Чи можлива надсвітлова швидкість? Чи можна рухатися швидше за світло? Що таке сигнал? Це певна інформація, яка підлягає передачі.

Тема «Двигуна, що дозволяє літати з надсвітловою швидкістю», «Подорожі в багатовимірному просторі» і всього, що стосується теми польоту зі швидкістю, що перевищує світлову, поки що не виходить за рамки домислів, хоча в якихось аспектах і стикається зі світом науки. Сьогодні ми знаходимося на стадії, коли знаємо, що ми дещо знаємо, а чогось не знаємо, але точно не знаємо, чи можна переміщатися зі швидкістю, що перевищує швидкість світла.

Погана новина полягає в тому, що основи сучасних наукових знань, накопичених до даному моменту, свідчать про те, що рух зі швидкістю, що перевищує світлову, неможливий. Це артефакт спеціальної теорії відносності Ейнштейна. Так, існують інші концепції - надсвітлових частинок, кротових нір (тунелі у просторі - прим. перев.), інфляційного всесвіту, деформації простору та часу, квантових парадоксів... Усі ці ідеї обговорюються у серйозній науковій літературі, але поки що рано говорити про їхню реальність.

Одне з питань, що виникають у зв'язку з рухом із надсвітловою швидкістю, це тимчасові парадокси: порушення причинно-наслідкових зв'язків і що мається на увазі під час подорожі. Начебто теми польоту з надсвітловою швидкістю мало, так ще й чи реальна розробка сценарію, при якому надсвітлова швидкість дасть можливість подорожі в часі. Подорож у часі вважається набагато неможливішим, ніж світловий політ.

У чому основна відмінність?

Ледве подолавши звуковий бар'єр, люди запитали: «А чому б нам тепер ще й не подолати світловий бар'єр, чи так сильно це відрізняється?». Занадто рано говорити про подолання світлового бар'єру, але дещо вже відомо, напевно, - це зовсім інша проблема, ніж подолання звукового бар'єру. Звуковий бар'єр був подоланий об'єктом, зробленим із матеріалу, а чи не звуку. Атоми та молекули матеріалу з'єднані електромагнітними полями, з чого складається світло. Що стосується подолання бар'єра швидкості світла, предмет, який намагається подолати цей бар'єр, складається з того ж, що і сам бар'єр. Як об'єкт може рухатися швидше тогощо пов'язує його атоми? Як ми вже зазначали, це вже зовсім інша проблема, аніж подолання звукового бар'єру.

Можна дуже стисло викласти «Спеціальну теорію відносності». Насправді вона дуже проста за своєю конструкцією… Почніть із двох простих правил.

Правило №1:пройдена вами відстань (d) залежить від швидкості вашого руху (v) та часу руху (t). Якщо ви їдете зі швидкістю 55 миль на годину, ви проїдете протягом години 55 миль. Просто.

Правило №2:Це приголомшлива річ - як би швидко ви не рухалися, ви постійно відзначатимете, що швидкість світла залишається незмінною.

Поєднайте їх разом і порівняйте, що «бачить» один мандрівник у порівнянні з тим, хто рухається з іншою швидкістю – ось тут і виникають проблеми. Спробуємо іншу картину. Закрийте очі. Уявіть, що з усіх органів чуття у вас задіяний лише слух. Ви сприймаєте лише звуки. Ви визначаєте предмети тільки за тим, який звук вони видають. Отже, якщо проїхав паровоз, його гудок хоч якось змінився? Ми знаємо, що він звучить на певній ноті, але через рух поїзда вона змінюється внаслідок дії так званого ефекту Доплера. Те саме відбувається і зі світлом. Всі довкола себе ми знаємо завдяки присутності світла або, якщо узагальнити, електромагнетизму. Те, що ми бачимо, відчуваємо (молекули повітря відскакують від нашої шкіри), чуємо (молекули ударяються між собою під тиском хвиль), навіть протягом часу – все це керується електромагнітними силами. Отже, якщо ми починаємо рухатися на швидкостях, що наближаються до швидкості, через яку ми отримуємо всю інформацію, наша інформація спотворюється. Загалом, це так просто. Розуміння цього достатньо, якщо із цим намагаєшся щось робити. Але це вже інше питання.

Бар'єр швидкості світла є одним із наслідків Спеціальної теорії відносності. На це можна поглянути інакше. Щоб рухатись швидше, потрібно додати енергії. Але коли ви починаєте наближатися до швидкості світла, необхідний руху енергії об'єм енергії злітає до нескінченності. Для переміщення маси зі швидкістю світла потрібна нескінченна енергія. Виявляється, тут ви стикаєтесь із реальним бар'єром.

Чи можна обійти спеціальну теорію відносності? Ймовірно.

Чи проводяться якісь дослідження у цьому напрямі? Так, але у невеликому обсязі.

Крім індивідуальної теоретичної роботи таких фізиків, як Мет Віссер (Matt Visser), Майкл Морріс (Michael Morris), Мігель Алькуб'єрре (Miguel Alcubierre) та інших існує якісно нова програмаНАСА у сфері фізики реактивного руху.

Матеріали ІноСМІ містять оцінки виключно закордонних ЗМІ та не відображають позицію редакції ІноСМІ.

March 25th, 2017

Подорож на надсвітловій швидкості одна з основ космічної наукової фантастики. Однак, напевно, всім – навіть людям, далеким від фізики, – відомо, що гранично можливою швидкістю руху матеріальних об'єктів чи поширення будь-яких сигналів є швидкість світла у вакуумі. Вона позначається буквою с і становить майже 300 тисяч кілометрів на секунду; точна величина з = 299792458 м/с.

Швидкість світла у вакуумі – одна з фундаментальних фізичних констант. Неможливість досягнення швидкостей, що перевищують с, випливає із спеціальної теорії відносності (СТО) Ейнштейна. Якби вдалося довести, що можлива передача сигналів із надсвітловою швидкістю, теорія відносності впала б. Поки що цього не трапилося, незважаючи на численні спроби спростувати заборону на існування швидкостей великих с. Однак в експериментальних дослідженнях останнього часу виявились деякі дуже цікаві явища, які свідчать, що за спеціально створених умов можна спостерігати надсвітлові швидкості і навіть принципи теорії відносності не порушуються.

Для початку нагадаємо основні аспекти, що стосуються проблеми швидкості світла.

Насамперед: чому не можна (за звичайних умов) перевищити світлову межу? Тому що тоді порушується фундаментальний закон нашого світу – закон причинності, відповідно до якого слідство не може випереджати причину. Ніхто ніколи не спостерігав, щоб, наприклад, спочатку замертве впав ведмідь, а потім вистрілив мисливець. При швидкостях же, що перевищують, послідовність подій стає зворотною, стрічка часу відмотується назад. У цьому легко переконатись з наступного простого міркування.

Припустимо, що ми знаходимося на якомусь космічному диво-кораблі, що рухається швидше світла. Тоді ми поступово наздоганяли б світло, випущене джерелом у дедалі більш ранні моменти часу. Спочатку ми наздогнали б фотони, випущені, скажімо, вчора, потім - випущені позавчора, потім - тиждень, місяць, рік тому і таке інше. Якби джерелом світла було дзеркало, що відображає життя, то ми спочатку побачили б події вчорашнього дня, потім позавчорашнього і таке інше. Ми могли б побачити, скажімо, старого, який поступово перетворюється на людину середніх років, потім на молоду, на юнака, на дитину... Тобто час повернув би назад, ми рухалися б із сьогодення в минуле. Причини і наслідки у своїй змінилися б місцями.

