Что движется быстрее скорости света: ВОЗМОЖНА ЛИ СВЕРХСВЕТОВАЯ СКОРОСТЬ? | Наука и жизнь

«Что двигается со скоростью света (кроме света)?» — Яндекс Кью

Популярное

Сообщества

ФизикаНаука

Timur Agkatsev

  ·

12,4 K

ОтветитьУточнить

Александр Светличный

364

Студент ФПФЭ МФТИ.  · 6 июл 2015

Со скоростью света распространяются любые безмассовые частицы: фотоны, гравитоны(если они есть), глюоны и т.д. Раньше предполагалось, что нейтрино движется со световой скоростью, но на самом деле они двигаются с очень большой, но меньше световой скоростью. Есть так же гипотетический частицы — тахионы, которые двигаются только со скоростью выше скорости света, их особенность в том, что они двигаются обратно направлению течения времени.

Небольшая справка: фотон — квант(наименьшая величина) электромагнитного поля(свет имеет электромагнитную природу), гравитон — квант гравитационного поля, глюон — квант сильного цветового поля(взаимодействие между кварками в протоне, нейтроне и других бариона).

Некоторые вещи могу двигаться и быстрее света, главное что бы информация от них распространялась со скоростью не выше световой.

Александр Р.

18 ноября 2015

Как возможно что объект движущийся со сверхсветовой скоростью будет сообщать информацию только со скоростью света… Читать дальше

Комментировать ответ…Комментировать…

Теодор Кит

52

Студент  · 20 нояб 2016

Темнота.
Скорость темноты это и есть скорость света.
Но есть типы темноты которые двигаются быстрее скорости света. Например тень.
Увеличивая расстояния тень может становится намного больше чем объект создающий ее, и при этом она копирует свой источник, двигается так же само и за такое же время. Так что когда тень больше чем объект отбрасывающий ее, она преодолевает… Читать далее

Аня Мороз

6 марта 2017

Хороший ответ)

Комментировать ответ…Комментировать…

Первый

Дмитрий Медведев

4

Председатель правительства РФ.   · 28 июн 2015

Кроме движения фотонов, т.е. распространения света 300 000 км/с (для достижения такой скорости необходим вакуум), также распространяется электро-магнитное взаимодействие (опять же в вакууме) и гравитационное взаимодействие.

Александр Светличный

6 июля 2015

Нет сильного взаимодействия и многих других вещей.

Комментировать ответ…Комментировать…

Вы знаете ответ на этот вопрос?

Поделитесь своим опытом и знаниями

Войти и ответить на вопрос

Существует ли нечто, способное передвигаться быстрее скорости света?

В сентябре 2011 года  физик Антонио Эредитато потряс мир, сделав заявление, которое могло перевернуть наше понимание Вселенной. Согласно данным, собранным 160 учеными, работающими над проектом OПЕРА, было сделано заявление, что частицы «нейтрино» движутся быстрее света. Но это, согласно теории относительности Эйнштейна, невозможно.   Несмотря на то, что физик Эредитато и его команда «доверяют» своему результату, они не утверждали, что результат  был абсолютно точным. Напротив, они попросили других ученых помочь им разобраться в том, что происходит. 

Последствия такого открытия  могли быть невероятными, что могло повлечь за собой пересмотр самих основ физики. Но в итоге выяснилось, что результат проекта ОПЕРЫ был неверным.  Проблема синхронизации была вызвана плохо подключенным кабелем, который должен был передавать точные сигналы от спутников GPS. Произошла неожиданная задержка сигнала. Как следствие, измерения того, сколько времени потребовалось нейтрино для прохождения данного расстояния, были отключены примерно на 73 наносекунды, из-за чего все выглядело так, будто они просвистели быстрее, чем это сделал свет.

Несмотря на месяцы тщательных проверок перед экспериментом и обильной двойной проверкой данных впоследствии, на этот раз ученые ошиблись. Физик Эредитато подал в отставку, хотя многие отмечали, что подобные ошибки все время случаются в чрезвычайно сложном механизме ускорителей частиц.

Почему предположение,  что нечто может двигаться быстрее света, вызвало такой ажиотаж?  И действительно ли мы уверены в том, что ничто не способно преодолеть этот показатель?

Давайте сначала рассмотрим второй из этих вопросов. Скорость света в вакууме составляет 299 792 458 км / с, что немного похоже на круглую цифру в 300 000 км / с. Это весьма быстро. Солнце находится на расстоянии 150 миллионов километров от Земли, и свету требуется всего восемь минут и 20 секунд, чтобы пройти этот путь.

Может ли какое-либо из наших «творений» конкурировать в гонке со светом? К примеру, один из самых быстрых когда-либо созданных человеком объектов — зонд New Horizons, предназначенный для изучения Плутона и его естественного спутника Харона (запуск осуществлён 19 января 2006 года) достиг скорости относительно Земли чуть более 16 км / с, что значительно ниже 300 000 км / с.

