В сентябре 2011 года, физик Антонио Ereditato брошенный мир в шок. Его высказывания могут революционизировать наше понимание Вселенной. Если данные, собранные по 160 проект ученых оперы, было правильным, видели огромный. Частицы — в этом случае нейтрино двигались быстрее скорости света. Согласно теории относительности, невозможно. И последствия такого замечания была бы невероятной. Возможно, пришлось бы пересмотреть самые основы физики.
Хотя сказал Ereditato он и его команда были «очень уверены» в своих выводах, они не говорят, что они были абсолютно точны. Наоборот, они просили других ученых, чтобы помочь им понять, что происходит.
В итоге оказалось, что результаты опера ошибались. Из-за плохо подключенного кабеля есть проблемы с синхронизацией, и сигналы от спутников GPS, были неточными. Возникла неожиданная задержка в сигнале. Как следствие, чтобы измерить время, которое потребовалось, нейтрино, чтобы преодолеть определенное расстояние, показал 73 лишние наносекунды: казалось, что нейтрино, летящие быстрее света.
Несмотря на месяцы тщательной проверке до начала эксперимента и повторно проверить впоследствии данные, исследователи допустили серьезную ошибку. Ereditato в отставку, в отличие от наблюдений многих, что подобные ошибки всегда были из-за чрезвычайной сложности устройства ускорителей заряженных частиц.
Почему предположение — только предположение — что что-то может двигаться быстрее, чем свет, вызвало такой шум? Как мы можем быть уверены, что ничто не может преодолеть этот барьер?
Давайте сначала посмотрим на второй из этих вопросов. Скорость света в вакууме составляет 299 792,458 км / сек — для простоты, что данное число округляется до 300 000 километров в секунду. Это очень быстро. Солнца составляет 150 миллионов километров от Земли, и свет от него доходит до Земли всего за восемь минут и двадцать секунд.
Может любой из наших творений, чтобы конкурировать в гонке со светом? Один из самых быстрых искусственный объект, когда-либо построенных, космический зонд новые горизонты пролетел мимо Плутона и Харона в июле 2015 года. Он достиг скорости относительно Земли 16 км/C. Намного меньше, чем 300 000 км/с.
Мы были, однако, мелкие частицы, которые двигались очень быстро. В начале 1960-х годов Уильям Bertozzi Массачусетского технологического института экспериментировали с ускорением электронов до более высоких скоростях.
Так как электроны имеют отрицательный заряд, и они могут распространяться — или, скорее, на пресс — посредством одного и того же отрицательного заряда в материале. Чем больше энергии используется, тем быстрее электроны ускоряются.
Можно подумать, что вам просто необходимо увеличить энергию, поставленную разгоняться до скорости 300 000 км/с. Но оказывается, что электроны просто не могут двигаться так быстро. Bertozzi экспериментов показали, что, используя больше энергии не приводит к прямо пропорционально скорости электронов.
Вместо этого вы должны положить в огромных количествах дополнительную энергию, чтобы сделать небольшое изменение скорости электронов. Она приближается к скорости света, чтобы получить все ближе и ближе, но так и не дошли.
Представьте себе, двигаясь к двери мелкими шажками, каждый из которых достигал половины расстояния от Вашего текущего положения к двери. Строго говоря, вы никогда не дойдете до двери, потому что после каждого шага вам потребуется, чтобы сохранить расстояние, которое необходимо преодолеть. Об этой проблеме, Bertozzi была связана с их электронами.
Но свет состоит из частиц, называемых фотонами. Почему эти частицы могут двигаться со скоростью света, и это означает, что электроны не могут?
«Так как объекты движутся быстрее и быстрее, они становятся тяжелее — чем они тяжелее, тем труднее его ускорить, так что вы никогда не достичь скорости света», — говорит Роджер рассул, физик из Университета Мельбурна в Австралии. «Фотон не имеет массы. Если бы он масса, он может двигаться со скоростью света».
Фотоны специальные. У них не только отсутствует вес, что дает им полную свободу передвижения в космическом вакууме, они по-прежнему должны ускорить не. Природной энергии, как у них, перемещается волнами, как они, таким образом, на момент их создания, они уже имеют максимальную скорость. В некотором смысле это легче думать о свете как энергии, а не как поток частиц, хотя, по правде говоря, свет и другое.
Но свет движется гораздо медленнее, чем мы могли ожидать. Хотя Интернет-технологии, которые любят рассуждать о коммуникации, чтобы работать «со скоростью света в оптических волокнах, свет проходит 40% медленнее в стекло, стекловолокно, чем в вакууме.