Хоча в цьому міркуванні повністю ігноруються технічні деталі процесу спостереження за світлом, з принципової точки зору воно наочно демонструє, що рух із надсвітловою швидкістю призводить до неможливої ситуації в нашому світі. Проте природа поставила ще жорсткіші умови: недосяжний рух як із надсвітловою швидкістю, а й зі швидкістю, рівної швидкості світла, - до неї можна лише наближатися. З теорії відносності випливає, що при збільшенні швидкості руху виникають три обставини: зростає маса об'єкта, що рухається, зменшується його розмір у напрямку руху і сповільнюється плин часу на цьому об'єкті (з точки зору зовнішнього "спочиваючого" спостерігача). При звичайних швидкостях ці зміни мізерно малі, але в міру наближення до швидкості світла вони стають все відчутнішими, а в межі - при швидкості, що дорівнює, - маса стає нескінченно великий, об'єкт повністю втрачає розмір у напрямку руху і час на ньому зупиняється. Тому ніяке матеріальне тіло не може досягти швидкості світла. Таку швидкість має тільки саме світло! (А також "всепроникна" частка - нейтрино, яка, як і фотон, не може рухатися зі швидкістю, меншою за с.)

Тепер про швидкість передачі сигналу. Тут доречно скористатися уявленням світла як електромагнітних хвиль. Що таке сигнал? Це якась інформація, яка підлягає передачі. Ідеальна електромагнітна хвиля- це нескінченна синусоїда строго однієї частоти, і вона не може нести жодної інформації, бо кожен період такої синусоїди точно повторює попередній. Швидкість переміщення фази синусоїдальної хвилі - так звана фазова швидкість - може в середовищі певних умовперевищувати швидкість світла у вакуумі. Тут обмеження відсутні, оскільки фазова швидкість перестав бути швидкістю сигналу - його ще немає. Щоб створити сигнал, треба зробити якусь відмітку на хвилі. Такою відміткою може бути, наприклад, зміна будь-якого параметра хвилі - амплітуди, частоти або початкової фази. Але як тільки відмітка зроблена, хвиля втрачає синусоїдальність. Вона стає модульованою, що складається з набору простих синусоїдальних хвиль з різними амплітудами, частотами та початковими фазами - групи хвиль. Швидкість переміщення позначки у модульованій хвилі і є швидкістю сигналу. При поширенні в середовищі ця швидкість зазвичай збігається з груповою швидкістю, що характеризує поширення вищезгаданої групи хвиль як цілого (див. "Наука і життя" № 2, 2000). За звичайних умов групова швидкість, отже, і швидкість сигналу менше швидкості світла у вакуумі. Тут не випадково вжито вираз "за звичайних умов", бо в деяких випадках і групова швидкість може перевищувати або взагалі втрачати сенс, але тоді вона не відноситься до поширення сигналу. У СТО встановлюється, що неможлива передача сигналу зі швидкістю більшою за с.

Чому це так? Тому, що перешкодою для передачі будь-якого сигналу зі швидкістю більше з служить той самий закон причинності. Уявімо таку ситуацію. У деякій точці А світловий спалах (подія 1) включає пристрій, що посилає якийсь радіосигнал, а у віддаленій точці під дією цього радіосигналу відбувається вибух (подія 2). Зрозуміло, що подія 1 (спалах) – причина, а подія 2 (вибух) – наслідок, що настає пізніше причини. Але якби радіосигнал поширювався з надсвітловою швидкістю, спостерігач поблизу точки В побачив би спочатку вибух, а вже потім - швидкий зі світловим спалахом, що дійшов до нього, причину вибуху. Іншими словами, для цього спостерігача подія 2 відбулася б раніше, ніж подія 1, тобто слідство випередило причину.

Доречно підкреслити, що "надсвітла заборона" теорії відносності накладається тільки на рух матеріальних тіл і передачу сигналів. У багатьох ситуаціях можливий рух із будь-якою швидкістю, але це буде рух не матеріальних об'єктів і не сигналів. Наприклад, уявимо дві лежачі в одній площині досить довгі лінійки, одна з яких розташована горизонтально, а інша перетинає її під малим кутом. Якщо першу лінійку рухати вниз (в напрямку, вказаному стрілкою) з великою швидкістю, точку перетину лінійок можна змусити бігти як завгодно швидко, але ця точка - не матеріальне тіло. Інший приклад: якщо взяти ліхтарик (або, скажімо, лазер, що дає вузький промінь) і швидко описати їм у повітрі дугу, то лінійна швидкість світлового зайчика збільшуватиметься з відстанню і на досить великому видаленні перевищить с. Світлова пляма переміститься між точками А і В з надсвітловою швидкістю, але це не буде передачею сигналу А в В, так як такий світловий зайчик не несе ніякої інформації про точку А.

Здавалося б, питання про надсвітлові швидкості вирішено. Але в 60-х роках ХХ століття фізиками-теоретиками була висунута гіпотеза існування надсвітлових частинок, названих тахіонами. Це дуже дивні частки: теоретично вони можливі, але, щоб уникнути протиріч із теорією відносності, їм довелося приписати уявну масу спокою. Фізично уявна маса немає, це суто математична абстракція. Однак це не викликало особливої тривоги, оскільки тахіони не можуть перебувати у спокої - вони існують (якщо існують!) тільки при швидкостях, що перевищують швидкість світла у вакуумі, а в цьому випадку маса тахіону виявляється речовою. Тут є деяка аналогія з фотонами: у фотона маса спокою дорівнює нулю, але це просто означає, що фотон не може бути спокій - світло не можна зупинити.

Найбільш складним виявилося, як і слід очікувати, примирити тахіонну гіпотезу із законом причинності. Спроби, що робилися в цьому напрямку, хоч і були дотепними, не призвели до явного успіху. Експериментально зареєструвати тахіони також нікому не вдалося. У результаті інтерес до тахіонів як до надсвітлових елементарним часткампоступово зійшов нанівець.

Проте в 60-х роках було експериментально виявлено явище, що спочатку привело фізиків у замішання. Про це докладно розказано у статті А. Н. Ораєвського "Понад світлові хвиліу посилюючих середовищах" (УФН № 12, 1998 р.). Тут ми коротко наведемо суть справи, відсилаючи читача, який цікавиться подробицями, до зазначеної статті.

Незабаром після відкриття лазерів – на початку 60-х років – виникла проблема отримання коротких (тривалістю порядку 1 нс = 10-9 с) імпульсів світла великої потужності. Для цього короткий лазерний імпульс пропускався через квантовий оптичний підсилювач. Імпульс розщеплювався світлоробним дзеркалом на дві частини. Одна з них, сильніша, прямувала в підсилювач, а інша поширювалася в повітрі і служила опорним імпульсом, з яким можна було порівнювати імпульс через підсилювач. Обидва імпульси подавалися на фотоприймачі, які вихідні сигнали могли візуально спостерігатися на екрані осцилографа. Очікувалося, що світловий імпульс, що проходить через підсилювач, зазнає в ньому деякої затримки порівняно з опорним імпульсом, тобто швидкість поширення світла в підсилювачі буде меншою, ніж у повітрі. Яке ж було здивування дослідників, коли вони виявили, що імпульс поширювався через підсилювач зі швидкістю не тільки більшою, ніж у повітрі, а й перевищує швидкість світла у вакуумі у кілька разів!

Оговтавшись від першого шоку, фізики стали шукати причину такого несподіваного результату. Ні в кого не виникло навіть найменшого сумніву в принципах спеціальної теорії відносності, і саме це допомогло знайти правильне пояснення: якщо принципи СТО зберігаються, відповідь слід шукати у властивостях посилюючого середовища.