Тем не менее, ученые заставили крошечные частицы путешествовать намного быстрее. В начале 1960-х годов Уильям Бертоцци из Массачусетского технологического института экспериментировал с ускорением электронов с большими скоростями. Поскольку у электронов есть отрицательный заряд, то возможно продвинуть или, скорее, «оттолкнуть» их, применяя тот же самый отрицательный заряд к материалу. Чем больше приложенной энергии, тем быстрее электроны будут ускоряться.

Вы могли бы себе представить, что вам просто нужно увеличить приложенную энергию, чтобы достичь необходимой скорости 300 000 км / с? Но на практике оказывается, что электроны просто не могут двигаться так быстро. Эксперименты Бертоцци показали, что использование большего количества энергии просто вызывает прямо пропорциональное увеличение скорости электрона. Вместо этого ему нужно было прикладывать все большее количество дополнительной энергии, чтобы хоть немного изменить скорость движения электронов. Они приближались к скорости света, но так и не достигли ее.

Представьте, что вы движетесь к двери небольшими шажками, в каждом из которых вы проходите ровно половину расстояния между вашим текущим положением и дверью. Строго говоря, вы никогда не доберетесь до двери, потому что после каждого вашего шага у вас будет оставаться дистанция, которую нужно преодолеть.   Именно с такой проблемой Бертоцци столкнулся со своими электронами.

Свет состоит из частиц, называемых фотонами. Почему эти частицы могут путешествовать со скоростью света, а такие частицы, как электроны, не могут?

Физик Роджер Рассул из Мельбурнского университета в Австралии говорит о том, что по мере того, как объекты движутся все быстрее и быстрее, они становятся все тяжелее и тяжелее. Чем тяжелее они становятся, тем труднее добиться ускорения, поэтому объекты никогда не достигнут скорости света. «Фотон на самом деле не имеет массы»,— говорит физик. «Если бы он имел массу, он не мог бы двигаться со скоростью света».

Фотоны особенные. У них не только отсутствует масса, что обеспечивает им полную свободу перемещений в космическом вакууме, им еще и разгоняться не нужно. Естественная энергия, которой они располагают, перемещается волнами, как и они, поэтому в момент их создания они уже обладают максимальной скоростью. В некотором смысле проще думать о свете как о энергии, а не как о потоке частиц, хотя, по правде говоря, свет является и тем и другим. Тем не менее, иногда кажется, что свет движется медленнее, чем мы могли бы ожидать. Хотя Интернет-техники любят говорить о коммуникациях, которые работают «на скорости света» в оптоволокне, на самом деле свет проходит через оптоволокно примерно на 40% медленнее, чем через вакуум. 

В действительности фотоны все еще движутся со скоростью 300 000 км / с, но они сталкиваются с некоторой интерференцией, вызванной высвобождением других фотонов из атомов стекла, когда проходит главная световая волна. Это сложная концепция, чтобы описать ее в нескольких предложениях, но ее важно отметить.

Тем не менее, в большинстве своем справедливо говорить о том, что свет движется со скоростью 300 000 км / с. Мы действительно не наблюдали и не создали ничего, что могло бы идти так быстро или даже быстрее. Есть особые моменты, но прежде чем мы их коснемся, давайте затронем другой наш вопрос.Почему так важно, чтобы правило скорости света выполнялось строго? Ответ дан человеком по имени Альберт Эйнштейн. Его теория относительности исследует множество последствий его универсальных пределов скорости.

Одним из важных элементов в теории является идея, что скорость света является постоянной. Независимо от того, где вы находитесь или как быстро вы путешествуете, свет всегда движется с одинаковой скоростью. Но это создает некоторые концептуальные проблемы. Представьте себе свет от факела до зеркала на потолке неподвижного космического корабля. Свет будет светить вверх, отражаться от зеркала и падать на пол космического корабля. Допустим, пройденное расстояние составляет 10 метров. Теперь давайте представим, что космический корабль начинает двигаться с невероятной скоростью, многие тысячи километров в секунду. Когда вы снова зажжете факел, свет все равно будет вести себя как и прежде: он будет светиться вверх, попадать в зеркало и отскакивать, падая на пол. Но чтобы сделать это, свет должен двигаться по диагонали, а не только по вертикали, ведь зеркало теперь быстро движется вместе с космическим кораблем. Поэтому расстояние, которое проходит свет, увеличивается. Давайте представим, что оно увеличилось в целом на 5 м. Это всего 15 м, а не 10 м.

И все же, хотя расстояние увеличилось, теория Эйнштейна настаивает на том, что свет все еще движется с той же скоростью. Поскольку скорость — это расстояние, деленное на время, то для того, чтобы скорость была такой же, при увеличенном расстоянии, время также должно увеличиться. Именно, само время должно возрасти. Это звучит странно, но это было доказано экспериментально. Явление известно как «Релятивистское замедление времени», и означает, что время движется медленнее для людей, путешествующих на быстро движущихся транспортных средствах, по сравнению с теми, кто стоит на месте.

