Ako viete, fotóny sa pohybujú rýchlosťou svetla, časticami svetla, ktoré ho tvoria. V tejto záležitosti nám pomôže špeciálna teória relativity.

Vo vedecko -fantastických filmoch medzihviezdne kozmické lode bez výnimky lietajú takmer rýchlosťou svetla. Toto je zvyčajne takzvaná hyperspeed autorov sci-fi. Spisovatelia aj filmári nám popisujú a ukazujú takmer to isté výtvarná technika... Na to, aby loď rýchlo urobila pomlčku, hrdinovia najčastejšie zatiahnu alebo stlačia ovládacie tlačidlo a vozidlo okamžite zrýchli, pričom ohlušujúcim puknutím zrýchli takmer na rýchlosť svetla. Hviezdy, ktoré divák vidí mimo lode, najskôr zablikajú a potom sa úplne natiahnu do radu. Vyzerajú však hviezdy v skutočnosti v oknách kozmickej lode pri zvýšenej rýchlosti? Vedci tvrdia, že nie. V skutočnosti by namiesto hviezd natiahnutých v rade cestujúci lode videli iba jasný disk.

Ak sa predmet pohybuje takmer rýchlosťou svetla, môže vidieť dopplerovský efekt v akcii. Vo fyzike je to názov pre zmenu frekvencie a vlnovej dĺžky v dôsledku rýchleho pohybu prijímača. Frekvencia svetla hviezd blikajúcich pred divákom z lode sa zvýši natoľko, že sa presunie z viditeľného rozsahu do röntgenovej časti spektra. Hviezdy akoby zmizli! Súčasne aj dĺžka reliktu elektromagnetická radiácia odišiel po Veľkom tresku. Žiarenie pozadia bude viditeľné a bude sa javiť ako svetelný kotúč, ktorý na okrajoch bledne.

Ako však vyzerá svet zo strany predmetu, ktorý dosahuje rýchlosť svetla? Ako viete, fotóny, častice svetla, z ktorých sa skladá, sa pohybujú takou rýchlosťou. V tejto záležitosti nám pomôže špeciálna teória relativity. Podľa neho, keď sa predmet pohybuje ľubovoľne dlho rýchlosťou svetla, čas strávený pohybom tohto objektu sa rovná nule. Jednoducho povedané, ak sa pohybujete rýchlosťou svetla, potom nie je možné vykonať žiadnu akciu, ako je pozorovanie, videnie, zrak atď. Objekt cestujúci rýchlosťou svetla v skutočnosti nič neuvidí.

Fotóny sa vždy pohybujú rýchlosťou svetla. Nestrácajú čas zrýchľovaním a spomaľovaním, takže celý ich život pre nich trvá nultý čas. Ak by sme boli fotónmi, potom by sa naše chvíle zrodu a smrti zhodovali, to znamená, že by sme si jednoducho neuvedomili, že svet vôbec existuje. Stojí za zmienku, že ak objekt zrýchľuje na rýchlosť svetla, potom sa jeho rýchlosť vo všetkých referenčných rámcoch rovná rýchlosti svetla. Tu je fyzika ph. Použitím špeciálnej teórie relativity môžeme dospieť k záveru, že pre objekt pohybujúci sa rýchlosťou svetla všetky svet zdá sa byť nekonečne sploštený a všetky udalosti, ktoré sa v ňom odohrajú, sa budú konať súčasne.

Rýchlosť šírenia svetla sa rovná 299 792 458 metrov za sekundu, ale už to nie je obmedzujúca hodnota. „Futurista“ zhromaždil 4 teórie, kde svetlo už nie je Michael Schumacher.

Americký vedec japonského pôvodu, odborník v oblasti teoretickej fyziky Michio Kaku si je istý, že rýchlosť svetla sa dá prekonať.

Veľký tresk

Najslávnejší príklad, keď bola svetelná bariéra prekonaná, Michio Kaku nazýva Veľký tresk - ultrarýchly „tresk“, ktorý sa stal začiatkom expanzie vesmíru, ku ktorému sa nachádzal v singulárnom stave.

"Žiadny hmotný predmet nemôže preniknúť do svetelnej závory." Ale prázdny priestor sa určite môže pohybovať rýchlejšie ako svetlo... Nič nemôže byť prázdnejšie ako vákuum, čo znamená, že sa môže rozpínať rýchlejšie ako rýchlosť svetla, “je si istý vedec.

Baterka na nočnej oblohe

Ak svietite lampou na nočnej oblohe, potom sa v zásade lúč, ktorý ide z jednej časti vesmíru do druhej, nachádza vo vzdialenosti mnohých svetelných rokov, môže pohybovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Problém je, že v tomto prípade nebude existovať žiadny hmotný predmet, ktorý by sa skutočne pohyboval rýchlejšie ako svetlo. Predstavte si, že ste obklopení obrovskou guľou s priemerom jeden svetelný rok. Obraz lúča svetla prejde touto sférou v priebehu niekoľkých sekúnd, napriek jej veľkosti. No iba obraz lúča sa môže pohybovať po nočnej oblohe rýchlejšie ako svetlo, a nie informácie alebo hmotný predmet.

