Защо нищо не е по-бързо от светлината?

Съдържание

• Видео: Ще изпревари светлина е възможно?
• Видео: Скоростта на светлината във Вселената по-бързо от скоростта на светлината и пространството, максималната скорост в космоса

През септември 2011 г. физикът Антонио Ereditato потопи света в шок. Изявлението му може да направи революция нашето разбиране за Вселената. Ако данните, събрани от 160 учени проекта OPERA са правилни, не е невероятно. Частици - в този случай, най-неутрина - се движеха по-бързо от светлината. Според теорията на относителността на Айнщайн, не е възможно. И последиците от такова наблюдение биха били невероятни. Тя може да се наложи да преразгледаме самите основи на физиката.

Въпреки Ereditato каза, че той и екипът му са "много уверени" в резултатите си, те не казаха, че данните са напълно точни. Напротив, те са поискали други учени, за да им помогне да разберат какво се случва.

В крайна сметка, се оказа, че резултатите от OPERA са грешни. Заради разхлабени кабели има проблем на синхронизация и сигнали с GPS сателити са неточни. Беше неочаквано забавяне на сигнала. В резултат на това се измерва времето, необходимо за неутрино за преодоляване на определено разстояние, показа допълнителни 73 наносекунди: изглежда, че неутрино летят по-бързо от светлината.

Въпреки месеца от строги тестове преди началото на експеримента и след повторна проверка на данните, учените сериозно грешат. Ereditato подаде оставка, въпреки многото коментари, че такива грешки винаги се случват поради изключителната сложност на устройството на ускорители на частици.

Защо е предположението - единият е само предположение - нещо, което могат да пътуват по-бързо от светлината, това е причинило такава врява? Доколкото ние сме убедени, че нищо не може да се преодолее тази бариера?

Нека първо да анализира втората от тези въпроси. Скоростта на светлината във вакуум е 299 792.458Км на втората - за удобство, този брой се закръгля до 300,000 километра в секунда. Той е много бърз. Слънцето е 150 милиона километра от Земята, светлината от нея идва на Земята в само осем минути и двадесет секунди.

Може някои от нашите творения да се конкурират в състезанието със светлината? Един от най-бързо от човека обекти сред строен някога, сондата пространство "Нови хоризонти", профуча покрай Плутон и Харон юли 2015. Той стигна до наземна скорост 16 km / C. Много по-малко от 300 000 km / сек.

Независимо от това, ние имахме малки частици, които се движат много бързо. В началото на 1960-те години, Уилям Bertozzi в Масачузетския технологичен институт експеримент с електрони се ускори до още по-високи скорости.

Тъй като електроните имат отрицателен заряд, те могат да се разпръсне - по-точно, да отблъсне - прилагане на същия отрицателен заряд на материала. Колкото повече енергия се прилага, електроните се ускоряват бързо.

Човек би си помислил, че просто трябва да се увеличи прилага за да се ускори до скорост от 300 000 km / и енергия. Но се оказва, че електроните просто не могат да се движат по-бързо. Bertozzi експерименти са показали, че използването на повече енергия, не води директно до пропорционално увеличение на скоростта на електроните.

Вместо това, е необходимо да се поставят огромни количества допълнителна енергия, за да се промени, дори леко скоростта на електрони. Той е бил близо до скоростта на светлината е все по-близо и по-близо, но никога не е била достигната.

Представете си една малка движение да shazhochkami на вратата, всеки от които преодолява половината от разстоянието от текущата Ви позиция до вратата. Строго погледнато, никога не може да стигне до вратата, тъй като след всеки един от вашите стъпки, които ще трябва да останат на разстоянието, което трябва да бъде преодоляно. За този проблем Bertozzi срещнат, докато се занимават с техните електрони.

Но светлината се състои от частици, наречени фотони. Защо са тези частици могат да се движат със скоростта на светлината и електрони - не?

"Тъй като обектите се движат по-бързо и по-бързо, те стават по-трудно - толкова по-трудно те стават, толкова по-трудно е да бъдат разпръснати, така че никога няма да спечелят със скоростта на светлината", казва Роджър Rassoul, физик в университета в Мелбърн в Австралия. "Фотоните нямат никаква маса. Ако той имаше много, че не може да се движи със скоростта на светлината. "

Фотоните са специални. Те не само не маса, което им дава пълна свобода на движение в космическия вакуум, те също така не е нужно да бъде ускорено. Natural енергия те притежават движи в вълни, тъй като те са, следователно, в момента на създаването им, те вече имат максималната скорост. В някои отношения по-лесно да се мисли за светлината като енергия, а не като поток от частици, въпреки че в действителност, светлината и е едновременно.

Въпреки това, светлината се движи много по-бавно, отколкото може да се очаква. Докато Интернет технологии като говорим за комуникации, които работят "на скоростта на светлината" в оптично влакно, светлина пътува 40% по-бавно в чашата на влакното от под вакуум.