Не вдаючись тут до деталей, вкажемо лише, що докладний аналіз механізму дії середовища, що посилює, повністю прояснив ситуацію. Справа полягала у зміні концентрації фотонів при поширенні імпульсу - зміні, обумовленій зміною коефіцієнта посилення середовища аж до негативного значення при проходженні задньої частини імпульсу, коли середовище вже поглинає енергію, бо її власний запас вже витрачено внаслідок передачі світлового імпульсу. Поглинання викликає не посилення, а ослаблення імпульсу, і, таким чином, імпульс виявляється посиленим у передній та ослабленим у задній його частині. Уявімо, що ми спостерігаємо за імпульсом за допомогою приладу, що рухається зі швидкістю світла серед підсилювача. Якби середовище було прозорим, ми бачили б застиглий у нерухомості імпульс. У середовищі ж, у якій відбувається згаданий вище процес, посилення переднього та ослаблення заднього фронту імпульсу буде представлятися спостерігачеві так, що середовище як би посунуло імпульс уперед. Але якщо прилад (спостерігач) рухається зі швидкістю світла, а імпульс обганяє його, то швидкість імпульсу перевищує швидкість світла! Саме цей ефект і було зареєстровано експериментаторами. І тут справді немає протиріччя з теорією відносності: просто процес посилення такий, що концентрація фотонів, що вийшли раніше, виявляється більшою, ніж пізніше. З надсвітловою швидкістю переміщуються не фотони, а загальна імпульсу, зокрема його максимум, який і спостерігається на осцилографі.

Таким чином, у той час як у звичайних середовищах завжди відбувається ослаблення світла та зменшення його швидкості, що визначається показником заломлення, в активних лазерних середовищах спостерігається не тільки посилення світла, але й поширення імпульсу з надсвітловою швидкістю.

Деякі фізики намагалися експериментально довести наявність надсвітлового руху при тунельному ефекті - одному з найбільш дивовижних явищв квантової механіки. Цей ефект полягає в тому, що мікрочастинка (точніше кажучи, мікрооб'єкт, що в різних умовах виявляє як властивості частинки, так і властивості хвилі) здатна проникати через так званий потенційний бар'єр - явище, абсолютно неможливе в класичної механіки(в якій аналогом була б така ситуація: кинутий у стіну м'яч виявився б по інший бік стіни або хвилеподібний рух, приданий прив'язаної до стіни мотузці, передавалося б мотузці, прив'язаної до стіни з іншого боку). Сутність тунельного ефекту в квантовій механіці полягає у наступному. Якщо мікрооб'єкт, що має певну енергію, зустрічає на своєму шляху область з потенційною енергією, що перевищує енергію мікрооб'єкта, ця область є для нього бар'єром, висота якого визначається різницею енергій. Але мікрооб'єкт "просочується" через бар'єр! Таку можливість дає йому відоме співвідношення невизначеностей Гейзенберга, записане для енергії та часу взаємодії. Якщо взаємодія мікрооб'єкта з бар'єром відбувається протягом досить певного часу, то енергія мікрооб'єкта, навпаки, характеризуватиметься невизначеністю, і якщо ця невизначеність буде порядку висоти бар'єру, то останній перестає бути для мікрооб'єкта непереборною перешкодою. Ось швидкість проникнення через потенційний бар'єр і стала предметом досліджень низки фізиків, які вважають, що вона може перевищувати с.

У червні 1998 року у Кельні відбувся міжнародний симпозіум з проблем надсвітлових рухів, де обговорювалися результати, отримані у чотирьох лабораторіях - у Берклі, Відні, Кельні та Флоренції.

І, нарешті, у 2000 році з'явилися повідомлення про два нові експерименти, в яких проявилися ефекти надсвітлового поширення. Один з них виконав Ліджун Вонг зі співробітниками дослідному інститутіу Прінстоні (США). Його результат полягає в тому, що світловий імпульс, що входить до камери, наповненої парами цезію, збільшує свою швидкість у 300 разів. Виходило, що головна частина імпульсу виходить із дальньої стінки камери навіть раніше, ніж імпульс входить у камеру через передню стінку. Така ситуація суперечить не тільки здоровому глузду, але, по суті, і теорії відносності.

Повідомлення Л. Вонга викликало інтенсивне обговорення у колі фізиків, більшість яких не схильні бачити в отриманих результатах порушення принципів відносності. Завдання полягає в тому, чи вважають вони, щоб правильно пояснити цей експеримент.

В експерименті Л.Вонга світловий імпульс, що входить до камери з парами цезію, мав тривалість близько 3 мкс. Атоми цезію можуть бути в шістнадцяти можливих квантовомеханічних станах, званих "надтонкі магнітні підрівні основного стану". За допомогою оптичного лазерного накачування майже всі атоми наводилися тільки в один із цих шістнадцяти станів, що відповідає майже абсолютному нулю температури за шкалою Кельвіна (-273,15оC). Довжина цезієвої камери складала 6 сантиметрів. У вакуумі світло проходить 6 см за 0,2 нс. Через камеру з цезієм, як показали виконані вимірювання, світловий імпульс проходив за час на 62 нс менше, ніж у вакуумі. Іншими словами, час проходження імпульсу через цезієве середовище має знак мінус! Справді, якщо з 0,2 нс відняти 62 нс, отримаємо "негативний" час. Ця "негативна затримка" в середовищі - незбагненний тимчасовий стрибок - дорівнює часу, протягом якого імпульс зробив би 310 проходів через камеру у вакуумі. Наслідком цього "тимчасового перевороту" стало те, що імпульс, що виходить з камери, встиг піти від неї на 19 метрів, перш ніж імпульс, що приходить, досяг ближньої стінки камери. Як можна пояснити таку неймовірну ситуацію (якщо, звичайно, не сумніватися в чистоті експерименту)?

Судячи з дискусії, що розгорнулася, точне пояснення ще не знайдено, але безсумнівно, що тут грають роль незвичайні дисперсійні властивості середовища: пари цезію, що складаються з збуджених лазерним світлом атомів, є середовище з аномальною дисперсією. Нагадаємо коротко, що це таке.

Дисперсією речовини називається залежність фазового (звичайного) показника заломлення від довжини хвилі світла l. При нормальній дисперсії показник заломлення збільшується із зменшенням довжини хвилі, і це має місце у склі, воді, повітрі та всіх інших прозорих для світла речовинах. У речовинах, що сильно поглинають світло, хід показника заломлення зі зміною довжини хвилі змінюється на зворотний і стає набагато крутішим: при зменшенні l (збільшенні частоти w) показник заломлення різко зменшується і в деякій області довжин хвиль стає менше одиниці (фазова швидкість Vф > с ). Це і є аномальна дисперсія, коли картина поширення світла в речовині змінюється радикальним чином. Групова швидкість Vгр стає більшою за фазову швидкість хвиль і може перевищити швидкість світла у вакуумі (а також стати негативною). Л. Вонг свідчить про цю обставину як у причину, лежачу основу можливості пояснення результатів його експерименту. Слід, проте, зауважити, що умова Vгр > з є суто формальним, оскільки поняття груповий швидкості введено для випадку малої (нормальної) дисперсії, для прозорих середовищ, коли група хвиль при поширенні майже змінює своєї форми. У областях аномальної дисперсії світловий імпульс швидко деформується і поняття груповий швидкості втрачає сенс; в цьому випадку вводяться поняття швидкості сигналу та швидкості поширення енергії, які в прозорих середовищах збігаються з груповою швидкістю, а в середовищах з поглинанням залишаються менше швидкості світла у вакуумі. Але ось що цікаво в експерименті Вонга: світловий імпульс, пройшовши через середовище з аномальною дисперсією, не деформується – він точно зберігає свою форму! І це відповідає припущенню поширення імпульсу з груповий швидкістю. Але якщо так, то виходить, що в середовищі немає поглинання, хоча аномальна дисперсія середовища зумовлена саме поглинанням! Сам Вонг, визнаючи, що багато що залишається незрозумілим, вважає, що у його експериментальної установці можна у першому наближенні наочно пояснити так.

