Kao što znate, fotoni se kreću brzinom svjetlosti, česticama svjetlosti koje je sačinjavaju. Posebna teorija relativnosti pomoći će nam u ovom pitanju.

U naučnofantastičnim filmovima, međuzvjezdane svemirske letjelice bez izuzetka lete skoro brzinom svjetlosti. Obično je to takozvana hiperbrzina pisaca naučne fantastike. I pisci i filmaši nam opisuju i prikazuju gotovo isto umetnička tehnika... Najčešće, da bi brod brzo krenuo, heroji povuku ili pritisnu kontrolno dugme, a vozilo momentalno ubrzava, ubrzavajući skoro do brzine svetlosti uz zaglušujući udar. Zvijezde, koje gledalac vidi izvan broda, najprije zatrepere, a zatim se potpuno ispruže u nizu. Ali da li zvijezde u stvarnosti izgledaju kao u prozorima svemirske letjelice pri hiperbrzini? Istraživači kažu ne. U stvarnosti, umjesto zvijezda ispruženih u nizu, putnici broda bi vidjeli samo svijetli disk.

Ako se objekt kreće skoro brzinom svjetlosti, tada može vidjeti Doplerov efekat u akciji. U fizici je to naziv za promjenu frekvencije i valne duljine zbog brzog kretanja prijemnika. Učestalost svjetlosti zvijezda koje bljeskaju ispred gledatelja s broda toliko će se povećati da će se pomaknuti iz vidljivog dometa u dio spektra s rendgenskim zrakama. Zvijezde kao da nestaju! U isto vrijeme, dužina relikta elektromagnetno zračenje ostalo nakon Velikog praska. Pozadinsko zračenje će postati vidljivo i pojavit će se kao lagani disk koji blijedi na rubovima.

Ali kako izgleda svijet sa strane objekta koji dostiže brzinu svjetlosti? Kao što znate, fotoni, čestice svjetlosti, od kojih se sastoji, kreću se takvim brzinama. Posebna teorija relativnosti će nam pomoći u ovom pitanju. Prema njoj, kada se objekat kreće brzinom svjetlosti proizvoljno dugo, vrijeme utrošeno na kretanje ovog objekta postaje jednako nuli. Jednostavno rečeno, ako se krećete brzinom svjetlosti, tada je nemoguće izvršiti bilo kakvu radnju, kao što su posmatranje, vid, vid itd. Objekt koji putuje brzinom svjetlosti zapravo neće vidjeti ništa.

Fotoni uvijek putuju brzinom svjetlosti. Ne gube vrijeme na ubrzavanje i usporavanje, tako da cijeli život za njih traje nula vremena. Da smo fotoni, tada bi se naši trenuci rođenja i smrti poklapali, odnosno jednostavno ne bismo shvatili da svijet uopće postoji. Vrijedi napomenuti da ako objekt ubrza do brzine svjetlosti, tada njegova brzina u svim referentnim okvirima postaje jednaka brzini svjetlosti. Evo ph fizike. Primjenjujući specijalnu teoriju relativnosti, možemo zaključiti da za objekt koji se kreće brzinom svjetlosti, sve svijet izgleda da je beskonačno spljošten i svi događaji koji se u njemu dešavaju odvijaće se u isto vreme.

Brzina širenja svjetlosti jednaka je 299.792.458 metara u sekundi, ali to više nije granična vrijednost. "Futurist" je prikupio 4 teorije, gdje svjetlost više nije Michael Schumacher.

Američki naučnik japanskog porijekla, stručnjak za teorijsku fiziku Michio Kaku siguran je da se brzina svjetlosti može savladati.

Veliki prasak

Najpoznatiji primjer kada je svjetlosna barijera savladana, Michio Kaku naziva Veliki prasak - ultrabrzi "prasak", koji je postao početak širenja Univerzuma, do kojeg je on bio u singularnom stanju.

“Nijedan materijalni predmet ne može probiti svjetlosnu barijeru. Ali prazan prostor se svakako može pomjeriti brži od svetlosti... Ništa ne može biti praznije od vakuuma, što znači da se može širiti brže od brzine svjetlosti “, siguran je naučnik.

Lampa na noćnom nebu

Ako upalite fenjer na noćno nebo, tada se, u principu, zrak koji ide iz jednog dijela svemira u drugi, koji se nalazi na udaljenosti od mnogo svjetlosnih godina, može kretati brže od brzine svjetlosti. Problem je što u ovom slučaju neće postojati materijalni objekt koji se zaista kreće brže od svjetlosti. Zamislite da ste okruženi džinovskom sferom u prečniku jedne svetlosne godine. Slika snopa svjetlosti će preći preko ove sfere za nekoliko sekundi, uprkos njenoj veličini. Ali samo slika zraka može se kretati noćnim nebom brže od svjetlosti, a ne informacija ili materijalni objekt.

