Сверхсветовая скорость возможна. Сверхсветовая скорость - мечты и теории

Cкорость распространения света равна 299 792 458 метров в секунду, но предельной величиной она давно уже не является. «Футурист» собрал 4 теории, где свет уже не Михаэль Шумахер.

Американский ученый японского происхождения, специалист в области теоретической физики Митио Каку уверен, что скорость света вполне может быть преодолена.

Большой взрыв

Самым известным примером, когда был преодолен световой барьер, Митио Каку называет Большой взрыв - сверхбыстрый «хлопок», ставший началом расширения Вселенной, до которого она находилась в сингулярном состоянии.

«Ни один материальный объект не может преодолеть световой барьер. Но пустое пространство, безусловно, может двигаться быстрее света. Ничто не может быть более пустым, чем вакуум, значит он может расширяться быстрее скорости света», -– уверен ученый.

Фонарик в ночном небе

Если светить фонарем в ночном небе, то в принципе луч, который идет из одной части Вселенной в другую, находящуюся на расстоянии многих световых лет, может двигаться быстрее скорости света. Проблема в том, что в этом случае не будет материального объекта, который действительно движется быстрее света. Представьте, что вы окружены гигантской сферой диаметром один световой год. Изображение луча света промчится по этой сфере за считанные секунды, несмотря на ее размеры. Но только изображение луча может двигаться по ночному небу быстрее света, а не информация или материальный объект.

Квантовая запутанность

Быстрее скорости света может быть не какой-то объект, а целое явление, а точнее взаимосвязь, которая называется квантовой запутанностью. Это квантовомеханическое явление, при котором квантовые состояния двух или нескольких объектов взаимозависимы. Чтобы получить пару квантовозапутанных фотонов, можно посветить на нелинейный кристалл лазером с определенными частотой и интенсивностью. В результате рассеивания лазерного луча, возникнут фотоны в двух разных конусах поляризации, связь между которыми и будет называться квантовой запутанностью. Итак, квантовая запутанность - это один способов взаимодействия субатомных частиц, и процесс этой связи может происходить быстрее света.

«Если два электрона свести вместе, они будут вибрировать в унисон, в соответствии с квантовой теорией. Но если затем разделить эти электроны множеством световых лет, они все равно будут поддерживать связь друг с другом. Если покачнуть один электрон, другой почувствует эту вибрацию, причем произойдет это быстрее скорости света. Альберт Эйнштейн думал, что это явление опровергнет квантовую теорию, потому что ничто не может двигаться быстрее света, но на самом деле он ошибался», -– говорит Митио Каку.

Кротовые норы

Тема преодоления скорости света обыгрывается во многих научно-фантастических фильмах. Сейчас даже у тех, кто далек от астрофизики, на слуху словосочетание «кротовая нора», благодаря фильму «Интерстеллар». Это особое искривление в системе пространство-время, туннель в пространстве, позволяющий преодолевать огромные расстояния за ничтожно малое время.

О таких искривлениях говорят не только сценаристы фильмов, но и ученые. Митио Каку считает, что кротовая нора (wormhole), или, как ее еще называют, червоточина - один из двух наиболее реальных способов передавать информацию быстрее, чем со скоростью света.

Второй способ, связанный также с изменениями материи - сжатие пространства впереди вас и расширение позади. В этом деформированном пространстве возникает волна, которая движется быстрее скорости света, если управляется темной материей.

Таким образом, единственный реальный шанс для человека научиться преодолевать световой барьер может скрываться в общей теории относительности и искривлении пространства и времени. Однако все упирается в ту самую темную материю: никто так и не знает, существует ли она точно, и стабильны ли кротовые норы.

В этой метафоре вагон представляет собой все, что мы можем увидеть в окружающем нас мире - дом, кота Ваську, звезды на небе и т.п. «Следующая станция - Завтра».

Если вы будете сидеть неподвижно, а кот Васька безмятежно спать свои положенные в сутки часы, вы не почувствуете движения. Но завтра обязательно придет.

Вот что значит двигаться в направлении будущего. Только время покажет, что правда: движение или стоянка.

Пока вам должно было довольно просто все это представлять. Возможно, сложно думать о времени как о направлении и уж тем более о себе - как о проходящем сквозь время объекте. Но вы поймете. Теперь включите воображение.

Представьте, что когда вы едете в своем автомобиле, случается что-то страшное: отказывают тормоза. По странному совпадению в тот же момент заклинивает газ и коробку передач. Вы не можете ни ускориться, ни остановиться. Единственное, что у вас есть - рулевое колесо. Вы можете изменить направление движения, но не его скорость.