В самом деле, фотоны движутся со скоростью 300 000 км/с, но столкнулся с определенной степенью помех-это помехи, вызванные другими фотоны, которые вылетают из атомов стекла, когда свет проходит основная волна. Чтобы понять это может быть трудно, но по крайней мере мы попытались.
Также, в специальных экспериментах с отдельными фотонами, это было возможно, чтобы замедлить их, очень впечатляет. Но в большинстве случаев там будет достаточное количество 300 000 евро. Мы не могли видеть и не создать нечто, что могло двигаться так быстро, или даже быстрее. Есть особые моменты, но прежде чем мы это сделаем, давайте касания на одном другом районе. Почему так важно, чтобы определения скорости света был проведен строго?
Ответ связан с человеком по имени Альберт Эйнштейн, как это часто бывает в физике. Его специальная теория относительности исследует множество последствий своего универсального предела скорости. Одним из основных элементов в теории является идея, что скорость света постоянна. Независимо от того, где вы находитесь и как быстро вы двигаетесь, свет всегда движется с одинаковой скоростью.
Но она включает в себя несколько концептуальных проблем.
Представьте себе свет, который падает от фонаря к зеркалу на потолке стационарного аппарата. Зажигаются огни, в зеркале отражается и падает на пол корабля. Скажем, он преодолевает расстояние в 10 метров.
А теперь представьте, что этот корабль начинают двигаться с огромной скоростью в тысячи километров в секунду. Когда вы включаете фонарик, свет ведет себя как и прежде: светит вверх, нажмите в зеркала и свое отражение в полу. Но для этого, свет будет иметь, чтобы преодолеть расстояние диагональные, а не вертикальные. В конце концов, зеркало-это теперь быстро движется вместе с кораблем.
Соответственно, с увеличенным расстоянием, которое свет преодолевает. Например, 5 метров. Идет 15 метров всего, а не 10.
И несмотря на это, даже если расстояние увеличивается, теория Эйнштейна гласит, что свет все равно будет двигаться в том же темпе. Поскольку скорость-это расстояние деленное на время, раз скорость осталась та же, и расстояние увеличивается, время также должно быть увеличено. Да, время, чтобы растянуть. И хотя это звучит странно, но это было подтверждено экспериментально.
Это явление называется замедлением времени. Время идет медленнее для людей, которые путешествуют в быстро движущихся автомобилей, по сравнению с теми, что находятся в неподвижном состоянии.
Например, проходит время 0,007 секунд медленнее для астронавтов на Международную космическую станцию, которая движется со скоростью в 7,66 км/с относительно Земли, если сравнивать с людьми на планете. Еще более интересна ситуация с вышеупомянутыми частицами, как электроны, которые могут двигаться со скоростью близкой к скорости света. В случае этих частиц, степень замедления будет огромна.
Стивен гол даммер, физик-экспериментатор из Университета Оксфорда в Англии, показывает пример частицы, называемые мюонами.
Мюоны нестабильны: они быстро растворяются в более мелкие частицы. Так быстро, что большинство мюонов оставляя солнце нужно расстаться на время, чтобы достичь Земли. Но на самом деле мюоны поступают на Землю от Солнца в огромных количествах. Физики долго пытались разобраться, почему.
«Ответом на эту загадку является то, что мюоны создаются с такой энергией, которая движется со скоростью, близкой к световой,» сказал гол даммер. — Их ощущение времени, так сказать, свои внутренние часы отстают».
Мюоны «живут» дольше, чем ожидалось с нами, из-за этого, естественного искривления времени. Когда объекты быстро движутся относительно других объектов, их длина тоже уменьшается, сжимается. Эти эффекты, замедление времени и сокращение длины, представляющие примеры пространства-времени в зависимости от движения вещей, — я, ты, или космический корабль — с массой.
Главное, как сказал Эйнштейн, на свет не влияет, поскольку не имеет массы. Поэтому, именно эти принципы идут рука об руку. Если объекты могут двигаться быстрее, чем свет, они будут подчиняться фундаментальные законы, описывающие работу во Вселенной. Это основные принципы. Теперь мы можем говорить о нескольких исключениях.
С одной стороны, хотя мы не видели ничего, что могло бы двигаться быстрее света, это не значит, что этот предел скорости теоретически невозможно взломать в очень специфических условиях. Взять, например, расширение Вселенной. Галактики во Вселенной удаляются друг от друга со скоростью большей, чем скорость света.
Еще одна интересная ситуация касается частиц, которые разделяют одинаковые свойства, в то же время, независимо от того, как далеко друг от друга. Это так называемая «квантовая запутанность». Фотон вращает вверх и вниз, случайный выбор из двух возможных режимов, но выбор направления вращения будет точно отражено в другие фотона других местах, если они теряются.
