, không có định đề và kết luận nào của thuyết tương đối bị vi phạm - các vật thể bên trong Vũ trụ vẫn ở tốc độ dưới ánh sáng. Không thể nhìn thấy phần này của Vũ trụ - tốc độ của các photon phát ra từ các nguồn bức xạ đơn giản là không đủ để vượt qua tốc độ giãn nở của không gian.

Các tính toán cho thấy phần thế giới chúng ta nhìn thấy có đường kính khoảng 93 tỷ năm ánh sáng và được gọi là Siêu thiên hà. Chúng ta chỉ có thể đoán những gì nằm ngoài ranh giới này và Vũ trụ mở rộng bao xa. Thật hợp lý khi cho rằng rìa của Vũ trụ đang di chuyển ra xa chúng ta nhanh nhất và vượt xa tốc độ ánh sáng. Và tốc độ này không ngừng tăng lên. Rõ ràng là ngay cả khi một vật thể nào đó bay với tốc độ ánh sáng, nó sẽ không bao giờ đến được rìa của Vũ trụ, bởi vì rìa của Vũ trụ sẽ di chuyển ra xa nó nhanh hơn.

Nếu bạn tìm thấy lỗi, vui lòng đánh dấu một đoạn văn bản và nhấp vào Ctrl+Enter.

Bóng có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng nhưng không thể vận chuyển vật chất hoặc thông tin

Chuyến bay siêu sáng có thể thực hiện được không?

Các phần của bài viết này có phụ đề và mỗi phần có thể được tham chiếu riêng.

Những ví dụ đơn giản về du hành siêu sáng

1. Hiệu ứng Cherenkov

Khi chúng ta nói về chuyển động với tốc độ siêu sáng, thì chúng ta muốn nói đến tốc độ ánh sáng trong chân không c(299.792.458 m/s). Do đó, hiệu ứng Cherenkov không thể được coi là một ví dụ về chuyển động với tốc độ siêu âm.

2. Người quan sát thứ ba

Nếu tên lửa MỘT bay xa khỏi tôi với tốc độ 0,6c về phía tây và tên lửa B bay xa khỏi tôi với tốc độ 0,6c về phía đông, sau đó tôi thấy rằng khoảng cách giữa MỘT Và B tăng theo tốc độ 1,2c. Chứng kiến ​​chuyến bay của tên lửa MỘT Và B từ bên ngoài, người quan sát thứ ba thấy rằng tổng tốc độ loại bỏ tên lửa lớn hơn c .

Tuy nhiên tốc độ tương đối không bằng tổng các tốc độ. MỘT Tốc độ tên lửa B so với tên lửa MỘT là tốc độ tăng khoảng cách tới tên lửa B, được nhìn thấy bởi một người quan sát đang bay trên tên lửa . Tốc độ tương đối phải được tính bằng công thức tương đối tính để cộng tốc độ. (Xem Làm thế nào để cộng vận tốc trong thuyết tương đối đặc biệt?) Trong ví dụ này, vận tốc tương đối xấp xỉ bằng 0,88c

. Vì vậy, trong ví dụ này, chúng tôi không đạt được tốc độ siêu sáng.

3. Ánh sáng và bóng tối Hãy nghĩ xem một cái bóng có thể di chuyển nhanh như thế nào. Nếu đèn ở gần thì bóng ngón tay của bạn trên bức tường phía xa sẽ di chuyển nhanh hơn nhiều so với chuyển động của ngón tay bạn. Khi bạn di chuyển ngón tay song song với tường, tốc độ của bóng làĐ/ngày nhanh hơn tốc độ ngón tay của bạn nhiều lần.Đây d- khoảng cách từ đèn đến ngón tay, và

Một vật thể khác có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng là đốm sáng từ tia laser nhắm vào Mặt trăng. Khoảng cách tới Mặt trăng là 385.000 km. Bạn có thể tự mình tính toán tốc độ di chuyển của điểm sáng trên bề mặt Mặt trăng bằng những rung động nhẹ của con trỏ laser trong tay. Bạn cũng có thể thích ví dụ về một con sóng chạm vào một đường thẳng trên bãi biển ở một góc nhỏ. Điểm giao nhau của sóng và bờ có thể di chuyển dọc theo bãi biển với tốc độ bao nhiêu?