Например, время астронавтов на Международной космической станции, которая движется со скоростью 7,66 км / с относительно Земли, медленнее на 0,007 секунды по сравнению с людьми на планете. А к примеру, для частиц, таких как электроны, упомянутые выше, и которые могут путешествовать близко к скорости света, степень замедления времени может быть большой.

Стивен Колтхаммер, физик-экспериментатор из Оксфордского университета в Великобритании, указывает на пример с частицами, называемыми мюонами. Мюоны нестабильны: они быстро распадаются на более простые частицы. Это происходит  так быстро, что большинство мюонов, покидающих Солнце, по идее должны были распасться к тому времени, когда они достигают Земли. Но в действительности мюоны прибывают на Землю с Солнца в огромных количествах. Физики долгое время пытались понять почему. Ответ на эту загадку заключается в том, что мюоны генерируются с такой энергией, что они движутся со скоростями, очень близкими к скорости света. Так что их «чувство времени», их «внутренние часы» на самом деле работают медленно. Мюоны «остаются в живых» дольше, чем ожидалось, относительно нас, благодаря настоящему, естественному искривлению времени.  

Когда объекты движутся быстро относительно других объектов, их длина также уменьшается. Эти последствия — замедление времени и сокращение длины, являются примерами того, как пространство-время изменяется в зависимости от движения таких вещей, как вы, или я, или космический корабль, обладающих массой.

Важно отметить, что, как сказал Эйнштейн, свет не подвержен такому же влиянию, потому что он не имеет массы. Вот почему эти принципы идут рука об руку. Если бы предметы могли двигаться быстрее света, то «они» бы не подчинялись этим фундаментальным законам, которые описывают, как  работает Вселенная. Это ключевые принципы. 

Теперь мы можем поговорить о нескольких исключениях и отступлениях. 

С одной стороны, хотя мы не видели ничего, что двигалось бы быстрее света, это не означает, что этот предел скорости нельзя теоретически побить в весьма специфических условиях. Взять, к примеру, расширение самой Вселенной. Во Вселенной есть галактики, удаляющиеся друг от друга со скоростью, превышающей скорость света.

Другая интересная ситуация касается частиц, которые разделяют одни и те же свойства в одно и то же время, независимо от того, как далеко находятся друг от друга. Это так называемая «квантовая запутанность». Фотон будет вращаться вверх и вниз, случайно выбирая из двух возможных состояний, но выбор направления вращения будет точно отражаться на другом фотоне где-либо еще, если они запутаны. Поэтому два ученых, каждый из которых изучает свой собственный фотон, получат одинаковые результаты одновременно, быстрее скорости света.

Однако в обоих этих примерах важно отметить, что никакая информация не распространяется быстрее, чем скорость света между двумя объектами. Мы можем рассчитать расширение Вселенной, но мы не можем наблюдать в ней какие-либо объекты, превышающие скорость света: они исчезают из поля зрения. Что касается двух ученых с их фотонами, то, хотя они могли бы достигнуть того же самого результата одновременно, они не могли подтвердить этот факт друг с другом быстрее, чем свет мог путешествовать между ними.

Существует еще один возможный путь, с которым технически возможно путешествие быстрее света: разрывы в самом пространстве-времени, которые позволяют путешественнику избежать правил обычного путешествия.

Физик Джеральд Кливер из Университета Бэйлор в Техасе рассмотрел возможность того, что когда-нибудь мы сможем построить космический корабль со скоростью, превышающей скорость света. Одним из способов сделать это может быть путешествие через «кротову нору» («wormholes»). Это петли в пространстве-времени, полностью соответствующие теориям Эйнштейна, которые могут позволить астронавту перепрыгивать с одной точки Вселенной на другую через аномалию в пространстве-времени, как своего рода космического «короткого пути».

Объект, путешествующий через «кротову нору», не будет превышать скорость света, но теоретически он может достичь определенного пункта назначения быстрее, чем свет, если он пойдет по «нормальному» маршруту. Но «кротовы норы» могут быть недоступны для космических путешествий. 

Может ли быть другой способ активно исказить пространство-время, чтобы двигаться быстрее 300 000 км/c относительно кого-нибудь еще?

Кливер также исследовал идею, известную как «двигатель Алькубьерра», предложенную физиком-теоретиком Мигелем Алькубьерре в 1994 году. Он описал ситуацию, в которой пространство-время сжимается перед космическим аппаратом, толкая его вперед, и расширяется позади него, также толкая его вперед.   Но вопрос о том, как это сделать и сколько энергии это займет – осталось открытым. В 2008 году он и его аспирант Ричард Обоузи подсчитали сколько понадобится энергии: если предположить, что корабль размером примерно 10 х 10 м х 10 м (1000 кубических метров), то количество энергии, которое потребуется для запуска процесса, должно быть порядка всей массы Юпитера.