Kvantno preplitanje

Brži od brzine svjetlosti možda nije objekt, već cijeli fenomen, odnosno odnos koji se zove kvantna zapetljanost. Ovo je kvantno -mehanički fenomen u kojem su kvantna stanja dva ili više objekata međusobno ovisna. Da biste dobili par isprepletenih fotona, možete zasijati laserom određene frekvencije i intenziteta na nelinearni kristal. Kao rezultat raspršivanja laserskog snopa, fotoni će se pojaviti u dva različita polarizaciona konusa, a veza između kojih će se zvati kvantna zapetljanost. Dakle, kvantna isprepletenost je jedan od načina interakcije subatomskih čestica, a proces ove veze može biti brži od svjetlosti.

“Ako se dva elektrona spoje, oni će vibrirati unisono, prema kvantnoj teoriji. Ali ako tada podijelite ove elektrone za mnogo svjetlosnih godina, oni će i dalje komunicirati jedni s drugima. Ako protresete jedan elektron, drugi će osjetiti ovu vibraciju, a to će se dogoditi brže od brzine svjetlosti. Albert Ajnštajn je mislio da će ovaj fenomen opovrgnuti kvantna teorija jer ništa ne može putovati brže od svjetlosti, ali u stvari je pogriješio”, kaže Michio Kaku.

Crvotočine

Tema prevladavanja brzine svjetlosti poigrava se u mnogim naučnofantastičnim filmovima. Sada čak i oni koji su daleko od astrofizike čuju izraz "crvotočina", zahvaljujući filmu "Interstellar". Ovo je posebna zakrivljenost u prostorno-vremenskom sistemu, tunel u svemiru koji vam omogućava da savladate ogromne udaljenosti u zanemarljivom vremenu.

O takvim iskrivljenjima govore ne samo filmski scenaristi, već i naučnici. Michio Kaku vjeruje da je crvotočina, ili kako je još zovu, crvotočina, jedan od dva najrealnija načina za prijenos informacija bržim od brzine svjetlosti.

Drugi način, također povezan s promjenama materije, je sužavanje prostora ispred vas i širenje iza vas. U ovom deformisanom prostoru stvara se val koji putuje brže od brzine svjetlosti ako ga kontrolira tamna materija.

Dakle, jedina prava šansa da čovjek nauči kako da savlada svjetlosnu barijeru može biti skrivena u općoj teoriji relativnosti i zakrivljenosti prostora i vremena. Međutim, sve počiva na toj vrlo tamnoj materiji: nitko ne zna postoji li ona sigurno i jesu li crvotočine stabilne.

Od škole su nas učili da je nemoguće prekoračiti brzinu svjetlosti, pa je stoga kretanje čovjeka u svemiru veliki nerješivi problem (kako letjeti do najbližeg Sunčevog sistema ako svjetlost može preći ovu udaljenost za samo nekoliko hiljadu godina?). Možda su američki naučnici pronašli način da lete velikom brzinom, ne samo bez zavaravanja, već i slijedeći osnovne zakone Alberta Einsteina. U svakom slučaju, to tvrdi autor projekta motora za deformaciju prostora, Harold White.

Mi smo u redakciji vijest smatrali apsolutno fantastičnom, pa danas, uoči Dana kosmonautike, objavljujemo izvještaj Konstantina Kakaesa za časopis Popular Science o fenomenalnom NASA -inom projektu, ako uspije, osoba će moći ići dalje Solarni sistem.

U septembru 2012. nekoliko stotina naučnika, inženjera i svemirskih entuzijasta okupilo se na drugom javnom sastanku grupe, nazvanom 100 Year Starship. Grupu predvodi bivša astronautkinja May Jamison, a osnovala ju je DARPA. Cilj konferencije je "omogućiti ljudima da putuju izvan Sunčevog sistema do drugih zvijezda u narednih sto godina." Većina učesnika konferencije priznaje da je napredak u istraživanju svemira s ljudskom posadom premali. Uprkos potrošenim milijardama dolara u proteklih nekoliko kvartala, svemirske agencije mogu skoro onoliko koliko su mogli 1960-ih. Zapravo, 100 -godišnji Starship je pozvan da sve popravi.

Ali da pređemo na stvar. Nakon nekoliko dana konferencije, njeni učesnici su došli do najfantastičnijih tema: regeneracija organa, problem organizovane religije na brodu itd. Jedna od zanimljivijih prezentacija na 100 -godišnjem skupu Starship nazvana je "Deformation Field Mechanics 102" Harolda "Sonnyja" Whitea iz NASA -e. Veteran agencije, White vodi napredni pulsni program u svemirskom centru Johnson (JSC). Zajedno sa pet kolega, kreirao je Mapu puta svemirskog pogonskog sistema, koja opisuje NASA-ine ciljeve za naredni Svemirsko putovanje... Plan navodi sve vrste pogonskih projekata, od naprednih hemijskih projektila do dalekosežnih razvoja poput antimaterije i nuklearnih mašina. Ali Vajtovo područje istraživanja je najfuturističkije od svih: tiče se svemirskog warp motora.