Tất cả những điều này có thể xảy ra trong tự nhiên. Ví dụ, một chùm ánh sáng từ một ẩn tinh có thể truyền dọc theo đám mây bụi. Vụ nổ mạnh mẽ có thể tạo ra các sóng ánh sáng hoặc bức xạ hình cầu. Khi các sóng này giao nhau với bất kỳ bề mặt nào, các vòng tròn ánh sáng sẽ xuất hiện trên bề mặt đó và giãn nở nhanh hơn ánh sáng. Hiện tượng này được quan sát thấy, ví dụ, khi xung điện từ từ một tia sét đi qua bầu khí quyển phía trên.

4. Rắn

Nếu bạn có một thanh dài cứng và bạn va vào một đầu của thanh thì đầu kia có chuyển động ngay lập tức không? Đây không phải là một cách truyền tải thông tin siêu âm sao?

Nó sẽ là sự thật nếu như Có những cơ thể hoàn toàn cứng cáp. Trong thực tế, tác động được truyền dọc theo thanh với tốc độ âm thanh, điều này phụ thuộc vào độ đàn hồi và mật độ vật liệu của thanh. Ngoài ra, thuyết giới hạn tương đối tốc độ có thể c .

âm thanh trong một vật liệu có kích thước

Nguyên tắc tương tự cũng được áp dụng nếu bạn giữ một sợi dây hoặc thanh theo phương thẳng đứng, thả nó ra và nó bắt đầu rơi xuống dưới tác dụng của trọng lực. Đầu trên mà bạn thả ra sẽ bắt đầu rơi ngay lập tức, nhưng đầu dưới sẽ chỉ bắt đầu chuyển động sau một thời gian, vì sự biến mất của lực giữ được truyền xuống thanh với tốc độ âm thanh trong vật liệu. ρ Việc xây dựng lý thuyết tương đối về độ đàn hồi khá phức tạp, nhưng ý tưởng chung có thể được minh họa bằng cơ học Newton. Phương trình chuyển động dọc của một vật đàn hồi lý tưởng có thể được suy ra từ định luật Hooke. Hãy để chúng tôi biểu thị mật độ tuyến tính của thanh , môđun đàn hồi Young Y . Chuyển vị dọc X

thỏa mãn phương trình sóng

ρ d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0 Giải pháp sóng phẳng di chuyển với tốc độ âm thanh S , được xác định từ công thức s 2 = Y/ρ Giải pháp sóng phẳng di chuyển với tốc độ âm thanh. Phương trình sóng không cho phép nhiễu loạn trong môi trường chuyển động nhanh hơn tốc độ . Ngoài ra, thuyết tương đối còn đưa ra giới hạn về độ đàn hồi:< ρc 2 . Trong thực tế, không có vật liệu nào đạt đến giới hạn này. Cũng xin lưu ý rằng ngay cả khi tốc độ âm thanh gần bằng c, thì bản thân vật chất không nhất thiết phải chuyển động với tốc độ tương đối tính.

Mặc dù không có bản chất chất rắn, tồn tại chuyển động của vật rắn, có thể được sử dụng để vượt qua tốc độ ánh sáng. Chủ đề này liên quan đến phần bóng và vùng sáng đã được mô tả. (Xem Chiếc kéo siêu sáng, Đĩa quay cứng trong thuyết tương đối).

5. Tốc độ pha

Phương trình sóng
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0

có một giải pháp ở dạng
u = A cos(ax - bt), c 2 a 2 - b 2 + w 2 = 0

Đây là những sóng hình sin lan truyền với tốc độ v
v = b/a = sqrt(c 2 + w 2 /a 2)

Nhưng nó còn hơn c. Có lẽ đây là phương trình của tachyons? (xem phần tiếp theo). Không, đây là một phương trình tương đối thông thường cho một hạt có khối lượng.

