Что быстрее скорости света: Нейтрино движется быстрее скорости света! — ФПФЭ

Нейтрино движется быстрее скорости света! — ФПФЭ

В пятницу 23 сентября в архиве электронных препринтов появилась статья коллаборации OPERA, посвященная прямому измерению скорости движения нейтрино. Результаты звучат сенсационно: скорость нейтрино оказалась слегка — но статистически достоверно! — больше скорости света. Статья коллаборации содержит анализ разнообразных источников погрешностей и неопределенностей, однако реакция подавляющего большинства физиков остается очень скептической, прежде всего потому, что такой результат не согласуется с другими экспериментальными данными по свойствам нейтрино.

Подробности эксперимента

Идея эксперимента (см. OPERA experiment) очень проста. Нейтринный пучок рождается в ЦЕРНе, летит сквозь Землю в итальянскую лабораторию Гран-Сассо и проходит там сквозь специальный нейтринный детектор OPERA. Нейтрино очень слабо взаимодействуют с веществом, но из-за того, что их поток из ЦЕРНа очень велик, некоторые нейтрино всё же сталкиваются с атомами внутри детектора. Там они порождают каскад заряженных частиц и тем самым оставляют в детекторе свой сигнал. Нейтрино в ЦЕРНе рождаются не непрерывно, а «всплесками», и если мы знаем момент рождения нейтрино и момент его поглощения в детекторе, а также расстояние между двумя лабораториями, мы можем вычислить скорость движения нейтрино.

Расстояние между источником и детектором по прямой составляет примерно 730 км и измерено оно с точностью 20 см (точное расстояние между реперными точками составляет 730 534,61 ± 0,20 метров). Правда, процесс, приводящий к рождению нейтрино, вовсе не локализован с такой точностью. В ЦЕРНе пучок протонов высокой энергии вылетает из ускорителя SPS, сбрасывается на графитовую мишень и порождает в ней вторичные частицы, в том числе мезоны. Они по-прежнему летят вперед с околосветовой скоростью и на лету распадаются на мюоны с испусканием нейтрино. Мюоны тоже распадаются и порождают дополнительные нейтрино. Затем все частицы, кроме нейтрино, поглощаются в толще вещества, а те беспрепятственно долетают до места детектирования. Общая схема этой части эксперимента приведена на рис. 1.

Весь каскад, приводящий к появлению нейтринного пучка, может растянуться на сотни метров. Однако поскольку все частицы в этом сгустке летят вперед с околосветовой скоростью, для времени детектирования нет практически никакой разницы, родилось нейтрино сразу или через километр пути (однако имеет большое значение, когда именно тот исходный протон, который привел к рождению данного нейтрино, вылетел из ускорителя). В результате рожденные нейтрино по большому счету просто повторяют профиль исходного протонного пучка. Поэтому ключевым параметром здесь является именно временной профиль пучка протонов, вылетающих из ускорителя, в особенности — точное положение его переднего и заднего фронтов, а этот профиль измеряется с хорошим временным разрешением (см. рис. 2).

Каждый сеанс сброса протонного пучка на мишень (по-английски такой сеанс называется spill, «выплеск») длится примерно 10 микросекунд и приводит к рождению огромного числа нейтрино. Однако практически все они пролетают Землю (и детектор) насквозь без взаимодействия. В тех же редких случаях, когда детектор всё-таки регистрирует нейтрино, невозможно сказать, в какой именно момент в течение 10-микросекундного интервала оно было испущено. Анализ можно провести лишь статистически, то есть накопить много случаев детектирования нейтрино и построить их распределение по временам относительно момента начала отсчета для каждого сеанса. В детекторе за начало отсчета принимается тот момент времени, когда условный сигнал, движущийся со скоростью света и излученный ровно в момент переднего фронта протонного пучка, достигает детектора. Точное измерение этого момента стало возможно благодаря синхронизации часов в двух лабораториях с точностью в несколько наносекунд.

