Зошто ништо не е побрзо од светлината?

Cодржина

• Видео: Ќе надмине светлината можно?
• Видео: брзината на светлината во вселената побрзо од брзината на светлината и просторот, максималната брзина во космосот

Во септември 2011 година физичарот Антонио Ereditato паднал на светот во шок. Неговата изјава може да го револуционизира нашето разбирање на универзумот. Ако податоците собрани од 160 научници проектот опери биле во право, таму беше неверојатно. Честички - во овој случај, на неутрино - се движат побрзо од светлината. Според теоријата на релативитетот на Ајнштајн, тоа е невозможно. И последиците од таквиот мониторинг би било неверојатно. Тоа можеби ќе мора да ја преиспита основите на физиката.

Иако Ereditato рече дека тој и неговиот тим беа "многу убеден" во нивните резултати, тие не велат дека податоците се целосно точни. Напротив, тие побараа другите научници да им помогне да се разбере она што се случува.

На крајот, се покажа дека резултатите од ОПЕРА беа во право. Поради лабава кабли постои проблем на синхронизација, и сигнали со GPS-сателити беа неточни. Беше неочекувано одложување на сигналот. Како последица на тоа, мерење на времето го зеде за неутрина да се надмине одредена далечина, покажа дополнителни 73 nanoseconds: се чинеше дека неутрината лета побрзо од светлината.

И покрај месеци на ригорозни тестирања пред почетокот на експериментот, а потоа повторно да се провери податоците, научниците сериозно погрешни. Ereditato поднесе оставка, и покрај многуте коментари дека таквите грешки секогаш се случи поради екстремните комплексност на уредот на честички акцелератори.

Зошто е претпоставката - еден е само претпоставка - нешто што може да патува побрзо од светлината, што предизвика таква гужва? Колку што ние сме убедени дека ништо не може да се надмине оваа бариера?

Дозволете ни да го анализира вториот од овие прашања. На брзината на светлината во вакуум е 299 792,458 километри во секунда - за погодност, овој број се заокружува на 300.000 километри во секунда. Тоа е многу брзо. Сонцето е 150 милиони километри од Земјата, светлината од тоа доаѓа до Земјата за само осум минути и дваесет секунди.

Дали некои од нашите креации да се натпреваруваат во трката со светлината? Една од најбрзо вештачки објекти меѓу некогаш бил изграден, сондата простор "Нови хоризонти", блеснаа пред Плутон и Харон во јули 2015 година. Тој достигна брзина земјата 16 км / c. Многу помалку од 300 000 km / s.

Сепак, имавме мали честички кои се движат многу брзо. Во почетокот на 1960 година, Вилијам Bertozzi на МИТ експеримент со електрони забрза за да се дури и повисоки брзини.

Од електроните имаат негативен полнеж, тие можат да ги растера - поточно, одвратат - примена на истиот негативен полнеж на материјалот. Толку повеќе енергија се применува, електроните се забрза побрзо.

Некој би помислил дека само треба да се зголемат применетите да се забрза со брзина од 300 000 km / s енергија. Но, се покажа дека електроните едноставно не можат да се движат што е можно побрзо. Bertozzi експерименти покажаа дека употребата на повеќе енергија не води директно пропорционално зголемување на брзината на електрони.

Наместо тоа, тоа е потребно да се стави на огромни количини на дополнителна енергија за да дури и малку промена на брзината на електрони. Тоа беше блиску до брзината на светлината е добивање поблиску и поблиску, но никогаш не беше постигнат.

Замислете мал движење на shazhochkami вратата, од кои секоја надминува половина од растојанието од моменталната позиција на вратата. Поточно кажано, вие никогаш не може да се стигне до вратата, бидејќи по секоја од вашите чекори што ќе мора да остане растојанието што треба да се надминат. За овој проблем Bertozzi сретнал додека се занимаваат со своите електрони.

Но светлината се состои од честички наречени фотони. Зошто се овие честички може да се движи со брзина на светлината и електрони - не?