Để loại bỏ nghịch lý, bạn cần phân biệt giữa “tốc độ pha” v ph và "vận tốc nhóm" v gr và
v ph ·v gr = c 2

Giải pháp sóng có thể có sự phân tán tần số. Trong trường hợp này, gói sóng di chuyển với vận tốc nhóm nhỏ hơn c. Sử dụng gói sóng, thông tin chỉ có thể được truyền ở tốc độ nhóm. Các sóng trong gói sóng chuyển động với vận tốc pha. Tốc độ pha là một ví dụ khác về chuyển động siêu sáng không thể sử dụng để truyền thông điệp.

6. Các thiên hà siêu sáng

7. Tên lửa tương đối tính

Hãy để một người quan sát trên Trái đất nhìn thấy một con tàu vũ trụ đang di chuyển ra xa với tốc độ 0,8c Theo thuyết tương đối, người đó sẽ thấy đồng hồ trên tàu vũ trụ chạy chậm hơn 5/3 lần. Nếu chia quãng đường tới tàu cho thời gian bay theo đồng hồ trên tàu thì ta được vận tốc 4/3c. Người quan sát kết luận rằng, bằng cách sử dụng đồng hồ trên tàu, phi công của con tàu cũng sẽ xác định được rằng anh ta đang bay với tốc độ siêu âm. Theo quan điểm của người phi công, đồng hồ của anh ta đang chạy bình thường, nhưng không gian giữa các vì sao giảm đi 5/3 lần. Đó là lý do tại sao anh ấy bay ngang qua khoảng cách đã biết giữa các vì sao nhanh hơn, với tốc độ 4/3c .

Nhưng đây vẫn chưa phải là chuyến bay siêu sáng. Bạn không thể tính tốc độ bằng cách sử dụng khoảng cách và thời gian được xác định trong các hệ quy chiếu khác nhau.

8. Tốc độ trọng trường

Một số người nhấn mạnh rằng tốc độ của trọng lực lớn hơn nhiều c hoặc thậm chí là vô hạn. Kiểm tra Liệu trọng lực có di chuyển với tốc độ ánh sáng không? và Bức xạ hấp dẫn là gì? Sự nhiễu loạn hấp dẫn và sóng hấp dẫn lan truyền với tốc độ c .

9. Nghịch lý EPR

10. Photon ảo

11. Hiệu ứng đường hầm lượng tử

TRONG cơ học lượng tử hiệu ứng đường hầm cho phép một hạt vượt qua một rào cản, ngay cả khi năng lượng của nó không đủ để làm điều đó. Có thể tính toán thời gian đào hầm xuyên qua rào cản như vậy. Và nó có thể nhỏ hơn mức cần thiết để ánh sáng đi được cùng khoảng cách ở tốc độ c. Liệu điều này có thể được sử dụng để gửi tin nhắn nhanh hơn ánh sáng không?

Điện động lực học lượng tử nói "Không!" Tuy nhiên, một thí nghiệm đã được thực hiện chứng minh việc truyền thông tin siêu sáng bằng cách sử dụng hiệu ứng đường hầm. Qua rào chắn rộng 11,4 cm với tốc độ 4,7 c Bản giao hưởng thứ bốn mươi của Mozart đã được chuyển giao. Lời giải thích cho thí nghiệm này còn rất nhiều tranh cãi. Hầu hết các nhà vật lý tin rằng hiệu ứng đường hầm không thể truyền thông tin

nhanh hơn ánh sáng. Nếu điều này có thể thực hiện được thì tại sao không truyền tín hiệu về quá khứ bằng cách đặt thiết bị vào một hệ quy chiếu chuyển động nhanh.