Kvantové zapletenie

Rýchlejšie ako rýchlosť svetla nemusí byť predmet, ale celý jav, alebo skôr vzťah nazývaný kvantové zapletenie. Ide o kvantovo mechanický jav, v ktorom sú kvantové stavy dvoch alebo viacerých predmetov na sebe závislé. Ak chcete získať pár zamotaných fotónov, môžete na nelineárny kryštál posvietiť laserom so špecifickou frekvenciou a intenzitou. V dôsledku rozptylu laserového lúča sa fotóny objavia v dvoch rôznych polarizačných kužeľoch, ktorých spojenie sa bude nazývať kvantové zapletenie. Kvantové zapletenie je teda jedným zo spôsobov interakcie subatomárnych častíc a proces tohto spojenia môže byť rýchlejší ako svetlo.

"Ak sa spoja dva elektróny, budú podľa kvantovej teórie vibrovať súčasne. Ale ak potom tieto elektróny rozdelíte o mnoho svetelných rokov, budú medzi sebou stále komunikovať. Ak zatrasiete jedným elektrónom, druhý pocíti tieto vibrácie, a to sa stane rýchlejšie ako rýchlosť svetla. Albert Einstein si myslel, že tento jav vyvráti kvantová teória pretože nič nemôže cestovať rýchlejšie ako svetlo, ale v skutočnosti sa mýlil, “hovorí Michio Kaku.

Červie diery

Téma prekonania rýchlosti svetla je zahrnutá v mnohých sci -fi filmoch. Teraz dokonca aj tí, ktorí sú ďaleko od astrofyziky, počujú frázu „červia diera“ vďaka filmu „Medzihviezdny“. Ide o špeciálne zakrivenie v časopriestorovom systéme, tuneli vo vesmíre, ktorý vám umožní prekonať obrovské vzdialenosti za zanedbateľný čas.

O takýchto deformáciách nehovoria len filmoví scenáristi, ale aj vedci. Michio Kaku verí, že červia diera alebo, ako sa jej tiež hovorí, červia diera, je jedným z dvoch najrealistickejších spôsobov prenosu informácií rýchlejšie, ako je rýchlosť svetla.

Druhý spôsob, tiež spojený so zmenami hmoty, je sťahovanie priestoru pred vami a expanzia za vami. V tomto deformovanom priestore sa generuje vlna, ktorá sa pohybuje rýchlejšie ako rýchlosť svetla, ak je ovládaná temnou hmotou.

Jediná skutočná šanca, aby sa človek naučil prekonávať svetelnú bariéru, môže byť teda skrytá vo všeobecnej teórii relativity a zakrivení priestoru a času. Všetko však stojí proti tejto veľmi temnej hmote: nikto nevie, či existuje s istotou a či sú červie diery stabilné.

Už zo školy nás učili, že nie je možné prekročiť rýchlosť svetla, a preto je pohyb človeka vo vesmíre veľkým neriešiteľným problémom (ako letieť do najbližšej slnečnej sústavy, ak svetlo dokáže túto vzdialenosť prekonať len za niekoľko málo tisíc rokov?). Americkí vedci možno našli spôsob, ako lietať super rýchlosťami, a to nielen tým, že klamú, ale tiež sa riadia základnými zákonmi Alberta Einsteina. V každom prípade to tvrdí autor projektu vesmírneho deformačného motora Harold White.

Nám v redakcii sa tieto správy zdali úplne fantastické, a tak dnes, v predvečer Dňa kozmonautiky, uverejňujeme pre časopis Popular Science správu Konstantina Kakaesa o fenomenálnom projekte NASA, v prípade úspechu bude človek schopný ísť ďalej Slnečná sústava.

V septembri 2012 sa niekoľko stoviek vedcov, inžinierov a vesmírnych nadšencov stretlo na druhom verejnom stretnutí skupiny s názvom 100 Year Starship. Skupinu vedie bývalý astronaut May Jamison a založila ju DARPA. Cieľom konferencie je „umožniť ľuďom v priebehu nasledujúcich sto rokov cestovať mimo slnečnej sústavy k iným hviezdam“. Väčšina účastníkov konferencie priznáva, že pokrok v prieskume vesmíru s posádkou je príliš malý. Napriek miliardám dolárov vynaložených v posledných štvrťrokoch, vesmírne agentúry môžu v šesťdesiatych rokoch minulého storočia takmer toľko, koľko by mohli. V skutočnosti bola 100 -ročná hviezdna loď povolaná, aby to všetko napravila.

Ale viac k veci. Po niekoľkých dňoch konferencie sa jej účastníci dostali k tým najfantastickejším témam: regenerácia orgánov, problém organizovaného náboženstva na palube lode a podobne. Jedna z najzaujímavejších prezentácií na stretnutí 100 rokov Starship nazvala Harold „Sonny“ White z NASA „Mechanika poľa deformácie 102“. Veterán agentúry White prevádzkuje pokročilý pulzový program v Johnsonovom vesmírnom stredisku (JSC). Spolu s piatimi kolegami vytvoril plán vesmírneho pohonného systému, ktorý načrtáva ciele NASA do budúcna cestovanie vesmírom... Plán uvádza všetky druhy pohonných projektov, od pokročilých chemických rakiet až po ďalekosiahly vývoj, ako sú antihmoty a jadrové stroje. Whiteova oblasť výskumu je však zo všetkých najfuturistickejšia: týka sa vesmírneho warp motora.

