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

Тема «Двигуна, що дозволяє літати з надсвітовою швидкістю», «Подорожі в багатовимірному просторі» і всього, що має відношення до 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 вже точно не знаємо, чи можна переміщатися зі швидкістю, що перевищує швидкість світла.

Погана новина полягає в тому, що основи сучасних наукових знань, накопичених до даного моменту, свідчать про те, що рух зі швидкістю, що перевищує світлову, неможливо. Це артефакт Спеціальної теорії відносності Ейнштейна. Так, існують інші концепції - сверхсветових частинок, кротячих нір ( тунелі в просторі - прим. перев.), Інфляційної всесвіту, деформації простору і часу, квантових парадоксів ... Всі ці ідеї обговорюються в серйозній науковій літературі, але поки ще рано говорити про їхню реальність.

Одне з питань, що з'являються у зв'язку з рухом з надсвітовою швидкістю, це тимчасові парадокси: порушення причинно-наслідкових зв'язків і що мається на увазі під подорожжю в часі. Неначе теми польоту з надсвітовою швидкістю мало, так ще й реальна розробка сценарію, при якому надсвітлова швидкість дасть можливість подорожі в часі. Подорож у часі вважається набагато більш неможливим, ніж світловий політ.

У чому основна відмінність?

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

Можна дуже коротко викласти «Спеціальну теорію відносності». Насправді вона дуже проста за своєю конструкцією ... Почніть з двох простих правил.

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

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

З'єднайте їх разом і порівняйте, що «бачить» один мандрівник в порівнянні з тим, хто рухається з іншою швидкістю - ось тут і з'являються проблеми. Давайте спробуємо іншу картину. Закрийте очі. Уявіть, що з усіх органів почуттів у вас задіяний лише слух. Ви сприймаєте тільки звуки. Ви визначає предмети тільки по тому, 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 ж саме відбувається і зі світлом. Все навколо себе ми знаємо завдяки присутності світла або, якщо узагальнити, електромагнетизму. Те, що ми бачимо, відчуваємо (молекули повітря відскакують від нашої шкіри), чуємо (молекули вдаряються між собою під тиском хвиль), навіть протягом часу - все це управляється електромагнітними силами. Так що якщо ми починаємо рухатися на швидкостях, що наближаються до швидкості, через яку ми отримуємо всю інформацію, наша інформація спотворюється. Загалом, це ось так просто. Розуміння цього досить, якщо з 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 рухатися швидше, потрібно додати енергії. Але коли ви починаєте наближатися до швидкості світла, необхідний для руху обсяг енергії злітає до нескінченності. Для переміщення маси зі швидкістю світла потрібно нескінченна енергія. Виявляється, тут ви стикаєтеся з реальним бар'єром.

Чи можна обійти Спеціальну теорію відносності? Ймовірно.

Чи проводяться якісь дослідження в цьому напрямку? Так, але в невеликому обсязі.

На додаток до індивідуальної теоретичної роботі таких фізиків, як Мет Виссер (Matt Visser), Майкл Морріс (Michael Morris), Мігель Алькубьерре (Miguel Alcubierre) та інших існує якісно нова програма НАСА в галузі фізики реактивного руху.

Матеріали ИноСМИ містять оцінки виключно зарубіжних ЗМІ і не відображають позицію редакції ИноСМИ.

March 25th 2017

Подорож на надсвітовою швидкості - одна з основ космічної наукової фантастики. Однак напевно, всім - навіть людям, далеким від фізики, - відомо, що гранично можливою швидкістю руху матеріальних об'єктів або розповсюдження будь-яких сигналів є швидкість світла у вакуумі. Вона позначається буквою с і становить майже 300 тисяч кілометрів на секунду; точна величина з \u003d 299 792 458 м / с.

Швидкість світла у вакуумі - одна з фундаментальних фізичних констант. Неможливість досягнення швидкостей, що перевищують с, випливає зі спеціальної теорії відносності (СТО) Ейнштейна. Якби вдалося довести, що можлива передача сигналів з надсвітовою швидкістю, теорія відносності впала б. Поки що цього не сталося, незважаючи на численні спроби спростувати заборона на існування швидкостей, великих с. Однак в експериментальних дослідженнях останнього часу було виявлено окремі вельми цікаві явища, які свідчать про те, що при спеціально створених умовах можна спостерігати сверхсветовие швидкості і при цьому принципи теорії відносності не порушуються.

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

Перш за все: чому не можна (при звичайних умовах) перевищити світловий межа? Тому, що тоді порушується фундаментальний закон нашого світу - закон причинності, відповідно до якого слідство не може випереджати причину. Ніхто ніколи не чув од, щоб, наприклад, спочатку замертво впав ведмідь, а потім вистрілив мисливець. При швидкостях ж, що перевищують с, послідовність подій стає зворотним, стрічка часу відмотується назад. У цьому легко переконатися з наступного простого міркування.

Припустимо, що ми знаходимося на якомусь космічному чудо-кораблі, що рухається швидше за світло. Тоді ми поступово наздоганяли б світло, випущений джерелом у все більш і більш ранні моменти часу. Спочатку ми наздогнали б фотони, випущені, скажімо, вчора, потім - випущені позавчора, потім - тиждень, місяць, рік назад і так далі. Якби джерелом світла було дзеркало, що відбиває життя, то ми спочатку побачили б події вчорашнього дня, потім позавчорашнього і так далі. Ми могли б побачити, скажімо, старого, який поступово перетворюється в людини середнього віку, потім в молодого, в юнака, в дитини ... Тобто час повернуло б назад, ми рухалися б із сьогодення в минуле. Причини і наслідки при цьому помінялися б місцями.