Jasno je da sve ovo zvuči apsolutno fantastično: ovakav razvoj događaja je prava revolucija koja će odvezati ruke svim astrofizičarima na svijetu. Umjesto da provedu 75.000 godina putujući do Alpha Centauri, najbližeg zvjezdanog sistema našem zvjezdanom sistemu, astronauti na brodu s takvim motorom moći će ovo putovanje obaviti za nekoliko sedmica.

U svjetlu gašenja programa lansiranja šatla i sve veće uloge privatnih letova u nisku orbitu Zemlje, NASA kaže da se preorijentira na dalekosežne, daleko ambicioznije planove koji nadilaze putovanje na Mjesec. Ovi ciljevi se mogu postići samo razvojem novih motoričkih sistema – što brže to bolje. Nekoliko dana nakon konferencije, šef NASA-e, Charles Bolden, ponovio je Whiteove riječi: "Želimo putovati brže od brzine svjetlosti i bez zaustavljanja na Marsu."

GDJE ZNAMO O OVOM MOTORU?

Prva popularna upotreba izraza "space warp engine" datira iz 1966. godine, kada je Jen Roddenberry izdala " Zvjezdane staze". Sljedećih 30 godina ovaj je motor postojao samo kao dio ove fantastične serije. Fizičar po imenu Miguel Alcubierre gledao je jednu od epizoda ove serije upravo u trenutku kada je radio na svom doktoratu iz oblasti opšte teorije relativnosti i zapitao se da li je u stvarnosti moguće stvoriti motor za deformaciju prostora. Godine 1994. objavio je rad u kojem je iznio ovu poziciju.

Alcubierre je uveo balon u svemir. U prednjem dijelu balona vreme-prostor se skuplja, a pozadi se širi (kao što je bio slučaj sa Veliki prasak prema fizičarima). Deformacija će uzrokovati da brod glatko klizi kroz svemir, kao da surfuje po talasu, uprkos okolnoj buci. U principu, deformisani mehur može da se kreće onoliko brzo koliko je potrebno; ograničenja brzine svjetlosti, prema Ajnštajnovoj teoriji, protežu se samo u kontekstu prostor-vremena, ali ne i u takvim iskrivljenjima prostor-vremena. Unutar mjehurića, pretpostavljao je Alcubierre, prostor-vrijeme se neće promijeniti, a putnicima u svemiru neće nanijeti nikakvu štetu.

Ajnštajnove jednačine u opštoj relativnosti je teško rešiti u jednom pravcu, otkrivajući kako materija savija prostor, ali to se može učiniti. Koristeći ih je Alcubierre utvrdio da je distribucija materije neophodan uslov za stvaranje deformisanog mjehura. Jedini problem je što su rješenja dovela do nedefiniranog oblika materije zvane negativna energija.

Jednostavno rečeno, gravitacija je sila privlačenja između dva objekta. Svaki predmet, bez obzira na svoju veličinu, vrši neku silu privlačenja na okolnu materiju. Prema Ajnštajnu, ova sila je zakrivljenost prostor-vremena. Negativna energija je, međutim, gravitaciono negativna, odnosno odbojna. Umjesto povezivanja vremena i prostora, negativna energija ih odbija i razdvaja. Grubo govoreći, da bi takav model funkcionirao, Alcubierra treba negativnu energiju da proširi prostor-vrijeme iza broda.

Uprkos činjenici da niko nikada nije posebno mjerio negativnu energiju, prema kvantna mehanika, postoji, a naučnici su naučili da ga stvore u laboratoriji. Jedan od načina za njegovo ponovno stvaranje je kroz Casimirov efekt: dvije paralelne provodne ploče, smještene jedna blizu druge, stvaraju određenu količinu negativne energije. Slabost Alcubierreov model u tome što njegova implementacija zahtijeva velika količina negativna energija, nekoliko redova veličine veća nego što se, prema naučnicima, može proizvesti.

White kaže da je shvatio kako zaobići ovo ograničenje. U kompjuterskom simulatoru, White je promijenio geometriju polja naprezanja tako da je, teoretski, mogao proizvesti deformirani balon koristeći milione puta manje negativne energije nego što je Alcubierra procijenio, a možda i ne dovoljno da svemirska letjelica nosi sredstva za proizvodnju. . "Otkrića", kaže White, "mijenjaju Alcubierreovu metodu iz nepraktične u vjerovatnu."

IZVJEŠTAJ IZ WHITE LAB

Svemirski centar Džonson se nalazi pored laguna Hjustona, odakle se otvara put do zaliva Galveston. Centar je pomalo nalik kampusu u predgrađu, samo za obuku astronauta. Na dan moje posjete, White me sastaje u zgradi 15, višespratnom lavirintu hodnika, ureda i laboratorija koji testiraju motor. Vajt nosi polo majicu sa amblemom Eagleworks, kako on naziva svoje eksperimente sa motorom, sa izvezenim orlom koji lebdi iznad futurističkog svemirskog broda.