Je jasné, že to všetko znie úplne fantasticky: takýto vývoj je skutočnou revolúciou, ktorá rozviaže ruky všetkým astrofyzikom na svete. Namiesto toho, aby astronauti na lodi s takýmto motorom strávili 75 000 rokov cestovaním do Alpha Centauri, najbližšieho hviezdneho systému k našej hviezdnej sústave, budú schopní túto cestu absolvovať za niekoľko týždňov.

Vo svetle vypnutia programu štartu raketoplánu a rastúcej úlohy súkromných letov na obežnú dráhu Zeme NASA tvrdí, že sa preorientuje na ďalekosiahle, oveľa ambicióznejšie plány, ktoré idú ďaleko za cestu na Mesiac. Tieto ciele je možné dosiahnuť iba vývojom nových motorových systémov - čím rýchlejšie, tým lepšie. Niekoľko dní po konferencii vedúci NASA Charles Bolden zopakoval Whiteove slová: „Chceme cestovať rýchlejšie ako rýchlosť svetla a bez zastavenia na Marse.“

KDE VIEME O TOMTO MOTORE?

Prvé populárne použitie výrazu „vesmírny warp motor“ sa datuje do roku 1966, keď Jen Roddenberry vydala „ Star Trek“. Ďalších 30 rokov existoval tento motor iba ako súčasť tejto fantastickej série. Fyzik menom Miguel Alcubierre sledoval jednu z epizód tejto série práve v okamihu, keď pracoval na doktoráte v oblasti všeobecnej relativity, a zaujímalo ho, či je možné v skutočnosti vytvoriť motor priestorovej deformácie. V roku 1994 publikoval článok, v ktorom načrtol túto pozíciu.

Alcubierre predstavil bublinu vo vesmíre. V prednej časti bubliny sa časopriestor sťahuje a vzadu sa rozpína ​​(ako to bolo v prípade Veľký tresk podľa fyzikov). Deformácia spôsobí, že loď sa hladko kĺže vonkajším priestorom, ako keby surfovala po vlne napriek okolitému hluku. Deformovaná bublina sa v zásade môže pohybovať tak rýchlo, ako je potrebné; obmedzenia rýchlosti svetla sa podľa Einsteinovej teórie rozširujú iba v kontexte časopriestoru, nie však v takých deformáciách časopriestoru. Alcubierre predpokladal, že vo vnútri bubliny sa časopriestor nezmení a cestujúcim do vesmíru sa nič nestane.

Einsteinove rovnice vo všeobecnej relativite je ťažké vyriešiť jedným smerom, zistiť, ako hmota ohýba priestor, ale dá sa to zvládnuť. Alcubierre pomocou nich určil, že distribúcia hmoty je nevyhnutnou podmienkou na vytvorenie deformovanej bubliny. Jediným problémom je, že riešenia viedli k nedefinovanej forme hmoty nazývanej negatívna energia.

Jednoducho povedané, gravitácia je sila príťažlivosti medzi dvoma objektmi. Každý predmet, bez ohľadu na jeho veľkosť, pôsobí na okolitú hmotu určitou silou príťažlivosti. Podľa Einsteina je táto sila zakrivením časopriestoru. Negatívna energia je však gravitačne negatívna, to znamená odpudivá. Namiesto spájania času a priestoru ich negatívna energia odpudzuje a oddeľuje. Zhruba povedané, aby takýto model fungoval, Alcubierra potrebuje negatívnu energiu na rozšírenie časopriestoru za loďou.

Napriek tomu, že nikto nikdy zvlášť nemeral negatívnu energiu, podľa kvantová mechanika, existuje a vedci sa ho naučili vytvárať v laboratóriu. Jeden zo spôsobov, ako ho znovu vytvoriť, je kasimírsky efekt: dve rovnobežné vodivé dosky, umiestnené blízko seba, vytvárajú určité množstvo negatívnej energie. Slabosť model Alcubierre v tom, že jeho implementácia vyžaduje veľké množstvo negatívnu energiu, o niekoľko rádov vyššiu, ako je podľa vedcov možné vyrobiť.

White hovorí, že prišiel na to, ako toto obmedzenie obísť. V počítačovom simulátore White zmenil geometriu kmeňového poľa tak, aby teoreticky dokázal vyrobiť deformovanú bublinu s použitím miliónkrát menšej negatívnej energie, ako odhadoval Alcubierra, a možno nie dosť na to, aby vesmírna loď niesla prostriedky na jej výrobu. . „Objavy,“ hovorí White, „menia Alcubierrovu metódu z nepraktickej na vierohodnú.“

SPRÁVA Z BIELEHO LAB

Johnsonovo vesmírne stredisko sa nachádza hneď vedľa lagúny Houstonu, odkiaľ sa otvára cesta do zálivu Galveston. Centrum je trochu ako predmestský univerzitný kampus, zameraný iba na výcvik astronautov. V deň mojej návštevy sa so mnou White stretáva v budove 15, viacposchodovom bludisku chodieb, kancelárií a laboratórií, ktoré testujú motor. White má na sebe tričko s logom Eagleworks (ako nazýva svoje experimenty so zostrojením motora), ktoré vyšívalo orla týčiaceho sa nad futuristickou vesmírnou loďou.