Світловий імпульс складається з безлічі складових із різними довжинами хвиль (частотами). На малюнку показано три з цих складових (хвилі 1-3). У певній точці всі три хвилі знаходяться у фазі (їх максимуми збігаються); тут вони, складаючись, посилюють один одного і утворюють імпульс. У міру подальшого поширення у просторі хвилі розфазуються і тим самим "гасять" один одного.

В області аномальної дисперсії (всередині цезієвої комірки) хвиля, яка була коротшою (хвиля 1), стає довшою. І навпаки, хвиля, що була найдовшою з трьох (хвиля 3), стає найкоротшою.

Отже, відповідно змінюються фази хвиль. Коли хвилі пройшли через цезієвий осередок, їх хвильові фронти відновлюються. Зазнавши незвичайну фазову модуляцію в речовині з аномальною дисперсією, три хвилі, що розглядаються, знову опиняються у фазі в деякій точці. Тут вони знову складаються і утворюють імпульс такої ж форми, як і входить в цезієве середовище.

Зазвичай у повітрі і фактично в будь-якому прозорому середовищі з нормальною дисперсією світловий імпульс не може точно зберігати свою форму при поширенні на віддалену відстань, тобто всі його складові не можуть бути сфазовані в будь-якій віддаленій точці уздовж шляху розповсюдження. І в звичайних умовах світловий імпульс у такій віддаленій точці з'являється через деякий час. Однак внаслідок аномальних властивостей використаного в експерименті середовища імпульс у віддаленій точці виявився сфазований так само, як і при вході до цього середовища. Таким чином, світловий імпульс веде себе так, ніби він мав негативну тимчасову затримку на шляху до віддаленої точки, тобто прийшов би в неї не пізніше, а раніше ніж пройшов середу!

Більшість фізиків схильна пов'язувати цей результат із виникненням низькоінтенсивного провісника в диспергуючому середовищі камери. Справа в тому, що при спектральному розкладанні імпульсу в спектрі присутні складові скільки завгодно високих частот з мізерно малою амплітудою, так званий провісник, що йде попереду "головної частини" імпульсу. Характер встановлення та форма провісника залежить від закону дисперсії серед. Маючи це на увазі, послідовність подій в експерименті Вонга пропонується інтерпретувати так. Приходить хвиля, "простираючи" передвісник перед собою, наближається до камери. Перш ніж пік хвилі потрапить на ближню стінку камери, провісник ініціює виникнення імпульсу в камері, який доходить до дальньої стінки і відбивається від неї, утворюючи "зворотну хвилю". Ця хвиля, поширюючись в 300 разів швидше, досягає ближньої стінки і зустрічається з хвилею. Піки однієї хвилі зустрічаються з западинами іншої, тому вони знищують один одного і в результаті нічого не залишається. Виходить, що хвиля, що приходить, "повертає борг" атомам цезію, які "позичали" їй енергію на іншому кінці камери. Той, хто спостерігав би тільки початок і кінець експерименту, побачив би лише імпульс світла, який "стрибнув" уперед у часі, рухаючись швидше за с.

Л. Вонг вважає, що його експеримент не узгоджується з теорією відносності. Твердження про недосяжність надсвітлової швидкості, вважає він, застосовується тільки до об'єктів, що мають масу спокою. Світло може бути представлене або у вигляді хвиль, до яких взагалі не застосовується поняття маси, або у вигляді фотонів з масою спокою, як відомо, що дорівнює нулю. Тому швидкість світла у вакуумі, вважає Вонг, не межа. Тим не менш, Вонг визнає, що виявлений ним ефект не дає можливості передавати інформацію зі швидкістю більше с.

"Інформація тут вже укладена в передньому краї імпульсу, - каже П. Мілоні, фізик з Лос-Аламоської національної лабораторії США. - І може створитися враження про надсвітлову посилку інформації, навіть коли ви її не посилаєте".

Більшість фізиків вважають, що Нова роботане завдає нищівного удару за фундаментальними принципами. Але не всі фізики вважають, що проблему вирішено. Професор А. Ранфагні з італійської дослідницької групи, яка здійснила ще один цікавий експеримент 2000 року, вважає, що питання залишається відкритим. Цей експеримент, проведений Даніелом Мугнаї, Анедіо Ранфагні та Рокко Руггері, виявив, що радіохвилі сантиметрового діапазону в звичайному повітріпоширюються зі швидкістю, що перевищує на 25%.

Резюмуючи, можна сказати таке.

Роботи останніх роківпоказують, що за певних умов надсвітлова швидкість може мати місце. Але що саме рухається із надсвітловою швидкістю? Теорія відносності, як згадувалося, забороняє таку швидкість для матеріальних тіл й у сигналів, несуть інформацію. Проте деякі дослідники дуже наполегливо намагаються продемонструвати подолання світлового бар'єру саме для сигналів. Причина цього полягає в тому, що в спеціальній теорії відносності немає суворого математичного обґрунтування (базується, скажімо, на рівняннях Максвелла електромагнітного поля) Неможливість передачі сигналів зі швидкістю більше с. Така неможливість у СТО встановлюється, можна сказати, суто арифметично, виходячи з ейнштейнівської формули складання швидкостей, але фундаментально це підтверджується принципом причинності. Сам Ейнштейн, розглядаючи питання про надсвітлову передачу сигналів, писав, що в цьому випадку "...ми змушені вважати можливим механізм передачі сигналу, при використанні якого досягнута дія передує причині. Але, хоча цей результат з суто логічної точки зору і не містить собі, на мою думку, ніяких протиріч, він усе-таки настільки суперечить характеру всього нашого досвіду, що неможливість припущення V > з видається достатньою мірою доведеною». Принцип причинності - ось той наріжний камінь, який є основою неможливості надсвітлової передачі сигналів. І про цей камінь, мабуть, спотикатимуться всі без винятку пошуки надсвітлових сигналів, як би експериментаторам не хотілося виявити такі сигнали, бо така природа нашого світу.

Але все ж таки уявімо, що математика відносності, як і раніше, працюватиме на надсвітлових швидкостях. Це означає, що теоретично ми можемо дізнатися, що сталося б, якби тілу перевищити швидкість світла.

Уявімо два космічних корабля, що прямують від Землі в бік зірки, яка віддалена від нашої планети на відстані в 100 світлових років. Перший корабель залишає Землю зі швидкістю 50% від швидкості світла, тож на весь шлях у нього піде 200 років. Другий корабель, оснащений гіпотетичним варп-двигуном, вирушить зі швидкістю 200% від швидкості світла, але через 100 років після першого. Що ж станеться?

Відповідно до теорії відносності, правильна відповідь багато в чому залежить від перспективи спостерігача. З Землі здаватиметься, що перший корабель уже пройшов значну відстань, перш ніж його випередив другий корабель, який рухається вчетверо швидше. А ось з погляду людей, які перебувають на першому кораблі, все не так.

Корабель №2 рухається швидше світла, а значить може обігнати навіть світло, яке саме ж і випромінює. Це призводить до свого роду "світлової хвилі" (аналог звуковий, тільки замість вібрацій повітря тут вібрують світлові хвилі), що породжує кілька цікавих ефектів. Нагадаємо, що світло від корабля №2 рухається повільніше, ніж сам корабель. В результаті станеться візуальне подвоєння. Іншими словами, спочатку екіпаж корабля №1 побачить, що другий корабель виник поряд з ним немов з нізвідки. Потім світло від другого корабля з невеликим запізненням досягне першого, і в результаті вийде видима копія, яка рухатиметься в тому ж напрямку з невеликим відставанням.

Щось подібне можна побачити в комп'ютерних іграхКоли в результаті системного збою двигун провантажує модель і її алгоритми в кінцевій точці руху швидше, ніж закінчується сама анімація руху, так що виникають множинні дублі. Мабуть, саме тому наша свідомість і не сприймає той гіпотетичний аспект Всесвіту, в якому тіла рухаються на надсвітловій швидкості — можливо, це й на краще.