После этого энергия должна была бы постоянно «подливаться» дополнительно, чтобы процесс не потерпел неудачу. Но никто не знает, как это  возможно сделать, или как будет выглядеть технология для этого. При этом Кливер замечает, что не хочет, чтобы через столетия его неправильно цитировали, потому что он предсказывает, что этого никогда не произойдет. Он на сегодняшний день не видит возможных вариантов решений этого. Таким образом, путешествие быстрее света остается фантастикой на данный момент.

Свет — это не только свет видимый. На самом деле свет — это намного больше. Все, от радиоволн до микроволн, видимого света, ультрафиолетового излучения, рентгеновского излучения и гамма-излучения, испускаемого распадающимися атомами — все эти фантастические лучи состоят из одного и того же материала: фотонов. Разница заключается в энергии, и, следовательно, длине их волны. В совокупности эти лучи составляют электромагнитный спектр. Например, тот факт, что радиоволны распространяются со скоростью света, чрезвычайно полезен для связи.

В своем исследовании другой физик Кольтхаммер строит схему, которая использует фотоны для отправки сигналов из одной части схемы в другую, поэтому он комментирует такого рода полезность удивительной скорости света: «Сам факт того, что мы построили инфраструктуру Интернета, к примеру, а до него и радио, основанную на свете, имеет отношение к легкости, с которой мы можем его передавать». Свет действует как связующая сила для Вселенной.Когда электроны в мобильном телефоне начинают дрожать, фотоны вылетают и приводят к тому, что электроны в другом мобильном телефоне тоже дрожат. Именно этот процесс позволяет  сделать телефонный звонок. 

Дрожь электронов на Солнце также испускает фотоны в огромных количествах, которые образуют свет, дающий жизни на Земле тепло и свет.

Свет — это «радиопередача» Вселенной. Эта скорость — 299 792 458 км / с — остается уверенно постоянной. Между тем пространство-время податливо, и это позволяет каждому испытать одни и те же законы физики, независимо от их положения или движения.

Источник: BBCEarth (http://www.bbc.com/earth/story/20160429-the-real-reasons-nothing-can-ever-go-faster-than-light) 

тахионов: факты об этих сверхсветовых частицах

Тахионы — это гипотетические частицы, которые движутся быстрее скорости света и путешествуют во времени в обратном направлении.
(Изображение предоставлено Юичиро Чино через Getty Images)

Путешествие со скоростью, превышающей скорость света, и путешествие во времени могут быть реальными для тахионов. Если в чем и преуспевает научная фантастика, так это в том, что она позволяет нам восхищаться нарушением физических законов Вселенной. Мы с удивлением наблюдаем и читаем, как варп-двигатели космического корабля «Энтерпрайз» разгоняют его до сверхсветовой скорости, или как Барри или Уолли  —  кто бы ни носил имя Флэша в то время  —  делает то же самое не более чем за пару желтых сапог.

Точно так же нам нравятся истории о таких искателях приключений, как Доктор или Док Браун, использующих странные, казалось бы, устаревшие механизмы, чтобы нарушить законы причинно-следственной связи. Что, если бы существовала фундаментальная частица, которая могла бы делать все эти вещи? Двигаться быстрее света, как Флэш, и путешествовать во времени без ТАРДИС, Делориан или желтых ботинок.

Это тахион. Но не заблуждайтесь, эти частицы — не просто выдумки писателей-фантастов. Тахионы — это материал «твердой» науки.

Связанный: Что произошло бы, если бы скорость света была намного меньше?

Что такое тахион?

Тахионы — один из самых интересных элементов специальной теории относительности Эйнштейна. Теория 1905 года основана на двух постулатах: ничто с массой не движется быстрее скорости света ( c ), а физические законы остаются одинаковыми во всех неинерциальных системах отсчета. Важным следствием специальной теории относительности является тот факт, что пространство и время объединены в единое целое; пространство-время. Это означает, что путешествие частицы со скоростью связано с ее путешествием во времени.

Термин «тахион» впервые вошел в научную литературу в 1967 году в статье физика Колумбийского университета Джеральда Файнберга под названием «Возможность существования частиц со скоростью, превышающей скорость света ». Файнберг предположил, что тахионные частицы возникнут из квантового поля с «воображаемой массой», что объясняет, почему первая популяция специальной теории относительности не ограничивает их скорость.

Это привело бы к существованию во Вселенной двух типов частиц; брадионы, которые движутся медленнее света и составляют всю материю, которую мы видим вокруг нас, и тахионы, движущиеся быстрее света, по данным Университета Питтсбурга . Одно из ключевых различий между этими типами частиц заключается в том, что по мере добавления энергии к брадионам они ускоряются. Но у тахионов по мере отнятия энергии их скорость увеличивается.

Тахионы и путешествия во времени

Одним из наиболее важных и значимых результатов специальной теории относительности Эйнштейна является установление универсального предела скорости c ; скорость света в вакууме.