Два исследователя, каждый из которых изучает свою собственную фотона, получим тот же результат, в то же время, быстрее, чем можно было бы допустить, что скорость света.
Но в обоих этих примерах, важно отметить, что никакая информация не может двигаться быстрее, чем скорость света между двумя объектами. Мы можем рассчитать расширение Вселенной, но не может наблюдать объекты быстрее скорости света в ней: они исчезли из виду.
Что касается двух ученых с их фотоны, даже если они могли бы получить результат за один раз, они не могли давать знать друг друга быстрее, чем свет проходит между ними.
«Это не создает никаких проблем для нас, потому что, если Вы не в состоянии посылать сигналы быстрее скорости света, можно получить причудливые парадоксы, в соответствии с информацией, которая могла бы хоть как-то путешествие в прошлое», — сказал гол даммер.
Существует и другой возможный способ, чтобы сделать быстрее, чем свет путешествия это технически возможно: раздробленность в пространстве-времени, которое позволит путешественнику избежать обычных правил проезда.
Джеральд кливер из Университета Бэйлора в Техасе считает, что однажды мы сможем построить космический корабль, который движется быстрее, чем свет. Перемещение через червоточину. Червоточина представляет собой петлю в пространстве-времени, которое прекрасно вписывается в теорию Апѕапабыл. Они могут привести к космонавту, чтобы перейти от одного конца Вселенной на другой осуществляется с помощью аномалий в пространстве-времени, своего рода космические комбинации.
Объект путешествия через червоточину, не будет превышать скорость света, но теоретически можем добраться до пункта назначения быстрее, чем свет, который идет по «нормальному» пути. Но кротовые норы могут быть недоступны для аэрокосмической отрасли. Мог ли быть другой путь к активной для искажения пространства-времени для перемещения быстрее, чем 300 000 км/с по отношению друг к другу?
Кливер также исследовал идею «Варп-двигатель», предложенная физиком-теоретиком Мигелем Алькубьерре в 1994 году. Он описывает ситуацию, в которой пространство-время сжимается в передней части корабля, толкая его вперед, и продлить за ним, и толкают его вперед. «Но тогда», — говорит тесак, «есть проблема: как это сделать, и сколько понадобится энергии».
В 2008 году он и его ученик Ричард Obousy подсчитали, сколько нужно энергии.
«Мы ввели судно 10 м х 10 м х 10 м — 1000 кубов — и подсчитал, что количество энергии, необходимое для инициации процесса, соответствовало бы вся масса Юпитера».
После этого энергия должна быть постоянно «завершен», этот процесс еще не закончился. Никто не знает, если он когда-нибудь будет возможно, или какие потребуются аналогичные технологии. «Я не буду у тебя, так веков цитировали, как я предсказал то, что никогда не будет работать», — говорит дровосек, — «но я не вижу решения».
Так что путешествовать быстрее, чем скорость света, это все равно фикция на данный момент. Пока единственный способ, чтобы посетить экзопланеты в моей жизни — погружение в глубокий сон. И все-таки не все так плохо. В большинстве случаев речь идет о видимом свете. Но в реальности свет намного больше, чем это. Из радиоволны и микроволны, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи, испускаемые атомами в процессе урегулирования — все эти красивые лучи, состоит из одно и то же: фотоны.
Разница в энергии, и, следовательно, от длины волны. Все вместе, эти лучи образуют электромагнитный спектр. Радиоволн, например, движется со скоростью света-это невероятно полезная для общения.
В своем исследовании, Althamer создает систему, которая использует фотоны для передачи сигналов из одной части карты до другой, так что он заслуживает право комментировать невероятной полезности скоростью света.
«То, что мы построили инфраструктуру Интернета, например, и перед ним, и радио, световых, относится к легкости, с которой мы можем взаимодействовать», — сказал он. Он добавляет, что свет действует как связь силы во Вселенной. Когда электроны в сотовом телефоне начинает дрожать, фотоны испускаются и для получения электронов в секунду мобильный телефон, дрожит, также. Так родилась телефону. Дрожь электронов на солнце также испускает фотоны — в больших количествах — которые, конечно, форма, свет, дающий жизнь на Земле, тепло и, кхм, свет.
Свет-это универсальный язык Вселенной. Его скорость 299 792,458 км/с остается постоянным. Тем временем, пространство и время податливый. Возможно, мы должны думать не о том, как вы можете двигаться быстрее, чем свет, и как быстро ориентироваться в этом пространстве и в этом времени? В Старый корень, так сказать?
Давайте посмотрим: почему ничто не может быть быстрее света?
Илья Целом