Хоча в цьому міркуванні повністю ігноруються технічні деталі процесу спостереження за світлом, з принципової точки зору воно наочно демонструє, що рух зі сверхсветовой швидкістю призводить до неможливою в нашому світі ситуації. Однак природа поставила ще більш жорсткі умови: недосяжно рух не тільки з надсвітовою швидкістю, але і зі швидкістю, яка дорівнює швидкості світла, - до неї можна тільки наближатися. З теорії відносності випливає, що при збільшенні швидкості руху виникають три обставини: зростає маса рухомого об'єкту, зменшується його розмір у напрямку руху і сповільнюється протягом часу на цьому об'єкті (з точки зору зовнішнього "покоїться" спостерігача). При звичайних швидкостях ці зміни дуже малі, але в міру наближення до швидкості світла вони стають все відчутніше, а в межі - при швидкості, що дорівнює с, - маса стає нескінченно великою, об'єкт повністю втрачає розмір в напрямку руху і час на ньому зупиняється. Тому ніяке матеріальне тіло не може досягти швидкості світла. Такий швидкістю володіє тільки сам світло! (А також "всепроникна" частка - нейтрино, яка, як і фотон, не може рухатися зі швидкістю, меншою с.)

Тепер про швидкість передачі сигналу. Тут доречно скористатися поданням світла у вигляді електромагнітних хвиль. Що таке сигнал? Це якась інформація, що підлягає передачі. Ідеальна електромагнітна хвиля - це нескінченна синусоїда строго однієї частоти, і вона не може нести ніякої інформації, бо кожен період такої синусоїди в точності повторює попередній. Швидкість переміщення фази cінусоідальной хвилі - так звана фазова швидкість - може в середовищі при певних умовах перевищувати швидкість світла у вакуумі. Тут обмеження відсутні, так як фазова швидкість не є швидкістю сигналу - його ще немає. Щоб створити сигнал, треба зробити якусь "позначку" на хвилі. Такий відміткою може бути, наприклад, зміна будь-якого з параметрів хвилі - амплітуди, частоти або початкової фази. Але як тільки відмітка зроблена, хвиля втрачає синусоидальность. Вона стає модульованим, що складається з набору простих синусоїдальних хвиль з різними амплітудами, частотами і початковими фазами - групи хвиль. Швидкість переміщення позначки в модульованої хвилі і є швидкістю сигналу. При поширенні в середовищі ця швидкість зазвичай збігається з груповою швидкістю, що характеризує поширення вищезгаданої групи хвиль в цілому (див. "Наука і життя" № 2, 2000 г.). При звичайних умовах групова швидкість, а отже, і швидкість сигналу менше швидкості світла у вакуумі. Тут не випадково вжито вислів "при звичайних умовах", бо в деяких випадках і групова швидкість може перевищувати з або взагалі втрачати сенс, але тоді вона не відноситься до поширення сигналу. В СТО встановлюється, що неможлива передача сигналу зі швидкістю, більшою с.

Чому це так? Тому, що перешкодою для передачі будь-якого сигналу зі швидкістю більше з служить все той же закон причинності. Уявімо собі таку ситуацію. В деякій точці А світлова спалах (подія 1) включає пристрій, що посилає якийсь радіосигнал, а у віддаленій точці В під дією цього сигналу відбувається вибух (подія 2). Зрозуміло, що подія 1 (спалах) - причина, а подія 2 (вибух) - наслідок, наступає пізніше причини. Але якби радіосигнал поширювався з надсвітовою швидкістю, спостерігач поблизу точки В побачив би спочатку вибух, а вже потім - дійшла до нього зі швидкістю з світловий спалах, причину вибуху. Іншими словами, для цього спостерігача подія 2 зроблю її раніше, ніж подія 1, тобто наслідок випередило б причину.

Доречно підкреслити, що "надсвітовою заборона" теорії відносності накладається тільки на рух матеріальних тіл і передачу сигналів. У багатьох ситуаціях можливий рух з будь-якою швидкістю, але це буде рух нематеріальних об'єктів і не сигналів. Наприклад, уявімо собі дві лежать 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 стрілки) з великою швидкістю, точку перетину лінійок можна змусити бігти як завгодно швидко, проте ту саму точку - не матеріальне тіло. Інший приклад: якщо взяти ліхтарик (або, скажімо, лазер, що дає вузький промінь) і швидко описати їм в повітрі дугу, то лінійна швидкість світлового зайчика буде збільшуватися з відстанню і на досить великій відстані перевищить с. Світлове пляма переміститься між точками А і В з надсвітовою швидкістю, але це не буде передачею сигналу з А в В, так як такий світловий зайчик не несе ніякої інформації про точку А.

Здавалося б, питання про сверхсветових швидкостях вирішене. Але в 60-х роках двадцятого століття фізиками-теоретиками була висунута гіпотеза існування сверхсветових частинок, названих ТАХІОН. Це дуже дивні частинки: теоретично вони можливі, але щоб уникнути протиріч з теорією відносності їм довелося приписати уявну масу спокою. Фізично уявна маса не існує, це чисто математична абстракція. Однак це не викликало особливої \u200b\u200bтривоги, оскільки тахіони не можуть перебувати в спокої - вони існують (якщо існують!) Тільки при швидкостях, що перевищують швидкість світла у вакуумі, а в цьому випадку маса ТАХІОН виявляється речової. Тут є деяка аналогія з фотонами: у фотона маса спокою дорівнює нулю, але це просто означає, що фотон не може перебувати в спокої - світло не можна зупинити.

Найбільш складним виявилося, як і слід було очікувати, примирити ТАХІОН гіпотезу з законом причинності. Спроби, що вживали в цьому напрямку, хоча і були досить дотепними, не привели до явного успіху. Експериментально зарегистриро вать тахіони також нікому не вдалося. У підсумку інтерес до ТАХІОН як до сверхсветовое елементарних частинок поступово зійшов нанівець.

Однак в 60-х же роках було експериментально виявлено явище, спочатку призвело фізиків в замішання. Про це докладно розказано в статті А. Н. Ораевскій "сверхсветовое хвилі в підсилюють середовищах" (УФН № 12, 1998 г.). 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 близько 1 нс \u003d 10-9 с) імпульсів світла великої потужності. Для цього короткий лазерний імпульс пропускався через оптичний квантовий підсилювач. Імпульс розщеплювався светоделі тельним дзеркалом на дві частини. Одна з них, більш потужна, прямувала в підсилювач, а інша поширювалася в повітрі і служила опорним імпульсом, з яким можна було порівнювати імпульс, який пройшов через підсилювач. Обидва імпульсу подавалися на фотоприймачі, а їх вихідні сигнали могли візуально спостерігатися на екрані осцилографа. Очікувалося, що світловий імпульс, що проходить через підсилювач, зазнає в ньому деяку затримку в порівнянні з опорним імпульсом, тобто швидкість поширення світла в підсилювачі буде менше, ніж в повітрі. Яке ж було здивування дослідників, коли вони виявили, що імпульс поширювався через підсилювач зі швидкістю не тільки більшою, ніж в повітрі, а й перевищує швидкість світла у вакуумі в кілька разів!