17. Lý thuyết trường lượng tử Ngoại trừ trọng lực, mọi vật thể quan sát được hiện tượng vật lý cuộc thi đấu " Mẫu chuẩn

". Mô hình Chuẩn là một lý thuyết trường lượng tử tương đối tính giải thích các tương tác điện từ và hạt nhân, cũng như tất cả các hạt đã biết. Trong lý thuyết này, bất kỳ cặp toán tử nào tương ứng với các vật thể quan sát được cách nhau bởi một khoảng thời gian giống như không gian của các sự kiện đều "giao hoán" (nghĩa là , thứ tự của các toán tử này có thể bị đảo ngược). Về nguyên tắc, điều này ngụ ý rằng trong mô hình chuẩn, va chạm không thể truyền nhanh hơn ánh sáng, và đây có thể được coi là trường lượng tử tương đương với lập luận năng lượng vô hạn. Tuy nhiên, trong thuyết lượng tử không có bằng chứng chính xác hoàn hảo nào cho lĩnh vực Mô hình Chuẩn. Thậm chí chưa có ai chứng minh được rằng lý thuyết này là nhất quán trong nội bộ. Rất có thể đây không phải là trường hợp. Trong mọi trường hợp, không có gì đảm bảo rằng vẫn chưa có hạt hoặc lực nào chưa được khám phá không tuân theo lệnh cấm di chuyển siêu âm. Cũng không có sự khái quát hóa lý thuyết này bao gồm lực hấp dẫn và thuyết tương đối rộng. Nhiều nhà vật lý làm việc trong lĩnh vực này lực hấp dẫn lượng tử , họ nghi ngờ rằng biểu diễn đơn giản về quan hệ nhân quả và địa phương sẽ được tóm tắt. Không có gì đảm bảo rằng trong tương lai sẽ có thêm lý thuyết hoàn chỉnh

tốc độ ánh sáng sẽ giữ nguyên ý nghĩa của tốc độ tối thượng.

TRONG 18. Nghịch lý ông nội Trong thuyết tương đối, một hạt chuyển động nhanh hơn ánh sáng trong một hệ quy chiếu sẽ di chuyển ngược thời gian trong một hệ quy chiếu khác. Việc di chuyển hoặc truyền thông tin của FTL sẽ giúp bạn có thể du hành hoặc gửi tin nhắn về quá khứ.

Nếu việc du hành thời gian như vậy là có thể, bạn có thể quay ngược thời gian và thay đổi tiến trình lịch sử bằng cách giết ông nội của mình.

Đây là một lập luận rất nghiêm túc chống lại khả năng du hành siêu âm. Đúng vậy, vẫn có một khả năng gần như không thể tin được rằng một số chuyến du hành siêu sáng có giới hạn có thể xảy ra, ngăn cản việc quay trở lại quá khứ. Hoặc có thể du hành thời gian là có thể, nhưng quan hệ nhân quả bị vi phạm theo một cách nhất quán nào đó. Tất cả những điều này đều rất xa vời, nhưng nếu chúng ta đang thảo luận về việc du hành siêu sáng, tốt hơn hết là bạn nên chuẩn bị sẵn sàng cho những ý tưởng mới.

Điều ngược lại cũng đúng. Nếu có thể du hành ngược thời gian, chúng ta có thể vượt qua tốc độ ánh sáng. Bạn có thể quay ngược thời gian, bay đến một nơi nào đó với tốc độ thấp và đến đó trước khi ánh sáng được gửi theo cách thông thường đến. Xem Du hành thời gian để biết chi tiết về chủ đề này.

Câu hỏi mở về du hành nhanh hơn ánh sáng Trong này phần cuối cùng

Tôi sẽ mô tả một số ý tưởng nghiêm túc về khả năng du hành nhanh hơn ánh sáng. Những chủ đề này thường không được đưa vào Câu hỏi thường gặp vì chúng có vẻ ít giống câu trả lời hơn mà giống nhiều câu hỏi mới hơn. Chúng được đưa vào đây để cho thấy rằng nghiên cứu nghiêm túc đang được thực hiện theo hướng này. Chỉ có một giới thiệu ngắn gọn về chủ đề được đưa ra. Bạn có thể tìm thấy chi tiết trên Internet. Giống như mọi thứ trên Internet, hãy chỉ trích chúng.