На рис. 3 показан пример такого распределения. Черные точки — это реальные нейтринные данные, зарегистрированные детектором и просуммированные по большому числу сеансов. Красная кривая показывает условный «опорный» сигнал, который двигался бы со скоростью света. Видно, что данные начинаются примерно на 1048,5 нс раньше опорного сигнала. Это, впрочем, еще не означает, что нейтрино действительно на микросекунду опережает свет, а является лишь поводом для того, чтобы тщательно перемерить все длины кабелей, скорости срабатывания аппаратуры, времена задержки электроники и так далее. Эта перепроверка была выполнена, и оказалось, что она смещает «опорный» момент на 988 нс. Таким образом, получается, что нейтринный сигнал действительно обгоняет опорный, но лишь примерно на 60 наносекунд. В пересчете на скорость нейтрино это отвечает превышению скорости света примерно на 0,0025%.

Погрешность этого измерения была оценена авторами анализа в 10 наносекунд, что включает в себя и статистическую, и систематическую погрешности. Таким образом, авторы утверждают, что они «видят» сверхсветовое движение нейтрино на уровне статистической достоверности в шесть стандартных отклонений.

Отличие результатов от ожиданий на шесть стандартных отклонений уже достаточно велико и называется в физике элементарных частиц громким словом «открытие». Однако надо правильно понимать это число: оно лишь означает, что вероятность статистической флуктуации в данных очень мала, но не говорит о том, насколько надежна методика обработки данных и насколько хорошо физики учли все инструментальные погрешности. В конце концов, в физике элементарных частиц имеется немало примеров, когда необычные сигналы с исключительно большой статистической достоверностью не подтверждались другими экспериментами.

Чему противоречат сверхсветовые нейтрино?

Вопреки широко распространенному мнению, специальная теория относительности не запрещает само по себе существование частиц, движущихся со сверхсветовой скоростью. Однако для таких частиц (их обобщенно называют «тахионы») скорость света тоже является пределом, но только снизу — они не могут двигаться медленнее нее. При этом зависимость энергии частиц от скорости получается обратной: чем больше энергия, тем ближе скорость тахионов к скорости света.

Гораздо более серьезные проблемы начинаются в квантовой теории поля. Эта теория приходит на смену квантовой механике, когда речь идет про квантовые частицы с большими энергиями. В этой теории частицы — это не точки, а, условно говоря, сгустки материального поля, и рассматривать их отдельно от поля нельзя. Оказывается, что тахионы понижают энергию поля, а значит, делают вакуум нестабильным. Пустоте тогда выгоднее спонтанно рассыпаться на огромное число этих частиц, и потому рассматривать движение одного тахиона в обычном пустом пространстве просто бессмысленно. Можно сказать, что тахион — это не частица, а нестабильность вакуума.

В случае тахионов-фермионов ситуация несколько сложнее, но и там тоже возникают сравнимые трудности, мешающие созданию самосогласованной тахионной квантовой теории поля, включающей обычную теорию относительности.

Впрочем, это тоже не последнее слово в теории. Так же, как экспериментаторы измеряют всё, что поддается измерению, теоретики тоже проверяют все возможные гипотетические модели, которые не противоречат имеющимся данным. В частности, существуют теории, в которых допускается небольшое, не замеченное пока отклонение от постулатов теории относительности — например, скорость света сама по себе может быть переменной величиной. Прямой экспериментальной поддержки у таких теорий пока нет, но они пока и не закрыты.

Под этой краткой зарисовкой теоретических возможностей можно подвести такой итог: несмотря на то что в некоторых теоретических моделях движение со сверхсветовой скоростью возможно, они остаются исключительно гипотетическими конструкциями. Все имеющиеся на сегодня экспериментальные данные описываются стандартными теориями без сверхсветового движения. Поэтому если бы оно достоверно подтвердилось хоть для каких-нибудь частиц, квантовую теорию поля пришлось бы кардинально переделывать.

Стоит ли считать результат OPERA в этом смысле «первой ласточкой»? Пока нет. Пожалуй, самым главным поводом для скепсиса остается тот факт, что результат OPERA не согласуется с другими экспериментальными данными по нейтрино.

Во-первых, во время знаменитой вспышки сверхновой SN1987A были зарегистрированы и нейтрино, которые пришли за несколько часов до светового импульса. Это не означает, что нейтрино шли быстрее света, а лишь отражает тот факт, что нейтрино излучаются на более раннем этапе коллапса ядра при вспышке сверхновой, чем свет. Однако раз нейтрино и свет, проведя в пути 170 тысяч лет, не разошлись более, чем на несколько часов, значит, скорости у них очень близки и различаются не более чем на миллиардные доли. Эксперимент же OPERA показывает в тысячи раз более сильное расхождение.