Эйнштейн предположил, что по мере приближения объекта к c его масса становится почти бесконечной, как и энергия, необходимая для его ускорения. Это должно означать, что ничто не может двигаться быстрее света. Но представьте себе частицу антимассы, такую ​​как тахион, в самом низком энергетическом состоянии она будет двигаться со скоростью с . Но почему это должно привести к путешествию во времени вспять?

Все это зависит от концепции, которая помещает «относительное» в «специальную теорию относительности».

Распространенным инструментом, используемым для объяснения специальной теории относительности, является диаграмма пространства-времени.

Пространство-время наполнено событиями, начиная от космически мощных и жестоких, таких как взрыв сверхновой на далекой звезде, и заканчивая обыденными, такими как разбивание яйца на кухонном полу. И они отображаются на диаграмме пространства-времени. На этой диаграмме показано, как частица летит сквозь пространство-время, очерчивая мировую линию, отображающую ее движение.

Также пространство-время заполняют наблюдатели, каждый из которых имеет свою систему отсчета. Эти наблюдатели могут видеть события, заполняющие пространство-время, происходящие в разном порядке. Наблюдатель 1 может увидеть, что событие А, вспышка сверхновой, произошло до события В, треснувшего яйца. Однако наблюдатель 2 может видеть, что событие B происходит раньше, чем событие A. 

События в пределах светового конуса наблюдателя могут быть связаны сигналом, более медленным, чем свет. (Изображение предоставлено: версия SVG: К. Аинскаци из en.wikipedia. Исходная версия PNG: Stib из en.wikipedia — перенесено из en.wikipedia в Commons. (Исходный текст: самодельный), CC BY-SA 3.0, https:/ /commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2210907)

(открывается в новой вкладке)

С каждым событием связан световой конус. Если событие B попадает в световой конус события A, то они могут быть причинно связаны. Сверхновая могла сбить яйцо с кухонного стола  —  или, может быть, упавший предмет для завтрака каким-то образом вызвал полный гравитационный коллапс умирающей звезды. Это потому, что в световом конусе сигнал, движущийся медленнее света, может связать события. Края светового конуса представляют скорость света. Для связи события вне светового конуса с событием внутри него требуется сигнал, который распространяется быстрее света.

Если событие А находится в световом конусе, а событие В вне его, то сверхновая и трагедия, связанная с яйцом, не могут быть причинно связаны. Но тахион, движущийся со скоростью, превышающей скорость света, может нарушить причинно-следственную связь, связав эти события.

Чтобы понять, почему это проблема, рассмотрим ее следующим образом. Событие изображения A — это отправка сигнала, а событие B — получение этого сигнала. Если этот сигнал движется со скоростью света или медленнее, то все наблюдатели в разных системах отсчета согласны с тем, что A предшествовало B.

Но, если этот сигнал переносится тахионом и, таким образом, движется быстрее света, будут системы отсчета, которые говорят, что сигнал был получен до того, как он был отправлен. Таким образом, для наблюдателя в этом кадре тахион путешествовал назад во времени.

Один из фундаментальных постулатов специальной теории относительности состоит в том, что законы физики должны быть одинаковыми во всех неускоряющихся системах отсчета. Это означает, что если тахионы могут нарушать причинно-следственную связь и двигаться назад во времени в одной системе отсчета, они могут делать это и во всех остальных.

 Диаграмма, показывающая, как события рассматриваются в разное время в разных системах отсчета. (Изображение предоставлено пользователем: Acdx — самодельное, на основе изображения: Relativity_of_Simultanity.svg, исходный код: en:User:Acdx/Relativity_of_Simultanity_Animation, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/ index.php?curid=5560059)

Парадоксы тахионов

Чтобы увидеть, как это приводит к проблемам, называемым парадоксами, рассмотрим двух наблюдателей: Стеллу на борту космического корабля, вращающегося вокруг Земли, и Терру, находящуюся на поверхности Земли. планета. Эти двое общаются, отправляя сообщения с помощью тахионов.

Это означает, что если Стелла посылает на Терру сигнал, который движется быстрее света в системе отсчета Стеллы, но назад во времени в системе отсчета Терры. Затем Терра отправляет ответ в соответствии с приказом, который движется быстрее света в ее кадре, но назад во времени в кадре Стеллы, Стелла может получить ответ до отправки исходного сигнала.

Что, если этот ответный сигнал от Терры говорит: «Не посылайте никаких сигналов»? Тогда Стелла не посылает первоначальный сигнал, а Терре не на что ответить, и она никогда не посылает тахионный сигнал, который говорит «не посылайте никаких сигналов».

Таким образом, тахионы не только нарушают причинно-следственную связь в каждых кадрах, но и открывают двери для серьезных логических парадоксов.

Есть предположения, как можно избежать этих парадоксов. Конечно, самое простое решение состоит в том, что тахионов не существует.