Конечно, первое, что вы сделаете, это попытаетесь въехать в мягкий куст и как-нибудь аккуратно остановить автомобиль. Но давайте пока не будем пользоваться таким приемом. Просто сосредоточимся на особенностях вашего неисправного автомобиля: вы можете изменить направление, но не скорость.

Вот так мы движемся сквозь Вселенную. У вас есть руль, но нет педали. Сидя и читая эту статью, вы катитесь в светлое будущее на максимальной скорости. И когда вы встаете, чтобы сделать себе чайку, вы изменяете направление движения в пространстве-времени, но не его скорость. Если вы будете очень быстро двигаться по пространству, время будет течь немного медленнее.

Это легко представить, нарисовав пару осей на бумаге. Ось, которая будет идти вверх и вниз - это ось времени, вверх - значит в будущее. Горизонтальная ось представляет пространство. Мы можем нарисовать только одно измерение пространства, поскольку лист бумаги двухмерен, но давайте просто представим, что это понятие относится ко всем трем измерениям пространства.

Нарисуйте стрелку с начала оси координат, где они сходятся, и направьте ее вверх вдоль вертикальной оси. Неважно, насколько длинной она будет, просто имейте в виду, что у нее будет только одна длина. Эта стрелка, которая сейчас направлена в будущее, представляет собой величину, которую физики называют «четыре-скоростью». Это скорость вашего передвижения по пространству-времени. Прямо сейчас вы находитесь в неподвижном состоянии, поэтому стрелка направлена только в будущее.

Если вы хотите двигаться сквозь пространство - направо по оси координат - вам нужно изменить вашу четыре-скорость и включить горизонтальный компонент. Получается, вам нужно повернуть стрелку. Но как только вы это сделаете, вы заметите, что стрелка уже не так уверенно указывает наверх, в будущее, как до этого. Теперь вы движетесь сквозь пространство, но вам пришлось пожертвовать движением в будущем, поскольку стрелка четыре-скорости может только вращаться, но никогда не растягиваться или сжиматься.

Отсюда начинается знаменитый эффект «замедления времени», о котором говорят все, хоть немного посвященные в специальную теорию относительности. Если вы движетесь в пространстве, вы не движетесь во времени так быстро, как могли бы, если бы сидели на месте. Ваши часы будут отсчитывать время медленнее, нежели часы человека, который не движется.

А теперь мы подходим к разрешению вопроса, почему фраза «быстрее света» не имеет смысла в нашей вселенной. Смотрите, что происходит, если вы хотите двигаться по пространству как можно быстрее. Вы поворачиваете стрелку четыре-скорости до упора, пока она не будет указывать вдоль горизонтальной оси. Мы помним, что стрелка не может растягиваться. Она может только вращаться. Итак, вы увеличили скорость в пространстве насколько это возможно. Но стало невозможным двигаться еще быстрее. Стрелку некуда повернуть, иначе она станет «прямее прямого» или «горизонтальнее горизонтального». Вот к этому понятию и приравнивайте «быстрее света». Это просто невозможно, как накормить тремя рыбками и семью хлебами огромный народ.

Вот почему в нашей вселенной ничто не может двигаться быстрее света. Потому что фраза «быстрее света» в нашей вселенной эквивалентна фразе «прямее прямого» или «горизонтальнее горизонтального».

Да, у вас осталось несколько вопросов. Почему векторы четыре-скорости могут лишь вращаться, но не растягиваться? На этот вопрос есть ответ, но он связан с инвариантностью скорости света, и мы оставим его на потом. И если вы просто поверите в это, то будете чуть менее информированы по этому вопросу, чем самые блестящие физики, когда-либо существовавшие на нашей планете.

Скептики могут усомниться, почему мы используем упрощенную модель геометрии пространства, говоря об эвклидовых вращениях и кругах. В реальном мире геометрия пространства-времени подчиняется геометрии Минковского, а повороты являются гиперболическими. Но простой вариант объяснения имеет право на жизнь.

Как и простое объяснение тому, .

Традиционно обозначается латинской буквой « c {\displaystyle c} » (произносится как «цэ»). Скорость света в вакууме - фундаментальная постоянная , не зависящая от выбора инерциальной системы отсчёта (ИСО) . Она относится к фундаментальным физическим постоянным, которые характеризуют не просто отдельные тела или поля, а свойства геометрии пространства-времени в целом . Из постулата причинности (любое событие может оказывать влияние только на события, происходящие позже него и не может оказывать влияние на события, произошедшие раньше него ) и постулата специальной теории относительности о независимости скорости света в вакууме от выбора инерциальной системы отсчёта (скорость света в вакууме одинакова во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно друг относительно друга ) следует, что скорость любого сигнала и элементарной частицы не может превышать скорость света . Таким образом, скорость света в вакууме - предельная скорость движения частиц и распространения взаимодействий.