Тут, конечно, можно сказать, что нейтрино, рождающиеся при вспышках сверхновых, и нейтрино из ЦЕРНа сильно различаются по энергии (несколько десятков МэВ в сверхновых и 10–40 ГэВ в описываемом эксперименте), а скорость нейтрино меняется в зависимости от энергии. Но это изменение в данном случае работает в «неправильную» сторону: ведь чем выше энергия тахионов, тем ближе их скорость должна быть к скорости света. Конечно, и тут можно придумать какую-то модификацию тахионной теории, в которой эта зависимость была бы совсем другой, но в таком случае придется уже обсуждать «дважды-гипотетическую» модель.

Далее, из множества экспериментальных данных по нейтринным осцилляциям, полученным за последние годы, следует, что массы всех нейтрино отличаются друг от друга лишь на доли электронвольта. Если результат OPERA воспринимать как проявление сверхсветового движения нейтрино, то тогда величина квадрата массы хотя бы одного нейтрино будет порядка –(100 МэВ)² (отрицательный квадрат массы — это и есть математическое проявление того, что частица считается тахионом). Тогда придется признать, что все сорта нейтрино — тахионы и обладают примерно такой массой. С другой стороны, прямое измерение массы нейтрино в бета-распаде ядер трития показывает, что масса нейтрино (по модулю) не должна превышать 2 электронвольта. Иными словами, все эти данные согласовать друг с другом не удастся.

Вывод отсюда можно сделать такой: заявленный результат коллаборации OPERA трудно вместить в какие-либо, даже в самые экзотические теоретические модели.

Что дальше?

Во всех больших коллаборациях в физике элементарных частиц нормальной практикой является ситуация, когда каждый конкретный анализ выполняется небольшой группой участников, и лишь затем результаты выносятся на общее обсуждение. В данном случае, по-видимому, этот этап был слишком кратким, в результате чего далеко не все участники коллаборации согласились подставить свою подпись под статьей (полный список насчитывает 216 участников эксперимента, а у препринта имеется лишь 174 автора). Поэтому в ближайшее время, по всей видимости, внутри коллаборации будет проведено множество дополнительных проверок, и только после этого статья будет послана в печать.

Конечно, сейчас можно ожидать и поток теоретических статей с разнообразными экзотическими объяснениями этого результата. Однако пока заявленный результат не будет надежно перепроверен, считать его полноправным открытием нельзя.

Источник

• Элементы

Быстрее света – Учительская газета

Считается, что самая большая скорость во Вселенной – это скорость света, она составляет около 300 тысяч километров в секунду. Однако совсем недавно физики из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии и Университета Рочестера в Нью-Йорке смогли доказать, что и эту скорость можно превысить.

Скоростью света именуют абсолютную величину скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. Она является одной из фундаментальных физических постоянных и на данный момент считается равной 299792458 метров в секунду, или 1079252848,8 километра в час. Согласно теории относительности Эйнштейна этот параметр не зависит от выбора инерциальной системы отсчета.

То есть скорость света в вакууме является одинаковой во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно по отношению друг к другу. Из этого следует, что скорость любого сигнала или элементарной частицы не может превышать скорости света. Если бы она не являлась постоянной величиной, то был бы нарушен принцип причинности и сигналы из будущего могли бы доходить в прошлое. Теоретически мы могли бы получать электронные сообщения, которые еще не написаны… Можно пофантазировать и насчет машины времени.

Хотя в принципе некоторые объекты способны передвигаться и со скоростью большей, чем свет, их нельзя использовать для переноса информации. Скажем, солнечный зайчик может двигаться по стене со сверхсветовой скоростью, но, если вы попытаетесь при его помощи с такой же скоростью перенести информацию от одной точки стены к другой, вам это никак не удастся.

Так что нельзя было бы применить это свойство солнечного зайчика для создания сверхбыстрых компьютеров, например.

Ученые во всем мире уже давно экспериментируют в лабораториях с изменением скорости световых импульсов, как замедлением их, так и ускорением. При этом в предыдущих опытах использовались самые разные материалы, например холодные атомные газы, светопреломляющие кристаллы и оптические волокна.

Не дремлют и разработчики космических аппаратов. Надежды здесь возлагаются в основном на использование в космических двигателях антиматерии. По мнению исследователей, более 20% Вселенной составляет загадочная темная материя, которая не пропускает электромагнитного излучения и которую невозможно увидеть. Однако ее следы обнаружить все-таки можно по наличию позитронов – античастиц, входящих в состав космических лучей.