В действителност, фотоните се движат със скорост от 300 000 км / сек, но се сблъскват с някои смущения, смущения от други фотони, които се излъчват от атоми на стъклото, когато главната вълна светлина преминава. Аз разбирам, че не може да бъде лесно, но поне сме се опитали.

По същия начин, в рамките на специални експерименти с отделни фотони, че е възможно те да се забави доста впечатляваща. Но за по-голямата част от случаите това ще бъде значителен брой от 300 000. В момента не виждам и не създаде нещо, което можеше да се движи толкова бързо, или дори по-бързо. Има специални моменти, но преди да се докосне до тях, нека да се спра на още един от нашите въпроси. Защо е толкова важно, че скоростта на светлината по принцип се извършва стриктно?

Отговорът се крие с един човек на име Алберт Айнщайн, както често се случва в областта на физиката. Неговата специална теория на относителността, той изследва много последици от границата на универсалната скорост. Един от най-важните елементи на теорията е идеята, че скоростта на светлината е постоянна. Без значение къде се намирате и колко бързо се движат, светлина винаги пътува със същата скорост.

Но това означава няколко концептуални проблеми.

Представете си светлина, която пада от фенерчето към огледалото на тавана на стационарен космически кораб. Светлината идва, тя се отразява от огледалото и пада на пода на космическия кораб. Например, тя преодолява разстояние от 10 метра.

Сега си представете, че на космическия кораб започва да се движи с огромна скорост на хиляди километра в секунда. При включване на фенерче, светлина се държи като преди: свети нагоре, удари огледалото и се отразява в пода. Но за да направите това, светлината ще трябва да преодолее разстоянието по диагонал, а не вертикално. В крайна сметка, огледалото в момента се движат бързо, заедно с космическия кораб.

Съответно се увеличава разстоянието, което преодолява светлина. Така например, на 5 метра. Оказва се, 15 метра общо, а не 10.

Независимо от това, въпреки че се увеличава разстоянието, Айнщайновата теория твърдят, че светлината ще продължи да се движи със същата скорост. Тъй като скоростта - е разстояние, разделено на времето пъти скоростта остава същата, а разстоянието се увеличава, времето също трябва да се увеличи. Да, време трябва да се протегне. И въпреки, че звучи странно, но това е било потвърдено експериментално.

Това явление се нарича забавянето на времето. Време движи по-бавно за хора, които се движат в бързо движещо се превозно средство, по отношение на тези, които са неподвижни.

Например, време е 0,007 секунди по-бавен за астронавтите на Международната космическа станция, която се движи със скорост от 7.66 km / и по отношение на Земята, в сравнение с хората на планетата. Друга интересна ситуация като споменатите по-горе частички на електрони, които могат да се движат близо до скоростта на светлината. В случая на тези частици, степента на намаляване на скоростта ще бъде огромна.

Стивън Kolthammer, експериментален физик в Оксфордския университет във Великобритания, посочва примера с частици, наречени мюони.

На мюони са нестабилни: те бързо се разпадат на по-малки частици. Така бързо, че повечето от мюони, напускащи слънцето, трябва да се разпадне при достигане на Земята. Но в действителност, на мюони пристигат на Земята от Слънцето на колосално мащаб. Физиците са отдавна се опитват да разберат защо.

"Отговорът на тази загадка е, че мюони, генерирани с такава енергия, която се движи със скорост близка до светлината, - казва Kolthammer. - Тяхното чувство за време, така да се каже, техните вътрешни часовници се движат бавно ".

Мюони "оцелеят"-дълго от очакваното, по отношение на нас, благодарение на това, естествената кривина от времето. Когато обектите се движат бързо в сравнение с други предмети, дължината им е също намален психиатър. Тези ефекти, забавянето на времето и намаляване на дълга, са примери за това как пространство-време, в зависимост от движението на нещата - мен, или космически кораб - с маса.

Какво е важно, както каза Айнщайн, светлината не е засегната, тъй като няма тегло. Ето защо тези принципи да вървят ръка за ръка. Ако нещата могат да се движат по-бързо от светлината, те ще се подчиняват на основните закони, които описват работата на вселената. Това са ключовите принципи. Сега можем да говорим за няколко изключения и дерогации.

От една страна, въпреки че не съм виждал нещо, което се движи по-бързо от светлината, това не означава, че ограничението на скоростта не трябва да се прекъсне теоретично в много специфични условия. Помислете например за разширяване на самата вселена. Galaxy във Вселената са отстранени от друга със скорост, превишаваща значително светлина.

Друга интересна ситуация се отнася частици, които споделят едни и същи качества в същото време, без значение колко далеч един от друг. Този така наречен "квантово заплитане." Photon ще се завърти нагоре и надолу избираме случайно от двете възможни състояния, но изборът на посоката на въртене е точно отражение на другия фотон никъде другаде, ако те са объркани.