Vajt je započeo svoju karijeru kao inženjer – vodeći istraživanje kao deo robotskog tima. S vremenom je preuzeo komandu nad cijelim robotskim krilom na ISS-u, dok je završio doktorat iz fizike plazme. Tek 2009. godine promijenio je svoja interesovanja za proučavanje pokreta, a ta ga je tema toliko zaokupila da je postala glavni razlog zašto je otišao da radi u NASA-i.

"On je prilično neobična osoba", kaže njegov šef, John Applewhite, šef odjeljenja za pogonske sisteme. - On je svakako veliki sanjar, ali istovremeno i talentovan inženjer. On zna svoje fantazije pretvoriti u pravi inženjerski proizvod. " Otprilike u isto vrijeme kada se pridružio NASA-i, White je zatražio dozvolu da otvori vlastitu laboratoriju posvećenu naprednim pogonskim sistemima. On je sam smislio ime Eagleworks i čak je zamolio NASA-u da napravi logo za njegovu specijalizaciju. Tada je ovaj posao počeo.

White me vodi do svoje kancelarije, koju dijeli sa kolegom koji traži vodu na Mjesecu, a zatim me vodi do Eagleworksa. Usput mi priča o svom zahtjevu za otvaranje laboratorije i naziva to "dugim i napornim procesom pronalaženja naprednog kretanja kako bi se čovjeku pomoglo u istraživanju svemira".

Vajt mi pokazuje objekat i pokazuje njegovu centralnu funkciju - nešto što on naziva "kvantnim vakuumskim plazma potisnikom" (QVPT). Ovaj uređaj izgleda kao ogromna crvena baršunasta krofna sa žicama koje čvrsto pletu jezgro. Ovo je jedna od dvije inicijative Eagleworksa (druga je warp motor). To je takođe tajni razvoj. Na moje pitanje o čemu se radi, White odgovara da može samo reći da je ova tehnologija još hladnija od warp motora). Prema Whiteovom izvještaju NASA-e iz 2011., aparat koristi kvantne fluktuacije u prazan prostor kao izvor goriva, što znači da svemirska letjelica koju pokreće QVPT ne zahtijeva gorivo.

Motor koristi kvantne fluktuacije u praznom prostoru kao izvor goriva,
što znači svemirski brod,
pokreće QVPT, ne zahtijeva gorivo.

Kada uređaj radi, Whiteov sistem izgleda filmski savršeno: laser je crven, a dva snopa ukrštena su poput sablji. Unutar prstena nalaze se četiri keramička kondenzatora izrađena od barij titanata, koji White napuni do 23.000 volti. White je proveo posljednje dvije i po godine razvijajući eksperiment, i kaže da kondenzatori pokazuju ogromnu potencijalnu energiju. Međutim, kada ga pitam kako stvoriti negativnu energiju potrebnu za iskrivljeni prostor-vrijeme, on je zazirao od odgovora. On objašnjava da je potpisao ugovor o tajnosti podataka i stoga ne može otkriti detalje. Pitam s kim je on zaključio ove ugovore. On kaže: „Sa ljudima. Dolaze i žele da razgovaraju. Ne mogu vam dati više detalja."

Protivnici ideje o motoru

Do sada je teorija iskrivljenog putovanja prilično intuitivna - iskrivljuje vrijeme i prostor kako bi se stvorio pokretni balon - i ima nekoliko značajnih nedostataka. Čak i ako White značajno smanji količinu negativne energije koju Alcubierre zahtijeva, to će i dalje zahtijevati više nego što naučnici mogu proizvesti, kaže Lawrence Ford, teorijski fizičar sa Univerziteta Tufts koji je napisao brojne članke o negativnoj energiji u posljednjih 30 godina. Ford i drugi fizičari tvrde da postoje fundamentalna fizička ograničenja, a ne radi se toliko o inženjerskim nesavršenostima koliko u činjenici da tolika količina negativne energije ne može postojati na jednom mjestu dugo vremena.

Još jedan izazov: da bi stvorili kuglu deformacije koja putuje brže od svjetlosti, naučnici će morati generirati negativnu energiju oko svemirske letjelice, uključujući i iznad nje. White ne misli da je ovo problem; on prilično neodređeno odgovara da će motor vjerovatno raditi zahvaljujući nekom postojećem "aparatu koji stvara potrebne uslove". Međutim, stvaranje ovih uslova ispred broda značilo bi osiguravanje stalnog snabdijevanja negativnom energijom koja se kreće brže od brzine svjetlosti, što je opet u suprotnosti s opštom relativnošću.

Konačno, space warp motor postavlja konceptualno pitanje. U općoj teoriji relativnosti, putovanje superluminalnom brzinom je ekvivalentno putovanju kroz vrijeme. Ako je takav motor stvaran, White stvara vremensku mašinu.