Как полагают физики, темная материя состоит из вимпов – слабо взаимодействующих между собой тяжелых частиц. Для них характерны только слабое ядерное и гравитационное взаимодействия, поэтому их довольно сложно обнаружить экспериментальным путем. Масса вимпов должна как минимум в десятки раз превосходить массу протона. При этом они должны двигаться хаотически и со средней скоростью около 300 километров в секунду…

При контакте частиц обычного вещества и антивещества происходит их аннигиляция. При этом выделяется количество энергии, в тысячи раз превышающее выброс при ядерной реакции и в миллиарды раз – выброс при сжигании углеводородов. Таким образом, если бы удалось сконструировать двигатель, работающий на основе антиматерии, это стало бы настоящим прорывом и открыло перед человечеством невиданные перспективы.

И попытки делаются. Так, физик Мигель Алькубьерре планировал построить аппарат с так называемым варп-двигателем в форме мяча для регби, окруженного плоским кольцом. Но оказалось, что для этого потребуется сгусток антиматерии размером с Юпитер.
Сотрудник НАСА Гарольд Уайт модифицировал данный проект.

Теперь кораблю требовалось для движения всего полтонны антиматерии. Устройство позволяло искривлять пространство-время и двигаться в 10 раз быстрее скорости света. Это предполагало, что путь к ближайшей от Солнца звезде должен занять всего четыре-пять месяцев.

Главная трудность, связанная с проектом, – нестабильность антивещества. Всего треть грамма антиматерии может высвободить количество энергии, аналогичное тому, что «выплеснулось» при бомбардировке Хиросимы. Если же построить корабль по расчетам Уайта, то энергии вырвется столько, что хватит на полтора миллиона Хиросим, и земной шар может быть уничтожен…

Чем же отличились ученые из лаборатории Лоуренса и Университета Рочестера? Как пишет Physical Review Letters, им удалось смоделировать соответствующую ситуацию, используя в качестве среды для моделирования облако горячих заряженных частиц. Импульсы световых частиц – фотонов – при столкновении могут создавать волны, проходящие через вещество с так называемой групповой скоростью (в научной терминологии – «волна волн»).

Исследователи сумели оторвать электроны от ионов водорода и гелия в световом потоке, посылаемом через плазму вторым источником света, и групповая скорость этого потока стала меняться. Постепенно меняя электромагнитные условия, специалисты научились корректировать скорость световых волн в плазме, то замедляя ее до одной десятой от обычной скорости света в вакууме, то превышая на 30%.

Чем же может быть полезно данное открытие? Оно не только дает нам знание о реализации сверхсветовых скоростей, но и способствует созданию сверхмощных лазерных установок. В современных лазерах применяются твердотельные оптические материалы, которые при наличии высоких энергий легко повреждаются. Решить проблему помогло бы использование потоков плазмы для изменения световых параметров.

До межгалактических перелетов нам пока далеко, это факт. Зато уже в ближайшее время на основе этих установок можно будет создавать экологичные ускорители частиц и термоядерные реакторы, которые позволят генерировать колоссальные объемы энергии, не нанося ущерба окружающей среде. Например, топливом для таких реакторов мог бы стать лед, а не традиционный газообразный водород.

Лада КОВАЛЕНКО

Что быстрее скорости света?

Еще в 2018 году астрономы, изучавшие руины двух столкнувшихся нейтронных звезд на снимках космического телескопа Хаббл, заметили кое-что необычное: поток ярких высокоэнергетических ионов, летящий от места слияния в направлении Земли со скоростью, в семь раз превышающей скорость света.

Это казалось неправильным, поэтому команда пересчитала данные с помощью наблюдений с другого радиотелескопа. В этих наблюдениях поток летел со скоростью всего в четыре раза превышающей скорость света.

Это все еще казалось неправильным. Ничто во Вселенной не может двигаться быстрее скорости света. Как оказалось, это была иллюзия, поясняется в исследовании, опубликованном ранее в этом месяце в журнале Nature .

[Связано: Мы всё это время неправильно измеряли гравитацию?]

