Zašto ništa nije brže od svjetlosti?

sadržaj

• Video: hoće li prestići svjetlost moguće?
• Video: brzina svjetlosti u svemiru brže od brzine svjetlosti i prostora, maksimalna brzina u svemiru

U rujnu 2011. fizičar Antonio Ereditato gurnula svijet u šoku. Njegova izjava mogla revolucionirati naše razumijevanje svemira. Ako podaci prikupljeni od 160 znanstvenika operni projekt su točni, bilo je nevjerojatno. Čestice - u ovom slučaju, neutrini - su se kretali brže od svjetlosti. Prema Einsteinovoj teoriji relativnosti, to je nemoguće. A posljedice takvog nadzora bi bilo nevjerojatno. To možda morati preispitati same temelje fizike.

Iako Ereditato je rekao da su on i njegov tim bili su „vrlo sigurni” u svojim rezultatima, nisu rekli da su podaci bili u potpunosti točni. Naprotiv, oni su pitali druge znanstvenike da im pomogne shvatiti što se događa.

Na kraju se ispostavilo da su rezultati OPERA bili u krivu. Zbog labavih kabela postoji problem sinkronizacije, te signale s GPS-satelita su netočne. Bilo je neočekivano kašnjenje u signalu. Kao posljedica toga, mjerenjem vremena koje je uzeo za neutrine prevladati određenu udaljenost, pokazala ekstra 73 nanosekundi: činilo se da neutrini leti brže od svjetlosti.

Unatoč mjeseci rigorozna testiranja prije početka pokusa, a zatim ponovno provjeriti podatke, znanstvenici ozbiljno nije u redu. Ereditato ostavku, unatoč mnogim komentarima da takve greške uvijek događaju zbog ekstremne složenosti uređaja za akceleratori čestica.

Zašto je pretpostavka - jedna je samo nagađanje - nešto što se može putovati brže od svjetlosti, što je izazvalo takvu zbrku? Što se tiče uvjereni smo da ništa ne može prevladati tu prepreku?

Neka nam prvo analizirati drugi od tih pitanja. Brzina svjetlosti u vakuumu je 299 792,458 km u sekundi - za praktičnost, ovaj broj je zaokružen na 300.000 kilometara u sekundi. To je vrlo brzo. Sunce je 150 milijuna kilometara od Zemlje, svjetlost iz njega dolazi na Zemlju u samo osam minuta i dvadeset sekundi.

Može li neki od naših kreacija se natjecati u utrci sa svjetlom? Jedan od najbržih umjetnih objekata među ikada izgrađen je svemirska sonda „New Horizons”, prozuji pored Plutona i Charon u srpnju 2015. Stigao je do brzine prizemlje 16 km / c. Mnogo manje od 300 000 km / s.

Ipak, imali smo sitne čestice koje se kreću vrlo brzo. U ranim 1960-ih, William Bertozzi na MIT eksperimenta s elektronima ubrzao čak i veća brzina.

Budući da su elektroni imaju negativni naboj, mogu raspršiti - točnije, otjerati - primjenjujući istu negativnog naboja u materijalu. Što više energije primjenjuje, elektroni se ubrzavaju brže.

Čovjek bi pomislio da samo trebate za povećanje energije primjenjuje za ubrzavanje brzine od 300 000 km / s. No, ispada da elektroni jednostavno ne može kretati tako brzo. Bertozzi eksperimenti su pokazali da upotreba više energije ne vodi izravno proporcionalni porast brzine elektrona.

Umjesto toga, bilo je potrebno staviti ogromne količine dodatne energije da čak i malo promijeniti brzinu elektrona. Bilo je blizu brzine svjetlosti je sve bliže i bliže, ali nikad nije bio postignut.

Zamislite mali pokret shazhochkami vrata, od kojih je svaki nadilazi polovicu udaljenosti od Vaše trenutne pozicije prema vratima. Strogo govoreći, nikada ne možete doći do vrata, jer nakon svake vaše korake će morati ostati na udaljenosti koja mora biti prevladana. O ovom problemu Bertozzi naišao dok se bave svojim elektrona.