Ove prepreke izazivaju ozbiljne sumnje. „Ne mislim da bi mu fizika koju poznajemo i zakoni koje poznajemo omogućili da sa svojim eksperimentima stigne bilo gdje“, kaže Ken Olum, fizičar sa Univerziteta Tufts koji je također učestvovao u debati o egzotičnom pokretu na Starship 100th Anniversary Meetingu. ". Noah Graham, fizičar na koledžu Middlebury koji je na moj zahtjev pročitao dva Whiteova rada, napisao mi je e-mail: "Ne vidim nikakve vrijedne naučne dokaze osim referenci na njegov prethodni rad."

Alcubierre, sada fizičar sa Nacionalnog autonomnog univerziteta u Meksiku, i sam je izrazio sumnju. “Čak i ako stojim svemirski brod i imam negativnu energiju na raspolaganju, nikada je ne bih stavio tamo gde mi treba - priča mi telefonom iz svoje kuće u Meksiko Sitiju. - Ne, ideja je magična, sviđa mi se, sama sam je napisala. Ali postoji nekoliko ozbiljnih nedostataka u tome, koje vidim sada, tokom godina, i ne znam ni jedan način da ih popravim."

BUDUĆNOST SUPERBRZINA

Lijevo od Johnsonovih glavnih vrata naučni centar raketa Saturn-B leži na boku, njene faze su odvojene kako bi pokazale unutrašnji sadržaj. Ogroman je - jedan od mnogih motora je veličine malog automobila, a sama raketa je nekoliko stopa duža od fudbalskog terena. Ovo je, naravno, prilično elokventan dokaz o posebnostima svemirske navigacije. Osim toga, ona ima 40 godina, a vrijeme koje zamišlja – kada je NASA bila dio velikog nacionalnog plana za slanje čovjeka s Mjeseca – davno je prošlo. Danas je JSC samo mjesto koje je nekada bilo sjajno, ali je od tada napustilo kosmičku avangardu.

Proboj u pokretu mogao bi značiti novu eru za JSC i NASA-u, a u određenoj mjeri dio te ere sada počinje. Sonda Dawn, lansirana 2007. godine, proučava asteroidni prsten pomoću jonskih motora. Japanci su 2010. godine naručili Ikar, prvi međuplanetarni zvjezdani brod koji pokreće solarno jedro, još jedan oblik eksperimentalnog pogona. A 2016. naučnici planiraju da testiraju VASMIR, sistem na plazmu napravljen posebno za visoki pogon na ISS-u. Ali kada ovi sistemi eventualno isporuče astronaute na Mars, i dalje ih neće moći izbaciti izvan Sunčevog sistema. Da bi se to postiglo, rekao je White, NASA bi morala krenuti u rizičnije projekte.

Warp Engine je vjerovatno najnapredniji NASA-in projekat kretanja. Naučna zajednica kaže da White to ne može stvoriti. Stručnjaci kažu da djeluje protiv zakona prirode i fizike. Unatoč tome, NASA stoji iza projekta. „On je subvencionisan na pogrešnoj visini državnom nivou, što je i trebalo biti, kaže Applewhite. - Mislim da menadžment ima poseban interes da nastavi njegov rad; ovo je jedan od njih teorijski koncepti, ako uspiju, igra se potpuno mijenja."

U januaru je White sastavio svoj interferometar naprezanja i prešao na sljedeću metu. Eagleworks je prerastao sopstveni dom. Nova laboratorija je veća i, kako on oduševljeno izjavljuje, "seizmički izolirana", što znači da je zaštićena od vibracija. Ali možda je najbolja (i najimpresivnija) stvar u novoj laboratoriji to što je NASA za Whitea stvorila iste uslove koje su Neil Armstrong i Buzz Aldrin imali na Mjesecu. Pa, da vidimo.

Razvili su se astrofizičari sa Univerziteta Baylor (SAD). matematički model pogon hiperprostora koji vam omogućava da pređete svemirske udaljenosti brzinom 10³² puta većom od brzine svjetlosti, koji vam omogućava da odletite do susjedne galaksije i vratite se nazad u roku od nekoliko sati.

Tokom leta ljudi neće osjetiti preopterećenja koja se osjećaju u modernim avionima, međutim, takav motor može se pojaviti u metalu tek nakon nekoliko stotina godina.

Mehanizam djelovanja pogona zasniva se na principu motora za deformaciju prostora (Warp Drive), koji je 1994. godine predložio meksički fizičar Miguel Alcubierre. Amerikancima ostaje samo da modifikuju model i naprave detaljnije proračune.
„Ako stisnete prostor ispred broda i proširite iza njega, tada se oko broda pojavljuje prostorno-vremenski balon“, kaže jedan od autora studije, Richard Obousi. „On obavija brod i izvlači ga iz običnog svijeta. u svoj koordinatni sistem. zbog razlike u prostorno-vremenskom pritisku, ovaj mehur je u stanju da se kreće u bilo kom smeru, prevazilazeći prag svetlosti za hiljade redova veličine."