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

Не вдаючись тут у деталі, зазначимо лише, що детальний аналіз механізму дії підсилює середовища повністю прояснив ситуацію. Справа полягала в зміні концентрації фотонів при поширенні імпульсу - зміні, обумовленому зміною коефіцієнта посилення середовища аж до від'ємного значення при проходженні задньої частини імпульсу, коли середовище вже поглинає енергію, бо її власний запас вже витрачено внаслідок передачі її світловому імпульсу. Поглинання викликає не посилення, а ослаблення імпульсу, і, таким чином, імпульс виявляється посиленим в передній і ослабленим в задній його частині. Уявімо собі, що ми спостерігаємо за імпульсом за допомогою приладу, що рухається зі швидкістю світла в середовищі підсилювача. Якби середовище було прозорою, ми бачили б застиглий в нерухомості імпульс. У середовищі ж, в якій відбувається згаданий вище процес, посилення переднього і ослаблення заднього фронту імпульсу буде представлятися спостерігачеві так, що навколишнє середовище як би посунула імпульс вперед. Але раз прилад (спостерігач) рухається зі швидкістю світла, а імпульс обганяє його, то швидкість імпульсу перевищує швидкість світла! Саме цей ефект і був зареєстрований експериментаторами. І тут дійсно немає протиріччя з теорією відносності: просто процес посилення такий, що концентрація фотонів, які вийшли раніше, виявляється більше, ніж вийшли пізніше. З надсвітовою швидкістю переміщаються НЕ фотони, а огинає імпульсу, зокрема його максимум, який і спостерігається на осцилографі.

Таким чином, в той час як в звичайних середовищах завжди відбувається ослаблення світла і зменшення його швидкості, яке визначається показником заломлення, в активних лазерних середовищах спостерігається не тільки посилення світла, а й поширення імпульсу з надсвітовою швидкістю.

Деякі фізики намагалися експериментально довести наявність сверхсветового руху при тунельному ефекті - одному з найбільш дивовижних явищ в квантовій механіці. Цей ефект полягає в тому, що мікрочастинка (точніше кажучи, мікрооб'єкт, в різних умовах виявляє як властивості частинки, так і властивості хвилі) здатна проникати через так званий потенційний бар'єр - явище, абсолютно неможливе в класичній механіці (в якій аналогом була б така ситуація : кинутий в стіну м'яч опинився б за іншу сторону стіни або ж хвилеподібний рух, придане прив'язаною до стіни мотузці, передавалося б мотузці, прив'язаної до стіни з іншого боку). Сутність тунельного ефекту в квантовій механіці полягає в наступному. Якщо мікрооб'єкт, що володіє певною енергією, зустрічає на своєму шляху область з потенційною енергією, що перевищує енергію мікрооб'єкту, 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 Гейзенбер га, записане для енергії і часу взаємодії. Якщо взаємодія мікрооб'єкту з бар'єром відбувається протягом досить певного часу, то енергія мікрооб'єкту буде, навпаки, характеризуватися невизначеністю, і якщо ця невизначений ність буде порядку висоти бар'єру, то останній перестає бути для мікрооб'єкту непереборною перешкодою. Ось швидкість проникнення через потенційний бар'єр і стала предметом досліджень ряду фізиків, які вважають, що вона може перевищувати с.

У червні 1998 року в КЈльне відбувся міжнародний симпозіум з проблем сверхсветових рухів, де обговорювалися результати, отримані в чотирьох лабораторіях - в Берклі, Відні, КЈльне і у Флоренції.

І, нарешті, у 2000 році з'явилися повідомлення про двох нових експериментах, в яких проявилися ефекти сверхсветового поширення. Один з них виконав Ліджун Вонг з співробітниками в дослідницькому інституті в Прінстоні (США). Його результат полягає в тому, що світловий імпульс, що входить в камеру, наповнену парами цезію, збільшує свою швидкість в 300 разів. Виходило, що головна частина імпульсу виходить з дальньої стінки камери навіть раніше, ніж імпульс входить в камеру через передню стінку. Така ситуація суперечить не тільки здоровому глузду, але, по суті, і теорії щодо відповідності ності.

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

В експерименті Л.Вонга світловий імпульс, що входить в камеру з парами цезію, мав тривалість близько 3 мкс. Атоми цезію можуть перебувати в шістнадцяти можливих квантовомеханических станах, званих "надтонкі магнітні підрівні основного стану". За допомогою оптичної лазерної накачування майже всі атоми наводилися лише в одне з цих шістнадцяти станів, відповідне майже абсолютного нуля температури за шкалою Кельвіна (-273,15оC). Довжина цезієвої камери становила 6 сантиметрів. У вакуумі світло проходить 6 сантиметрів за 0,2 нс. Через камеру же з цезієм, як показали виконані вимірювання, світловий імпульс проходив за час на 62 нс менше, ніж у вакуумі. Іншими словами, час проходження імпульсу через цезієві середу має знак "мінус"! Дійсно, якщо з 0,2 нс відняти 62 нс, отримаємо "негативний" час. Ця "негативна затримка" в середовищі - незбагненний тимчасової стрибок - дорівнює часу, протягом якого імпульс зробив би 310 проходів через камеру в вакуумі. Наслідком цього "тимчасового перевороту" стало те, що виходить з камери імпульс встиг віддалитися від неї на 19 метрів, перш ніж приходить імпульс досяг ближньої стінки камери. Як же можна пояснити таку неймовірну ситуацію (якщо, звичайно, не сумніватися в чистоті експерименту)?