19. Tachyon Tachyon là hạt giả thuyết

, chuyển động cục bộ nhanh hơn ánh sáng. Để làm được điều này, chúng phải có khối lượng tưởng tượng.

Hơn nữa, năng lượng và động lượng của tachyon là những đại lượng có thật. Không có lý do gì để tin rằng không thể phát hiện được các hạt siêu sáng. Bóng và điểm sáng có thể di chuyển nhanh hơn ánh sáng và có thể được phát hiện. Cho đến nay, tachyon vẫn chưa được tìm thấy và các nhà vật lý nghi ngờ sự tồn tại của chúng.Đã có những tuyên bố rằng trong các thí nghiệm đo khối lượng neutrino được tạo ra bởi sự phân rã beta của tritium, neutrino là tachyon.

Hầu hết các nhà vật lý đều tin rằng sự xuất hiện của tachyon trong lý thuyết này là dấu hiệu của một số vấn đề trong lý thuyết này. Ý tưởng về tachyons được công chúng ưa chuộng đơn giản vì chúng thường được nhắc đến trong văn học khoa học viễn tưởng. Xem Tachyon.

20. Lỗ giun

Hầu hết phương pháp đã biết du hành siêu sáng toàn cầu - việc sử dụng lỗ sâu đục. Lỗ sâu đục là một vết cắt trong không-thời gian từ điểm này đến điểm khác trong vũ trụ, cho phép bạn di chuyển từ đầu này sang đầu kia của lỗ sâu nhanh hơn đường đi thông thường. Lỗ sâu được mô tả lý thuyết tổng quát tính tương đối.

Để tạo ra chúng, bạn cần thay đổi cấu trúc liên kết của không-thời gian. Có lẽ điều này sẽ trở thành hiện thực trong khuôn khổ lý thuyết lượng tử về lực hấp dẫn.Để giữ lỗ sâu đục mở ra, chúng ta cần những vùng không gian có năng lượng tiêu cực.

C.W.Misner và K.S.Thorne đề xuất sử dụng hiệu ứng Casimir trên quy mô lớn để tạo ra năng lượng tiêu cực.

Visser đề xuất sử dụng dây vũ trụ cho việc này. Đây là những ý tưởng rất mang tính suy đoán và có thể không thực hiện được. Có lẽ dạng vật chất kỳ lạ cần thiết với năng lượng tiêu cực không tồn tại.

Để đạt tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng, một tên lửa nhiều tầng sẽ cần phải giảm đi một phần khối lượng khi tăng tốc, giống như tên lửa Super Haas trong hình đã làm như vậy.

Giả sử bạn muốn thực hiện một cuộc hành trình giữa các vì sao và đến đích càng nhanh càng tốt. Bạn có thể không làm được việc đó cho đến ngày mai, nhưng nếu bạn có mọi thứ



công cụ cần thiết

và công nghệ, cộng thêm một chút trợ giúp từ thuyết tương đối của Einstein - liệu bạn có thể đạt được điều đó trong một năm không? Còn việc tiếp cận tốc độ ánh sáng thì sao? Đây chính xác là những gì độc giả của chúng tôi đang hỏi trong tuần này: Gần đây tôi đọc một cuốn sách mà tác giả đã cố gắng giải thích nghịch lý sinh đôi bằng cách tưởng tượng một con tàu vũ trụ bay với tốc độ 1 g trong 20 năm rồi quay trở lại. Có thể duy trì khả năng tăng tốc như vậy trong thời gian như vậy không? Ví dụ, nếu bạn bắt đầu cuộc hành trình của mình vào ngày đầu tiên của năm mới và bay với gia tốc 9,8 mét mỗi giây mỗi giây, thì theo tính toán, bạn có thể đạt tốc độ ánh sáng vào cuối năm. Làm thế nào tôi có thể tăng tốc hơn nữa sau này?, do loài người tạo ra, không đủ mạnh cho nhiệm vụ như vậy vì chúng không đạt được khả năng tăng tốc nhiều như vậy. Chúng rất ấn tượng vì chúng tăng tốc một khối lượng khổng lồ khá lớn. trong một thời gian dài. Nhưng gia tốc của các tên lửa như Saturn 5, Atlas, Falcon và Soyuz không vượt quá gia tốc của bất kỳ chiếc xe thể thao nào: từ 1 đến 2 g, trong đó g là 9,8 mét/giây bình phương. Sự khác biệt giữa tên lửa và xe thể thao là gì? Chiếc xe sẽ đạt giới hạn trong 9 giây, ở tốc độ khoảng 320 km/h. Tên lửa có thể tăng tốc như thế này lâu hơn nhiều - không phải vài giây hay vài phút mà là một phần tư giờ.