В вакууме (пустоте)

Наиболее точное измерение скорости света 299 792 458 ± 1,2 / на основе эталонного метра было проведено в 1975 году .

На данный момент считают, что скорость света в вакууме - фундаментальная физическая постоянная , по определению, точно равная 299 792 458 м/с , или 1 079 252 848,8 км/ч . Точность значения связана с тем, что с 1983 года метр в Международной системе единиц (СИ) определён, как расстояние, которое проходит свет в вакууме за промежуток времени, равный 1 / 299 792 458 секунды .

В природе со скоростью света распространяются (в вакууме):

Массивные частицы могут иметь скорость, приближающуюся почти вплотную к скорости света , но всё же не достигающую её точно. Например, околосветовую скорость, лишь на 3 м/сек меньше скорости света, имеют массивные частицы (протоны), полученные на ускорителе (Большой адронный коллайдер) или входящие в состав космических лучей . [ ]

В современной физике считается хорошо обоснованным утверждение, что причинное воздействие не может переноситься со скоростью, большей скорости света в вакууме (в том числе посредством переноса такого воздействия каким-либо физическим телом). Существует, однако, проблема «запутанных состояний » частиц, которые, судя по всему, «узнают» о состоянии друг друга мгновенно . Однако и в этом случае сверхсветовой передачи информации не происходит , поскольку для передачи информации таким способом необходимо привлечь дополнительный классический канал передачи со скоростью света .

Хотя в принципе движение каких-то объектов со скоростью, большей скорости света в вакууме, вполне возможно, однако это могут быть, с современной точки зрения, только такие объекты, которые не могут быть использованы для переноса информации с их движением (например - солнечный зайчик в принципе может двигаться по стене со скоростью большей скорости света, но никак не может быть использован для передачи информации с такой скоростью от одной точки стены к другой) .

Видео по теме

В прозрачной среде

Скорость света в прозрачной среде - скорость, с которой свет распространяется в среде, отличной от вакуума . В среде, обладающей дисперсией , различают фазовую и групповую скорость .

Фазовая скорость связывает частоту и длину волны монохроматического света в среде ( λ = c ν {\displaystyle \lambda ={\frac {c}{\nu }}} ). Эта скорость обычно (но не обязательно) меньше c {\displaystyle c} . Отношение скорости света в вакууме к фазовой скорости света в среде называется показателем преломления среды.

Групповая скорость света определяется как скорость распространения биений между двумя волнами с близкой частотой и в равновесной среде всегда меньше c {\displaystyle c} . Однако в неравновесных средах, например, сильно поглощающих, она может превышать c {\displaystyle c} . При этом, однако, передний фронт импульса всё равно движется со скоростью, не превышающей скорости света в вакууме. В результате сверхсветовая передача информации остаётся невозможной.

Инвариантность скорости света неизменно подтверждается множеством экспериментов . Существует возможность проверить экспериментально лишь то, что скорость света в «двустороннем» эксперименте (например, от источника к зеркалу и обратно) не зависит от системы отсчёта, поскольку невозможно измерить скорость света в одну сторону (например, от источника к удалённому приёмнику) без дополнительных договоренностей относительно того, как синхронизировать часы источника и приёмника. Однако, если применить для этого синхронизацию Эйнштейна, односторонняя скорость света становится равной двусторонней по определению .

Специальная теория относительности исследует последствия инвариантности c {\displaystyle c} в предположении, что законы физики одинаковы во всех инерциальных системах отсчёта . Одним из последствий является то, что c {\displaystyle c} - это та скорость, с которой должны двигаться в вакууме все безмассовые частицы и волны (в частности, и свет).

Специальная теория относительности имеет много экспериментально проверенных последствий, которые противоречат интуиции . Такие последствия включают: эквивалентность массы и энергии (E 0 = m c 2) {\displaystyle (E_{0}=mc^{2})} , сокращение длины (сокращение объектов во время движения) и замедление времени (движущиеся часы идут медленнее). Коэффициент , показывающий, во сколько раз сокращается длина и замедляется время, известен как фактор Лоренца (Лоренц-фактор)

γ = 1 1 − v 2 c 2 , {\displaystyle \gamma ={\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}},}

где v {\displaystyle v} - скорость объекта. Для скоростей гораздо меньших, чем c {\displaystyle c} (например, для скоростей, с которыми мы имеем дело каждый день) разница между γ {\displaystyle \gamma } и 1 настолько мала, что ею можно пренебречь. В этом случае специальная теория относительности хорошо аппроксимируется относительностью Галилея. Но на релятивистских скоростях разница увеличивается и стремится к бесконечности при приближении v {\displaystyle v} к c {\displaystyle c} .