Ali svjetlo se sastoji od čestica nazvanih fotoni. Zašto su te čestice mogu kretati brzinom svjetlosti i elektrona - ne?

„Kako su objekti kretati sve brže i brže, postaju teže - teže su postali, teže je biti raspršeno, tako da nikada neće dobiti na brzinu svjetlosti”, kaže Roger Rassoul, fizičar na Sveučilištu u Melbourneu u Australiji. „Fotoni nemaju masu. Ako je imao dosta, nije mogao kretati brzinom svjetlosti. "

Fotoni su posebne. Oni ne samo da nemaju masu, što im daje punu slobodu kretanja u vakuumu svemira, oni također ne treba ubrzati. Prirodna energija posjeduju kreće u valovima, kao što su bili, dakle, u trenutku njihova nastanka, oni već imaju maksimalnu brzinu. Na neki način lakše razmišljati o svjetlosti kao energiju, a ne kao tok čestica, iako, istini za volju, svjetlo i jedno i drugo.

Međutim, svjetlost putuje mnogo sporije nego što smo mogli očekivati. Dok Internet tehnologija kao što se govori o komunikacijama koji rade „na brzinu svjetlosti” u optičko vlakno, svjetlost putuje 40% sporije u čašu vlakana nego u vakuumu.

U stvarnosti, fotoni premjestiti na brzinu od 300 000 km / s, ali je suočen s određenim smetnjama, smetnjama od drugih fotona koji se emitiraju atomi od stakla kada je glavno svjetlo val prolazi. Ja razumijem da ne može biti lako, ali barem smo pokušali.

Slično tome, u okviru posebnih pokusa s pojedinačnim fotonima, bilo je moguće da ih usporiti prilično impresivno. No, za većinu slučajeva to će biti priličan broj 300 000. Nismo vidjeli i nisu stvorili ništa što bi moglo kretati brže ili čak i brže. Postoje posebni trenuci, ali prije nego što smo ih se dotakne, neka je dodir na drugu naše pitanje. Zašto je to toliko važno da je brzina svjetlosti obično izvodi rigorozno?

Odgovor leži s čovjekom po imenu Albert Einstein, kao što se često događa u fizici. Njegova posebna teorija relativnosti, ona istražuje mnoge posljedice sveopće ograničenja brzine. Jedan od najvažnijih elemenata teorije jest ideja da je brzina svjetlosti konstantna. Bez obzira gdje ste i kako brzo se kreće, svjetlost uvijek putuje istom brzinom.

No, to podrazumijeva nekoliko konceptualnih problema.

Zamislite svjetlo koje pada s svjetiljku u ogledalo na stropu stacionarnog letjelice. Svjetlo dolazi, to se reflektira od zrcala i padne na pod od letjelice. Na primjer, to nadilazi udaljenosti od 10 metara.

Sada zamislite da se letjelica kreće s nevjerojatnom brzinom od nekoliko tisuća kilometara u sekundi. Kada uključite bljeskalicu, svjetlo ponaša kao i prije: sja se, udari u ogledalo i ogleda se u podu. No, za to, svjetlo će morati prevladati dijagonalni razmak, a ne vertikalno. Na kraju, ogledalo sada kreće brzo, zajedno s letjelice.

Prema tome, to je povećanje udaljenosti koja nadilazi svjetlo. Na primjer, u 5 metara. Ispostavilo se 15 metara u ukupnom, a ne 10.

Unatoč tome, iako povećani razmak, Einsteinova teorija tvrde da će svjetlo nastaviti kretati istom brzinom. Budući da je brzina - je udaljenost podijeljena po vremenu, puta brzina ostaje ista, a udaljenost povećana, vrijeme mora povećati. Da, vrijeme se mora protegnuti. I iako to zvuči čudno, ali to je potvrđeno eksperimentalno.

Ova pojava se naziva vrijeme dilatacija. Vrijeme prolazi sporije za ljude koji se useljavaju brze vozilo na, u odnosu na one koji su nepokretni.

