Поиск по сайту
Проект публикации книги «Познай самого себя»
Узнать, насколько это интересно. Принять участие.

Короткий адрес страницы: fornit.ru/759

Этот материал взят из источника: http://www.relativity.ru/faq/FTL.shtml
Список основных тематических статей >>
Этот документ использован в разделе: "О скорости света"Распечатать
Добавить в личную закладку.

Можно ли двигаться быстрее света?

Перевод на русский: Д. С. Кравченко, 15.05.2004
Обновление: PEG, 14.01.1998
Оригинал: Philip Gibbs, 14.04.1997

Простое СС движение

  1. Явление чренковского излучения
  2. С третьей стороны
  3. Тени и зайчики
  4. Твердые тела
  5. Фазовая скорость
  6. Сверхсветовые галактики
  7. Релятивистская ракета
  8. Скорость гравитации

Сложные случаи СС движения

  1. Парадокс Эйнштейна, Подольского и Розена
  2. Виртуальные фотоны
  3. Квантовое туннелирование
  4. Эффект Казимира
  5. Расширение Вселенной
  6. Луна крутится вокруг меня быстрее света!

Доводы относительности против СС движения

  1. Что значит быстрее света?
  2. Довод о бесконечной энергии
  3. Квантовая теория поля
  4. Парадокс дедушки

Реальные кандидаты в СС путешественники

  1. Тахионы
  2. Чревоточины
  3. Двигатели-деформаторы

Заключение


Можно подумать, что относительность дает на этот вопрос короткий отрицательный ответ. На самом же деле, можно придумать много совсем простых случаев, когда в некотором смысле что-нибудь движется быстрее света (сверх света, СС) и некоторое количество случаев посложнее. С другой стороны, есть веские причины считать, что настоящее СС путешествие и передача сигналов останутся невозможными всегда.

Часто можно слышать такое рассуждение: "раньше считали, что нельзя двигаться быстрее звука, но оказалось, что можно; теперь считают, что мы никогда не сомжем путешествовать быстрее света...". Но на самом деле это неправда, что кто-то когда-то считал, что двигаться быстрее звука невозможно. Задолго до того, как появились сверхзвуковые самолеты уже было известно, что быстрее звука летят пули. Реально же речь шла о том, что невозможен управляемый сверхзвуковой полет, и ошибка была в этом. СС движение - это совсем другое дело. С самого начала было ясно, что сверхзвуковому полету препятствуют технические проблемы, которые надо было просто решить. Но совершенно неясно, можно ли когда-нибудь будет решить проблемы, препятствующие СС движению. Теория относительности может много чего сказать на этот счет. Если будет возможно СС путешествие или даже передача сигнала, то будет нарушена причинность, а из этого последуют совершенно невероятные выводы.

Сначала мы обсудим простые случаи СС движения. Мы упоминаем их не потому, что они интересны, а потому, что они снова и снова всплывают в обсуждениях СС движения и потому с ними приходится иметь дело. Потом мы обсудим то, что мы считаем сложными случаями СС движения или общения и рассмотрим некоторые доводы против них. Наконец, мы рассмотрим наиболее серьезные предположения о настоящем СС движении.

Простое СС движение

1. Явление черенковского излучения

Один способ двигаться быстрее света состоит в том, чтобы сперва замедлить сам свет! :-) В вакууме свет летит со скоростью c, и эта величина является мировой постоянной (см. вопрос Постоянна ли скорость света), а в более плотной среде вроде воды или стекла - замедляется до скорости c/n, где n - это показатель преломления среды (1,0003 у воздуха; 1,4 у воды). Поэтому частицы могут двигаться в воде или воздухе быстрее, чем там движется свет. В результате возникает излучение Вавилова-Черенкова (см. вопрос Существует ли у света аналог ударной волны, существующей у звука).

Но когда мы говорим о СС движении, мы, конечно, имеем в виду превышение над скоростью света в вакууме c (299 792 458 м/с). Поэтому явление Черенкова не может считаться примером СС движения.

2. С третьей стороны

Если ракета А летит от меня со скоростью 0,6c на запад, а другая Б - от меня со скоростью 0,6c на восток, то тогда общее расстояние между А и Б в моей системе отсчета увеличивается со скоростью 1,2c. Таким образом, видимая относительная скорость, большая c, может наблюдаться "с третьей стороны".