Vjerovatno će se prostor oko broda moći deformirati zbog još uvijek slabo proučene tamne energije. " Tamna energija- vrlo slabo proučavana supstanca, otkrivena relativno nedavno i koja objašnjava zašto se čini da se galaksije razmiču jedna od druge, - rekao je viši istraživač na odjelu za relativističku astrofiziku Državnog astronomskog instituta po imenu V.I. Moskovski državni univerzitet Sternberg Sergej Popov. - Postoji nekoliko njegovih modela, ali jedan još nije opšteprihvaćen. Amerikanci su za osnovu uzeli model baziran na ekstradimenzijama, a kažu da je moguće lokalno promijeniti svojstva ovih dimenzija. Tada se ispostavlja da u različitim smjerovima mogu postojati različite kosmološke konstante. I tada će se brod u balonu početi kretati."

Ovo "ponašanje" Univerzuma može se objasniti "teorijom struna", prema kojoj je cijeli naš prostor prožet mnogim drugim dimenzijama. Njihova međusobna interakcija stvara odbojnu silu koja je sposobna proširiti ne samo materiju, kao što su galaksije, već i samo tijelo svemira. Ovaj efekat se naziva "inflacija univerzuma".

„Od prvih sekundi svog postojanja Univerzum se proteže“, objašnjava Ruslan Metsaev, doktor fizike i matematike, zaposlenik Astro-svemirskog centra Fizičkog instituta Lebedev. „I ovaj proces traje do danas.“ Znajući sve ovo, možete pokušati umjetno proširiti ili suziti prostor. Zbog toga bi trebalo utjecati na druge dimenzije, pa će se dio prostora našeg svijeta početi kretati u pravom smjeru pod djelovanjem sila tamne energije.

U ovom slučaju se ne krše zakoni teorije relativnosti. Isti zakoni fizičkog svijeta će ostati unutar balona, ​​a brzina svjetlosti će biti ograničena. Za ovu situaciju ne važi takozvani efekat blizanaca, koji govori da se tokom svemirskog putovanja brzinom svetlosti vreme unutar letelice značajno usporava i astronaut će, vraćajući se na Zemlju, susresti svog brata blizanca već veoma starog čoveka. Warp Drive motor se rješava ove smetnje jer gura prostor, a ne brod.

Amerikanci su već pronašli metu za budući let. Ovo je planeta Gliese 581, na kojoj se klimatskim uslovima a sila gravitacije se približava zemaljskim. Udaljen je 20 svjetlosnih godina, pa čak i ako Warp Drive radi trilionima puta manje od maksimalne snage, vrijeme putovanja do njega bit će samo nekoliko sekundi.

Posvećeno direktnom mjerenju brzine kretanja neutrina. Rezultati zvuče senzacionalno: ispostavilo se da je brzina neutrina neznatno - ali statistički značajno! - više od brzine svetlosti. Članak o saradnji sadrži analizu različitih izvora grešaka i nesigurnosti, ali reakcija velike većine fizičara ostaje vrlo skeptična, prvenstveno zato što je takav rezultat u suprotnosti s drugim eksperimentalnim podacima o svojstvima neutrina.

Detalji eksperimenta

Ideja eksperimenta (vidi OPERA eksperiment) je vrlo jednostavna. Snop neutrina se rađa u CERN-u, leti kroz Zemlju do italijanske laboratorije Gran Sasso i tamo prolazi kroz specijalni detektor neutrina OPERA. Neutrini vrlo slabo stupaju u interakciju s materijom, ali zbog činjenice da je njihov fluks iz CERN-a vrlo velik, neki neutrini se ipak sudaraju s atomima unutar detektora. Tamo generiraju kaskadu nabijenih čestica i na taj način ostavljaju svoj signal u detektoru. Neutrini u CERN-u se ne rađaju kontinuirano, već "pucaju", a ako znamo trenutak rođenja neutrina i trenutak njegove apsorpcije u detektoru, kao i udaljenost između dva laboratorija, možemo izračunati brzinu neutrina. .

Pravolinijsko rastojanje između izvora i detektora je oko 730 km i izmjereno je sa preciznošću od 20 cm (tačna udaljenost između referentnih tačaka je 730.534,61 ± 0,20 metara). Istina, proces koji vodi do proizvodnje neutrina uopće nije lokaliziran s takvom točnošću. U CERN-u se protonski snop visoke energije emitira iz akceleratora SPS-a, pada na grafitnu metu i u njemu stvara sekundarne čestice, uključujući mezone. Oni i dalje lete naprijed brzinom skorom svjetlosti i u letu se raspadaju u mione, emitujući neutrine. Mioni se takođe raspadaju i stvaraju dodatne neutrine. Tada se sve čestice, osim neutrina, apsorbuju u masu supstance i nesmetano dospevaju do mesta detekcije. Opća shema ovog dijela eksperimenta prikazana je na Sl. 1.