Явление, из-за которого частицы в космосе кажутся движущимися быстрее света, называется сверхсветовым движением. Фраза соответствует иллюзии: она означает «больше, чем свет», но на самом деле описывает трюк, когда объект, движущийся к вам, кажется намного быстрее, чем его реальная скорость. В космосе существуют высокоэнергетические потоки, которые могут претендовать на скорость, превышающую скорость света, — сегодня астрономы наблюдают их все больше.

«Они выглядят так, будто движутся по небу с невероятной скоростью, но на самом деле они движутся к вам и по небу одновременно», — говорит Джей Андерсон, астроном из Научного института космического телескопа в Мэриленд, который много работал с Хабблом и помог написать статью Nature .

Чтобы определить истинную скорость своего самолета, Андерсон и его коллеги сравнили наблюдения Хаббла и радиотелескопа. В конечном итоге они подсчитали, что струя приближалась прямо к Земле примерно в 99,95 процента скорости света. Это очень близко к скорости света, но не намного быстрее ее.

Насколько нам известно, ничто на нашей планете или за ее пределами не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света. Это было доказано снова и снова с помощью законов специальной теории относительности, изложенных на бумаге Альбертом Эйнштейном столетие назад. Свет, который движется со скоростью около 670 миллионов миль в час, является пределом космической скорости. Мало того, специальная теория относительности утверждает, что скорость света постоянна независимо от того, кто или что ее наблюдает.

Но специальная теория относительности не запрещает вещам двигаться со скоростью, близкой к скорости света (космические лучи и частицы от солнечных вспышек — некоторые примеры). Вот где вступает в действие сверхсветовое движение. Когда что-то движется к вам, расстояние, на которое его свет и изображение должны достичь вас, уменьшается. В повседневной жизни это на самом деле не имеет значения: даже кажущиеся быстрыми вещи, такие как самолет, летящий по небу над вами, не движутся даже близко со скоростью света.

[См. также: Ознакомьтесь с последней версией сверхзвукового самолета Boom]

Но когда что-то движется с высокой скоростью в сотни миллионов миль в час в правильном направлении, расстояние между объектом и воспринимающим (будь то человек или объектив камеры) очень быстро сокращается. Это создает иллюзию того, что что-то приближается быстрее, чем есть на самом деле. Ни наши глаза, ни наши телескопы не могут различить разницу, а это означает, что астрономам приходится вычислять реальную скорость объекта на основе данных, собранных на изображениях.

Исследователи новой 9Бумага 0007 Nature была не первой, кто столкнулся со сверхсветовым движением. На самом деле, они опоздали более чем на столетие. В 1901 году астрономы, сканирующие ночное небо, мельком увидели новую звезду в направлении созвездия Персея. Это были остатки белого карлика, который съел внешнюю оболочку соседнего газового гиганта, ненадолго вспыхнув достаточно ярко, чтобы увидеть его невооруженным глазом. Астрономы поймали пузырь, надувающийся из новой звезды с головокружительной скоростью. Но поскольку общей теории относительности в то время не существовало, событие быстро стерлось из памяти.

К 1970-м и 1980-м годам это явление снова стало популярным. К тому времени астрономы находили всевозможные странные высокоэнергетические объекты в отдаленных уголках Вселенной: квазары и активные галактики, все из которых могли выбрасывать струи вещества. Большую часть времени эти объекты питались от черных дыр, которые извергали высокоэнергетические струи, движущиеся почти со скоростью света. В зависимости от массы и силы черной дыры, из которой они произошли, они могут растянуться на тысячи, сотни тысяч или даже миллионы световых лет, чтобы достичь Земли.

Когда далекие объекты приближаются, ни наши глаза, ни наши телескопы не могут различить их, создавая иллюзию, что они движутся все быстрее и быстрее.

Примерно в то же время ученые, изучающие радиоволны, стали замечать достаточно ложных спидеров, чтобы поднять тревогу. Они даже нашли джет из одной далекой галактики, скорость которого почти в 10 раз превышала скорость света. Наблюдения вызвали изрядную тревогу у астрономов, хотя к тому времени механизмы были хорошо изучены.

За прошедшие десятилетия количество наблюдений сверхсветового движения увеличилось. Астрономы наблюдают в телескопы постоянно растущее число джетов, особенно те, которые летают в космосе, такие как Хаббл или космический телескоп Джеймса Уэбба. Когда свету не нужно проходить через атмосферу Земли, их разрешение может быть намного выше. Это помогает командам находить больше струй, которые находятся дальше (например, от древних, далеких галактик), и помогает им более подробно рассматривать более близкие струи. «На снимках с телескопа Хаббла вещи выделяются намного лучше, чем на наземных снимках, — говорит Андерсон.