Однако такая скорость - это не то, что мы обычно понимаем под относительной скоростью. Настоящая скорость ракеты А относительно ракеты Б - это та скорость роста расстояния между ракетами, которую наблюдает наблюдатель в ракете Б. Две скорости надо сложить по релятивистской формуле сложения скоростей (см. вопрос Как надо складывать скорости в частной относительности). В данном случае относительная скорость получается примерно 0,88c, то есть, не является сверхсветовой.

3. Тени и зайчики

Подумайте, с какой скоростью может двигаться тень? Если Вы создадите на далекой стене тень от своего пальца от близкой лампы, а потом пальцем пошевелите, то тень задвигается гораздо быстрее пальца. Если палец будет смещаться параллельно стене, то скорость тени будет в D/d раз больше скорости пальца, где d - расстояние от пальца до лампы, а D - расстояние от лампы до стены. А может получиться и еще большая скорость, если стена будет расположена под углом. Если стена расположена очень далеко, то движение тени будет отставать от движения пальца, так как свет должен будет еще долететь от пальца до стены, но все равно скорость движения тени будет во столько же раз больше. То есть, скорость движения тени не ограничена скоростью света.

Кроме теней быстрее света могут двигаться и зайчики, например, пятнышко от лазерного луча, направленного на Луну. Зная, что расстояние до Луны 385 000 км., попробуйте рассчитать скорость движения зайчика если слегка поводить лазером. Еще можете подумать о морской волне, косо ударяющей о берег. С какой скоростью может двигаться точка, в которй волна разбивается?

Подобные вещи могут происходить и в природе. Например, световой луч от пульсара может прочесывать облако пыли. Яркая вспышка порождает расширяющееся оболочку из света или другого излучения. Когда она пересекает поверхность, то создается световое кольцо, увеличивающееся быстрее скорости света. В природе такое встречается, когда электромагнитный импульс от молнии достигает верхних слоев атмосферы.

Все это были примеры вещей, движущихся быстрее света, но которые не являлись физическими телами. При помощи тени или зайчика нельзя передать СС сообщение, так что и общение быстрее света не получается. И опять-таки, это, видимо, не то, что мы хотим понимать под СС движением, хотя становится понятно, насколько трудно определить, что именно нам нужно (см. вопрос Сверхсветовые ножницы).

4. Твердые тела

Если взять длинную твердую палку и толкнуть один ее конец, задвигается ли другой конец сразу же, или нет? Нельзя ли таким образом осуществить СС передачу сообщения?

Да, это было бы можно сделать, если бы такие твердые тела существовали. В реальности же влияние удара по концу палки распространяется по ней со скоростью звука в данном веществе, а скорость звука зависит от упругости и плотности материала. Относительность накладывает абсолютный предел возможной твердости любых тел так, что скорость звука в них не может превышать c.

То же самое происходит и в случае, если вы нахидитесь в поле притяжения, и сначала держите вертикально струну или шест за верхний конец, а потом отпускаете его. Точка, которую вы отпустили, придет в движение сразу, а нижний конец не сможет начать падать до тех пор, пока до него со скоростью звука не дойдет влияние отпускания.

Сложно сформулировать общую теорию упругих материалов в рамках относительности, но основную идею можно показать и на примере механики Ньютона. Уравнение продольного движения идеально упругого тела можно получить из закона Гука. В переменных массы на единицу длины p и модуля упругости Юнга Y, продольное смещение X удовлетворяет волновому уравнению.

Решение в виде плоских волн двигается со скоростью звука s, причем s2 = Y/p. Данное уравнение не предполагает возможность причинностного влияния, распространяющегося быстрее s. Таким образом, относительность накладывает теоретический предел на величину упругости: Y < pc2. Практически же не встречаются материалы, даже близко подходящие к нему. Кстати, даже если скорость звука в материале близка к c, вещество само по себе вовсе не обязано двигаться с релятивистской скоростью. Но откуда мы знаем, что в принципе не может существовать вещества, преодолевающего этот предел? Ответ заключается в том, что все вещества состоят из частиц, взаимодействие между которыми подчиняется стандартной модели элементарных частиц, а в этой модели никакое взаимодействие распространяться быстрее света не может (смотри ниже насчет квантовой теории поля).