Đầu tiên trung tâm không gian NASA phóng tên lửa Apollo 4 tại Cape Kennedy. Mặc dù nó tăng tốc giống như một chiếc xe thể thao nhưng chìa khóa thành công của nó là duy trì khả năng tăng tốc đó trong một thời gian dài.

Đây là cách chúng ta có thể vượt qua lực hấp dẫn Trái đất và đi vào quỹ đạo, đến các thế giới khác trong hệ mặt trời của chúng ta hoặc thậm chí thoát khỏi lực hấp dẫn của mặt trời. Nhưng đến một lúc nào đó chúng ta sẽ đạt đến giới hạn - chúng ta có thể tăng tốc thời gian có hạn do hạn chế về lượng nhiên liệu mang theo. Rất tiếc, nhiên liệu tên lửa mà chúng ta sử dụng lại cực kỳ kém hiệu quả. Bạn đã biết phương trình nổi tiếng của Einstein, E = mc 2, mô tả khối lượng là một dạng năng lượng và cách năng lượng có thể được lưu trữ dưới dạng vật chất. Nhiên liệu tên lửa tuyệt vời của chúng ta cực kỳ kém hiệu quả.

Lần chạy thử đầu tiên của động cơ SpaceX Raptor vào đầu năm 2016

sử dụng phản ứng hóa học, nhiên liệu chuyển hóa không quá 0,001% khối lượng thành năng lượng, hạn chế nghiêm trọng tốc độ tối đa, có thể tiếp cận được với tàu vũ trụ. Và đó là lý do tại sao phải phóng tải trọng 5 tấn vào lúc quỹ đạo địa tĩnh cần một tên lửa nặng 500 tấn. Tên lửa hạt nhân sẽ hiệu quả hơn và sẽ chuyển hóa khoảng 0,5% khối lượng của chúng thành năng lượng, nhưng kết quả lý tưởng sẽ là nhiên liệu phản vật chất đạt được hiệu suất 100% khi chuyển đổi E = mc2. Nếu bạn có một tên lửa có khối lượng nhất định, bất kể thế nào và chỉ 5% khối lượng đó được chứa trong phản vật chất (và 5% khác trong vật chất dùng một lần), bạn có thể kiểm soát sự hủy diệt kịp thời. Kết quả sẽ là một gia tốc không đổi và duy trì ở mức 1 g trong nhiều khoảng thời gian dài hơn thời gian hơn bất kỳ loại nhiên liệu nào khác sẽ cung cấp cho bạn.

Ấn tượng của một nghệ sĩ về hệ thống đẩy phản lực sử dụng phản vật chất. Sự hủy diệt vật chất/phản vật chất mang lại mật độ cao nhất năng lượng thể chất của tất cả các chất đã biết

Nếu bạn yêu cầu gia tốc không đổi thì sự hủy diệt của vật chất/phản vật chất chiếm một vài phần trăm tổng khối lượng, sẽ cho phép bạn tăng tốc ở tốc độ này trong vài tháng liên tiếp. Bằng cách này, bạn có thể đạt tới 40% tốc độ ánh sáng nếu dành toàn bộ ngân sách hàng năm của Hoa Kỳ để tạo ra phản vật chất và tăng tốc 100 kg trọng tải. Nếu bạn cần tăng tốc lâu hơn nữa, bạn cần tăng lượng nhiên liệu mang theo bên mình. Và bạn càng tăng tốc, càng tiến gần đến tốc độ ánh sáng thì bạn càng dễ nhận thấy những hiệu ứng tương đối tính.