[См. также: Это изображение покачивается при прокрутке — или нет?]

Возьмем, к примеру, далекую галактику M87, чья гигантская центральная черная дыра выпустила струю, частота которой, по-видимому, составляла от 4 до 6 раз больше скорость света. К 1990-м годам Хаббл смог заглянуть в поток энергии и обнаружить, что его части движутся с разной скоростью. «Вы действительно могли видеть особенности движения струи и измерять расположение этих особенностей», — объясняет Андерсон.

У астрономов есть веские причины интересоваться такими головокружительными струями, особенно сейчас. В случае столкновения нейтронных звезд из исследования Nature авария вызвала гамма-всплеск, тип высокоэнергетического взрыва, который до сих пор плохо изучен. Это событие также вызвало бурю гравитационных волн, вызвавшую рябь в пространстве-времени, которую исследователи теперь могут улавливать и наблюдать. Но пока они не откроют какую-то странную новую физику материи, летящей в космосе, скорость света остается жестким пределом.

Может ли что-нибудь двигаться быстрее скорости света?

Впечатление художника от лучей света. Теория специальной теории относительности Альберта Эйнштейна утверждает, что свет в вакууме распространяется так быстро, что ничто во Вселенной не способно двигаться быстрее.
(Изображение предоставлено Юичиро Чино через Getty Images)

В 1676 году, изучая движение спутника Юпитера Ио, датский астроном Оле Рёмер вычислил, что свет распространяется с конечной скоростью. Два года спустя, основываясь на данных, собранных Рёмером, голландский математик и ученый Христиан Гюйгенс стал первым человеком, который попытался определить реальную скорость света, согласно Американский музей естественной истории в Нью-Йорке.

Гюйгенс вывел цифру 131 000 миль в секунду (211 000 километров в секунду), цифру, которая не является точной по сегодняшним меркам — теперь мы знаем, что скорость света в «вакууме» пустого пространства составляет около 186 282. миль в секунду (299 792 км в секунду), но его оценка показала, что свет движется с невероятной скоростью.

Согласно теории Альберта Эйнштейна о специальных относительность , свет распространяется так быстро, что в вакууме ничто во Вселенной не способно двигаться быстрее.

«Мы не можем двигаться в космическом вакууме со скоростью, превышающей скорость света», — подтвердил Джейсон Кэссибри, доцент аэрокосмической техники в Исследовательском центре двигателей Алабамского университета в Хантсвилле.

Ответ на вопрос, да? Возможно, нет. Когда свет равен , а не в вакууме, правило все еще применяется?

Связанные: Сколько атомов находится в наблюдаемой Вселенной?

«Технически утверждение «ничто не может двигаться быстрее скорости света» само по себе не совсем верно», по крайней мере, в невакуумных условиях Клаудия де Рам, физик-теоретик из Имперского колледжа Лондона, сказал Live Science в электронном письме. Но есть определенные оговорки, которые следует учитывать, сказала она.

Свет обладает как частицеподобными, так и волнообразными характеристиками, и поэтому может рассматриваться как частица (

0059 фотон ) и волна. Это известно как корпускулярно-волновой дуализм.

Если мы рассматриваем свет как волну, то существует «множество причин», по которым определенные волны могут двигаться быстрее, чем белый (или бесцветный) свет в среде, сказал де Рам. Одна из таких причин, по ее словам, заключается в том, что «когда свет проходит через среду — например, через стекло или капли воды — разные частоты или цвета света распространяются с разной скоростью».

Наиболее очевидным визуальным примером этого являются радуги, которые обычно имеют более длинные и быстрые красные длины волн вверху и короткие, более медленные фиолетовые волны внизу, 98 метров в секунду). Это означает, что и радиоволн , и гамма-лучей имеют одинаковую скорость», — сказал в электронном письме Live Science Ретт Аллен, профессор физики Университета Юго-Восточной Луизианы. Путешествие быстрее скорости света, как это ни парадоксально, является самим светом, хотя и не в космическом вакууме.Примечательно, что независимо от среды свет никогда не превысит свою максимальную скорость в 186 282 мили в секунду.