П.С. ... а ось в останньому прикладі я щось не зрозумів, чому реальне становище корабля пов'язується з "випромінюваним ним світлом"? Ну і хай що бачити його будуть як то не там, але реально він обжене перший корабель!

джерела

Напевно, всім – навіть людям, далеким від фізики, – відомо, що максимально можливою швидкістю руху матеріальних об'єктів чи поширення будь-яких сигналів є швидкість світла у вакуумі.

Вона позначається буквою c і становить майже 300 тисяч кілометрів на секунду; точна величина з = 299792458 м/с.

Швидкість світла у вакуумі – одна із фундаментальних фізичних констант.

Неможливість досягнення швидкостей, що перевищують с, випливає із спеціальної теорії відносності (СТО) Ейнштейна.

Якби вдалося довести, що можлива передача сигналів із надсвітловою швидкістю, теорія відносності впала б. Поки що цього не трапилося, незважаючи на численні спроби спростувати заборону на існування швидкостей великих с.

Проте в експериментальних дослідженнях останнього часу виявилися деякі дуже цікаві явища, що свідчать про те, що за спеціально створених умов можна спостерігати надсвітлову швидкість і при цьому принципи теорії відносності не порушуються.

Для початку нагадаємо основні аспекти, що стосуються проблеми швидкості світла. Насамперед: чому не можна (за звичайних умов) перевищити світлову межу?

Бо тоді порушується фундаментальний закон нашого світу – закон причинності, відповідно до якого слідство не може випереджати причину.

Ніхто ніколи не спостерігав, щоб, наприклад, спочатку замертве впав ведмідь, а потім вистрілив мисливець. При швидкостях же, що перевищують, послідовність подій стає зворотною, стрічка часу відмотується назад. У цьому легко переконатись з наступного простого міркування.

Припустимо, що ми знаходимося на якомусь космічному диво-кораблі, що рухається швидше за світло. Тоді ми поступово наздоганяли б світло, випущене джерелом у дедалі більш ранні моменти часу.

Спочатку ми наздогнали б фотони, випущені, скажімо, вчора, потім – випущені позавчора, потім – тиждень, місяць, рік тому тощо. Якби джерелом світла було дзеркало, що відображає життя, то ми спочатку побачили б події вчорашнього дня, потім позавчорашнього і таке інше. Ми могли б побачити, скажімо, старого, який поступово перетворюється на людину середніх років, потім на молоду, на юнака, на дитину...

Тобто час повернув би назад, ми рухалися б із сьогодення у минуле. Причини і наслідки у своїй змінилися б місцями.

Хоча в цій міркуванні повністю ігноруються технічні деталі процесу спостереження за світлом, з принципової точки зору воно наочно демонструє, що рух із надсвітловою швидкістю призводить до неможливої в нашому світі ситуації.

Проте природа поставила ще жорсткіші умови: недосяжний рух як із надсвітловою швидкістю, а й зі швидкістю, рівної швидкості світла, – до неї можна лише наближатися.

З теорії відносності випливає, що при збільшенні швидкості руху виникають три обставини: зростає маса об'єкта, що рухається, зменшується його розмір у напрямку руху і сповільнюється плин часу на цьому об'єкті (з точки зору зовнішнього "спочиваючого" спостерігача).

При звичайних швидкостях ці зміни мізерно малі, але в міру наближення до швидкості світла вони стають все відчутнішими, а в межі - при швидкості, що дорівнює, - маса стає нескінченно великий, об'єкт повністю втрачає розмір у напрямку руху і час на ньому зупиняється.

Тому ніяке матеріальне тіло не може досягти швидкості світла. Таку швидкість має тільки саме світло! (А також "всепроникна" частка - нейтрино, яка, як і фотон, не може рухатися зі швидкістю, меншою за с.)

Тепер про швидкість передачі сигналу. Тут доречно скористатися уявленням світла як електромагнітних хвиль.

Що таке сигнал? Це певна інформація, яка підлягає передачі.

Ідеальна електромагнітна хвиля - це нескінченна синусоїда строго однієї частоти, і вона не може нести ніякої інформації, бо кожен період такої синусоїди точно повторює попередній.

Швидкість переміщення фази синусоїдальної хвилі – так звана фазова швидкість – може в середовищі за певних умов перевищувати швидкість світла у вакуумі.

Тут обмеження відсутні, оскільки фазова швидкість не є швидкістю сигналу - його ще немає. Щоб створити сигнал, треба зробити якусь відмітку на хвилі. Такою відміткою може бути, наприклад, зміна будь-якого параметра хвилі – амплітуди, частоти або початкової фази. Але як тільки відмітка зроблена, хвиля втрачає синусоїдальність. Вона стає модульованою, що складається з набору простих синусоїдальних хвиль з різними амплітудами, частотами та початковими фазами – групи хвиль.

Швидкість переміщення позначки у модульованій хвилі і є швидкістю сигналу. При поширенні в середовищі ця швидкість зазвичай збігається з груповою швидкістю, що характеризує поширення вищезгаданої групи хвиль як цілого (див. "Наука і життя" № 2, 2000). За звичайних умов групова швидкість, отже, і швидкість сигналу менше швидкості світла у вакуумі. Тут не випадково вжито вираз "за звичайних умов", бо в деяких випадках і групова швидкість може перевищувати або взагалі втрачати сенс, але тоді вона не відноситься до поширення сигналу. У СТО встановлюється, що неможлива передача сигналу зі швидкістю більшою за с.

Чому це так? Тому що перешкодою для передачі будь-якого сигналу зі швидкістю більше з служить той самий закон причинності.

Уявімо таку ситуацію. У деякій точці А світловий спалах (подія 1) включає пристрій, що посилає якийсь радіосигнал, а у віддаленій точці під дією цього радіосигналу відбувається вибух (подія 2). Зрозуміло, що подія 1 (спалах) – причина, а подія 2 (вибух) – наслідок, що настає пізніше. Але якби радіосигнал поширювався із надсвітловою швидкістю, спостерігач поблизу точки В побачив би спочатку вибух, а вже потім – сяйну зі швидкістю зі світловим спалахом, причину вибуху. Іншими словами, для цього спостерігача подія 2 відбулася б раніше, ніж подія 1, тобто слідство випередило причину.

Доречно підкреслити, що "надсвітла заборона" теорії відносності накладається тільки на рух матеріальних тіл і передачу сигналів.

У багатьох ситуаціях можливий рух із будь-якою швидкістю, але це буде рух не матеріальних об'єктів і не сигналів. Наприклад, якщо взяти ліхтарик (або, скажімо, лазер, що дає вузький промінь) і швидко описати їм у повітрі дугу, то лінійна швидкість світлового зайчика збільшуватиметься з відстанню і на досить великому видаленні перевищить с. Світлова пляма переміститься між точками А і В з надсвітловою швидкістю, але це не буде передачею сигналу А в В, так як такий світловий зайчик не несе ніякої інформації про точку А.

Найбільш складним виявилося, як і слід очікувати, примирити тахіонну гіпотезу із законом причинності. Спроби, що робилися в цьому напрямку, хоч і були дотепними, не призвели до явного успіху. Експериментально зареєструвати тахіони також нікому не вдалося. У результаті інтерес до тахіонів як до надсвітлових елементарних частинок поступово зійшов нанівець.

Роботи останніх років показують, що за певних умов надсвітлова швидкість справді може мати місце. Але що саме рухається із надсвітловою швидкістю? Теорія відносності, як згадувалося, забороняє таку швидкість для матеріальних тіл й у сигналів, несуть інформацію. Тим не менш, деякі дослідники дуже наполегливо намагаються продемонструвати подолання світлового бар'єру саме для сигналів.