White začal svoju kariéru ako inžinier - výskum robil ako súčasť robotického tímu. Postupom času prevzal velenie nad celým robotickým krídlom na ISS a zároveň dokončil doktorát z fyziky plazmy. Až v roku 2009 zmenil svoje záujmy na štúdium pohybu a táto téma ho zaujala natoľko, že sa stalo hlavným dôvodom, prečo odišiel pracovať do NASA.

„Je to dosť neobvyklý človek,“ hovorí jeho šéf John Applewhite, vedúci divízie pohonných systémov. - Je to určite veľký snílek, ale zároveň talentovaný inžinier. Vie, ako premeniť svoje fantázie na skutočný strojársky výrobok. “ Približne v rovnakom čase, keď vstúpil do NASA, White požiadal o povolenie otvoriť vlastné laboratórium určené pre pokročilé pohonné systémy. Sám prišiel s názvom Eagleworks a dokonca požiadal NASA, aby vytvorila logo pre jeho špecializáciu. Potom sa začala táto práca.

White ma vedie do svojej kancelárie, o ktorú sa delí s kolegom hľadajúcim vodu na Mesiaci, a potom ma zavedie dole k Eagleworks. Cestou mi hovorí o svojej požiadavke otvoriť laboratórium a nazýva to „dlhý a namáhavý proces hľadania pokročilého pohybu, ktorý pomôže človeku preskúmať vesmír“.

White mi ukazuje predmet a ukazuje mi jeho ústrednú funkciu - niečo, čo nazýva „kvantová vákuová plazmová tryska“ (QVPT). Toto zariadenie vyzerá ako obrovský červený zamatový koblih s drôtmi tesne opletenými jadrom. Toto je jedna z dvoch iniciatív Eagleworks (druhá je warp engine). Je to tiež tajný vývoj. Keď sa pýtam, čo to je, White odpovedá, že môže povedať iba to, že táto technológia je ešte chladnejšia ako warpový motor). Podľa správy NASA z roku 2011, ktorú vypracoval White, prístroj využíva kvantové fluktuácie v prázdne miesto ako zdroj paliva, čo znamená, že kozmická loď poháňaná QVPT nevyžaduje palivo.

Motor používa ako zdroj paliva kvantové výkyvy v prázdnom priestore,
čo znamená vesmírna loď,
poháňaný QVPT, nevyžaduje palivo.

Keď zariadenie funguje, Whiteov systém vyzerá filmovo perfektne: laser je červený a dva lúče sú skrížené ako šable. Vnútri prstenca sú štyri keramické kondenzátory vyrobené z titaničitanu bárnatého, ktoré White nabíja až 23 000 voltov. White strávil posledné dva a pol roka vývojom experimentu a hovorí, že kondenzátory vykazujú obrovskú potenciálnu energiu. Keď sa však pýtam, ako vytvoriť negatívnu energiu potrebnú na pokrivený priestoročas, vyhýba sa odpovedi. Vysvetľuje, že podpísal zmluvu o mlčanlivosti, a preto nemôže zverejniť podrobnosti. Pýtam sa, s kým tieto dohody uzatvoril. Hovorí: „S ľuďmi. Prídu a chcú sa porozprávať. Nemôžem vám poskytnúť viac podrobností. "

Odporcovia myšlienky motora

Pokřivená teória cestovania je zatiaľ celkom intuitívna - deformuje čas a priestor a vytvára pohyblivú bublinu - a má niekoľko významných nedostatkov. Aj keď White výrazne zníži množstvo negatívnej energie, ktorú Alcubierre požaduje, stále to bude vyžadovať viac, ako môžu vedci vyrobiť, hovorí Lawrence Ford, teoretický fyzik na Tuftsovej univerzite, ktorý za posledných 30 rokov napísal množstvo článkov o negatívnej energii. Ford a ďalší fyzici tvrdia, že existujú základné fyzické obmedzenia, a nejde ani tak o technické nedostatky, ako o skutočnosť, že také množstvo negatívnej energie nemôže dlho existovať na jednom mieste.

Ďalšia výzva: Na vytvorenie deformačnej gule, ktorá sa pohybuje rýchlejšie ako svetlo, budú vedci musieť generovať negatívnu energiu okolo kozmickej lode, a to aj nad ňou. White si nemyslí, že to je problém; odpovedá dosť neurčito, že motor bude pravdepodobne fungovať vďaka nejakému existujúcemu „zariadeniu, ktoré vytvára potrebné podmienky“. Vytvorenie týchto podmienok pred loďou by však znamenalo zabezpečiť stály prísun negatívnej energie pohybujúcej sa rýchlejšie ako je rýchlosť svetla, čo je opäť v rozpore so všeobecnou relativitou.

Nakoniec vesmírny warp motor nastoľuje koncepčnú otázku. Vo všeobecnej teórii relativity je cestovanie nadsvetelnou rýchlosťou ekvivalentné cestovaniu v čase. Ak je taký motor skutočný, White vytvorí stroj času.