Объединение результатов специальной теории относительности требует выполнения двух условий: (1) пространство и время являются единой структурой, известной как пространство-время (где c {\displaystyle c} связывает единицы измерения пространства и времени), и (2) физические законы удовлетворяют требованиям особой симметрии, которая называется инвариантность Лоренца (Лоренц-инвариантность), формула которой содержит параметр c {\displaystyle c} . Инвариантность Лоренца встречается повсеместно в современных физических теориях, таких как квантовая электродинамика , квантовая хромодинамика , стандартная модель физики элементарных частиц и общая теория относительности . Таким образом, параметр c {\displaystyle c} встречается повсюду в современной физике и появляется во многих смыслах, которые не имеют отношения собственно к свету. Например, общая теория относительности предполагает, что гравитация и гравитационные волны распространяются со скоростью c {\displaystyle c} . В неинерциальных системах отсчёта (в гравитационно искривлённом пространстве или в системах отсчёта, движущихся с ускорением), локальная скорость света также является постоянной и равна c {\displaystyle c} , однако скорость света вдоль траектории конечной длины может отличаться от c {\displaystyle c} в зависимости от того, как определено пространство и время .

Считается, что фундаментальные константы, такие как c {\displaystyle c} , имеют одинаковое значение во всём пространстве-времени, то есть они не зависят от места и не меняются со временем. Однако некоторые теории предполагают, что скорость света может изменяться со временем . Пока нет убедительных доказательств таких изменений, но они остаются предметом исследований .

Кроме того, считается, что скорость света изотропна, то есть не зависит от направления его распространения. Наблюдения за излучением ядерных энергетических переходов как функции от ориентации ядер в магнитном поле (эксперимент Гугса - Древера), а также вращающихся оптических резонаторов (эксперимент Майкельсона - Морли и его новые вариации), наложили жёсткие ограничения на возможность двусторонней анизотропии .

Событие A предшествует событию B в красной системе отсчёта (СО), одновременно с B в зелёной СО и происходит после B в синей СО

Вообще информация или энергия не могут передаваться в пространстве быстрее, чем со скоростью света. Один из аргументов в пользу этого следует из контринтуитивного заключения специальной теории относительности, известного как относительность одновременности . Если пространственное расстояние между двумя событиями А и В больше, чем промежуток времени между ними, умноженный на c {\displaystyle c} , то существуют такие системы отсчёта, в которых А предшествует B, и другие, в которых B предшествует А, а также такие, в которых события А и B одновременны. В результате, если объект двигался бы быстрее скорости света относительно некоторой инерциальной системы отсчёта, то в другой системе отсчёта он бы путешествовал назад во времени, и принцип причинности был бы нарушен . В такой системе отсчёта «следствие» можно было бы наблюдать раньше его «первопричины». Такое нарушение причинности никогда не наблюдалось . Оно также может приводить к парадоксам, таким как тахионный антителефон .

История измерений скорости света

Античные учёные, за редким исключением, считали скорость света бесконечной . В Новое время этот вопрос стал предметом дискуссий. Галилей и Гук допускали, что она конечна, хотя и очень велика, в то время как Кеплер , Декарт и Ферма по-прежнему отстаивали бесконечность скорости света.

Спустя полвека, в 1728 году, открытие аберрации позволило Дж. Брэдли подтвердить конечность скорости света и уточнить её оценку: полученное Брэдли значение составило 308 000 км/с .

Впервые измерения скорости света, основанные на определении времени прохождения светом точно измеренного расстояния в земных условиях, выполнил в 1849 году А. И. Л. Физо . В своих экспериментах Физо использовал разработанный им «метод прерываний», при этом расстояние, преодолеваемое светом, составляло 8,63 км. Полученное в результате выполненных измерений значение оказалось равным 313 300 км/с . В дальнейшем метод прерываний значительно усовершенствовали и использовали для измерений М. А. Корню (1876 г.), А. Ж. Перротен (1902 г.) и Э. Бергштранд . Измерения, выполненные Э. Бергштрандом в 1950 году, дали для скорости света значение 299 793,1 км/с , при этом точность измерений была доведена до 0,25 км/с .