Причина цього у тому, що у спеціальній теорії відносності немає суворого математичного обгрунтування (базується, скажімо, на рівняннях Максвелла для електромагнітного поля) неможливості передачі сигналів зі швидкістю більше с. Така неможливість у СТО встановлюється, можна сказати, суто арифметично, виходячи з ейнштейнівської формули складання швидкостей, але фундаментально це підтверджується принципом причинності.

Сам Ейнштейн, розглядаючи питання про надсвітлову передачу сигналів, писав, що в цьому випадку "...ми змушені вважати можливим механізм передачі сигналу, при використанні якого досягнута дія передує причині. Але, хоча цей результат з суто логічної точки зору і не містить собі, на мою думку, ніяких протиріч, він усе-таки настільки суперечить характеру всього нашого досвіду, що неможливість припущення V > з видається достатньою мірою доведеною».

Принцип причинності – ось той наріжний камінь, що лежить в основі неможливості надсвітлової передачі сигналів.

І про цей камінь, мабуть, спотикатимуться всі без винятку пошуки надсвітлових сигналів, як би експериментаторам не хотілося виявити такі сигнали, бо така природа нашого світу.

Наведено зі скороченнями –

БАР'ЄР ШВИДКОСТІ СВІТЛА, НАрешті, ПЕРЕПРИГНУТЬ!У США зроблено спробу спростувати чергову наукову догму. Постулат, який свого часу висунув А.Ейнштейн, констатує, що швидкість світла, що досягає у вакуумі 300 тис. км/с, — це максимум, який може бути досягнутий у природі. Професор Раймонд Чу, з університету Берклі, у своїх експериментах досяг швидкості, що перевищує класичну в 1,7 раза. Нині дослідники з інституту корпорації NEC у Прінстоні пішли ще далі. ПОТУЖНИЙ ІМПУЛЬС СВІТЛА пропускався через 6-сантиметрову «колбу», заповнену спеціально приготовленим газоподібним цезієм, — описує хід досвіду кореспондент газети «Санді Тайме», посилаючись на керівника експерименту .

І прилади показали неймовірну річ — поки основна частина світла зі своєю звичайною швидкістю проходила крізь цезієву комірку, якісь спритні фотони встигали добігти до протилежної стіни лабораторії, що знаходиться приблизно за 18 м, і відзначитись на датчиках, які там розташовані. Фізики підрахували і переконалися: якщо частинки-«квапиги» пролітали 18 м за той самий час, за який нормальні фотони проходили крізь 6-сантиметрову «колбу», — отже, їхня швидкість у 300 разів перевищувала швидкість світла! А це порушує непорушність ейнштейнівської константи, коливає самі підвалини теорії відносності.

Щоб хоч якось захистити авторитет великого фізика, дослідники з Прінстона висунули припущення, що «швидкі фотони» зовсім і не долають відстань від джерела світла до датчиків, а зникають в одному місці і миттєво виникають вже в іншому. Тобто є так званий ефект нуль-ранспортування, або телепортації, про яку так багато писали фантасти у своїх романах. Втім, у ході подальших перевірочних експериментів з'ясувалося, що деякі фотони начебто прибувають у точку призначення навіть раніше, ніж включається їхнє джерело!

Погодьтеся, цей факт порушує вже не тільки постулати теорії відносності Ейнштейна, а й фундаментальні уявлення про природу Часу, яка, як вважається, тече лише в один бік і не може бути повернуто назад.

Логічним тут було б лише одне пояснення — «колба» з газоподібним цезієм працює як своєрідна «машина часу», яка посилає частину світлових фотонів у минуле, що дозволяє їм досягати датчиків раніше, ніж включалося джерело світла. СТІЛЬ НЕВЕРОЯТНІ ЕКСПЕРИМЕНТИ вчених з Прінстона не могли не привернути увагу їхніх колег з інших дослідницьких організацій. І не всі з них висловились із цього приводу скептично.

Керівники Італійської державної дослідницької ради повідомили, що нещодавно їм також вдалося розігнати мікрохвилі зі швидкістю, що на 25% перевищує швидкість світла. Тож у повній достовірності повідомлення американців вони сумніваються. І все ж таки поки що важко однозначно оцінити результати експериментів у Прінстоні, оскільки в повідомленнях, що з'явилися в зарубіжній пресі, сенсаційні досліди описуються лише в загальних рисах.

Найімовірнішим поясненням їх, як це неодноразово бувало, у результаті може бути елементарна помилка приладів. Але якщо, припустимо, сенсація підтвердиться, це допоможе пояснити й інші загадкові порушення причинно-наслідкових зв'язків, над якими досі марно б'ються вчені. Візьмемо, наприклад, дивний дар передбачення, яким мають деякі живі істоти. Так, ще в 1930-ті роки. лікар-мікробіолог С.Т.Вельтхофер виявив, що коринебактерії (одноклітинні мікроби, що живуть у дихальних шляхах людини) починають активно розмножуватися в певні періоди часу (за кілька діб до того, як астрономи фіксують на Сонці черговий спалах).

Суть явища зрозуміла: зростаюча сонячна радіація (причина) згубна для цих бактерій і спрацьовує захисний механізм, що змушує їх посилено розмножуватись (наслідок), щоб зберегти популяцію. Дивно інше – як мікроби заздалегідь «визначають» час виникнення спалаху на Сонці?

Жодних фізичних провісників, які заздалегідь могли попередити про сонячний викид, прилади не реєстрували. В наявності тимчасовий феномен, коли
слідство спостерігається раніше за причини. Існування світлових фотонів-«квапиг», що досягають мішені ще до того, як відбувається спалах, могло б пояснити його. А ПОКИ ЕКСПЕРИМЕНТАТОРИ СПОРЯТЬ, можуть або не можуть існувати надшвидкісні фотони, теоретики намагаються не тільки пояснити явища, що спостерігаються, але і знайти їм практичне застосування.

Як вважає, наприклад, співробітник Головної астрономічної обсерваторії в Пулковому, кандидат фізико-математичних наук Сергій Красніков, космічні кораблі швидкого майбутнього зможуть рухатися набагато швидше за швидкість світла. Як випливає зі слів вченого, йому вдалося виявити свого роду «лазівку» в законах фізики, яка дозволяє припустити, що навіть до найвіддаленіших районів Всесвіту можна буде дістатися практично миттєво, якщо скористатися природними тунелями, що виникли ще під час Великого Вибуху — так званими «кротовинами» », що пов'язують найвіддаленіші куточки простору.

Про можливість існування таких тунелів вчені підозрюють уже давно. Але якщо раніше багато хто вважав, що вони бувають лише крихітного діаметру (наявність саме таких і підтвердили, схоже, експерименти в Прінстоні), то Красніков своїми розрахунками доводить, що «кротовини» можуть бути й настільки солідного діаметра, що крізь них зможуть проскакувати і великі космічні кораблі, миттєво долаючи простір та час. Більш того, якщо припустити, що час у цих тунелях має властивість текти в зворотний бік, то виходить: «кротовини» можуть працювати одночасно і «машинами часу», що переносять проникають крізь них об'єкти в ранні часи!

Тож кораблі, що вискакують із «кротовин», можуть одночасно виявлятися не лише за тисячі парсеків від нашої планети, а й на мільйони років раніше за нашу еру… Так усе це чи не так, мають показати подальші дослідження. Адже треба ще знайти ці тунелі та обстежити їх. Але перший крок у пошуках, схоже, вже зроблено… Ще 1994 р. російський орбітальний рентгенівський телескоп «Гранат» засік у космосі два спалахи випромінювань, які походять від якогось джерела гігантської потужності. Дані про це були передані Міжнародному астрономічному союзу з тим, щоб астрофізики, які мають необхідну апаратуру, простежили, що буде за небаченим викидом енергії.