Tieto prekážky vyvolávajú vážne pochybnosti. "Nemyslím si, že by nám fyzika, ktorú poznáme, a zákony, ktoré poznáme, umožnila dostať sa so svojimi experimentmi kamkoľvek," hovorí Ken Olum, fyzik z Tufts University, ktorý sa zúčastnil aj diskusie o exotickom pohybe na stretnutí 100. výročia Starship. “. Noah Graham, fyzik z Middlebury College, ktorý na moju žiadosť prečítal dva Whiteove články, mi napísal e-mail: „Nevidím žiadny hodnotný vedecký dôkaz okrem odkazov na jeho predchádzajúcu prácu.“

Alcubierre, teraz fyzik z Národnej autonómnej univerzity v Mexiku, sám vyjadril pochybnosti. "Aj keď stojím." vesmírna loď a mám k dispozícii negatívnu energiu, nikdy by som ju nedal tam, kde ju potrebujem, “hovorí mi do telefónu zo svojho domu v Mexico City. - Nie, myšlienka je magická, páči sa mi to, napísal som to sám. Ale je v tom niekoľko vážnych nedostatkov, ktoré vidím teraz, za tie roky, a neviem jediný spôsob, ako ich opraviť. “

BUDÚCNOSŤ SUPERSPEEDOV

Vľavo od Johnsonovej hlavnej brány vedecké centrum raketa Saturn-B leží na boku, jej stupne sú oddelené, aby demonštrovali jej vnútorný obsah. Je to obrovské - jeden z mnohých motorov má veľkosť malého auta a samotná raketa je o niekoľko stôp dlhšia ako futbalové ihrisko. To je, samozrejme, celkom výrečný dôkaz zvláštností vesmírnej navigácie. Navyše má 40 rokov a čas, ktorý si predstavuje - keď bola NASA súčasťou obrovského národného plánu na vyslanie muža z Mesiaca - je už dávno preč. Dnes je JSC len miestom, ktoré bolo kedysi skvelé, ale odvtedy opustilo kozmický predvoj.

Prielom v hnutí by mohol znamenať novú éru pre JSC a NASA a do určitej miery sa časť tejto éry začína práve teraz. Sonda Dawn, vypustená v roku 2007, študuje prstenec asteroidov pomocou iónových motorov. V roku 2010 Japonci uviedli do prevádzky Ikarus, prvú medziplanetárnu hviezdnu loď poháňanú slnečnou plachtou, inú formu experimentálneho pohonu. A v roku 2016 vedci plánujú otestovať VASMIR, systém poháňaný plazmou, vyrobený špeciálne pre vysoký ťah na ISS. Ale keď tieto systémy môžu dodať astronautov na Mars, stále ich nebudú môcť poháňať mimo slnečnej sústavy. Aby to dosiahol, povedal White, že NASA bude musieť ísť do rizikovejších projektov.

Warp Engine je pravdepodobne najpríťažlivejším z Nazovových snáh vytvárať pohybové projekty. Vedecká komunita tvrdí, že White to nemôže vytvoriť. Odborníci tvrdia, že funguje proti zákonom prírody a fyziky. Napriek tomu za projektom stojí NASA. „Je dotovaný na nesprávnej výške štátna úroveň, čo malo byť, hovorí Applewhite. - Myslím si, že manažment má nejaký osobitný záujem pokračovať v jeho práci; toto je jeden z nich teoretické koncepty„Ak sa im to podarí, hra sa úplne zmení.“

V januári White zostavil svoj kmeňový interferometer a prešiel k ďalšiemu cieľu. Eagleworks prerástol svoj vlastný domov. Nové laboratórium je väčšie a, ako s nadšením vyhlasuje, je „seizmicky izolované“, to znamená, že je chránené pred vibráciami. Ale asi najlepšie (a najpôsobivejšie) na novom laboratóriu je, že NASA vytvorila pre Whitea rovnaké podmienky, aké mali Neil Armstrong a Buzz Aldrin na Mesiaci. No uvidíme.

Astrofyzici z Baylor University (USA) sa vyvinuli matematický model hyperpriestorový pohon, ktorý vám umožní prekonať vesmírne vzdialenosti rýchlosťou 10 × 2 krát vyššou ako je rýchlosť svetla, čo vám umožní letieť do susednej galaxie a vrátiť sa späť v priebehu niekoľkých hodín.

Ľudia počas letu nepocítia preťaženie, ktoré sa prejavuje v moderných lietadlách, takýto kovový motor sa však môže objaviť v kove až po niekoľkých stovkách rokov.