Другой лабораторный метод («метод вращающегося зеркала»), идея которого была высказана в 1838 году Ф. Араго , в 1862 году осуществил Леон Фуко . Измеряя малые промежутки времени с помощью вращающегося с большой скоростью (512 об/с) зеркала, он получил для скорости света значение 298 000 км/с с погрешностью 500 км/с. Длина базы в экспериментах Фуко была сравнительно небольшой - двадцать метров . В последующем за счёт совершенствования техники эксперимента, увеличения используемой базы и более точного определения её длины точность измерений с помощью метода вращающегося зеркала была существенно повышена. Так, С. Ньюком в 1891 году получил значение 299 810 км/с с погрешностью 50 км/с, а А. А. Майкельсону в 1926 году удалось понизить погрешность до 4 км/с и получить для скорости величину 299 796 км/с . В своих экспериментах Майкельсон использовал базу, равную 35 373,21 м .

Дальнейший прогресс был связан с появлением мазеров и лазеров , которые отличаются очень высокой стабильностью частоты излучения, что позволило определять скорость света одновременным измерением длины волны и частоты их излучения. В начале 1970-х годов погрешность измерений скорости света приблизилась к 1 м/с . После проверки и согласования результатов, полученных в различных лабораториях, XV Генеральная конференция по мерам и весам в 1975 году рекомендовала использовать в качестве значения скорости света в вакууме величину, равную 299 792 458 м/с, с относительной погрешностью (неопределённостью) 4·10 -9 , что соответствует абсолютной погрешности 1,2 м/с .

Существенно, что дальнейшее повышение точности измерений стало невозможным в силу обстоятельств принципиального характера: ограничивающим фактором стала величина неопределённости реализации определения метра, действовавшего в то время. Проще говоря, основной вклад в погрешность измерений скорости света вносила погрешность «изготовления» эталона метра, относительное значение которой составляло 4·10 -9 . Исходя из этого, а также учитывая другие соображения, XVII Генеральная конференция по мерам и весам в 1983 году приняла новое определение метра, положив в его основу рекомендованное ранее значение скорости света и определив метр как расстояние, которое проходит свет в вакууме за промежуток времени, равный 1 / 299 792 458 секунды .

Сверхсветовое движение

Из специальной теории относительности следует, что превышение скорости света физическими частицами (массивными или безмассовыми) нарушило бы принцип причинности - в некоторых инерциальных системах отсчёта оказалась бы возможной передача сигналов из будущего в прошлое. Однако теория не исключает для гипотетических частиц, не взаимодействующих с обычными частицами , движение в пространстве-времени со сверхсветовой скоростью.

Гипотетические частицы, движущиеся со сверхсветовой скоростью, называются тахионами . Математически движение тахионов описывается преобразованиями Лоренца как движение частиц с мнимой массой. Чем выше скорость этих частиц, тем меньше энергии они несут, и наоборот, чем ближе их скорость к скорости света, тем больше их энергия - так же, как и энергия обычных частиц, энергия тахионов стремится к бесконечности при приближении к скорости света. Это самое очевидное следствие преобразования Лоренца, не позволяющее массивной частице (как с вещественной, так и с мнимой массой) достичь скорости света - сообщить частице бесконечное количество энергии просто невозможно.

Следует понимать, что, во-первых, тахионы - это класс частиц, а не один вид частиц, и во-вторых, тахионы не нарушают принцип причинности, если они никак не взаимодействуют с обычными частицами .

Обычные частицы, движущиеся медленнее света, называются тардионами . Тардионы не могут достичь скорости света, а только лишь сколь угодно близко подойти к ней, так как при этом их энергия становится неограниченно большой. Все тардионы обладают массой , в отличие от безмассовых частиц, называемых люксонами . Люксоны в вакууме всегда движутся со скоростью света, к ним относятся фотоны , глюоны и гипотетические гравитоны .

C 2006 года показано, что в так называемом эффекте квантовой телепортации кажущееся взаимовлияние частиц распространяется быстрее скорости света. Например, в 2008 г. исследовательская группа доктора Николаса Гизена (Nicolas Gisin) из университета Женевы, исследуя разнесённые на 18 км в пространстве запутанные фотонные состояния, показала, что это кажущееся «взаимодействие между частицами осуществляется со скоростью, примерно в сто тысяч раз большей скорости света». Ранее также обсуждался так называемый «парадокс Хартмана » - кажущаяся сверхсветовая скорость при туннельном эффекте . Анализ этих и подобных результатов показывает, что они не могут быть использованы для сверхсветовой передачи какого-либо несущего информацию сообщения или для перемещения вещества .