Зі шкільної лави нас вчили - перевищити швидкість світла неможливо, і тому переміщення людини в космічному просторіє великою нерозв'язною проблемою (як долетіти до найближчої сонячної системи, якщо світло зможе подолати цю відстань лише за кілька тисяч років?). Можливо, американські вчені знайшли спосіб літати на надшвидкості, не тільки не обдуривши, але й дотримуючись фундаментальних законів Альберта Ейнштейна. У всякому разі, так стверджує автор проекту двигуна деформації простору Гарольд Уайт.

Ми в редакції визнали новину абсолютно фантастичною, тому сьогодні, напередодні Дня космонавтики, публікуємо репортаж Костянтина Какаєса для журналу Popular Science про феноменальний проект NASA, у разі успіху якого людина зможе вирушити за межі Сонячна система.

У вересні 2012 року кілька сотень вчених, інженерів та космічних ентузіастів зібралися разом для другої публічної зустрічі гурту під назвою 100 Year Starship. Групою керує колишній астронавт Май Джемісон, і засновано вона DARPA. Мета конференції – «уможливити подорож людини за межі Сонячної системи до інших зірок протягом найближчих ста років». Більшість учасників конференції визнають, що зрушення в вивченні космічного простору, що пілотується, занадто незначні. Незважаючи на мільярди доларів, витрачених в останні кілька кварталів, космічні агенції можуть майже стільки ж, скільки могли у 1960-х. Власне, 100 Year Starship скликана, щоби все це виправити.

Але ближчий до справи. Через кілька днів конференції її учасники дійшли найфантастичніших тем: регенерація органів, проблема організованої релігії на борту корабля тощо. Одна з найцікавіших презентацій на зборах 100 Year Starship називалася «Механіка деформаційного поля 102» і провів її Гарольд «Сонні» Уайт з NASA. Ветеран агентства Уайт керує просунутою імпульсною програмою в космічному центрі Джонсона (JSC). Разом із п'ятьма колегами він створив «Дорожню карту космічних рухових систем», яка озвучує цілі NASA у найближчих космічних подорожах. На плані перераховуються всі види рухових проектів: від удосконалених хімічних ракет до розробок, що далеко йдуть, на зразок антиматерії або ядерних машин. Але область досліджень Уайта є найбільш футуристичною з усіх: вона стосується двигуна деформації простору.

так зазвичай зображують міхур Алькуб'єрре

Згідно з планом, такий двигун забезпечить переміщення у просторі зі швидкістю, що перевищує швидкість світла. Загальновизнано, що це неможливо, оскільки є очевидним порушенням теорії відносності Ейнштейна. Але Уайт стверджує протилежне. Як підтвердження своїх слів він апелює до так званих бульбашок Алькуб'єрре (рівняння, що виходять з теорії Ейнштейна, згідно з якими тіло в космічному просторі здатне досягати надсвітлових швидкостей, на відміну від тіла в нормальних умовах). У презентації він розповів, як нещодавно зумів досягти теоретичних результатів, які безпосередньо ведуть до створення реального двигуна деформації простору.

Зрозуміло, що все це звучить абсолютно фантастично: подібні розробки - це справжня революція, яка розв'яже руки всім астрофізикам світу. Замість витрачати 75 тисяч років на подорож до Альфа-Центаври, найближчої до нашої зірковій системі, астронавти на кораблі з таким двигуном зможуть здійснити цю подорож за кілька тижнів

У світлі закриття програми запуску шатлів і дедалі більшої ролі приватних польотів до навколоземної орбіти NASA заявляє, що переорієнтується на далекосяжні, набагато сміливіші плани, що виходять далеко за межі подорожей на Місяць. Досягти цих цілей можна лише з допомогою розвитку нових рухових систем - що швидше, краще. Через кілька днів після конференції глава NASA Чарльз Болден, повторив слова Уайта: «Ми хочемо пересуватися швидше за швидкість світла і без зупинок на Марсі».

ЗВІДКИ МИ ЗНАЄМО ПРО ЦЕЙ ДВИГУН

Перше популярне використання виразу "двигун деформації простору" датується 1966 роком, коли Джен Родденберрі випустив "Зоряний шлях". Наступні 30 років цей двигун існував лише як частина цього фантастичного серіалу. Фізик на ім'я Мігель Алькуб'єрре подивився один із епізодів цього серіалу якраз у той момент, коли працював над докторською в області загальної теоріївідносності і ставилося питанням, чи можливе створення двигуна деформації простору насправді. 1994 року він опублікував документ, що викладає цю позицію.

Алькуб'єрре представив у космосі міхур. У передній частині міхура час-простір скорочується, а в задній - розширюється (як було за Великому вибуху, На думку фізиків). Деформація змусить корабель гладко ковзати в космічному просторі, ніби він серфіл на хвилі, незважаючи на навколишній шум. У принципі деформований міхур може рухатися скільки завгодно швидко; обмеження у швидкості світла, за теорією Ейнштейна, поширюються лише у контексті простору-часу, але з таких спотвореннях простору-часу. Усередині міхура, як припускав Алькуб'єрре, простір-час не зміниться, а космічним мандрівникам не буде завдано жодної шкоди.

Рівняння Ейнштейна у загальній теорії відносності складно вирішити щодо одного напрямі, з'ясовуючи, як матерія викривляє простір, але це можливо. Використовуючи їх, Алькуб'єрре визначив, що розподіл матерії є необхідною умовою створення деформованого міхура. Проблема лише в тому, що рішення призводили до невизначеною формоюматерії під назвою негативна енергія

Говорячи простою мовоюГравітація - це сила тяжіння між двома об'єктами. Кожен об'єкт незалежно від його розмірів надає певну силу тяжіння навколишню матерію. На думку Ейнштейна, ця сила є викривленням простору-часу. Негативна енергія, однак, гравітаційно негативна, тобто відразлива. Замість з'єднувати час і простір, негативна енергія відштовхує і роз'єднує їх. Грубо кажучи, щоб така модель працювала, Алькубьерре необхідна негативна енергія, щоб розширювати простір-час позаду корабля.

Незважаючи на те, що ніхто і ніколи особливо не вимірював негативну енергію, згідно з квантовою механікою, вона існує, а вчені навчилися створювати її в лабораторних умов. Один із способів її відтворення – через Казіміров ефект: дві паралельно провідні пластини, розташовані близько одна до одної, створюють деяку кількість негативної енергії. Слабке місце моделі Алькуб'єрре в тому, що для її здійснення потрібно велика кількістьнегативної енергії, кілька порядків вище, ніж, за оцінками вчених, її можна произвести.

Уайт каже, що він знайшов, як піти в обхід цього обмеження. У комп'ютерному симуляторі Уайт змінив геометрію деформаційного поля так, що в теорії він міг би виробляти деформований міхур, використовуючи в мільйони разів менше негативної енергії, ніж потрібно за оцінками Алькуб'єрра, і, можливо, досить мало, щоб космічний корабель міг нести засоби його виробництва. «Відкриття, – каже Уайт, – змінюють метод Алькуб'єрре з непрактичного на цілком правдоподібний».

РЕПОРТАЖ З ЛАБОРАТОРІЇ УАЙТУ

Космічний центр Джонсона розташувався поруч із лагунами Х'юстона, звідки відкривається шлях до затоки Гальвестон. Центр трохи нагадує приміський кампус коледжу, спрямований лише на підготовку астронавтів. У день мого відвідування Уайт зустрічає мене у будівлі 15, багатоповерховому лабіринті коридорів, офісів та лабораторій, у яких проводяться випробування двигуна. На Уайті сорочка поло з емблемою Eagleworks (так він називає свої експерименти зі створення двигуна), на якій вишитий орел, що ширяє над футуристичним космічним кораблем.