Менее драконовское предположение состоит в том, что наблюдатели в разных системах отсчета не могут определить разницу между испусканием и поглощением тахионов.

Это означает, что тахион, путешествующий назад во времени, всегда можно интерпретировать как тахион, движущийся вперед во времени, потому что получение тахиона из будущего всегда создает один и тот же тахион и отправляет его вперед во времени.

Другое предположение состоит в том, что тахионы не похожи ни на какие другие частицы, о которых мы знаем, в том, что они не взаимодействуют и никогда не могут быть обнаружены или наблюдаемы. Это означает, что тахионная система связи, используемая Стеллой и Террой в приведенном выше примере, не может существовать.

В том же духе другие исследователи говорят, что тахионами нельзя управлять. Получение и испускание тахионов происходит случайным образом. Таким образом, невозможно послать тахион с сообщением о нарушении причинно-следственной связи.

Тахионы. Сможем ли мы когда-нибудь обнаружить их?

Помимо того факта, что, как и другие частицы, они, вероятно, непостижимо малы, поскольку тахионы всегда движутся быстрее света, их невозможно обнаружить при их приближении. Это потому, что он движется быстрее, чем любые связанные с ним фотоны.

После прохождения наблюдатель увидит, что изображение тахиона разделено на два отдельных изображения. Они показали бы, что он одновременно прибывает в одном направлении и исчезает в противоположном направлении.

Если обнаружение тахионов, по крайней мере их приближения, со светом невозможно, есть ли другой способ обнаружить их быстрее, чем световые частицы?

Возможно. Предполагается, что у тахионов есть «антимасса», но она по-прежнему составляет энергию массы. Это означает, что эти частицы все еще должны иметь некоторый гравитационный эффект. Возможно, высокочувствительные детекторы смогут обнаружить этот эффект.

Альтернативный метод обнаружения может возникнуть из-за их сверхсветовой природы.

В то время как скорость света в вакууме c является универсальным пределом скорости, частицы могут двигаться быстрее света в других средах. Когда электрически заряженные частицы ускоряются до скорости света и выше в определенных средах, таких как вода, они испускают форму излучения, называемую излучением Черенкова, согласно Международному агентству по атомной энергии .

Это означает, что если тахионы электрически заряжены, то одним из способов их обнаружения будет измерение черенковского излучения в ближнем вакууме космоса.

Сила воображения в науке

Тахионы действительно демонстрируют важность воображения в нашем постоянном стремлении понять вселенную. Их может не быть, а если они есть, у нас может не быть надежды когда-либо их измерить.

Но то, что не могут уловить наши технологии, может уловить наш разум. Мы можем рассмотреть возможность частицы, которая путешествует во времени, и что это говорит о природе времени, Вселенной и событиях, которые их наполняют.

В интервью с Джорджем Сильвестром Виреком, опубликованном в «The Saturday Evening Post » в 1929 году, Альберт Эйнштейн, как полагают, сказал: «Воображение важнее, чем знание. Знания ограничены. мир.»

Дополнительная информация

  •  Узнайте больше о тахионах с помощью этого информативного видео на YouTube (откроется в новой вкладке).
  •  Исследуйте возможные экспериментальные доказательства существования тахионов с Университетом Джорджа Мейсона (откроется в новой вкладке).
  •  Узнайте, как работает черенковское излучение, из этого видео от Fermi Lab (откроется в новой вкладке).

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Роберт Ли – научный журналист из Великобритании, чьи статьи были опубликованы в журналах Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek и ZME Science. Он также пишет о научной коммуникации для Elsevier и European Journal of Physics. Роб имеет степень бакалавра наук в области физики и астрономии Открытого университета Великобритании. Подпишитесь на него в Твиттере @sciencef1rst.

тахионов: факты об этих сверхсветовых частицах

Тахионы — это гипотетические частицы, которые движутся быстрее скорости света и путешествуют во времени в обратном направлении.
(Изображение предоставлено Юичиро Чино через Getty Images)

Путешествие со скоростью, превышающей скорость света, и путешествие во времени могут быть реальными для тахионов. Если в чем и преуспевает научная фантастика, так это в том, что она позволяет нам восхищаться нарушением физических законов Вселенной. Мы с удивлением наблюдаем и читаем, как варп-двигатели космического корабля «Энтерпрайз» разгоняют его до сверхсветовой скорости, или как Барри или Уолли  —  кто бы ни носил имя Флэша в то время  —  делает то же самое не более чем за пару желтых сапог.

Точно так же нам нравятся истории о таких искателях приключений, как Доктор или Док Браун, использующих странные, казалось бы, устаревшие механизмы, чтобы нарушить законы причинно-следственной связи. Что, если бы существовала фундаментальная частица, которая могла бы делать все эти вещи? Двигаться быстрее света, как Флэш, и путешествовать во времени без ТАРДИС, Делориан или желтых ботинок.