Mechanizmus účinku pohonu je založený na princípe motora priestorovej deformácie (Warp Drive), ktorý v roku 1994 navrhol mexický fyzik Miguel Alcubierre. Američanom stačí model upraviť a vykonať podrobnejšie výpočty.
"Ak stlačíte priestor pred loďou a roztiahnete sa za ňu, potom sa okolo lode objaví časopriestorová bublina," hovorí jeden z autorov štúdie Richard Obousi. "Obklopuje loď a vytiahne ju z bežného sveta." do svojho súradnicového systému. Vďaka rozdielu časopriestorového tlaku sa táto bublina môže pohybovať akýmkoľvek smerom a prekonať prah svetla o tisíce rádov. "

Pravdepodobne sa priestor okolo lode bude môcť deformovať kvôli stále zle študovanej temnej energii. " Temná energia- veľmi zle študovaná látka, objavená relatívne nedávno a ktorá vysvetľuje, prečo sa zdá, že sa galaxie od seba vzďaľujú, - povedal vedúci výskumu na oddelení relativistickej astrofyziky Štátneho astronomického ústavu pomenovaného podľa V.I. Sternberg Moskovská štátna univerzita Sergej Popov. - Existuje niekoľko jeho modelov, ale jeden ešte nie je všeobecne akceptovaný. Američania vzali za základ model založený na extra dimenziách a tvrdia, že vlastnosti týchto dimenzií je možné lokálne zmeniť. Potom sa ukazuje, že v rôznych smeroch môžu existovať rôzne kozmologické konštanty. A potom sa loď v bubline začne pohybovať. “

Toto „správanie“ vesmíru sa dá vysvetliť „teóriou strún“, podľa ktorej je celý náš priestor preniknutý mnohými ďalšími dimenziami. Ich vzájomná interakcia vytvára odpudivú silu, ktorá je schopná expandovať nielen hmotu, ako sú galaxie, ale aj samotné teleso. Tento efekt sa nazýva „inflácia vesmíru“.

„Vesmír sa tiahne od prvých sekúnd svojej existencie,“ vysvetľuje Ruslan Metsaev, doktor fyzikálnych a matematických vied, zamestnanec astro-vesmírneho centra lebedevského fyzikálneho ústavu. „A tento proces pokračuje dodnes.“ Keď to všetko viete, môžete sa pokúsiť umelo rozšíriť alebo stiahnuť priestor. Predpokladá sa, že to bude mať vplyv na iné dimenzie, čím sa časť priestoru nášho sveta začne pohybovať správnym smerom pod pôsobením síl temnej energie.

V tomto prípade nie sú porušené zákony teórie relativity. V bubline zostanú rovnaké zákony fyzického sveta a rýchlosť svetla bude obmedzujúca. Na túto situáciu sa nevzťahuje takzvaný efekt dvojčiat, ktorý hovorí, že počas vesmírneho cestovania rýchlosťou svetla sa čas vo vnútri lode výrazne spomaľuje a astronaut, vracajúci sa na Zem, sa stretne so svojim dvojčaťom, už veľmi starým mužom. Motor Warp Drive sa tejto nepríjemnosti zbaví, pretože tlačí priestor, nie loď.

Američania už našli cieľ pre budúci let. Toto je planéta Gliese 581, na ktorej je klimatické podmienky a gravitačná sila sa blíži k tým pozemským. Je vzdialený 20 svetelných rokov a dokonca aj za predpokladu, že Warp Drive funguje biliónykrát menej ako maximálny výkon, cestovný čas naň bude len niekoľko sekúnd.

Určené na priame meranie rýchlosti pohybu neutrín. Výsledky znejú senzačne: rýchlosť neutrín sa ukázala byť mierne - ale štatisticky významná! - viac ako rýchlosť svetla. Článok spolupráce obsahuje analýzu rôznych zdrojov chýb a neistôt, ale reakcia drvivej väčšiny fyzikov zostáva veľmi skeptická, predovšetkým preto, že takýto výsledok nesúhlasí s inými experimentálnymi údajmi o vlastnostiach neutrín.

Podrobnosti o experimente

Myšlienka experimentu (pozri experiment OPERA) je veľmi jednoduchá. V CERNe sa rodí neutrínový lúč, ktorý letí Zemou do talianskeho laboratória Gran Sasso a prechádza tam špeciálnym detektorom neutrín OPERA. Neutrína interagujú s látkou veľmi slabo, ale vzhľadom na to, že ich tok z CERN je veľmi veľký, niektoré neutrína stále narážajú na atómy vo vnútri detektora. Tam generujú kaskádu nabitých častíc a tým nechávajú svoj signál v detektore. Neutrína v CERNe sa nerodia nepretržite, ale „prasknú“, a ak poznáme okamih zrodu neutrína a okamih jeho absorpcie v detektore, ako aj vzdialenosť medzi týmito dvoma laboratóriami, môžeme vypočítať rýchlosť neutrína .

Priama vzdialenosť medzi zdrojom a detektorom je asi 730 km a bola meraná s presnosťou 20 cm (presná vzdialenosť medzi referenčnými bodmi je 730 534,61 ± 0,20 metra). Je pravda, že proces vedúci k produkcii neutrín nie je vôbec lokalizovaný s takou presnosťou. V CERNe je vysokoenergetický protónový lúč emitovaný z urýchľovača SPS, spadnutý na grafitový cieľ a generuje v ňom sekundárne častice vrátane mezónov. Stále lietajú dopredu rýchlosťou blízkou svetlu a za behu sa rozpadajú na mióny, pričom emitujú neutrína. Muóny sa tiež rozpadajú a vytvárajú ďalšie neutrína. Potom sú všetky častice, okrem neutrín, absorbované v prevažnej časti látky a bez prekážok sa dostanú na miesto detekcie. Všeobecná schéma tejto časti experimentu je znázornená na obr. 1.