Двама учени, всяка от които разглежда собствената си фотон ще имат същия резултат в същото време, по-бързо, отколкото би могъл да позволи на скоростта на светлината.

Въпреки това, в тези два примера, че е важно да се отбележи, че няма информация, не се движи по-бързо от скоростта на светлината между двата обекта. Ние можем да изчислим разширяването на вселената, но не можем да видим предмети-бързо от светлината в него: те бяха изчезнали от погледа.

Що се отнася до двамата учени с техните фотони, въпреки че те биха могли да се получи резултат в същото време, те не могат да му дадете да се познават помежду си по-бързо от светлината се движи между тях.

"Това не ни представлява никакви проблеми, защото ако сте в състояние да изпраща сигнали по-бързо от светлината, можете да получите странен парадокс, според който информацията може по някакъв начин да се върна във времето", казва Kolthammer.

Има и друг възможен начин да направят пътуването по-бързо от светлината е технически възможно: разцепление в пространство-времето, което ще позволи на пътника да се избегне на обичайните правила на пътуване.

Джералд Клийвър от университета Бейлър в Тексас, се казва, че един ден ще бъдем в състояние да построи космически кораб пътува по-бързо от светлината. Кой пътува през тунел. Дупка - една линия в пространство-времето, тя се вписва перфектно в теорията Eynsheyna. Те може да позволи на астронавт скок от единия край на вселената до другия от аномалия в пространство-времето, някаква форма на космически пряк път.

Един обект преминавате през тунел, няма да надвишава скоростта на светлината, но теоретично може да достигне до местоназначението по-бързо от светлината, която е на "нормална" начин. Но червейни дупки обикновено са недостъпни за пътуване в космоса. Може ли да има друг начин да се наруши активно пространство-време, за да се движат по-бързо, 300 000 km / в сравнение с някой друг?

Клийвър също изследва идеята за "мотор Alcubierre", предложен от теоретичен физик Мигел Alcubierre през 1994. Той описва ситуацията, в която пространство-времето е компресиран преди космическия кораб, това бутане напред, и се разширява зад него, и го натиснете напред. "Но след това - Клийвър каза - имам проблем: как да го направя и колко ще трябва енергия."

През 2008 г. той и завършил студент му Ричард Obouzi изчисли колко ще ви трябва енергия.

"Ние сме представени на кораба 10 m х 10 м х 10 м - 1000 кубически метра - и изчислява, че времето, необходимо за стартиране на процеса енергия, би било равносилно на масата на целия Юпитер".

След това, енергията трябва да е постоянно ", добавя", че процесът не е завършен. Никой не знае дали тя някога ще е възможно, или това, което ще изглежда така необходимата технология. "Аз не искам да бъда, цитирани по-късните векове, въпреки че прогнозира нещо, което никога не ще - Клийвър казва -., Но досега аз не виждам никакви решения"

Така че, пътува по-бързо от скоростта на светлината са фантастични в момента. Засега единственият начин за посещение на екзопланета с живота - в дълбок зимен сън. И все пак, не всички, че лошо. В повечето случаи става дума за видима светлина. Но в действителност, светлината - това е много повече от това. От радиовълни и микровълни за видимата светлина, ултравиолетова радиация, рентгенови лъчи и гама-лъчи, излъчени от атомите в процеса на гниене - всички тези прекрасни лъчи се състоят от един и същ: фотона.

Разликата в енергия и следователно - по дължина на вълната. Всички заедно, тези лъчи изграждат на електромагнитния спектър. Фактът, че радиовълни, например, се движат със скоростта на светлината, невероятно полезно за комуникации.

В кабинета си Kolthammer създава схема, която използва фотони за предаване на сигнали от една част от веригата на другата, така че заслужава правото да коментира ползата от невероятната скоростта на светлината.

"Фактът, че сме изградили инфраструктурата на интернет, например, и пред него, и радио базирани на светлината е свързана с лекотата, с която можем да го предаде", каза той. И допълва, че светлината играе ролята на комуникацията власт на Вселената. Когато електроните в мобилния телефон започват да треперят, фотоните се излъчват и в резултат на факта, че електроните в друг мобилен телефон също трепереха. Така се ражда едно телефонно обаждане. Трусове електрони на слънце също излъчва фотони - в големи количества - което, разбира се, се образуват светлината, която дава живот на Земята топлина и бучене, светлина.

Light - е най-универсалният език на Вселената. неговата скорост - 299 792.458 km / сек - остава постоянна. В същото време, пространството и времето са ковък. Може би ние не трябва да мисля за това как да се движат по-бързо от светлината, както и най-бързо се движите това пространство и този път? Зрял до корена, така да се каже?