Несмотря на то, что не существует абсолютно твердых тел, возможно движение тел как будто они абсолютно твердые. Но это пример из той же серии, что и движение теней и зайчиков, не позволяющих общаться быстрее света (см. также вопросы Сверхсветовые ножницы и Вращение жесткого диска в СТО).

5. Фазовая скорость

Посмотрите на это волновое уравнение:

У него есть решения вида:

Эти решения есть синусоидальные волны, движущиеся со скоростью,

Но ведь это быстрее света, значит у нас в руках уравнение тахионного поля? Нет, это всего лишь обычное релятивистское уравнение массивной скалярной частицы!

Парадокс разрешится, если понять различие между этой скоростью, называемой также фазовой скоростью vph от другой скорости, называемой групповой vgr которая датеся формулой,

Если у волнового решения есть разброс частот, то оно приобретет вид волнового пакета, который движется с групповой сокростью, не превышающей c. Только гребни волны движутся с фазовой скоростью. Передавать информацию при помощи такой волны можно лишь с групповой скоростью, так что фазовая скорость дает нам очередной пример сверхсветовой скорости, которая не может переносить информацию.

6. Сверхсветовые галактики

Если объект приближается к вам с околосветовой скоростью, а вы измеряете видимую скорость его движения, не принимая в расчет уменьшение времени, требуемого свету, чтобы дойти до вас от объекта, то в результате вы можете получить ответ, больший c. Это иллюзия и она не означает, что объект движется со СС скоростью (см. вопрос Кажущееся сверхсветовое движение галактик).

7. Релятивистская ракета

Диспетчер на Земле следит за космическим кораблем, улетающим со скоростью 0,8c. Согласно теории относительности, даже после учета допплеровского сдвига сигналов от корабля, он увидит, что время на корабле замедлено и часы там идут медленнее с коэффициентом 0,6. Если он рассчитает частное от деления расстояния, пройденного кораблем на затраченное время, измеренное по часам корабля, то он получит 4/3c. Это означает, что пассажиры корабля преодолевают межзвездное пространство с эффективной скоростью, большей, чем скорость света, которую они бы получили, если бы ее измерили. С точки зрения пассажиров корабля, межзвездные расстояния подвержены лоренцеву сокращению с тем же коэффициентом 0,6 и значит, они тоже должны признать, что они покрывают известные межзвездные расстояния со скоростью 4/3 c.

Это реальное явление и оно в принципе может быть использовано космическими путешественниками для преодоления огромных расстояний в течение жизни. Если они будут ускоряться с постоянным ускорением, равным ускорению свободного падения на Земле, то у них на корабле будет не только идеальная искусственная сила тяжести, но они еще успеют пересечь Галактику всего за 12 своих лет! (см. вопрос Каковы уравнения релятивистской ракеты?)

Однако, и это - не настоящее СС движение. Эффективная скорость вычислена из расстояния в одной системе отсчета, а времени - в другой. Это не настоящая скорость. Только пассажиры корабля получают преимущества от этой скорости. Диспечер же, например, не успеет за свою жизнь увидеть, как они пролетят гигантское расстояние.

8. Скорость гравитации

Некоторые утверждают, что скорорость гравитации в гравитационно-связанной системе гораздо больше c и даже бесконечна. На самом деле влияние гравитации и гравитационные волны распространяются со соростью света c. См. вопросы А гравитация тоже распространяется со сокростью света? и Что такое гравитационное излучение?

Сложные случаи СС движения

9. Парадокс Эйнштейна, Подольского, Розена (ЭПР)

В 1935 г. Эйнштейн, Подольский и Розен опубликовали мысленный эксперимент, в котором, как они думали, был продемонстрирован парадокс квантовой механики и доказана ее непонота. Их доводы использовали тот факт, что при проведении процесса измерения над двумя раздельными частицами в смешанном состоянии, якобы возникает мгновенное взаимодействие. Эйнштейн назвал это "жутким дальнодействием". Но Эберхард показал, что при помощи данного явления невозможно осуществить передачу информации, то есть, СС сообщения не получается. См. статью Парадокс Эйнштейна-Подольского-Розена и неравенство Белла.