Celá kaskáda vedúca k vzniku neutrínového lúča sa môže tiahnuť stovky metrov. Avšak, pretože všetkyčastice v tomto zväzku lietajú dopredu rýchlosťou blízkou svetlu, pričom počas detekčného času prakticky nie je rozdiel, či sa neutrino narodilo okamžite alebo po kilometri cesty (má však veľký význam, keď presne pôvodný protón, ktorý viedol k vytvoreniu tohto neutrína, vyletel z urýchľovača). Výsledkom je, že vyrobené neutrína vo všeobecnosti jednoducho zopakujú profil pôvodného protónového lúča. Preto je tu kľúčovým parametrom práve časový profil protónového lúča vyžarovaného z urýchľovača, najmä presná poloha jeho predných a zadných hrán, a tento profil sa meria s dobrým časovým NS m rozlíšenie (pozri obr. 2).

Každá relácia vysadenia protónového lúča na cieľ (v angličtine sa takáto relácia nazýva rozliať„Splash“) trvá asi 10 mikrosekúnd a vedie k vytvoreniu veľkého počtu neutrín. Takmer všetky však lietajú Zemou (a detektorom) bez interakcie. V týchto zriedkavých prípadoch, keď detektor zaregistruje neutrino, nie je možné povedať, v ktorom bode počas 10 mikrosekundového intervalu bol emitovaný. Analýzu je možné vykonať iba štatisticky, to znamená, že sa nahromadí mnoho prípadov detekcie neutrín a vynesie sa ich distribúcia v čase vzhľadom na počiatočný bod pre každú reláciu. V detektore sa za referenčný bod považuje okamih, v ktorom podmienený signál pohybujúci sa rýchlosťou svetla a emitovaný presne v okamihu, keď predná hrana protónového lúča dosiahne detektor. Presné meranie tohto momentu bolo možné vďaka synchronizácii hodín v týchto dvoch laboratóriách s presnosťou niekoľkých nanosekúnd.

Na obr. 3 ukazuje príklad takéhoto rozdelenia. Čierne bodky sú skutočné neutrínové údaje zaznamenané detektorom a zhrnuté do veľkého počtu relácií. Červená krivka ukazuje konvenčný „referenčný“ signál, ktorý by sa pohyboval rýchlosťou svetla. Je vidieť, že údaje začínajú na približne 1048,5 ns skôr referenčný signál. To však neznamená, že neutríno je skutočne o mikrosekundu pred svetlom, ale je to len dôvod na starostlivé meranie všetkých dĺžok káblov, rýchlosti odozvy zariadenia, času oneskorenia elektroniky atď. Táto opätovná kontrola bola vykonaná a ukázalo sa, že „referenčný“ moment vytesňuje o 988 ns. Ukazuje sa teda, že neutrínový signál v skutočnosti predbehne referenčný signál, ale iba asi o 60 nanosekúnd. Pokiaľ ide o rýchlosť neutrín, zodpovedá to prebytku rýchlosti svetla asi o 0,0025%.

Autori analýzy odhadli chybu tohto merania na 10 nanosekúnd, ktorá zahŕňa štatistické aj systematické chyby. Autori teda tvrdia, že „vidia“ nadsvetelný pohyb neutrín na štatistickej úrovni spoľahlivosti šiestich štandardných odchýlok.

Rozdiel medzi výsledkami a očakávaniami o šesť štandardných odchýlok je už dosť veľký a nazýva sa to fyzika elementárne častice s hlasným slovom „objav“. Toto číslo však musí byť chápané správne: znamená to iba pravdepodobnosť štatistické fluktuácie údajov sú veľmi malé, ale nehovorí sa o tom, ako spoľahlivá je technika spracovania údajov a ako dobre fyzici vzali do úvahy všetky inštrumentálne chyby. Koniec koncov, existuje mnoho príkladov vo fyzike častíc, kde neobvyklé signály sú extrémne veľké štatistická platnosť nepotvrdené inými experimentmi.

Čomu odporujú superluminálne neutrína?

Na rozdiel od všeobecného presvedčenia, špeciálna teória relativity sama o sebe nezakazuje existenciu častíc pohybujúcich sa rýchlosťou vyššou ako svetlo. Pre takéto častice (súhrnne sa im hovorí „tachyóny“) je však limitom aj rýchlosť svetla, ale iba zdola - nedokážu sa pohybovať pomalšie. V tomto prípade je závislosť energie častíc na rýchlosti inverzná: čím väčšia je energia, tým bližšie je rýchlosť tachyónov k rýchlosti svetla.

Oveľa vážnejšie problémy začínajú v kvantovej teórii poľa. Táto teória nahrádza kvantovú mechaniku, pokiaľ ide o kvantové častice s vysokými energiami. V tejto teórii častice nie sú body, ale relatívne povedané zhluky hmotného poľa, a nie je možné ich považovať oddelene od poľa. Ukazuje sa, že tachyóny znižujú energiu poľa, čo znamená, že robia vákuum nestabilným. Je potom výnosnejšie, ak sa prázdnota spontánne rozpadne na obrovské množstvo týchto častíc, a preto je jednoducho nezmyselné uvažovať o pohybe jedného tachyónu v obyčajnom prázdnom priestore. Môžeme povedať, že tachyón nie je častica, ale nestabilita vákua.