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

Дисперсією речовини називається залежність фазового (звичайного) показника заломлення n від довжини хвилі світла l. При нормальній дисперсії показник заломлення збільшується зі зменшенням довжини хвилі, і це має місце в склі, воді, повітрі та всіх інших прозорих для світла речовинах. У речовинах ж, сильно поглинають світло, хід показника заломлення зі зміною довжини хвилі змінюється на зворотний і стає набагато крутіше: при зменшенні l (збільшенні частоти w) показник заломлення різко зменшується і в деякій області довжин хвиль стає менше одиниці (фазова швидкість Vф\u003e з ). Це і є аномальна дисперсія, при якій картина поширення світла в речовині змінюється радикально. Групова швидкість Vгр стає більше фазової швидкості хвиль і може перевищити швидкість світла у вакуумі (а також стати негативною). Л. Вонг вказує на цю обставину як на причину, що лежить в основі можливості пояснення результатів його експерименту. Слід, однак, зауважити, що умова Vгр\u003e з є чисто формальним, так як поняття групової швидкості введено для випадку малої (нормальної) дисперсії, для прозорих середовищ, коли група хвиль при поширенні майже не змінює своєї форми. В областях же аномальної дисперсії світловий імпульс швидко деформується і поняття групової швидкості втрачає сенс; в цьому випадку вводяться поняття швидкості сигналу і 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 в точності зберігає свою форму! А це відповідає допущенню про поширення імпульсу з груповий швидкістю. Але якщо так, то виходить, що в середовищі відсутня поглинання, хоча аномальна дисперсія середовища обумовлена \u200b\u200bсаме поглинанням! Сам Вонг, визнаючи, що багато ще залишається неясним, вважає, що те, що відбувається в його експериментальній установці можна в першому наближенні наочно пояснити наступним чином.

Світловий імпульс складається з безлічі складових з різними довжинами хвиль (частотами). На малюнку показані три з цих складових (хвилі 1-3). В деякій точці всі три хвилі перебувають у фазі (їх максимуми збігаються); тут вони, складаючись, підсилюють один одного і утворюють імпульс. У міру подальшого поширення в просторі хвилі расфазіруются і тим самим "гасять" один одного.

В області аномальної дисперсії (всередині цезієвої осередки) хвиля, яка була коротшою (хвиля 1), стає довшим. І навпаки, хвиля, колишня найдовшою з трьох (хвиля 3), стає найкоротшою.

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

Зазвичай в повітрі і фактично в будь-який прозорому середовищі з нормальною дисперсією світловий імпульс не може точно зберігати свою форму при поширенні на віддалене відстань, тобто всі його складові не можуть бути сфазіровани в будь-якої віддаленої точки вздовж шляху поширення. І в звичайних умовах світловий імпульс в такий віддаленій точці з'являється через деякий час. Однак внаслідок аномальних властивостей використаної в експерименті середовища імпульс в віддаленій точці виявився сфазіровать так само, як і при вході в цю середу. Таким чином, світловий імпульс поводиться так, як якщо б він мав негативну тимчасову затримку на шляху до віддаленої точки, тобто прийшов би в неї не пізніше, а раніше, ніж пройшов середу!

Велика частина фізиків схильна пов'язувати цей результат з виникненням низкоинтенсивного передвісника в диспергирующей середовищі камери. Справа в тому, що при спектральному розкладанні імпульсу в спектрі присутні складові як завгодно високих частот з мізерно малою амплітудою, так званий провісник, що йде попереду "головної частини" імпульсу. Характер встановлення і форма передвісника залежать від закону дисперсії в середовищі. Маючи це на увазі, послідовність подій в експерименті Вонга пропонується інтерпретувати в такий спосіб. Приходить хвиля, "простягаючи" провісник перед собою, наближається до камери. Перш ніж пік хвилі, що приходить потрапить на ближню стінку камери, провісник ініціює виникнення імпульсу в камері, який доходить до дальньої стінки і відбивається від неї, утворюючи "зворотний хвилю". Ця хвиля, поширюючись в 300 разів швидше с, досягає ближньої стінки і зустрічається з приходить хвилею. Піки однієї хвилі зустрічаються з западинами іншої, так що вони знищують один одного і в результаті нічого не залишається. Виходить, що приходить хвиля "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" вперед у часі, рухаючись швидше с.

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

"Інформація тут уже укладена в передньому краї імпульсу, - каже П. Мілонов, фізик з Лос-Аламоської національної лабораторії США. - І може скластися враження про надсвітовою посилці інформації, навіть коли ви її не посилаєте".

Більшість фізиків вважають, що нова робота не завдає нищівного удару по фундаментальним принципам. Але не всі фізики вважають, що проблема залагоджено. Професор А. Ранфагні з італійської дослідницької групи, яка здійснила ще один цікавий експеримент 2000 року, вважає, що питання ще залишається відкритим. Цей експеримент, проведений Даніелом Мугнаі, Анедіо Ранфагні і Рокко Руггері, виявив, що радіохвилі сантиметрового діапазону в звичайному повітрі поширюються зі швидкістю, що перевищує з на 25%.

Резюмуючи, можна сказати наступне.

Роботи останніх років показують, що при певних умовах надсвітлова швидкість дійсно може мати місце. Але що саме рухається з надсвітовою швидкістю? Теорія відносності, як уже згадувалося, забороняє таку швидкість для матеріальних тіл і для сигналів, що несуть інформацію. Проте деякі дослідники досить наполегливо намагаються продемонструє ровать подолання світлового бар'єру саме для сигналів. Причина цього криється в тому, що в спеціальній теорії відносності немає строгого математичного обгрунтування (що базується, скажімо, на рівняннях Максвелла для електромагнітного поля) неможливості передачі сигналів зі швидкістю більше с. Така неможливість в СТО встановлюється, можна сказати, чисто арифметично, виходячи з ейнштейнівською формули складання швидкостей, але фундаментальним чином це підтверджується принципом причинності. Сам Ейнштейн, розглядаючи питання про надсвітовою передачі сигналів, писав, що в цьому випадку "... ми змушені вважати можливим механізм передачі сигналу, при використанні якого досягається дію передує причини. Але, хоча цей результат з чисто логічної точки зору і не містить в собі, по-моєму, ніяких протиріч, він все ж настільки суперечить характеру всього нашого досвіду, що неможливість припущення V\u003e з представляється в достатній мірі доведеною ". Принцип причинності - ось той наріжний камінь, який лежить в основі неможливості надсвітовою передачі сигналів. І про цей камінь, мабуть, будуть спотикатися все без винятку пошуки сверхсветових сигналів, як би експериментаторам не хотілося такі сигнали виявити, бо така природа нашого світу.