10. Виртуальные фотоны

В квантовой теории поля силы передаются при помощи виртуальных частиц. Благодаря принципу неопределенности Гейзенберга, виртуальным частицам можно двигаться быстрее света. Однако, виртуальные частица неспроста названы "виртуальными". Они - всего лишь часть удобного математического языка. То есть снова оказывается невозможно СС путешествие и сообщение. (см. статью Виртуальные Частицы)

11. Квантовое туннелирование

Квантовое туннелирование - это квантовомеханическое явление, при котором частицы могут проникать через барьер в случае, когда у них нет достаточной для этого (в кслассическом смысле) энергии. Можно рассчитать время, которое нужно частице для туннелирования. В некоторых случаях получается значение меньшее, чем нужно свету на преодоление того же расстояния со скоростью c. Дает ли это нам средство для СС обмена сообщениями?
ref:T. E. Hartman, J. Appl. Phys. 33, 3427 (1962)

Ответ, разумеется, должен быть "Нет", иначе наше понимание КЭД стнет весьма сомнительным. Однако, группа физиков провела опыт, в котором они показали, что СС перенос информации при помощи квантовго туннелирования - возможен. Они заявили, что им удалось передать 40-ю симфонию Моцарта через барьер шириной 11,4 см на скорости 4,7 c. Их интерпретация, конечно, весьма спорна. Большинство физиков считают, что это квантовое явление, при котором реально СС перенос информации невозможен из-за принципа неопределенности Гейзенберга. Если же описываемое явление реально, то трудно объяснить, почему тогда невозможно передать информацию в прошлое, поместив установку в быстро движущуюся систему отсчета.
ref:
W. Heitmann and G. Nimtz, Phys Lett A196, 154 (1994);
A. Enders and G. Nimtz, Phys Rev E48, 632 (1993)

Теренс Тао указал на то, что кажущийся СС перенос звукового сигнала на такое короткое расстояние не очень-то впечатляет. Сигналу нужно меньше 0,4 нс, чтобы пролететь 11,4 см со скоростью света, при этом для звуковых частот не составляет труда предсказать сигнал и на 1000 нс вперед, просто экстраполируя волнообразную форму сигнала. Даже если в рассматриваемом опыте произошло не это, то все равно ясно, что для чистоты эксперимента нужно применять гораздо белее высокую частоту, сделать сигнал случайным или передавать его на большее расстояние.

Наиболее очевидным будт заключение, что реального СС переноса информации тут не происходило, а имела место лишь новая форма проявления принципа неопределенности Гейзенберга.

12. Эффект Казимира

Явление Казимира - это очень слабая, но заметная сила, которая возникает между незаряженныи проводящими пластинами, если они расположены очень близко друг к другу. Оно возникает из-за энергии вакуума (см. статью Эффект Казимира). Удивительный расчет, выполненный Шарнхостом показал, что фотоны, пролетающие зазор между пластинами при явлении Казимира, должны двигаться быстрее c на небольшую долю (не более 1 части на 1024 для зазора в 1 нм). Предполагается, что в некоторых космологических ситуациях (типа сближения космических струн, если таковые существуют) явление должно становиться значительным. Однако, дальнейшие теоретические изыскания показали, что возможности СС переноса информации при помощи данного явления не получается.
refs:
K. Scharnhorst, Physics Letters B236, 354 (1990)
S. Ben-Menahem, Physics Letters B250, 133 (1990)
Andrew Gould (Princeton, Inst. Advanced Study). IASSNS-AST-90-25
Barton & Scharnhorst, J Phys A26, 2037 (1993)


13. Расширение Вселенной

Согласно закону Хаббла, две галактики, расположенные на расстоянии D, разлетаются друг от друга со скоростью HD, где H - постоянная Хаббла. В таком случае, галактики, которые отстоят на расстояние, болшее, чем c/H, должны разлетаться со скоростью, большей скорости света. И это совершенно верно. Из-за расширения Вселенной расстояние между двумя объектами и вправду может увеличиваться быстрее скорости света.

Заметим, что бессмысленно говорить, что сама Вселенная расширяется быстрее скорости света, так как это расширение характеризуется одной лишь постоянной Хаббла, а она измеряется даже не в единицах скорости. То есть, во Вселенной есть галактики, которые удаляются от нас как медленнее, так и быстрее скорости света и нельзя какую-то из этих скоростей считать скоростью расширения самой Вселенной. Можно было бы говорить о такой скорости, если бы у Вселенной был край, но края у Вселенной нет.