Cijela kaskada koja vodi do pojave neutrinskog snopa može se protezati stotinama metara. Međutim, pošto svečestice u ovoj grupi lete naprijed brzinom skorom svjetlosti, za vrijeme detekcije praktički nema razlike da li je neutrino rođen odmah ili nakon kilometra putovanja (međutim, veliki značaj, kada je upravo taj početni proton, koji je doveo do stvaranja ovog neutrina, izletio iz akceleratora). Kao rezultat toga, proizvedeni neutrini uglavnom ponavljaju profil početnog protonskog snopa. Stoga je ovdje ključni parametar upravo vremenski profil protonskog snopa emitiranog iz akceleratora, posebno tačan položaj njegovih prednjih i zadnjih rubova, a ovaj profil se mjeri s dobrim vremenskim NS m rezolucije (vidi sliku 2).

Svaka sesija bacanja protonskog snopa na metu (na engleskom se takva sesija zove prosuti, "Splash") traje oko 10 mikrosekundi i dovodi do stvaranja ogromnog broja neutrina. Međutim, gotovo svi lete kroz Zemlju (i detektor) bez interakcije. U onim rijetkim slučajevima, kada detektor registruje neutrino, nemoguće je reći u kom trenutku je tokom intervala od 10 mikrosekundi on emitiran. Analiza se može provesti samo statistički, odnosno prikupiti mnogo slučajeva neutrinske detekcije i iscrtati njihovu distribuciju kroz vrijeme u odnosu na početnu točku za svaku sesiju. U detektoru za referentnu točku uzima se trenutak u kojem uvjetni signal, koji se kreće brzinom svjetlosti i emitira točno u trenutku prednje ivice protonskog zraka, stiže do detektora. Precizno merenje ovog trenutka postalo je moguće zahvaljujući sinhronizaciji satova u dve laboratorije sa tačnošću od nekoliko nanosekundi.

Na sl. 3 prikazuje primjer takve distribucije. Crne tačke su stvarni podaci o neutrinama koje je detektor zabilježio i zbrojeni tokom velikog broja sesija. Crvena krivulja prikazuje konvencionalni "referentni" signal koji bi se kretao brzinom svjetlosti. Može se vidjeti da podaci počinju na oko 1048,5 ns ranije referentni signal. To, međutim, ne znači da je neutrino zapravo mikrosekundu ispred svjetlosti, već je samo razlog da se pažljivo izmjere sve dužine kablova, stope odziva opreme, vremena kašnjenja elektronike i tako dalje. Ova ponovna provera je izvršena i pokazalo se da pomera „referentni“ moment za 988 ns. Tako se ispostavlja da signal neutrina zapravo nadmašuje referentni signal, ali samo za oko 60 nanosekundi. Što se tiče brzine neutrina, to odgovara višku brzine svjetlosti za oko 0,0025%.

Greška ovog mjerenja procijenjena je od strane autora analize na 10 nanosekundi, što uključuje i statističke i sistemske greške. Dakle, autori tvrde da "vide" superluminalno kretanje neutrina sa statističkim nivoom pouzdanosti od šest standardnih devijacija.

Razlika između rezultata i očekivanja za šest standardnih devijacija je već prilično velika i naziva se u fizici elementarne čestice uz glasnu riječ "otkriće". Međutim, ovaj se broj mora ispravno shvatiti: to samo znači da je vjerovatnoća statistički fluktuacije u podacima su vrlo male, ali to ne govori koliko je pouzdana tehnika obrade podataka i koliko su fizičari uzeli u obzir sve instrumentalne greške. Uostalom, postoji mnogo primjera u fizici čestica gdje su neobični signali izuzetno veliki statistička validnost nije potvrđeno drugim eksperimentima.

Čemu kontradiktorni superluminalni neutrini?

Suprotno popularnom mišljenju, specijalna teorija relativnosti sama po sebi ne zabranjuje postojanje čestica koje se kreću brzinom većom od svjetlosti. Međutim, za takve čestice (zajedno se zovu "tahioni") brzina svjetlosti je također granica, ali samo odozdo - ne mogu se kretati sporije od nje. U ovom slučaju, ovisnost energije čestica o brzini ispada da je inverzna: što je energija veća, to je brzina tahiona bliža brzini svjetlosti.

Mnogo ozbiljniji problemi počinju u kvantnoj teoriji polja. Ova teorija zamjenjuje kvantnu mehaniku kada su u pitanju kvantne čestice visoke energije. U ovoj teoriji čestice nisu tačke, već, relativno govoreći, nakupine materijalnog polja i nemoguće ih je posmatrati odvojeno od polja. Ispostavilo se da tahioni smanjuju energiju polja, što znači da čine vakuum nestabilnim. Tada je praznina isplativije da se spontano raspadne na ogroman broj ovih čestica, pa je jednostavno besmisleno razmatrati kretanje jednog tahiona u običnom praznom prostoru. Možemo reći da tahion nije čestica, već nestabilnost vakuuma.

