Смотря фантастические фильмы и сериалы о космосе, многие задаются вопросом: а можно ли лететь сквозь космос быстрее света?
Прежде всего, давайте вспомним, что свет не всегда движется с одной и той же скоростью. В зависимости от среды, в которой он распространяется, он может двигаться быстрее или медленнее. И этот факт имеет множество интересных применений и следствий в науке и технике.
Скорость света, которую обычно имеют в виду, когда говорят об этой физической константе, — это скорость, с которой свет распространяется в вакууме. Её значение – 299.792,458 километра в секунду. И это максимальная скорость, которую вообще возможно развить. Абсолютный верхний предел. Ничто не может двигаться быстрее. А может быть это не так?
Эйнштейн, БАК и скорость
В фантастических фильмах мы видим множество рукотворных машин, которые движутся по Вселенной со скоростью, превышающей скорость света. Они с необычайной лёгкостью перелетают от одной звезды к другой практически за мгновение. И это неудивительно. Ведь было бы чрезвычайно скучно наблюдать за приключениями экипажа космического корабля, которому нужны тысячи лет для того, чтобы преодолеть расстояние от одной планетной системы до другой. Поэтому нет ничего странного в том, что сценаристы придумывают какие-то ухищрения, добавляющее во все эти истории немного динамики.
Однако в реальности это не работает. Быстрее света в вакууме, на самом деле, двигаться не может ничто.
Да, что-то может двигаться быстрее света не в вакууме. Речь идёт об эффекте Черенкова и объектах, движущихся быстрее света. Но не через вакуум. А, например, через воду или воздух. В этих средах свет распространяется медленнее верхнего предела в 299.792,458 километров в секунду. А вот истинная сверхсветовая скорость, то есть, движение в пространстве быстрее, чем эти 299.792,458 километра в секунду, невозможна. Альберт Эйнштейн показал это в своей специальной теории относительности в 1905 году.
В этом контексте также важно упомянуть, что название «скорость света» на самом деле не совсем корректна. И даже немного вводит в заблуждение. Свет здесь не играет исключительной роли. Речь идёт о скорости, с которой движутся любые безмассовые частицы. Это относится к фотонам, а также ко всем другим частицам, не имеющим массы. Например, глюонам. Эти частицы отвечают за передачу сильного ядерного взаимодействия, удерживающего вместе кварки в атомных ядрах.
Долгое время считалось, что и нейтрино не имеют массы. И поэтому они движутся со скоростью света. Однако позже было установлено, что нейтрино на самом деле имеют очень маленькую массу. И поэтому движутся немного медленнее фотонов. Но по какой причине?
Одним из важных следствий теории Альберта Эйнштейна является так называемое «отношение энергии-импульса». Именно из него была выведена знаменитая формула E=mc2. Она говорит нам, сколько энергии содержит частица с определённой массой, которая движется с определённой скоростью. И чем быстрее движется частица, тем больше у неё энергии. Для того, чтобы разогнать её ещё сильнее, нужна ещё энергия. Пока вроде все понятно.
Но эта формула также показывает, что происходит, когда скорость приближается к скорости света. Энергия, необходимая для соответствующего ускорения, возрастает все быстрее и быстрее и приближается к бесконечно большому значению. Или другими словами: если потребуется что-то разогнать до скорости света, для этого нужно будет использовать бесконечное количество энергии. Что, конечно, сделать невозможно. Вы можете лишь приблизить скорость объекта к скорости света сколь угодно близко. Но только в теории, конечно. Потому что количество необходимой для этого энергии в какой-то момент становится просто невообразимым! Поэтому скорости света объекту, имеющего массу, достичь никак нельзя. А тем более её превзойти.
И это не просто какая-то формула из какой-то гипотезы. Все эти эффекты можно наблюдать воочию в абсолютном соответствии с теорией. Например, в ускорителях частиц. Ведь для того, чтобы заставить крошечные частицы двигаться как можно быстрее, а затем столкнуть их между собой, нужно приложить к ним достаточно большое количество энергии. Протоны, которые сталкивают, например, в Большом адронном коллайдере Европейского центра ядерных исследований CERN, разгоняются до 99,9999991 процента скорости света. Чтобы получить такую скорость, учёные должны приложить соответствующее количество энергии. И эта энергия может быть измерена. И количество этой энергии всегда в точности соответствует предсказанному теоретиками.