V prípade tachyónov-fermiónov je situácia o niečo komplikovanejšia, ale aj tam vznikajú porovnateľné ťažkosti, ktoré bránia vytvoreniu sebakonzistentnej tachyonovej teórie kvantového poľa vrátane bežnej teórie relativity.

To však tiež nie je teoretické posledné slovo. Rovnako ako experimentátori merajú všetko, čo sa dá merať, teoretici testujú aj všetky možné hypotetické modely, ktoré nie sú v rozpore s dostupnými údajmi. Existujú najmä teórie, v ktorých je povolená malá, ešte nezaznamenaná odchýlka od postulátov teórie relativity - napríklad samotná rýchlosť svetla môže byť premenná... Také teórie zatiaľ nemajú priamu experimentálnu podporu, ale ešte nie sú uzavreté.

Tento stručný náčrt teoretických možností je možné zhrnúť takto: aj keď v niektorých teoretických modeloch je možný pohyb so superluminálnou rýchlosťou, zostávajú čisto hypotetickými konštrukciami. Všetky experimentálne údaje, ktoré sú k dispozícii, sú popísané štandardnými teóriami bez superluminálneho pohybu. Preto, ak by to bolo spoľahlivo potvrdené aj pre niektoré častice, teóriu kvantového poľa by bolo potrebné radikálne zmeniť.

Mali by sme považovať výsledok OPERY v tomto zmysle za „prvé znamenie“? Ešte nie. Asi najdôležitejším dôvodom skepticizmu je fakt, že výsledok OPERA nesúhlasí s inými experimentálnymi údajmi o neutrínach.

Najprv počas známej supernovy SN1987A boli detegované aj neutrína, ktoré dorazili niekoľko hodín pred svetelným impulzom. To neznamená, že neutrína išli rýchlejšie ako svetlo, ale iba odráža skutočnosť, že neutrína sú emitované v skoršom štádiu zrútenia jadra v supernove ako svetlo. Keďže však neutrína a svetlo strávili na svojej ceste 170 tisíc rokov, nerozchádzali sa o niekoľko hodín, znamená to, že ich rýchlosti sú veľmi blízke a líšia sa maximálne o miliardtiny zlomku. Experiment OPERA ukazuje tisíckrát silnejší rozpor.

Tu samozrejme môžeme povedať, že neutrína produkované výbuchmi supernov a neutrína z CERN sa výrazne líšia energiou (niekoľko desiatok MeV v supernove a 10–40 GeV v opísanom experimente) a rýchlosť neutrín sa mení v závislosti od energie. Ale táto zmena v tomto prípade funguje v „zlom“ smere: koniec koncov, čím vyššia je energia tachyónov, tým bližšie by mala byť ich rýchlosť k rýchlosti svetla. Samozrejme, tu môžete uvažovať o nejakej úprave teórie tachyónov, v ktorej by bola táto závislosť úplne iná, ale v tomto prípade bude potrebné prediskutovať „dvojhypotetický“ model.

Ďalej zo súboru experimentálnych údajov o neutrínových osciláciách získaných pre posledné roky, z toho vyplýva, že hmotnosti všetkých neutrín sa navzájom líšia iba zlomkom elektrónvoltu. Ak je výsledok OPERA vnímaný ako prejav superluminálneho pohybu neutrína, potom veľkosť štvorca hmotnosti najmenej jedného neutrína bude rádovo - (100 MeV) 2 (negatívny hmotnostný štvorec je matematický prejav skutočnosť, že častica je považovaná za tachyón). Potom to musíte uznať všetky druhy neutrín sú tachyóny a majú približne rovnakú hmotnosť. Na druhej strane priame meranie hmotnosti neutrín v beta rozpade tríciových jadier ukazuje, že hmotnosť neutrína (v absolútnej hodnote) by nemala prekročiť 2 elektrónové volty. Inými slovami, všetky tieto údaje nemožno navzájom zosúladiť.

Z toho možno vyvodiť nasledujúci záver: deklarovaný výsledok spolupráce OPERA je ťažké zapadnúť do akýchkoľvek, aj najexotickejších teoretických modelov.

Čo bude ďalej?

Pri všetkých veľkých spoluprácach v časticovej fyzike je bežnou praxou, keď každú konkrétnu analýzu vykonáva malá skupina účastníkov a až potom sa výsledky predložia na všeobecnú diskusiu. V tomto prípade bola táto fáza zrejme príliš krátka, v dôsledku čoho nie všetci účastníci spolupráce súhlasili s náhradou svojich podpisov pod článkom (úplný zoznam obsahuje 216 účastníkov experimentu a predtlač má iba 174 autorov) . Preto bude v blízkej budúcnosti s najväčšou pravdepodobnosťou v rámci spolupráce vykonaných mnoho ďalších kontrol a až potom bude článok odoslaný na tlač.

Samozrejme, teraz môžeme k tomuto výsledku očakávať prúd teoretických článkov s rôznymi exotickými vysvetleniami. Kým však nie je deklarovaný výsledok spoľahlivo overený, nemôže byť považovaný za plnohodnotný objav.