Але все ж давайте уявимо, що математика відносності буде як і раніше працювати на сверхсветових швидкостях. Це означає, що теоретично ми все-таки можемо дізнатися, що сталося б, якби тілу перевищити швидкість світла.

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

Відповідно до теорії відносності, правильну відповідь багато в чому залежить від перспективи спостерігача. Із Землі буде здаватися, що перший корабель уже пройшов значну відстань, перш ніж його обігнав другий корабель, який рухається вчетверо швидше. А ось з точки зору людей, які перебувають на першому кораблі, все трохи не так.

Корабель №2 рухається швидше за світло, а значить може обігнати навіть світло, який сам же і випускає. Це призводить до свого роду «світловий хвилі» (аналог звуковий, тільки замість вібрацій повітря тут вібрують світлові хвилі), яка породжує кілька цікавих ефектів. Нагадаємо, що світло від корабля №2 рухається повільніше, ніж сам корабель. В результаті відбудеться візуальне подвоєння. Іншими словами, спочатку екіпаж корабля №1 побачить, що другий корабель виник поруч з ним немов з нізвідки. Потім, світло від другого корабля з невеликим запізненням досягне першого, і в результаті вийде видима копія, яка буде рухатися в тому ж напрямку з невеликим відставанням.

Щось подібне можна побачити в комп'ютерних іграх, коли в результаті системного збою движок прогружаются модель і її алгоритми в кінцевій точці руху швидше, ніж закінчується сама анімація руху, так що виникають множинні дублі. Ймовірно, саме тому наша свідомість і не сприймає той гіпотетичний аспект Всесвіту, в якому тіла рухаються на надсвітовою швидкості - можливо, це й на краще.

П.С. ... а ось в останньому прикладі я щось не зрозумів, чому реальний стан корабля зв'язується з "випускаються їм світлом"? Ну і нехай що бачити його будуть як то не там, але реально то він обжене перший корабель!

джерела

Напевно, всім - навіть людям, далеким від фізики, - відомо, що гранично можливою швидкістю руху матеріальних об'єктів або розповсюдження будь-яких сигналів є швидкість світла у вакуумі.

Вона позначається буквою c і становить майже 300 тисяч кілометрів на секунду; точна величина з \u003d 299 792 458 м / с.

Швидкість світла у вакуумі - одна з фундаментальних фізичних констант.

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

Якби вдалося довести, що можлива передача сигналів з надсвітовою швидкістю, теорія відносності впала б. Поки що цього не сталося, незважаючи на численні спроби спростувати заборона на існування швидкостей, великих с.

Однак в експериментальних дослідженнях останнього часу було виявлено окремі вельми цікаві явища, які свідчать про те, що при спеціально створених умовах можна спостерігати сверхсветовие швидкості і при цьому принципи теорії відносності не порушуються.

Для початку нагадаємо основні аспекти, що стосуються проблеми швидкості світла. Насамперед: чому не можна (при звичайних умовах) перевищити світловий межа?

Тому, що тоді порушується фундаментальний закон нашого світу - закон причинності, відповідно до якого слідство не може випереджати причину.

Ніхто ніколи не чув од, щоб, наприклад, спочатку замертво впав ведмідь, а потім вистрілив мисливець. При швидкостях ж, що перевищують с, послідовність подій стає зворотним, стрічка часу відмотується назад. У цьому легко переконатися з наступного простого міркування.

Припустимо, що ми знаходимося на якомусь космічному чудо-кораблі, що рухається швидше за світло. Тоді ми поступово наздоганяли б світло, випущений джерелом у все більш і більш ранні моменти часу.

Спочатку ми наздогнали б фотони, випущені, скажімо, вчора, потім - випущені позавчора, потім - тиждень, місяць, рік назад і так далі. Якби джерелом світла було дзеркало, що відбиває життя, то ми спочатку побачили б події вчорашнього дня, потім позавчорашнього і так далі. Ми могли б побачити, скажімо, старого, який поступово перетворюється в людини середнього віку, потім в молодого, в юнака, в дитини ...

Тобто час повернуло б назад, ми рухалися б із сьогодення в минуле. Причини і наслідки при цьому помінялися б місцями.

Хоча в цьому міркуванні повністю ігноруються технічні деталі процесу спостереження за світлом, з принципової точки зору воно наочно демонструє, що рух зі сверхсветовой швидкістю призводить до неможливою в нашому світі ситуації.

Однак природа поставила ще більш жорсткі умови: недосяжно рух не тільки з надсвітовою швидкістю, але і зі швидкістю, яка дорівнює швидкості світла, - до неї можна тільки наближатися.

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

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

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

тепер про швидкість передачі сигналу. Тут доречно скористатися поданням світла у вигляді електромагнітних хвиль.

Що таке сигнал? Це якась інформація, що підлягає передачі.

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

Швидкість переміщення фази cінусоідальной хвилі - так звана фазова швидкість - може в середовищі при певних умовах перевищувати швидкість світла у вакуумі.

Тут обмеження відсутні, так як фазова швидкість не є швидкістю сигналу - його ще немає. Щоб створити сигнал, треба зробити якусь "позначку" на хвилі. Такий відміткою може бути, наприклад, зміна будь-якого з параметрів хвилі - амплітуди, частоти або початкової фази. Але як тільки відмітка зроблена, хвиля втрачає синусоидальность. Вона стає модульованим, що складається з набору простих синусоїдальних хвиль з різними амплітудами, частотами і початковими фазами - групи хвиль.