В результате обработки данных эксперимента OPERA , набранных с 2008 по 2011 год в лаборатории Гран-Сассо совместно с ЦЕРН , было зафиксировано статистически значимое указание на превышение скорости света мюонными нейтрино . Сообщение об этом сопровождалось публикацией в архиве препринтов . Полученные результаты специалисты подвергли сомнению, поскольку они не согласуются не только с теорией относительности, но и с другими экспериментами с нейтрино . В марте 2012 года в том же тоннеле были проведены независимые измерения, и сверхсветовых скоростей нейтрино они не обнаружили . В мае 2012 года OPERA провела ряд контрольных экспериментов и пришла к окончательному выводу, что причиной ошибочного предположения о сверхсветовой скорости стал технический дефект (плохо вставленный разъём оптического кабеля) .

См. также

От поверхности Солнца - от 8 мин. 8,3 сек. в перигелии до 8 мин. 25 сек. в афелии .
Скорость распространения светового импульса в среде отличается от скорости его распространения в вакууме (меньше, чем в вакууме), и может быть различной для разных сред. Когда говорят просто о скорости света, обычно подразумевается именно скорость света в вакууме; если же говорят о скорости света в среде, это, как правило, оговаривается явно.
В настоящее время наиболее точные методы измерения скорости света основаны на независимом определении значений длины волны λ {\displaystyle \lambda } и частоты ν {\displaystyle \nu } света или другого электромагнитного излучения и последующего расчёта в соответствии с равенством c = λ ν {\displaystyle c=\lambda \nu } .
См. например «Частица Oh-My-God ».
Аналогом может быть посылка наудачу двух заклеенных конвертов с белой и чёрной бумагой в разные места. Открытие одного конверта гарантирует, что во втором будет лежать второй лист - если первый чёрный, то второй белый, и наоборот. Эта «информация» может распространяться быстрее скорости света - ведь вскрыть второй конверт можно в любое время, и там всегда будет этот второй лист. При этом принципиальная разница с квантовым случаем состоит только в том, что в квантовом случае до «открытия конверта»-измерения состояние листа внутри принципиально неопределённо, как у кота Шрёдингера , и там может оказаться любой лист.
Однако, частота света зависит от движения источника света относительно наблюдателя, благодаря эффекту Доплера
В то время как движущиеся измеряемые объектов оказываются короче по линии относительного движения, они также выглядят повёрнутыми. Этот эффект, известный как вращение Террелла , связан с разницей во времени между пришедшими к наблюдателю сигналами от разных частей объекта.
Считается, что эффект Шарнхорста позволяет сигналам распространяться немногим выше c {\displaystyle c} , но особые условия, при которых эффект может возникать, мешают применить этот эффект для нарушения принципа причинности