Однако, скорость удаления галактик - это, фактически, не движение. Как мы рассказали выше, в специальной относительности два объекта могут разлетаться с почти двукратным превышением скорости света, если их разлет наблюдается из третьей системы отсчета. В общей относительности можно преодолеть и этот предел, но тогда вообще нельзя будет наблюдать оба объекта одновременно. Снова это не будет СС движением. Снова это никому не поможет пересечь Галактику быстрее, чем свет. Все, что будет происходить - это прирост расстояния между двумя объектами с точки зрения некоторой космологической системы отсчета.

14. Луна крутится вокруг меня быстрее света!

Встаньте не свободное место и покружитесь вокруг своей оси. Не так сложно вращаться со скоростью один оборот за две секунды. Предположим, что на горизонте находится Луна. С какой скоростью она будет вращаться вокруг Вашей головы? Поскольку она находится на расстоянии примерно 385 тыс. км, то ответ будет 1,21 млн. км/с, что составляет более чем четырехкратное превышение скорости света! Кажется нелепым говорить, что Луна вертится вокруг Вашей головы, ведь это Вы вертитесь, а не Луна, но согласно общей относительности, все системы отсчета допустимы, даже вращающиеся. Так значит Луна движется быстрее света? Трудно на это рассчитывать.

Что у нас точно получается, так это то, что в общей относительности, скорости в разных местах нельзя сравнивать напрямую. Обратите внимание, что Луна не обгоняет свет, который летает неподалеку от нее. Скорость Луны можно сравнивать только со скоростями, относительными других объектов в локальной инерциальной системе Луны. Вообще, понятие скорости не очень полезно в общей относительности и поэтому трудно определть, что значит "быстрее света". Даже утверждение, что скорость света постоянна, становится можно интерпретировать по-разному. Эйнштейн в своей книге "Относительность: специальная и общая теории" писал, что это утверждение не может претендовать на неограниченную верность (стр. 76). Когда не существует абсолютных определений пространства и времени - не так-то просто определить, что следует называть скоростью.

Тем не менее, современная интерпретация заключается в том, что скорость света постоянна и в общей относительности, и что это утверждение есть тавтология, поскольку стандартные единицы длины и времени определяются на основе скорости света. Луне приходится двигаться медленнее света, поскольку она остается внутри светового конуса, проложенного из ее местоположения на любое расстояние.

Доводы относительности против СС движения

15. Что значит "быстрее света"?

Рассмотренные выше случаи показывают нам, насколько сложно определить, что в действительности следует считать сверх-световым движением или переносом информации. Такие вещи, как движение теней или зайчиков СС движением считать нельзя. А что же можно?

В относительности не существует такой вещи, как абсолютная скорость, только относительная. Зато существует четкое разграничение между мировыми линиями, которые бывают время-подобными, пространство-подобными и свето-подобными. Под "мировой линией" мы понимаем кривую, проведенную в 4-мерном пространстве и которая представляет собой историю движения частицы или тени. Если мировая линия чего-то пространство-подобна, тогда это что-то движется быстрее света. Теперь у нас есть четкое понимание того, что значит "сверхсветовая" скорость и это сразу же исключает случаи третьих точек зрения.

Но что мы понимаем под "объектами", если мы не хотим включать в их число тени? Мы могли бы согласиться, что объект - это нечто, что переносит энергию, заряд, спин (вращение) или информацию или что объект должен состоять из атомов, но во всех случаях это привело бы нас к проблемам. В общей относительности энергия не может быть локализована, так что нам лучше срузу исключить ее из определения. Заряд и спин могут быть локализованы, но явно, что не всякий объект обязан обладать ими. Информация - критерий получше, но, во-первых, его сложно определить, а во-торых, у нас тогда получится лишь СС перенос информации, а не СС движение. Другая трудность возникает, когда мы хотим узнать, что объект, обнаруженный в точке А - это тот же самый объект, который был обнаружен в точке Б, и при этом знаем, что движение происходило со сверхсветовой скоростью. Возможно, это копия? Можно бы даже договориться, что при помощи СС переноса информации осуществимо и СС движение, так как можно изготовить слепок объекта, передать его быстрее света в виде информации, а потом воссоздать объект в конечной точке, но не каждый посчитает такую телепортацию, как СС движение.