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

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

Уявімо собі таку ситуацію. В деякій точці А світлова спалах (подія 1) включає пристрій, що посилає якийсь радіосигнал, а у віддаленій точці В під дією цього сигналу відбувається вибух (подія 2). Зрозуміло, що подія 1 (спалах) - причина, а подія 2 (вибух) - наслідок, наступає пізніше причини. Але якби радіосигнал поширювався з надсвітовою швидкістю, спостерігач поблизу точки В побачив би спочатку вибух, а вже потім - дійшла до нього зі швидкістю з світловий спалах, причину вибуху. Іншими словами, для цього спостерігача подія 2 зроблю її раніше, ніж подія 1, тобто наслідок випередило б причину.

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

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

Найбільш складним виявилося, як і слід було очікувати, примирити ТАХІОН гіпотезу з законом причинності. Спроби, що вживали в цьому напрямку, хоча і були досить дотепними, не привели до явного успіху. Експериментально зареєструвати тахіони також нікому не вдалося. У підсумку інтерес до ТАХІОН як до сверхсветовое елементарних частинок поступово зійшов нанівець.

Причина цього криється в тому, що в спеціальній теорії відносності немає строгого математичного обгрунтування (що базується, скажімо, на рівняннях Максвелла для електромагнітного поля) неможливості передачі сигналів зі швидкістю більше с. Така неможливість в СТО встановлюється, можна сказати, чисто арифметично, виходячи з ейнштейнівською формули складання швидкостей, але фундаментальним чином це підтверджується принципом причинності.

Сам Ейнштейн, розглядаючи питання про надсвітовою передачі сигналів, писав, що в цьому випадку "... ми змушені вважати можливим механізм передачі сигналу, при використанні якого досягається дію передує причини. Але, хоча цей результат з чисто логічної точки зору і не містить в собі, по-моєму, ніяких протиріч, він все ж настільки суперечить характеру всього нашого досвіду, що неможливість припущення V\u003e з представляється в достатній мірі доведеною ".

Принцип причинності - ось той наріжний камінь, який лежить в основі неможливості надсвітовою передачі сигналів.

І про цей камінь, мабуть, будуть спотикатися все без винятку пошуки сверхсветових сигналів, як би експериментаторам не хотілося такі сигнали виявити, бо така природа нашого світу.

Наведено зі скороченнями -

БАР'ЄР ШВИДКОСТІ СВІТЛА, НАРЕШТІ, перестрибнути! У США зроблена спроба спростувати чергову наукову догму. Постулат, свого часу висунутий А. Ейнштейном, констатує, що швидкість світла, що досягає в вакуумі 300 тис. Км / с - це максимум, який може бути досягнутий в природі. Професор Раймонд Чу, з університету Берклі, в своїх експериментах досяг швидкості, що перевищує класичну в 1,7 рази. Нині дослідники з інституту корпорації NEC в Прінстоні пішли ще дальше.МОЩНИЙ ІМПУЛЬС СВІТЛА пропускався через 6-сантиметрову «колбу», заповнену спеціально приготованим газоподібним цезієм, - описує хід досвіду кореспондент газети «Санді Таймс», посилаючись на керівника експерименту доктора Лідж-на Ванга .

І прилади показали неймовірну річ - поки основна частина світла зі своєю звичайною швидкістю проходила крізь цезієві осередок, якісь спритні фотони встигали добігти до протилежної стіни лабораторії, що знаходиться приблизно в 18 м, і відзначитися на розташованих там датчиках. Фізики підрахували і переконалися: якщо частки- «торопигі» пролітали 18 м за той же час, за яке нормальні фотони проходили крізь 6-сантиметрову «колбу», - значить, їх швидкість в 300 разів перевищувала швидкість світла! А це порушує непорушність ейнштейнівською 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 як би зникають в одному місці і миттєво виникають вже в іншому. Тобто в наявності так званий ефект нуль ранспортіровкі, або телепортації, про яку так багато писали фантасти у своїх романах. Втім, в ході подальших перевірочних експериментів з'ясувалося, що деякі фотони начебто прибувають в точку призначення навіть раніше, ніж включається їх джерело!

Погодьтеся, цей факт порушує вже не тільки постулати теорії відносності Ейнштейна, а й фундаментальні уявлення про природу Часу, яке, як прийнято вважати, тече тільки в одну сторону і не може бути повернуто назад.

Логічним тут було б тільки одне пояснення - «колба» з газоподібним цезієм працює як своєрідна «машина часу», що посилає частину світлових фотонів в минуле, що і дозволяє їм досягати датчиків раніше, ніж включався джерело світла. НАСТІЛЬКИ НЕЙМОВІРНІ ЕКСПЕРИМЕНТИ вчених з Прінстона не могли не привернути уваги їхніх колег з інших дослідницьких організацій. І не всі з них висловилися з цього приводу скептично.

Керівники Італійського державного дослідного ради повідомили, що недавно їм теж вдалося розігнати мікрохвилі зі швидкістю, на 25% перевищує швидкість світла. Тому в повній достовірності повідомлення американців вони не сумніваються. І все ж поки що важко однозначно оцінити результати експериментів в Прінстоні, так як в повідомленнях, що з'явилися в зарубіжній пресі, сенсаційні досліди описуються лише в загальних рисах.

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

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

Ніяких фізичних провісників, які заздалегідь могли б попередити про сонячному викиді, прилади не реєстрували. У наявності тимчасової феномен, коли
наслідок спостерігається раніше причини. Існування світових фотонов- «поспішайок», що досягають мішені ще до того, як відбувається спалах, могло б пояснити його. А ПОКИ експериментатор СПЕРЕЧАЮТЬСЯ, можуть або не можуть існувати надшвидкісні фотони, теоретики намагаються не тільки пояснити що спостерігаються явища, але і знайти їм практичне застосування.

Як вважає, наприклад, співробітник Головної астрономічної обсерваторії в Пулково, 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 виниклими ще під час Великого Вибуху природними тунелями - так званими «кротовінамі », що зв'язують найвіддаленіші куточки простору.