Это тахион. Но не заблуждайтесь, эти частицы — не просто выдумки писателей-фантастов. Тахионы — это материал «твердой» науки.

Связанный: Что произошло бы, если бы скорость света была намного меньше?

Что такое тахион?

Тахионы — один из самых интересных элементов специальной теории относительности Эйнштейна. Теория 1905 года основана на двух постулатах: ничто с массой не движется быстрее скорости света ( c ), а физические законы остаются одинаковыми во всех неинерциальных системах отсчета. Важным следствием специальной теории относительности является тот факт, что пространство и время объединены в единое целое; пространство-время. Это означает, что путешествие частицы со скоростью связано с ее путешествием во времени.

Термин «тахион» впервые вошел в научную литературу в 1967 году в статье физика Колумбийского университета Джеральда Файнберга под названием «Возможность существования частиц со скоростью, превышающей скорость света ». Файнберг предположил, что тахионные частицы возникнут из квантового поля с «воображаемой массой», что объясняет, почему первая популяция специальной теории относительности не ограничивает их скорость.

Это привело бы к существованию во Вселенной двух типов частиц; брадионы, которые движутся медленнее света и составляют всю материю, которую мы видим вокруг нас, и тахионы, движущиеся быстрее света, по данным Университета Питтсбурга . Одно из ключевых различий между этими типами частиц заключается в том, что по мере добавления энергии к брадионам они ускоряются. Но у тахионов по мере отнятия энергии их скорость увеличивается.

Тахионы и путешествия во времени

Одним из наиболее важных и значимых результатов специальной теории относительности Эйнштейна является установление универсального предела скорости c ; скорость света в вакууме.

Эйнштейн предположил, что по мере приближения объекта к c его масса становится почти бесконечной, как и энергия, необходимая для его ускорения. Это должно означать, что ничто не может двигаться быстрее света. Но представьте себе частицу антимассы, такую ​​как тахион, в самом низком энергетическом состоянии она будет двигаться со скоростью с . Но почему это должно привести к путешествию во времени вспять?

Все это зависит от концепции, которая помещает «относительное» в «специальную теорию относительности».

Распространенным инструментом, используемым для объяснения специальной теории относительности, является диаграмма пространства-времени.

Пространство-время наполнено событиями, начиная от космически мощных и жестоких, таких как взрыв сверхновой на далекой звезде, и заканчивая обыденными, такими как разбивание яйца на кухонном полу. И они отображаются на диаграмме пространства-времени. На этой диаграмме показано, как частица летит сквозь пространство-время, очерчивая мировую линию, отображающую ее движение.

Также пространство-время заполняют наблюдатели, каждый из которых имеет свою систему отсчета. Эти наблюдатели могут видеть события, заполняющие пространство-время, происходящие в разном порядке. Наблюдатель 1 может увидеть, что событие А, вспышка сверхновой, произошло до события В, треснувшего яйца. Однако наблюдатель 2 может видеть, что событие B происходит раньше, чем событие A. 

События в пределах светового конуса наблюдателя могут быть связаны сигналом, более медленным, чем свет. (Изображение предоставлено: версия SVG: К. Аинскаци из en.wikipedia. Исходная версия PNG: Stib из en.wikipedia — перенесено из en.wikipedia в Commons. (Исходный текст: самодельный), CC BY-SA 3.0, https:/ /commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2210907)

(открывается в новой вкладке)

С каждым событием связан световой конус. Если событие B попадает в световой конус события A, то они могут быть причинно связаны. Сверхновая могла сбить яйцо с кухонного стола  —  или, может быть, упавший предмет для завтрака каким-то образом вызвал полный гравитационный коллапс умирающей звезды. Это потому, что в световом конусе сигнал, движущийся медленнее света, может связать события. Края светового конуса представляют скорость света. Для связи события вне светового конуса с событием внутри него требуется сигнал, который распространяется быстрее света.

Если событие А находится в световом конусе, а событие В вне его, то сверхновая и трагедия, связанная с яйцом, не могут быть причинно связаны. Но тахион, движущийся со скоростью, превышающей скорость света, может нарушить причинно-следственную связь, связав эти события.

Чтобы понять, почему это проблема, рассмотрим ее следующим образом. Событие изображения A — это отправка сигнала, а событие B — получение этого сигнала. Если этот сигнал движется со скоростью света или медленнее, то все наблюдатели в разных системах отсчета согласны с тем, что A предшествовало B.

Но, если этот сигнал переносится тахионом и, таким образом, движется быстрее света, будут системы отсчета, которые говорят, что сигнал был получен до того, как он был отправлен. Таким образом, для наблюдателя в этом кадре тахион путешествовал назад во времени.

Один из фундаментальных постулатов специальной теории относительности состоит в том, что законы физики должны быть одинаковыми во всех неускоряющихся системах отсчета. Это означает, что если тахионы могут нарушать причинно-следственную связь и двигаться назад во времени в одной системе отсчета, они могут делать это и во всех остальных.