Еще более сложные проблемы, когда мы хотим понять, что такое СС, возникают в общей относительности. Допустимой формой СС путешествия может считаться искривление пространства-времени (т.е. создание чревоточины) для проникновения из А в Б без того, чтобы двигаться по пространство-подобной кривой локально. Существует различие между локальным сверхсветовым движением и глобальным попаданием из А в Б быстрее, чем свет. Когда гравитационная линза искажает изображение далекой галактики, то свет, обошедший искривление с одной стороны, приходит к нам позже, чем свет, испущенный в тот же момент, но обошедий искривление с другой. Мы должны избегать определений СС движения, в которых говорится, что оно возникает тогда, когда частица попадает из А в Б быстрее, чем свет, прошедший свето-подобный путь. В результате оказывается почти невозможно определить СС движение глобально непротиворечиво.

Если Вы ждали, что в конце раздела будет дано точное определение того, что понимается под СС движением и СС переносом информации, то Вам придется испытать разочарование. Вышеперечисленные трудности - непреодолимы. Однако, Вы, возможно, разберетесь, в чем тут дело, когда посмотрите доводы в пользу того, что именно невозможно, как СС движение.

16. Довод о бесконечной энергии

Когда Эйнштейн сформулировал постулаты частной относительности, он не включил в их число утверждение, что бестрее света двигаться невозможно. Кроме того, существует ошибочное мнение, что такой вывод можно сделать на основе его постулатов. На самом деле это Пуанкаре сказал, что "возможно, нам придется создать новую механику,... в которой скорость света станет пределом скорости". Это было сказано в обращении к Международному Съезду Наук и Искусств в 1904 г еще до того, как Эйнштейн представил частную теорию относительности в 1905 г.

Следствием относительности является, что энергия частицы с массой покоя m и движущейся со скоростью v дается соотношением

E = mc2/sqrt(1 - v2/c2)

По мере того, как скорость приближается к скорости света, энергия приближается к бесконечности. Следовательно, невозможно ускорить тело с ненулевой массой покоя до скорости света, так как у нас нет в запасе бесконечной энергии. А частицы с нулевой массой покоя - обязаны двигаться со скоростью, равной скорости света, иначе у них будет нулевая энергия. Эту штуку часто называют "световым барьером", но он очень отличается от "звукового барьера". По мере того, как самолет приближается к скорости звука, на него начинают действовать волны давления, которые показывают, что он близко к барьеру. Приложив еще немного усилий, барьер можно преодолеть. В случае же приближения к световому барьеру, ничего такого не происходит. Двигаться со скоростью 0,99999 c ничуть не сложнее, чем просто стоять на месте и наблюдать, как окружающие предметы проносятся назад со скоростью -0,99999 c. Частицы в ускорителях постоянно доводятся до такой скорости, так что это проверенный факт. Достижение скорости света больше похоже на попытку добраться до горшка с золотом на краю радуги.

Вышесказанное объясняет нам механические причины того, почему нельзя превысить скорость света, но не вычеркивает в принципе возможность СС путешествия. Это - всего лишь случай, при котором видно, что скорости света достичь нельзя, нежели доказательство того, что не существует вообще никакого способа. Известно, что когда распадаются элементарные частицы, то продукты распада часто движутся с большими скоростями. Поскольку в этом случае процесс ускорения нам не нужен, то почему бы не предположить, что могут получиться продукты, движущиеся быстрее света? Как насчет идеи о существовании частиц, которые вообще всегда движутся быстрее света, и которые можно регистрировать и направлять, чтобы использвать для СС передачи информации? Даже если и нет таких частиц, то все равно остается возможным как-то попасть из А в Б быстрее, чем это сделал бы свет обычным путем и притом, чтобы ничего локально быстрее света не перемещалось.

17. Квантовая теория поля

Все физические явления, кроме гравитации, которые наблюдались до настоящего времени, согласуются с так называемой стандартной моделью элементарных частиц. Стандартная модель - это релятивистская квантовая теория поля, которая включает в себя ядерные и электромагнитные силы, а также все известные частицы. В этой теории, любые два оператора, которые соответствуют любым двум наблюдаемым в двух пространственно-временных точках (событиях), разделенных пространство-подобным интервалом - обязательно коммутируют. В принципе это означает, что в стандартной модели явления не могут распространяться быстрее света и это можно рассматривать, как квантово-механический эквивалент довода о бесконечной энергии.