Na primjer, vrijeme je 0.007 sekunde sporiji za astronaute na Međunarodnoj svemirskoj postaji, koji se kreće brzinom od 7,66 km / s u odnosu na Zemlju, u usporedbi s ljudima na planeti. Još jedna zanimljiva situacija poput gore spomenutih čestica elektrona koji se kreću gotovo brzinom svjetlosti. U slučaju tih čestica, stupanj usporavanja će biti ogroman.

Steven Kolthammer, eksperimentalni fizičar na Sveučilištu u Oxfordu u Velikoj Britaniji, ukazuje na primjer s čestica zvanih muons.

U muons su nestabilni: oni brzo raspasti na manje čestice. Tako brzo da je većina muons napuštaju sunce, mora se raspasti nakon dostizanja Zemlju. No, u stvarnosti, muons doći na Zemlju iz sunca na kolosalnih razmjera. Fizičari su odavno pokušava shvatiti zašto.

„Odgovor na ovo zagonetku je da muons generirana s takvom energijom koja se kreće brzinom bliskom svjetlosti, - kaže Kolthammer. - Njihov osjećaj za vrijeme, da tako kažemo, njihove interne satove pokrenuti spor ".

Muons „preživjeti” više nego što se očekivalo, s obzirom na nas, zahvaljujući tome, prirodna zakrivljenost vremena. Kada su objekti kreću brže u odnosu na druge predmete, njihova duljina je također smanjen psihijatra. Ti učinci, dilatacije vremena i smanjenje dužine, su primjeri kako je prostor-vrijeme, ovisno o kretanju stvari - ja, ti, ili letjelica - s masom.

Ono što je važno, kao što je Einstein rekao, svjetlo ne utječe, jer nema težinu. To je razlog zašto se ta načela idu ruku pod ruku. Ako se stvari mogu kretati brže od svjetlosti, oni će poštivati ​​temeljne zakone koji opisuju funkcioniranje svemira. To su ključna načela. Sada možemo govoriti o nekoliko iznimaka i odstupanja.

S jedne strane, iako nismo vidjeli ništa što se preselili brže od svjetlosti, to ne znači da je dozvoljena brzina ne smije biti teoretski razbiti u vrlo specifičnim uvjetima. Na primjer, smatra da je širenje samog svemira. Galaxy u svemiru su uklonjene jedna od druge, pri brzini znatno veća od svjetla.

Još jedna zanimljiva situacija razmatra čestice koje dijele iste osobine u isto vrijeme, bez obzira koliko daleko jedni od drugih. Ovaj takozvani „kvantno sprezanje.” Foton će se rotirati prema gore i dolje nasumično odabiru od dva moguća stanja, ali je izbor smjera vrtnje točno odražava na druge fotona bilo gdje drugdje, ako su zbunjeni.

Dva znanstvenika, od kojih svaki ispituje svoju foton će imati isti rezultat u isto vrijeme, brže nego što bi to moglo omogućiti brzine svjetlosti.

Međutim, u oba primjera, važno je imati na umu da nema informacija ne kreće brže od brzine svjetlosti između dva objekta. Možemo izračunati širenje svemira, ali ne možemo vidjeti predmete brže od svjetlosti u njemu: oni su nestali iz vida.

Što se tiče dva znanstvenika sa svojim fotona, iako su mogli dobiti rezultat u isto vrijeme, oni nisu mogli dati da se međusobno upoznaju brže od svjetlosti putovanja između njih.

„Ovo ne predstavlja nam bilo kakvih problema, jer ako su u mogućnosti slati signale brže od svjetlosti, te dobiti bizaran paradoks, prema kojem informacija nekako mogu ići natrag u vrijeme”, kaže Kolthammer.

Postoji još jedan mogući način kako bi putovanje brže od svjetlosti je tehnički moguće: raslojavanje u prostor-vremenu, što će omogućiti putnik izbjeći uobičajene pravila putovanja.