Уайт розпочинав свою кар'єру з роботи інженером - проводив дослідження у складі роботичної групи. Згодом він узяв на себе командування всім крилом, яке займається роботами на МКС, одночасно закінчуючи писати докторську в галузі фізики плазми. Тільки 2009-го він змінив свої інтереси на вивчення руху, і ця тема захопила його настільки, що стала основною причиною, через яку він вирушив працювати на NASA.

«Він досить незвичайна людина, – каже його бос Джон Епплуайт, який очолює відділення рухових систем. - Він абсолютно точно великий фантазер, але водночас і талановитий інженер. Він уміє перетворювати свої фантазії на реальний інженерний продукт». Приблизно в той же час, коли він приєднався до NASA, Уайт попросив дозволу відкрити свою лабораторію, присвячену просунутим руховим системам. Він сам і вигадав назву Eagleworks і навіть попросив NASA створити логотип для його спеціалізації. Тоді й розпочалася ця робота.

Уайт веде мене до свого офісу, який ділить із колегою, що займається пошуками води на Місяці, а потім веде вниз до Eagleworks. На ходу він розповідає мені про своє прохання відкрити лабораторію і називає це «довгим важким процесом пошуку рухомого руху, щоб допомогти людині дослідити космос».

Уайт демонструє мені об'єкт і показує його центральну функцію - щось, що він називає "квантовий вакуумний плазмовий двигун" (QVPT). Це пристосування зовні схоже на величезний червоний оксамитовий пончик з проводами, що щільно обплітають серцевину. Це одна з двох ініціатив Eagleworks (друга – деформаційний двигун). Ще це секретна розробка. Коли я питаю, що це, Уайт відповідає, що може сказати тільки, що ця технологія навіть крутіша, ніж деформаційний двигун). Згідно зі звітом NASA за 2011 рік, написаним Уайтом, апарат використовує квантові флуктації в порожньому просторі як джерело палива, а отже, космічний корабель, що рухається QVPT, не вимагає палива.

Двигун використовує квантові флуктації в порожньому просторі як джерело палива,
отже, космічний корабель,
QVPT, що рухається, не вимагає палива.

Коли девайс працює, система Уайта виглядає кінематографічно ідеально: колір лазера червоний, і два промені схрещені, як шаблі. Усередині кільця знаходяться чотири керамічні конденсатори, виготовлені з титанату барію, який Уайт заряджає до 23 тисяч вольт. Уайт провів останні два з половиною роки, розробляючи експеримент, і він каже, що конденсатори демонструють величезну потенційну енергію. Однак, коли я питаю, як створити негативну енергію, необхідну для деформованого простору-часу, він ухиляється від відповіді. Він пояснює, що підписав угоду про нерозголошення і тому не може розкривати подробиці. Я питаю, з ким він укладав ці угоди. Він каже: «З людьми. Вони приходять і хочуть поговорити. Більше подробиць я вам повідомити не можу.

ПРОТИВНИКИ ІДЕЇ ДВИГУНА

Поки що теорія деформованої подорожі досить інтуїтивна - деформація часу і простору, щоб створити міхур, що рухається, - і в ній є кілька значних недоліків. Навіть якщо Уайт значно зменшить кількість негативної енергії, яку запитує Алькуб'єрре, її все одно буде потрібно більше, ніж здатні зробити вчені, заявляє Лоуренс Форд, фізик-теоретик в університеті Тафтс, який за останні 30 років написав безліч статей на тему негативної енергії. Форд та інші фізики заявляють, що є фундаментальні фізичні обмеження, причому справа не так в інженерних недосконалостях, як у тому, що така кількість негативної енергії не може існувати в одному місці тривалий час.

Інша складність: для створення деформаційної кулі, яка рухається швидше за світло, вченим потрібно виробити негативну енергію навколо космічного корабля і в тому числі над ним. Уайт не вважає, що це проблема; він вельми туманно відповідає, що двигун, швидше за все, працюватиме завдяки якомусь «апарату, який створює» необхідні умови». Однак створення цих умов перед кораблем означатиме забезпечення постійного постачання негативної енергії, що переміщується швидше за швидкість світла, що знову суперечить загальній теорії відносності.

Зрештою, двигун деформації простору ставить концептуальне питання. У загальній теорії відносності подорож на надсвітловій швидкості еквівалентна подорожі у часі. Якщо такий двигун є реальним, Уайт створює машину часу.

Ці перешкоди породжують певні серйозні сумніви. «Не думаю, що відома нам фізика та її закони дозволяють припустити, що він чогось досягне своїми експериментами», - каже Кен Олум, фізик з університету Тафтс, який також брав участь у дебатах щодо екзотичного руху на зборах «100-річчя зіркового корабля ». Ноа Грехам, фізик з коледжу Міддлбері, який читав дві роботи Уайта на моє прохання, написав мені e-mail: «Не бачу цінних наукових доказів, крім посилань для його попереднім роботам».

Алькуб'єрре, нині фізик у Національному автономному університеті Мексики, сам висловлює сумнів. «Навіть якщо я стою на космічному корабліі в мене є негативна енергія, мені нізащо не помістити її туди, куди потрібно, - говорить він мені по телефону зі свого будинку в Мехіко. - Ні, ідея чарівна, мені подобається, я ж її сам і написав. Але в ній є кілька серйозних недоліків, які я вже зараз, з роками, бачу, і я не знаю жодного способу їх виправити».

МАЙБУТНЄ СВЕРХШВИДКОСТЕЙ

Ліворуч від головних воріт Джонсонського наукового центру лежить на боці ракета «Сатурн-В», її щаблі роз'єднані для демонстрації внутрішнього вмісту. Він гігантський - розмір одного з безлічі двигунів дорівнює розміру маленького автомобіля, а сама ракета на пару футів довша за футбольне поле. Це, звісно, цілком промовисте свідчення особливостей космічного плавання. Крім того, їй 40 років, і час, який вона репрезентує - коли NASA було частиною величезного національного плану з відправлення людини не Місяць, - давно минув. Сьогодні JSC – це просто місце, яке колись було великим, але відтоді залишило космічний авангард.

Прорив у русі може означати нову ерудля JSC і NASA, і певною мірою частина цієї ери починається вже зараз. Зонд Dawn («Світанок»), запущений 2007-го, вивчає кільце астероїдів за допомогою іонних двигунів. У 2010-му японці ввели в експлуатацію «Ікар», перший міжпланетний зоряний корабель, що рухається сонячним вітрилом, ще один вид експериментального руху. І в 2016-му вчені планують випробувати VASMIR, систему, що працює на плазмі, зроблену спеціально для високої рухової тяги до ISS. Але коли ці системи, можливо, доставлять астронавтів на Марс, вони ще не будуть здатні закинути їх за межі Сонячної системи. Щоб домогтися цього, за словами Уайта, NASA потрібно буде піти на більш ризиковані проекти.

Деформаційний двигун - можливо, найпритягнутіший за вуха з насовських зусиль зі створення проектів руху. Наукове співтовариство заявляє, що Уайт не може створити його. Експерти заявляють, що він працює проти законів природи та фізики. Незважаючи на це, за проектом стоїть NASA. «Його субсидують не на тому високому державному рівні, на якому мали б, - каже Апплуайт. - Я думаю, що дирекція має якийсь особливий інтерес у тому, щоб він продовжував свою роботу; це з тих теоретичних концепцій, у разі успіхів яких гра змінюється повністю».

У січні Уайт зібрав свій деформаційний інтерферометр і вирушив до наступної мети. Eagleworks переріс власний будинок. Нова лабораторія більша і, як він заявляє з ентузіазмом, «сейсмічно ізольована», маючи на увазі, що він захищений від вагань. Але, можливо, найкраще в новій лабораторії (і вражаюче) - те, що NASA створило Уайту такі ж умови, що були у Ніла Армстронга та Базза Олдріна на Місяці. Що ж, побачимо.