Однако, строгого и полного доказательства чего-угодно в стандартной модели квантовой теории поля быть не может, так как пока не показана согласованность самой этой модели. Скорее всего, она несогласована. В любом случае, нет гарантий, что не существует других неоткрытых частиц и сил, которые не соблюдают правил. Как нет и обобщений, включающих в себя гравитацию и общую теорию относительности. Многие физики, работающие над квантовой гравитацией сомневаются, что такие упрощенческие выражения для причинности и локальности будут выведены. Все считают, что нет гарантий, то скорость света сохранит смысл предела скорости в более полной теории будущего.

18. Парадокс дедушки

Наилучшим аргументом против СС является парадокс дедушки. В частной относительности получается, что если частица движется быстрее света в одной системе отсчета, то в другой она может двигаться назад во времени. Иными словами, СС движение или перенос информации автоматически означают путешествие назад во времени или отправку сообщений в прошлое. Если такое возможно, то можно было бы отправиться назад во времени и изменить ход истории, например, убив собственного дедушку. Это и вправду весьма серьезный аргумент, но он оставляет нам возможность соврешать ограниченные СС путешествия при условии, что у нас нет возможности вернуться. Это не очень хорошо. Из относительности следует, что все, что можно сделать в одной системе отсчета, должно быть можно сделать и в другой. Либо может быть так, что путешествия во времнеи возможны и что причинность нарушается определенным образом при СС путешествии. Это совсем нехорошо, но когда мы говорим о СС, приходится мыслить шире.

Верно и обратное: если возможно путешествие во времени, то возможны и СС путешествия, так как мы можем переместиться назад во времени и потом медленно долететь докуда надо раньше, чем туда прилетит свет обычным путем (см. вопрос Путешествия во времени).

Реальные кандидаты в СС путешественники

В данном разделе приведены умозрительные, но серьезные предположения о возможности сверхсветового путешествия. Это будут не те вещи, которые обычно помещают в ЧаВо, так как они вызывают больше вопросов, чем дают ответов. Они приведены здесь в основном для того, чтобы показать, что в данном направлении проводятся серьезные исследования. В каждом направлении дается лишь краткое введение. Более подробные сведения можно почерпнуть на просторах интернета.

19. Тахионы

Тахионы - это гипотетические частицы, которые локально движутся быстрее света. Чтобы это делать, у них должна быть масса, измеряемая мнимым числом, но их энергия и импульс должны быть положительными. Иногда думают, что такие СС частицы должно быть невозможно засечь, но на самом деле, причин так считать нет. Тени и зайчики подсказывают нам, что из СС движения еще не следует незаметность.

Тахионы никогда не наблюдались и большинство физиков сомневаются в их существовании. Как-то заявлялось, что проведены опыты по измерению массы нейтрино, вылетающих при распаде Трития, и что эти нейтрино были тахионными. Это весьма сомнительно, но все-таки не исключено. В тахионных теориях есть проблемы, так как с точки зрения возможных нарушений причинности, они дестабилизируют вакуум. Может и можно эти проблемы обойти, но тогда окажется невозможно применять тахионы в нужном нам СС сообщении.

Правда состоит в том, что большинство физиков считают тахионы признаком ошибки в полевых теорих, а интерес к ним со стороны широких масс подогревается, в основном, со стороны научной фантастики (см. статью Тахионы).

20. Чревоточины

Наиболее известной предположительной возможностью СС путешествия является использование чревоточин. Чревоточины - это туннели в пространстве-времени, соединяющие одно место во Вселенной, с другим. По ним можно переместиться между этими точками быстрее, чем сделал бы свет своим обычным путем. Чревоточины - это явление классической общей относительности, но чтобы их создать, нужно изменить топологию пространства-времени. Возможность этого может быть заключено в теории квантовой гравитации.

Чтобы поддерживать чревоточины в открытом состоянии, нужны огромные количества отрицательной энергии. Миснер и Торн предложили, что для генерации отрицательной энергии можно использовать крупномасштабный эффект Казимира, а Виссер предложил решение с использованием космических струн. Все эти идеи весьма умозрительны и могут быть попросту нереальными. Необычное вещество с отрицательной энергией может не существовать в нужной для явления форме.