U slučaju tahiona-fermiona situacija je nešto složenija, ali čak i tu se javljaju uporedive poteškoće koje sprečavaju stvaranje samokonzistentne tahionske kvantne teorije polja, uključujući i običnu teoriju relativnosti.

Međutim, ni ovo nije posljednja riječ u teoriji. Kao što eksperimentatori mjere sve što se može izmjeriti, teoretičari također testiraju sve moguće hipotetičke modele koji nisu u suprotnosti s dostupnim podacima. Konkretno, postoje teorije u kojima je dopušteno malo, još nezapaženo odstupanje od postulata teorije relativnosti - na primjer, sama brzina svjetlosti može biti varijabla... Takve teorije još nemaju direktnu eksperimentalnu potporu, ali još uvijek nisu zatvorene.

Ova kratka skica teorijskih mogućnosti može se sažeti na sljedeći način: iako je u nekim teorijskim modelima kretanje superluminalnom brzinom moguće, oni ostaju čisto hipotetičke konstrukcije. Svi eksperimentalni podaci dostupni do danas opisani su standardnim teorijama bez superluminalnog kretanja. Stoga, ako bi bila pouzdano potvrđena čak i za neke čestice, kvantna teorija polja bi morala biti radikalno izmijenjena.

Treba li rezultat OPERA-e u ovom smislu smatrati "prvim znakom"? Ne još. Možda je najvažniji razlog za skepticizam činjenica da se OPERA rezultat ne slaže s drugim eksperimentalnim podacima o neutrinima.

Prvo, tokom čuvene supernove SN1987A, otkriveni su i neutrini, koji su stigli nekoliko sati prije svjetlosnog pulsa. To ne znači da su neutrini išli brže od svjetlosti, već samo odražava činjenicu da se neutrini emitiraju u ranijoj fazi raspada jezgre u eksploziji supernove od svjetlosti. Međutim, budući da se neutrini i svjetlost, nakon što su na svom putu proveli 170 hiljada godina, nisu razišli za više od nekoliko sati, to znači da su njihove brzine vrlo bliske i da se razlikuju za ne više od milijarde dionica. Eksperiment OPERA pokazuje hiljadu puta jaču diskrepanciju.

Ovdje se, naravno, može reći da se neutrini nastali u eksplozijama supernove i neutrini iz CERN-a jako razlikuju po energiji (nekoliko desetina MeV u supernovama i 10–40 GeV u opisanom eksperimentu), a brzina neutrina se mijenja ovisno o energiji. Ali ova promjena u ovom slučaju djeluje u "pogrešnom" smjeru: na kraju krajeva, što je energija tahiona veća, to bi njihova brzina trebala biti bliža brzini svjetlosti. Naravno, ovdje se može misliti na neku modifikaciju teorije tahiona, u kojoj bi ova zavisnost bila potpuno drugačija, ali u ovom slučaju će biti potrebno razgovarati o "dvohipotetičkom" modelu.

Nadalje, iz skupa eksperimentalnih podataka o neutrinskim oscilacijama dobijenih za poslednjih godina, slijedi da se mase svih neutrina razlikuju jedna od druge samo za dijelove elektron-volta. Ako se rezultat OPERA -e percipira kao manifestacija superluminalnog kretanja neutrina, tada će vrijednost kvadrata mase najmanje jednog neutrina biti reda - (100 MeV) 2 (negativni kvadrat mase je matematički manifestacija činjenice da se čestica smatra tahionom). Onda to moraš priznati sve vrste neutrina su tahioni i imaju približno istu masu. S druge strane, direktno mjerenje mase neutrina u beta raspadu jezgri tricijuma pokazuje da masa neutrina (u apsolutnoj vrijednosti) ne bi trebala prelaziti 2 elektron volta. Drugim riječima, svi ovi podaci ne mogu se međusobno uskladiti.

Zaključak iz ovoga može se izvesti na sljedeći način: deklarirani rezultat suradnje OPERA -e teško se može uklopiti u bilo koje, čak i najegzotičnije teorijske modele.

Šta je sledeće?

U svim velikim kolaboracijama u fizici čestica, normalna je praksa kada svaku konkretnu analizu izvodi mala grupa učesnika, a tek onda se rezultati iznose na opštu raspravu. U ovom slučaju, očigledno, ova je faza bila prekratka, zbog čega se svi sudionici u suradnji nisu složili zamijeniti svoje potpise pod člankom (potpuna lista uključuje 216 sudionika eksperimenta, a preprint ima samo 174 autora) . Stoga će se u bliskoj budućnosti, najvjerovatnije, izvršiti mnoge dodatne provjere u okviru saradnje, a tek nakon toga članak će biti poslat u štampu.

Naravno, sada možemo očekivati ​​niz teorijskih članaka sa raznim egzotičnim objašnjenjima za ovaj rezultat. Međutim, dok se deklarirani rezultat ne pouzdano potvrdi, ne može se smatrati punopravnim otkrićem.