 Диаграмма, показывающая, как события рассматриваются в разное время в разных системах отсчета. (Изображение предоставлено пользователем: Acdx — самодельное, на основе изображения: Relativity_of_Simultanity.svg, исходный код: en:User:Acdx/Relativity_of_Simultanity_Animation, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/ index.php?curid=5560059)

Парадоксы тахионов

Чтобы увидеть, как это приводит к проблемам, называемым парадоксами, рассмотрим двух наблюдателей: Стеллу на борту космического корабля, вращающегося вокруг Земли, и Терру, находящуюся на поверхности Земли. планета. Эти двое общаются, отправляя сообщения с помощью тахионов.

Это означает, что если Стелла посылает на Терру сигнал, который движется быстрее света в системе отсчета Стеллы, но назад во времени в системе отсчета Терры. Затем Терра отправляет ответ в соответствии с приказом, который движется быстрее света в ее кадре, но назад во времени в кадре Стеллы, Стелла может получить ответ до отправки исходного сигнала.

Что, если этот ответный сигнал от Терры говорит: «Не посылайте никаких сигналов»? Тогда Стелла не посылает первоначальный сигнал, а Терре не на что ответить, и она никогда не посылает тахионный сигнал, который говорит «не посылайте никаких сигналов».

Таким образом, тахионы не только нарушают причинно-следственную связь в каждых кадрах, но и открывают двери для серьезных логических парадоксов.

Есть предположения, как можно избежать этих парадоксов. Конечно, самое простое решение состоит в том, что тахионов не существует.

Менее драконовское предположение состоит в том, что наблюдатели в разных системах отсчета не могут определить разницу между испусканием и поглощением тахионов.

Это означает, что тахион, путешествующий назад во времени, всегда можно интерпретировать как тахион, движущийся вперед во времени, потому что получение тахиона из будущего всегда создает один и тот же тахион и отправляет его вперед во времени.

Другое предположение состоит в том, что тахионы не похожи ни на какие другие частицы, о которых мы знаем, в том, что они не взаимодействуют и никогда не могут быть обнаружены или наблюдаемы. Это означает, что тахионная система связи, используемая Стеллой и Террой в приведенном выше примере, не может существовать.

В том же духе другие исследователи говорят, что тахионами нельзя управлять. Получение и испускание тахионов происходит случайным образом. Таким образом, невозможно послать тахион с сообщением о нарушении причинно-следственной связи.

Тахионы. Сможем ли мы когда-нибудь обнаружить их?

Помимо того факта, что, как и другие частицы, они, вероятно, непостижимо малы, поскольку тахионы всегда движутся быстрее света, их невозможно обнаружить при их приближении. Это потому, что он движется быстрее, чем любые связанные с ним фотоны.

После прохождения наблюдатель увидит, что изображение тахиона разделено на два отдельных изображения. Они показали бы, что он одновременно прибывает в одном направлении и исчезает в противоположном направлении.

Если обнаружение тахионов, по крайней мере их приближения, со светом невозможно, есть ли другой способ обнаружить их быстрее, чем световые частицы?

Возможно. Предполагается, что у тахионов есть «антимасса», но она по-прежнему составляет энергию массы. Это означает, что эти частицы все еще должны иметь некоторый гравитационный эффект. Возможно, высокочувствительные детекторы смогут обнаружить этот эффект.

Альтернативный метод обнаружения может возникнуть из-за их сверхсветовой природы.

В то время как скорость света в вакууме c является универсальным пределом скорости, частицы могут двигаться быстрее света в других средах. Когда электрически заряженные частицы ускоряются до скорости света и выше в определенных средах, таких как вода, они испускают форму излучения, называемую излучением Черенкова, согласно Международному агентству по атомной энергии .

Это означает, что если тахионы электрически заряжены, то одним из способов их обнаружения будет измерение черенковского излучения в ближнем вакууме космоса.

Сила воображения в науке

Тахионы действительно демонстрируют важность воображения в нашем постоянном стремлении понять вселенную. Их может не быть, а если они есть, у нас может не быть надежды когда-либо их измерить.

Но то, что не могут уловить наши технологии, может уловить наш разум. Мы можем рассмотреть возможность частицы, которая путешествует во времени, и что это говорит о природе времени, Вселенной и событиях, которые их наполняют.

В интервью с Джорджем Сильвестром Виреком, опубликованном в «The Saturday Evening Post » в 1929 году, Альберт Эйнштейн, как полагают, сказал: «Воображение важнее, чем знание. Знания ограничены. мир.»

Дополнительная информация

  •  Узнайте больше о тахионах с помощью этого информативного видео на YouTube (откроется в новой вкладке).
  •  Исследуйте возможные экспериментальные доказательства существования тахионов с Университетом Джорджа Мейсона (откроется в новой вкладке).
  •  Узнайте, как работает черенковское излучение, из этого видео от Fermi Lab (откроется в новой вкладке).