Gerald Cleaver sa Sveučilišta Baylor u Teksasu, kaže da ćemo jednog dana moći izgraditi svemirski brod koji putuje brže od svjetlosti. Koji putuje kroz crvotočinu. Crvotočina - petlja u prostor-vremenu, to se savršeno uklapa u teoriju Eynsheyna. Oni su mogli dopustiti astronaut skok s jednog kraja svemira do drugog po anomalija u prostor-vremenu, neki oblik kozmičke prečac.

Objekt putovanja kroz crvotočinu, neće premašiti brzinu svjetlosti, ali teoretski može stići na odredište brže od svjetlosti, što je na „normalan” način. No, crvotočine su uglavnom nedostupni svemirskih putovanja. Postoji li neki drugi način da se aktivno iskrivljuju prostor-vrijeme kretati brže od 300 000 km / C u usporedbi s nekim drugim?

Cleaver je također istraživao ideju „motora Alcubierre” predlaže teorijski fizičar Miguel Alcubierre 1994. godine. On opisuje situaciju u kojoj je komprimirani prostor-vrijeme prije letjelice, to gura naprijed, i širi se iza njega, a to gura naprijed. „Ali onda - Cleaver rekao - imaju problem: kako to učiniti i koliko će trebati energije.”

U 2008, on i njegova studentica Richard Obouzi izračunati koliko će vam trebati energiju.

„Mi smo predstavili brod 10 m x 10 m x 10 m - 1000 kubičnih metara - i izračunali da je potrebno za pokretanje procesa energije, biti ekvivalentna masi cijele Jupitera”.

Nakon toga, energija mora biti stalno „dodaje” da je proces nije završen. Nitko ne zna da li će ikada više moguće, ili što će izgledati potrebnom tehnologijom. „Ne želim biti citirani kasnijim stoljećima, iako sam predvidio nešto što nikada neće - Cleaver kaže. - ali do sada ne vidim nikakva rješenja”

Dakle, putuje brže od brzine svjetlosti su fantastični u ovom trenutku. Do sada je jedini način da posjetite egzoplaneta sa životom - u dubokoj hibernaciji. Pa ipak, nije sve tako loše. U većini slučajeva radi se o vidljivoj svjetlosti. No, u stvarnosti, svjetlo - to je mnogo više od toga. Od radio valova i mikrovalova za vidljivu svjetlost, ultraljubičasto zračenje, X-zrake i gama zrake koje emitiraju atoma u postupku raspada - sve zrake lijepe se sastoje od jednog i istog: fotona.

Razlika u energiji, te stoga - u valnoj duljini. Sve u svemu, ove zrake čine elektromagnetskog spektra. Činjenica da radio valovi, na primjer, se kreće brzinom svjetlosti, nevjerojatno koristan za komunikaciju.

U svojoj studiji Kolthammer stvara shemu koja koristi fotone za prijenos signala iz jednog dijela kruga u drugi, tako da zaslužuje pravo komentirati korisnosti nevjerojatnom brzinom svjetlosti.

„Činjenica da smo izgradili infrastrukturu Interneta, na primjer, i prije njega, a radio se temelji na svjetlo se odnosi na lakoću s kojom smo ga prenosi,” rekao je. I dodaje da svjetlost djeluje kao komunikacijski moći svemira. Kada se elektroni u mobilni telefon počnu tresti, fotoni se emitiraju i dovesti u činjenici da se elektroni u drugi mobilni telefon također trese. Tako je rođen jedan telefonski poziv. Podrhtavanje elektrona na suncu također emitira fotone - u velikim količinama - što je, naravno, tvorim svjetlost koja daje život na Zemlji topline i Hum, svjetla.

Svjetlost - je univerzalni jezik svemira. Njegova brzina - 299 792,458 km / s - ostaje konstantna. U međuvremenu, prostor i vrijeme su temper. Možda ne bismo trebali razmišljati o tome kako se kreću brže od svjetlosti, kao i brzo kretanje kroz ovaj prostor i ovo vrijeme? Zrele do korijena, takoreći?