Примечания

. Voyager - The Interstellar Mission . Jet Propulsion Laboratory, California Istitute of Technology. Проверено 12 июля 2011. Архивировано 3 февраля 2012 года.
New galaxy "most distant" yet discovered
, с. 169.
, с. 122.
Чудинов Э. М. Теория относительности и философия. - М.: Политиздат, 1974. - С. 222-227.
, с. 167.
, с. 170.
, с. 184.
Сажин М. В. Скорость света // Физика космоса. Маленькая энциклопедия / Гл. ред. Р. А. Сюняев . - 2-е изд. - М. : Советская энциклопедия , 1986. - С. 622. - 783 с.
ГОСТ 8.417-2002. Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин.
Abbott B. P. et al. (LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, Fermi Gamma-ray Burst Monitor, and INTEGRAL). Gravitational Waves and Gamma-Rays from a Binary Neutron Star Merger: GW170817 and GRB 170817A // The Astrophysical Journal. - 2017. - Vol. 848. - P. L13. - DOI :10.3847/2041-8213/aa920c . [исправить ]
Болотовский Б. М., Гинзбург В. Л. // УФН. - 1972. - Т. 106 , № 4 . - С. 577-592 .
Stachel, JJ. Einstein from "B" to "Z" – Volume 9 of Einstein studies . - Springer, 2002. - P. 226. - ISBN 0-8176-4143-2 .
Einstein, A (1905). «Zur Elektrodynamik bewegter Körper» (German). Annalen der Physik 17 : 890–921. DOI :10.1002/andp.19053221004 . English translation: Perrett, W On the Electrodynamics of Moving Bodies . Fourmilab . Проверено 27 ноября 2009. Архивировано 1 февраля 2013 года.
Александров Е. Б. Теория относительности: прямой эксперимент с кривым пучком // Химия и жизнь. - 2012. - № 3 .
Hsu, J-P. Lorentz and Poincaré Invariance / J-P Hsu, Zhang. - World Scientific , 2001. - Vol. 8. - P. 543ff . - ISBN 981-02-4721-4 .
Zhang, YZ. Special Relativity and Its Experimental Foundations . - World Scientific , 1997. - Vol. 4. - P. 172–3. - ISBN 981-02-2749-3 .
d"Inverno, R. Introducing Einstein"s Relativity. - Oxford University Press , 1992. - P. 19–20. - ISBN 0-19-859686-3 .
Sriranjan, B. Postulates of the special theory of relativity and their consequences // The Special Theory to Relativity. - PHI Learning , 2004. - P. 20 ff . - ISBN 81-203-1963-X .
Roberts, T What is the experimental basis of Special Relativity? . Usenet Physics FAQ . University of California, Riverside (2007). Проверено 27 ноября 2009. Архивировано 1 февраля 2013 года.
Terrell, J (1959). «Invisibility of the Lorentz Contraction». Physical Review 116 (4): 1041–5. DOI :10.1103/PhysRev.116.1041 . Bibcode : 1959PhRv..116.1041T .
Penrose, R (1959). «The Apparent Shape of a Relativistically Moving Sphere». Proceedings of the Cambridge Philosophical Society 55 (01): 137–9. DOI :10.1017/S0305004100033776 . Bibcode : 1959PCPS...55..137P .
Hartle, JB. Addison-Wesley , 2003. - P. 52–9. - ISBN 981-02-2749-3 .
Hartle, JB. Gravity: An Introduction to Einstein"s General Relativity. - Addison-Wesley , 2003. - P. 332. - ISBN 981-02-2749-3 .
The interpretation of observations on binary systems used to determine the speed of gravity is considered doubtful by some authors, leaving the experimental situation uncertain; seeSchäfer, G. Propagation of light in the gravitational filed of binary systems to quadratic order in Newton"s gravitational constant: Part 3: ‘On the speed-of-gravity controversy’ // Lasers, clocks and drag-free control: Exploration of relativistic gravity in space / G Schäfer, Brügmann. - Springer, 2008. - ISBN 3-540-34376-8 .
Gibbs, P Is The Speed of Light Constant? . Usenet Physics FAQ . University of California, Riverside (1997). Проверено 26 ноября 2009. Архивировано 17 ноября 2009 года.

Не так уж сложно перемещаться в пределах солнечной системы. Несмотря на то, что расстояния здесь измеряются миллиардами километров, это можно назвать местными перелетами. Но межзвездное путешествие совсем другое дело. «Одна из самых сложных проблем, которые ставит перед нами физика это ограничение по скорости света», – Памела Л. Гей. Когда речь идет о том, чтобы превысить скорость света, физики в один голос заявляют, что это невозможно, мы вынуждены согласиться.

Возможна ли сверхсветовая скорость?

Но почему скорость света является предельной во вселенной? Вы просто не можете переместиться из одной точки в другую быстрее света, разве что ваша масса меньше. Существует одна пока не разрешимая проблема, чем быстрее вы движетесь, тем больше ваша масса и для увеличения скорости требуется все больше и больше энергии. Только фотоны света, которые не имеют массы, могут двигаться со скоростью света. Но всему, что обладает массой, требуется бесконечное количество энергии, чтобы достичь такой скорости, это просто невозможно.

Сверхсветовая скорость в научной фантастике

В научной фантастике преодоление скорости света не проблема, у такого рода технологий множество названий: варп-двигатель, гипердрайв, сверхсветовой двигатель, звездные врата и т.п. Все меньше и меньше ученые, которые выросли, глядя на то, как их герои носятся по галактике, склонны отрицать возможность полетов на сверхсветовых скоростях.

Сверхсветовая скорость - смелые идеи

Ученый по имени Мигель Алькубьер сформулировал некое понятие о том, как сверхсветовой двигатель заводится, расширяя и сжимая пространство перед кораблем. И не было ничего такого, ни в теории Эйнштейна, ни в чьей либо еще, где говорилось бы, что пространство не может растягиваться или сжиматься быстрее скорости света. Собственно мы думаем, что так оно и было при рождении вселенной. Пространство расширилось гораздо быстрее скорости света спустя микросекунды после большого взрыва, в результате чего появилась наша вселенная.

«Будь у вас достаточно энергии, вы бы могли расширить и сжать пространство перед собой со скоростью в сотню раз превышающей скорость света, чтобы полететь со сверхсветовой скоростью, несмотря на то, что в собственном пространственном пузыре вы бы ее не достигли».