Да, быстрее скорости света в нашем пространстве перемещаться не получится. Сколько бы дров и угля вы не закинули в печку вашего звездолёта.
Однако посетить хотя бы ближайшие планетные системы ой как хочется. И для этого учёные придумывают различные чудесные штуковины.
Придумки ученых: варп-пузырь
Давайте представим, что наша Вселенная – это ваша комната. А скорость света – это верхний предел скорости при движении через эту комнату. А какой предел скорости движения самой комнаты? Это звучит немного странно, да? Однако ничего странного здесь нет.
Пространство (и это опять же одно из великих открытий Альберта Эйнштейна) тоже может подвергаться изменениям. Любая масса во Вселенной искривляет пространство. И это неоднократно подтверждалось наблюдениями. Самая популярная возможность путешествовать со скоростью, превышающей скорость света, основана именно на этой кривизне пространства. В научно-фантастических фильмах этот принцип обычно называют «двигателем деформации». Этот термин также часто встречается и в научной литературе.
В 1994 году мексиканский физик Мигель Алькубьерре опубликовал статью, в которой описал, как именно должно быть искривлено пространство, чтобы добраться из точки А в точку Б быстрее света. Просто нужно сделать так, чтобы космический корабль летел не сквозь пространство, а изменял само пространство таким образом, чтобы расстояние между А и В становилось меньше. Физически это означало бы сжатие пространства перед космическим кораблём и расширение пространства позади космического корабля. Таким образом создаётся «варп-пузырь», который вполне может распространяться быстрее света. Это не противоречит теории Эйнштейна. Потому что она касается только тех объектов, которые движутся в пространстве. Само же пространство запросто может расширяться быстрее света. И если в таком пространственно-временном пузыре есть космический корабль, то он попадёт из точки А в точку Б с какой угодно скоростью.
Звучит многообещающе. Но при ближайшем рассмотрении оказывается, что все не так уж и просто. И сжатие пространства — наименьшая из проблем. Как уже упоминалось выше, это делает любая материя. Просто нужно накопить достаточно материи и плотно упаковать её перед космическим кораблём, чтобы достичь нужного эффекта. Однако нужно будет снова расширить пространство позади космического корабля. Но как? Это сработает, если использовать материю с отрицательной массой. И в математических уравнениях это не проблема. Нужно просто поменять знак какого-нибудь числа с плюса на минус.
Отрицательная материя
Но в реальности никто понятия не имеет, что такое материя с отрицательной массой. Как можно представить себе предмет массой, например, минус 10 килограммов? Ни одна серьёзная физическая теория не предполагает существование такой материи. Ни одно наблюдение никогда не показывало никаких доказательств её существования. Алькубьерре изобрёл свой двигатель в чисто математической плоскости. Просто для того, чтобы его уравнения работали. Реальность, увы, существование таких машин не допускает.
И даже если бы земные инженеры создали подобное устройство, все равно оно бы не работало. Чтобы все функционировало так, как представлял себе Алькубьерре, нужно было бы использовать не просто немного вышеописанной экзотической материи. Нет. Её нужно было бы гораздо больше, чем доступно во всей наблюдаемой части Вселенной!
Итак, подведём итог. Что можно сказать о путешествиях быстрее света? Наука не доказала, что в принципе это невозможно. Но, судя по всему, работоспособность необходимых для этого гипотетических устройств или их применимость настолько маловероятны, что в настоящее время мы можем с уверенностью предположить, что пока это невозможно. Конечно, мы не знаем, станет ли это возможно в будущем. Возможно, в какой-то момент некий гений найдёт способ путешествовать по Вселенной со скоростью, превышающей скорость света. Но это в любом случае такое путешествие пройдёт не через нашу комнату. Потому что верхний предел движения в ней, 299.792,458 километров в секунду, так и останется верхним пределом.
Сверхсветовые скорости по-прежнему возможны пока только в фантастических фильмах…
Источник: «Живой космос» (alivespace.ru)