Торн обнаружил, что если чревоточины можно создать, то с их помощью можно организовать замкнутые временные петли, которые сделают возможными путешествия во времени. Также было сделано предположение, что многовариантная интерпретация квантовой механики свидетельствует о том, что никаких парадоксов путешествие во времени не вызовет, и что события просто развернутся иначе, когда вы попадете в прошлое. Хокинг говорит, что чревоточины могут просто нестабильными и потому неприменимыми на практике. Но сама тема остается плодотворной областью для мысленных экспериментов, позволяющих разобраться, что возможно и что не возможно исходя и известных и предполагаемых законов физики.
refs:
W. G. Morris and K. S. Thorne, American Journal of Physics 56, 395-412 (1988)
W. G. Morris, K. S. Thorne, and U. Yurtsever, Phys. Rev. Letters 61, 1446-9 (1988)
Matt Visser, Physical Review D39, 3182-4 (1989)
see also "Black Holes and Time Warps" Kip Thorn, Norton & co. (1994)
For an explanation of the multiverse see, "The Fabric of Reality" David Deutsch, Penguin Press.

21. Двигатели-деформаторы

[Понятие не имею, как это перевести! В оригинале warp drive. - прим. переводчика;
перевёл по аналогии со статьей на Мембране
]

Деформатор мог бы быть механизмом для закручивания пространства-времени таким образом, чтобы объект мог перемещаться быстрее света. Мигель Алькабьер сделался знаменитым благодаря тому, что разработал геометрию, которая описывает такой деформатор. Искажение пространства-времени делает возможным для объекта перемещаться быстрее света, оставаясь на время-подобной кривой. Препятствия те же, что и при создании чревоточин. Чтобы создать деформатор, нужно вещество с отрицательной плотностью энергии. Даже если такое вещество возможно, все равно непонятно, как его можно получить и как с его помощью заставить работать деформатор.
ref M. Alcubierre, Classical and Quantum Gravity, 11, L73-L77, (1994)

Заключение

Во-первых, оказалось нелегко вообще определить, что значит СС путешествие и СС сообщение. Многие вещи, навроде теней, совершают СС дивжение, но так, что его нельзя использовать, например, для передачи информации. Но есть и серьезные возможности реального СС перемещения, которые предложены в научной литературе, но их реализация пока невозможна технически. Принцип неопределенности Гейзенберга делает невозможным использование кажущегося СС движения в квантовой механике. В общей относительности есть потенциальные средства СС движения, но их может быть невозможно использовать. Думается, что крайне маловероятно, что в обозримом будущем, или вообще, техника окажется способна создавать космические корабли с СС двигателями, но любопытно, что теоретическая физика, как мы ее сейчас знаем, не закрывает дверь для СС движения насовсем. СС движение в стиле научно-фантастических романов, видимо, совершенно невозможно. Для физиков интересен вопрос: "а почему, собственно, это невозможно, и чему из этого можно научиться?"

Последнее редактирование: 2015-04-08

Оценить статью >> пока еще нет оценок, ваша может стать первой :)

Об авторе:
Этот материал взят из источника: http://www.relativity.ru/faq/FTL.shtml



Тест: А не зомбируют ли меня?     Тест: Определение веса ненаучности

Поддержка проекта: Книга по психологии
В предметном указателе: Faster Than Light Быстрее света | Вечный двигатель | Глава 16. О двух типах двигателей НЛО | Двигательные центры спинного мозга | Кавитационные и вихревые теплогенераторы. Проблема измерения кпд. Свободная энергия. Современный вечный двигатель. Perpetuum Molibe | Комментарии к книге Даниэля Канемана Думай медленно... решай быстро | О генераторах Чернетского, вечных двигателях и аферистах. | Обезьяны развиваются все быстрее | Почти вечный двигатель
Последняя из новостей: О том, как конкретно возможно определять наличие психический явлений у организмов: Скромное очарование этологических теорий разумности.
Все новости

Нейроны и вера: как работает мозг во время молитвы
19 убежденных мормонов ложились в сканер для функциональной МРТ и начинали молиться или читать священные тексты. В это время ученые наблюдали за активностью их мозга в попытке понять, на что похожи религиозные переживания с точки зрения нейрологии. Оказалось, они похожи на чувство, которое испытывает человек, которого похвалили.
Все статьи журнала
 посетителейзаходов
сегодня:88
вчера:1012
Всего:2139025309

Авторские права сайта Fornit
Яндекс.Метрика