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

Так що кораблі, вискакують з «кротовін», можуть одночасно надаватися не тільки за тисячі парсеків від нашої планети, але і на мільйони років раніше нашої ери ... Так все це або не так, повинні показати подальші дослідження. Адже треба ще знайти ці тунелі і обстежити їх. Але перший крок в пошуках, схоже, вже зроблений ... Ще в 1994 р російський орбітальний рентгенівський телескоп «Гранат» засік в космосі два спалахи випромінювань, що виходять від якогось джерела гігантської потужності. Дані про це було передано Міжнародному астрономічному союзу з тим, щоб астрофізики, володіють необхідною апаратурою, простежили, що піде за небаченим викидом енергії.

Зі шкільної лави нас вчили - перевищити швидкість світла неможливо, і тому переміщення людини в космічному просторі є великий 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 шалених швидкостях, не тільки не обдуривши, а й виходячи з основоположних законів Альберта Ейнштейна. У всякому разі так стверджує автор проекту двигуна деформації простору Гарольд Уайт.

Ми в редакції визнали новина зовсім фантастичною, тому сьогодні, напередодні Дня космонавтики, публікуємо репортаж Костянтина Какаеса для журналу Popular Science про феноменальному проект NASA, в разі успіху якого людина зможе відправитися за межі Сонячної системи.

У вересні 2012 року кілька сотень вчених, інженерів і космічних ентузіастів зібралися разом для другої публічної зустрічі групи під назвою 100 Year Starship. Групою керує колишній астронавт травня Джемісон, і заснована 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 пілотованому вивченні космічного простору занадто незначні. Незважаючи на мільярди доларів, витрачених в останні кілька кварталів, космічні агентства можуть майже стільки ж, скільки могли в 1960-х. Власне, 100 Year Starship скликана, щоб все це виправити.

Але ближче до справи. Через кілька днів конференції її учасники дійшли до найфантастичніших тем: регенерація органів, проблема організованої релігії на борту корабля і так далі. Одна з найбільш цікавих презентацій на зборах 100 Year Starship називалася «Механіка деформаційного поля 102», і провів її Гарольд «Сонні» Уайт з NASA. Ветеран агентства, Уайт керує просунутої імпульсної програмою в космічному центрі Джонсона (JSC). Разом з п'ятьма колегами він створив «Дорожню карту космічних рухових систем», яка озвучує мети NASA в найближчих космічні подорожі. На плані перераховуються всі види рухових проектів: від вдосконалених хімічних ракет до далекосяжних розробок, на зразок антиматерії або ядерних машин. Але область досліджень Уайта сама футуристична з усіх: вона стосується двигуна деформації простору.

так зазвичай зображують міхур Алькубьерре

Згідно з планом, такий двигун забезпечить переміщення в просторі зі швидкістю, що перевищує швидкість світла. Загальновизнано, що це неможливо, оскільки є явним порушенням теорії відносності Ейнштейна. Але Уайт стверджує зворотне. В якості підтвердження своїх слів він апелює до так званим бульбашок Алькубьерре (рівняння, що виходять з теорії Ейнштейна, згідно з якими тіло в космічному просторі здатне досягати сверхсветових швидкостей, на відміну від тіла в нормальних умовах). У презентації він розповів, як недавно зумів домогтися теоретичних результатів, які безпосередньо ведуть до створення реального двигуна деформації простору.

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

У світлі закриття програми запуску шатлів і все зростаючу роль приватних польотів до навколоземній орбіті NASA заявляє, що переорієнтується на далекосяжні, набагато більш сміливі плани, що виходять далеко за рамки подорожей на Місяць. Досягти цих цілей можна лише за допомогою розвитку нових рухових систем - чим швидше, тим краще. Кілька днів по тому після конференції глава NASA Чарльз Болден, повторив слова Уайта: «Ми хочемо переміщатися 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 тільки як частина цього фантастичного серіалу. Фізик на ім'я Мігель Алькубьерре подивився один з епізодів цього серіалу якраз в той момент, коли працював над докторською в галузі загальної теорії відносності та задавався питанням, чи можливе створення двигуна деформації простору в реальності. У 1994 році він опублікував документ, що викладає цю позицію.

Алькубьерре представив в космосі міхур. У передній частині міхура час-простір скорочується, а в задній - розширюється (як було при Великому вибуху, на думку фізиків). Деформація змусить корабель гладко ковзати в космічному просторі, як якщо б він Серф на хвилі, незважаючи на навколишній шум. В принципі деформований міхур може рухатися скільки завгодно швидко; обмеження в швидкості світла, по теорії Ейнштейна, поширюються тільки в контексті простору-часу, але не в таких викривлення простору-часу. Усередині міхура, як припускав Алькубьерре, простір-час не зміниться, а космічним мандрівникам не буде завдано ніякої шкоди.

Рівняння Ейнштейна в загальній теорії відносності складно вирішити в одному напрямку, з'ясовуючи, як матерія викривляє простір, але це можливо. Використовуючи їх, Алькубьерре визначив, що розподіл матерії є необхідною умовою для створення деформованого міхура. Проблема тільки в тому, що рішення приводили до невизначеній формі матерії під назвою негативна енергія.

Говорячи простою мовою, гравітація - це сила тяжіння між двома об'єктами. Кожен об'єкт незалежно від його розмірів надає деяку силу тяжіння на навколишню матерію. На думку Ейнштейна, ця сила є викривленням простору-часу. Негативна енергія, однак, гравітаційно негативна, тобто відштовхуюче. Замість того щоб 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 не вельми вимірював негативну енергію, згідно з квантовою механікою, вона існує, а вчені навчилися створювати її в лабораторних умовах. Один із способів її відтворення - через Казиміров ефект: дві паралельно проводять пластини, розташовані близько один до одного, створюють деяку кількість негативної енергії. Слабке місце моделі Алькубьерре в тому, що для її здійснення потрібна величезна кількість негативної енергії, на кілька порядків вище, ніж, за оцінками вчених, її можна зробити.

Уайт говорить, 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 було потрібно за оцінками Алькубьерре, і, можливо, досить мало, щоб космічний корабель міг нести кошти його виробництва. «Відкриття, - говорить Уайт, - змінюють метод Алькубьерре з непрактичного на цілком правдоподібний».