Tốc độ của bạn tăng lên như thế nào theo thời gian nếu bạn giữ gia tốc ở mức 1 g trong vài ngày, tháng, năm hoặc một thập kỷ

Sau mười ngày bay với tốc độ 1 g, bạn sẽ vượt qua Sao Hải Vương, hành tinh cuối cùng hệ mặt trời. Sau một vài tháng, bạn sẽ bắt đầu nhận thấy thời gian trôi chậm lại và khoảng cách được rút ngắn lại. Trong một năm, bạn sẽ đạt tới 80% tốc độ ánh sáng; trong 2 năm bạn sẽ đạt tới tốc độ 98% tốc độ ánh sáng; Sau 5 năm bay với gia tốc 1g, bạn sẽ di chuyển với tốc độ 99,99% tốc độ ánh sáng. Và bạn càng tăng tốc lâu thì bạn càng tiến gần đến tốc độ ánh sáng. Nhưng bạn sẽ không bao giờ đạt được nó. Hơn nữa, theo thời gian điều này sẽ đòi hỏi ngày càng nhiều năng lượng hơn.

Trên thang logarit, bạn có thể thấy rằng bạn tăng tốc càng lâu thì bạn sẽ càng tiến gần đến tốc độ ánh sáng, nhưng bạn sẽ không bao giờ đạt tới nó. Ngay cả trong 10 năm nữa bạn sẽ đạt gần tới 99,9999999% tốc độ ánh sáng, nhưng bạn sẽ không đạt được nó

Mười phút tăng tốc đầu tiên sẽ cần một lượng năng lượng nhất định và đến cuối giai đoạn này, bạn sẽ di chuyển với tốc độ 6 km/s. Sau 10 phút nữa, bạn sẽ tăng gấp đôi tốc độ lên 12 km/s, nhưng điều này sẽ đòi hỏi năng lượng gấp ba lần. Trong mười phút nữa bạn sẽ di chuyển với tốc độ 18 km/s, nhưng điều này sẽ cần năng lượng gấp 5 lần so với mười phút đầu tiên. Kế hoạch này sẽ tiếp tục hoạt động. Trong một năm, bạn sẽ sử dụng năng lượng nhiều hơn 100.000 lần so với lúc ban đầu! Ngoài ra, tốc độ sẽ ngày càng tăng ít hơn.

Chiều dài được rút ngắn và thời gian được kéo dài. Biểu đồ cho thấy một tàu vũ trụ di chuyển với gia tốc 1 g trong một trăm năm có thể di chuyển đến hầu hết mọi điểm trong vũ trụ hữu hình và quay trở lại từ đó trong vòng một cuộc sống con người. Nhưng khi anh ấy quay trở lại, thời gian sẽ trôi qua trên Trái đất.

Nếu bạn muốn tăng tốc một con tàu nặng 100 kg trong một năm ở mức 1 g, bạn sẽ cần 1000 kg vật chất và 1000 kg phản vật chất. Trong một năm, bạn sẽ di chuyển với tốc độ 80% tốc độ ánh sáng, nhưng bạn sẽ không bao giờ vượt quá tốc độ đó. Ngay cả khi bạn đã có số vô hạn năng lượng. Gia tốc không đổiđòi hỏi lực đẩy tăng liên tục và bạn càng đi nhanh thì năng lượng của bạn càng bị lãng phí cho các hiệu ứng tương đối tính. Và cho đến khi chúng ta tìm ra cách kiểm soát sự biến dạng của không gian, tốc độ ánh sáng sẽ vẫn là giới hạn cuối cùng của Vũ trụ. Bất cứ thứ gì có khối lượng sẽ không thể đạt được nó, huống chi là vượt qua nó. Nhưng nếu bạn bắt đầu ngay hôm nay, thì sau một năm nữa, bạn sẽ thấy mình ở nơi chưa có vật thể vĩ mô nào từng đặt chân tới trước đó!