Тема «Двигателя, позволяющего летать со сверхсветовой скоростью», «Путешествия в многомерном пространстве» и всего, что имеет отношение к теме полета со скоростью, превышающей световую, пока что не выходит за рамки домыслов, хотя в каких-то аспектах и соприкасается с миром науки.

Сегодня мы находимся на стадии, когда знаем, что мы кое-что знаем, а чего-то не знаем, но уж точно не знаем, можно ли перемещаться со скоростью, превышающей скорость света.

Плохая новость заключается в том, что основы современных научных знаний, накопленных к данному моменту, свидетельствуют о том, что движение со скоростью, превышающей световую, невозможно. Это артефакт Специальной теории относительности Эйнштейна.

Да, существуют иные концепции - сверхсветовых частиц, кротовых нор (туннели в пространстве - прим. перев.), инфляционной вселенной, деформации пространства и времени, квантовых парадоксов... Все эти идеи обсуждаются в серьезной научной литературе, но пока еще рано говорить об их реальности.

Один из вопросов, появляющихся в связи с движением со сверхсветовой скоростью, это временные парадоксы: нарушение причинно-следственных связей и что подразумевается под путешествием во времени. Как будто темы полета со сверхсветовой скоростью мало, так еще и реальна ли разработка сценария, при котором сверхсветовая скорость даст возможность путешествия во времени. Путешествие во времени считается гораздо более невозможным, чем световой полет.

В чем основное отличие?

Едва преодолев звуковой барьер, люди задались вопросом: «А почему бы нам теперь еще и не преодолеть световой барьер, так ли уж сильно это отличается?» Слишком рано говорить о преодолении светового барьера, но кое-что уже известно наверняка - это совершенно иная проблема, нежели преодоление звукового барьера. Звуковой барьер был преодолен объектом, сделанным из материала, а не звука.

Атомы и молекулы материала соединены электромагнитными полями, из чего состоит и свет. В случае с преодолением барьера скорости света, предмет, пытающийся преодолеть этот барьер, состоит из того же, что и сам барьер. Как объект может двигаться быстрее того, что связывает его атомы? Как мы уже отмечали, это уже совсем другая проблема, нежели преодоление звукового барьера.

Специальная теория относительности

Можно очень кратко изложить «Специальную теорию относительности». На самом деле она очень проста по своей конструкции… Начните с двух простых правил.

Правило №1: пройденное вами расстояние (d) зависит от скорости вашего движения (v) и времени движения (t). Если вы едете со скоростью 55 миль в час, вы проедете за час 55 миль. Просто.

Правило №2: Это потрясающая вещь - как бы быстро вы не двигались, вы постоянно будете отмечать, что скорость света остается неизменной.

Соедините их вместе и сравните, что «видит» один путешественник по сравнению с тем, кто движется с другой скоростью - вот тут и появляются проблемы. Давайте попробуем иную картину. Закройте глаза. Представьте, что из всех органов чувств у вас задействован лишь слух. Вы воспринимаете только звуки. Вы определяет предметы только по тому, какой звук они издают.

Итак, если проехал паровоз, его гудок хоть как-то изменился? Мы знаем, что он звучит на определенной ноте, но из-за движения поезда она меняется вследствие действия так называемого эффекта Доплера. То же самое происходит и со светом. Все вокруг себя мы знаем благодаря присутствию света или, если обобщить, электромагнетизму. То, что мы видим, чувствуем (молекулы воздуха отскакивают от нашей кожи), слышим (молекулы ударяются между собой под давлением волн), даже течение времени - все это управляется электромагнитными силами.

Так что если мы начинаем двигаться на скоростях, приближающихся к скорости, через которую мы получаем всю информацию, наша информация искажается. В общем, это вот так просто. Понимания этого достаточно, если с этим пытаешься что-то делать. Но это уже другой вопрос.

Барьер скорости света

Барьер скорости света является одним из следствий Специальной теории относительности. На это можно взглянуть иначе. Чтобы двигаться быстрее, нужно добавить энергии. Но когда вы начинаете приближаться к скорости света, необходимый для движения объем энергии взлетает до бесконечности. Для перемещения массы со скоростью света требуется бесконечная энергия. Оказывается, здесь вы сталкиваетесь с реальным барьером.

Можно ли обойти Специальную теорию относительности? Вероятно.

Проводятся ли какие-то исследования в этом направлении? Да, но в небольшом объеме.

В дополнение к индивидуальной теоретической работе таких физиков, как Мэт Виссер (Matt Visser), Майкл Моррис (Michael Morris), Мигель Алькубьерре (Miguel Alcubierre) и других существует качественно новая программа НАСА в области физики реактивного движения.

Оригинал публикации.