Однако, по словам Кассибри, есть еще кое-что, что следует учитывать при обсуждении вещей, движущихся быстрее скорости света.

«Есть части Вселенной, которые удаляются от нас быстрее скорости света, потому что пространство-время расширяется», — сказал он. Например, космический телескоп Хаббла недавно обнаружил свет возрастом 12,9 миллиардов лет от далекой звезды, известной как Эарендель. Но поскольку Вселенная расширяется во всех точках, Эарендель удаляется от Земли с момента ее образования, так что сейчас галактика находится на расстоянии 28 миллиардов световых лет от Земли.

В этом случае пространство-время расширяется, но материя в пространстве-времени все еще движется в пределах скорости света.

Связанный: Почему космос вакуум?

Диаграмма видимого цветового спектра. (Изображение предоставлено: WinWin artlab через Shutterstock)

Итак, ясно, что ничто не движется быстрее света, о котором мы знаем, но есть ли ситуации, когда это возможно? По словам де Рама, специальная теория относительности Эйнштейна и его последующая общая теория относительности «построены на принципе относительности понятий пространства и времени». Но что это значит? «Если бы кто-то [был] способен путешествовать быстрее света и нести с собой информацию, его представление о времени было бы искаженным по сравнению с нашим», — сказал де Рам. «Могут быть ситуации, когда будущее может повлиять на наше прошлое, и тогда вся структура реальности перестанет иметь смысл».

Это указывает на то, что, вероятно, нежелательно заставлять человека путешествовать со скоростью, превышающей скорость света. Но возможно ли это когда-нибудь? Настанет ли когда-нибудь время, когда мы сможем создать корабль, который сможет перемещать материалы — и, в конечном счете, людей — через космос со скоростью, превышающей скорость света? «Теоретики предложили различные типы варп-пузырей (открывается в новой вкладке), которые могли бы позволить путешествовать со скоростью, превышающей скорость света», — сказал Кассибри.

Но убежден ли де Рам?

«Мы можем представить, что сможем общаться со скоростью света с системами за пределами нашей Солнечной системы», — сказал де Рам. «Но отправить реальных людей со скоростью света просто невозможно, потому что мы не можем разогнаться до такой скорости.

«Даже в очень идеалистической ситуации, когда мы воображаем, что можем продолжать ускоряться с постоянной скоростью — игнорируя, как мы могли бы даже создать технологию, которая могла бы постоянно ускорять нас — мы никогда не достигнем скорости света, — добавила она. — Мы могли бы приблизиться, но никогда не достигнем ее».0003

Связанный: Сколько длится галактический год?

Это точка подтверждена Кассибри. «Если пренебречь относительностью, если бы вы разогнались со скоростью 1G [гравитация Земли], вам потребовался бы год, чтобы достичь скорости света. Массовая энергия увеличивается, приближаясь к бесконечности.

«Один из немногих известных возможных «обманных кодов» для этого ограничения состоит в том, чтобы расширять и сжимать пространство-время, тем самым приближая пункт назначения к себе. Кажется, не существует фундаментального ограничения на скорость, с которой пространство-время может расширяться или сжиматься, а это означает, что когда-нибудь мы сможем обойти этот предел скорости».0003

СВЯЗАННЫЕ ЗАГАДКИ

Аллен так же уверен, что движение быстрее света маловероятно, но, как и Кассибри, отметил, что если люди хотят исследовать далекие планеты, на самом деле может не быть необходимости достигать таких скоростей.

«Единственный способ понять, как двигаться быстрее света, — это использовать в космосе какую-нибудь червоточину типа », — сказал Аллен. «На самом деле это не заставит нас двигаться быстрее света, а вместо этого даст нам короткий путь в какое-то другое место в космосе».

Кассибри, однако, не уверен, что червоточины когда-нибудь станут реальностью.

«Червоточины теоретически возможны на основе специального решения уравнений поля Эйнштейна», — сказал он. «По сути, червоточины, если это возможно, дадут вам кратчайший путь от одного пункта назначения к другому. Я понятия не имею, возможно ли их построить, или как мы вообще будем это делать».

Первоначально опубликовано на Live Science.

Джо Фелан — журналист из Лондона. Его работы публиковались в VICE, National Geographic, World Soccer и The Blizzard, а также были гостем на Times Radio. Его тянет ко всему странному, прекрасному и неизведанному, а также ко всему, что связано с жизнью за полярным кругом.