РЕПОРТАЖ ІЗ ЛАБОРАТОРИИ УАЙТА

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

Уайт починав свою кар'єру з роботи інженером - проводив дослідження в складі роботичних групи. Згодом він узяв на себе командування всіма крилом, які займаються роботами на МКС, одночасно закінчуючи писати докторську в галузі фізики плазми. Тільки в 2009-му він змінив свої інтереси на вивчення руху, і ця тема захопила його настільки, що стала основною причиною, по якій він відправився працювати на NASA.

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

Уайт веде мене до свого офісу, який ділить з колегою, які займаються пошуками води на Місяці, а після веде вниз до Eagleworks. На ходу він розповідає мені про своє прохання відкрити лабораторію і називає це «довгим важким процесом пошуку просунутого 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, 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 крутіше, ніж деформаційний двигун). Згідно зі звітом NASA за 2011 рік, написаному Уайтом, апарат використовує квантові флуктації в порожньому просторі в якості джерела палива, а значить, космічний корабель, що приводиться в рух QVPT, не вимагає палива.

Двигун використовує квантові флуктації в порожньому просторі в якості джерела палива,
а значить, космічний корабель,
приводиться в рух QVPT, не вимагає палива.

Коли девайс працює, система Уайта виглядає кінематографічно ідеально: колір лазера червоний, і два променя схрещені, як шаблі. Усередині кільця знаходяться чотири керамічних конденсатора, зроблених 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 ».

СУПРОТИВНИКИ ІДЕЇ ДВИГУНА

Поки що теорія деформованого подорожі досить інтуїтивна - деформація часу і простору, щоб створити рухомий міхур, - і в ній є кілька значних недоліків. Навіть якщо Уайт значно зменшить кількість негативної енергії, яку просять Алькубьерре, її все одно буде потрібно більше, ніж здатні зробити вчені, заявляє Лоуренс Форд, фізик-теоретик в університеті Тафтс, за останні 30 років написав безліч статей на тему негативної енергії. Форд і інші фізики заявляють, що є фундаментальні фізичні обмеження, причому справа не стільки в інженерних недосконалості, скільки в тому, що така кількість негативної енергії не може існувати в одному місці тривалий час.

Інша складність: для створення деформаційного кулі, який рухається швидше за світло, вченим потрібно провести 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, буде працювати завдяки якомусь наявного «апарату, який створює необхідні умови». Однак створення цих умов перед кораблем означатиме забезпечення постійної поставки негативної енергії, яка переміщується швидше за швидкість світла, що знову суперечить загальній теорії відносності.

Нарешті, двигун деформації простору ставить концептуальне питання. У загальній теорії відносності подорож на надсвітовою швидкості еквівалентно подорожі в часі. Якщо такий двигун реальний, Уайт створює машину часу.

Ці перешкоди народжують деякі серйозні сумніви. «Не думаю, що відома нам фізика і її закони дозволяють припустити, що він чогось доб'ється своїми експериментами», - говорить Кен Олум, фізик з університету Тафтс, який також брав участь у дебатах щодо екзотичного руху на зборах «100-річчя зоряного корабля ». Ноа Грехам, фізик з коледжу Міддлбёрі, який читав дві роботи Уайта на моє прохання, написав мені e-mail: «Не бачу цінних наукових доказів, крім відсилань до його попередніх робіт».

Алькубьерре, нині фізик в Національному автономному університеті Мексики, і сам висловлює сумнів. «Навіть якщо я стою на космічному кораблі і у мене є в наявності негативна енергія, мені ні за що не помістити її туди, куди потрібно, - каже він мені по телефону зі свого будинку в Мехіко. - Ні, ідея-то чарівна, мені подобається, я ж її сам і написав. Але в ній є пара серйозних недоліків, які я вже зараз, з роками, бачу, і я не знаю жодного способу їх виправити ».

МАЙБУТНЄ шалених швидкостях

Зліва від головних воріт Джонсонского наукового центру лежить на боці ракета «Сатурн-В», її ступені роз'єднані для демонстрації внутрішнього вмісту. Він гігантський - розмір одного з безлічі двигунів дорівнює розміру маленького автомобіля, а сама ракета на пару футів довше, ніж футбольне поле. Це, звичайно, цілком красномовне свідчення особливостей космічного плавання. Крім того, їй 40 років, і час, який вона представляє - коли NASA було частиною величезного національного плану по відправленню людини не Місяць, - давно минуло. Сьогодні JSC - це просто місце, яке колись було великим, але з тих пір покинуло космічний авангард.

Прорив в русі може означати нову еру для JSC і NASA, і в якійсь мірі частина цієї ери починається вже зараз. Зонд Dawn ( «Світанок»), запущений в 2007-му, вивчає кільце астероїдів за допомогою іонних двигунів. У 2010-му японці ввели в експлуатацію «Ікар», перший міжпланетний зоряний корабель, що приводиться в рух 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 в ISS. Але коли ці системи, можливо, доставлять астронавтів на Марс, вони все ще не будуть здатні закинути їх за межі Сонячної системи. Щоб домогтися цього, за словами Уайта, NASA буде потрібно піти на більш ризиковані проекти.

Деформаційний двигун - можливо, саме притягнуте за вуха з НАСАвських зусиль зі створення проектів руху. Наукове співтовариство заявляє, що Уайт не може створити його. Експерти заявляють, що він працює проти законів природи і фізики. Незважаючи на це, за проектом стоїть NASA. «Його субсидують не на тому високому державному рівні, на якому повинні були б, - каже Апплуайт. - Я думаю, що у дирекції є якийсь особливий інтерес в тому, щоб він продовжував свою роботу; це одна з тих теоретичних концепцій, в разі успіхів яких гра міняється повністю ».

У січні Уайт зібрав свій деформаційний интерферометр і рушив до наступної мети. Eagleworks переріс власний будинок. Нова лабораторія більше і, як він заявляє з ентузіазмом, «сейсмічно ізольована», маючи на увазі, що він захищений від коливань. Але, можливо, краще в новій лабораторії (і найбільш вражаюче) - то, що NASA створило Уайту такі ж умови, що були у Ніла Армстронга і Базза Олдрина на Місяці. Що ж, подивимося.