"Како што предмети се движи побрзо и побрзо, тие стануваат потешко - толку потешко тие стануваат, толку потешко е да се распрскани, така што никогаш не ќе се здобијат со брзина на светлината", вели Роџер Rassoul, физичар на Универзитетот во Мелбурн во Австралија. "Фотоните немаат маса. Ако имал многу, тој не можеше да се движи со брзина на светлината ".

Фотоните се посебни. Тие не само што немаат маса, што им дава целосна слобода на движење во вакуумот на просторот, тие исто така не треба да се забрза. Природна енергија поседуваат потези во бранови, како што беа, според тоа, во моментот на нивното создавање, тие веќе имаат максимална брзина. На некој начин полесно да се мисли на светлината како енергија, наместо како прилив на честички, иако, всушност, светлината и е и двете.

Сепак, светлината патува многу побавно отколку што би очекувале. Додека интернет технологија, како што се зборува за комуникации кои работат "на брзината на светлината" во оптички влакна, светлината патува 40% побавен во стаклото на влакна отколку во вакуум.

Во реалноста, фотоните се движи со брзина од 300 000 km / s, но се соочуваат со одредени пречки, пречки од други фотони кои се испуштаат од атоми на стакло кога главниот светлосниот бран минува. Јас разбирам дека нема да биде лесно, но барем се обидовме.

Слично на тоа, во рамките на посебни експерименти со индивидуалните фотони, дека е можно да ги успори мошне импресивна. Но, за поголемиот дел од случаите тоа ќе биде фер број на 300 000. Ние не се види и не се создаде нешто што може да се движи толку брзо или дури и побрзо. Постојат специјални моменти, но пред да допре до нив, да се допре на друг на нашето прашање. Зошто е толку важно дека брзината на светлината обично се прави ригорозно?

Одговорот лежи во рацете на еден човек по име Алберт Ајнштајн, како што често се случува во физиката. Неговата специјална теорија на релативноста, тој ја истражува за последиците од ограничувањето на универзална брзина. Еден од најважните елементи на теоријата е идејата дека брзината на светлината е константна. Без разлика каде сте и колку брзо се движат, светлината секогаш патува со иста брзина.

Но, тоа значи неколку концептуални проблеми.

Замислете светлина што паѓа од светилка во огледало на таванот на стационарни вселенско летало. Светлина доаѓа, таа се рефлектира од огледалото и паѓа на подот на вселенското летало. На пример, што надминува растојание од 10 метри.

Сега замислете дека вселенското летало почнува да се движи со огромна брзина илјади километри во секунда. Кога ќе го вклучите фенерче, светлината се однесува како да е: сјае нагоре, удира огледалото и се рефлектира во подот. Но, за да го направите ова, светлината ќе мора да се надминат дијагонала од далечина, наместо вертикални. На крајот, огледалото е сега се движи брзо заедно со леталото.

Според тоа, се зголемува растојанието кое го надминува светлина. На пример, на 5 метри. Излегува 15 метри во вкупно, а не 10.

И покрај тоа, иако се зголеми растојанието, Ајнштајновата теорија тврдат дека светлината ќе продолжат да се движат со иста брзина. Од брзината - е растојание поделено со време, времиња на брзината и понатаму останува иста, а на растојание се зголемува, времето мора, исто така, се зголеми. Да, време мора да се водат. И покрај тоа што звучи чудно, но тоа е потврдено експериментално.

Овој феномен се нарекува време дилатација. Време движи побавно за луѓе кои се движат во брзо се движат возила, во однос на оние кои се неподвижни.

На пример, времето е 0.007 секунди послабо за астронаутите на Меѓународната вселенска станица, која се движи со брзина од 7,66 km / s во однос на Земјата, кога во споредба со луѓето на планетата. Уште една интересна ситуација како горенаведените честички на електрони кои можат да се движат блиску до брзината на светлината. Во случај на овие честички, степенот на забавување ќе биде огромна.

Стивен Kolthammer, експериментален физичар на Универзитетот во Оксфорд во Велика Британија, покажува на примерот со честички наречени muons.

На muons се нестабилни: тие брзо се распаѓа на помали честички. Толку брзо, што поголемиот дел од muons напуштање на сонцето, мора да се распадне по донесувањето на Земјата. Но, во реалноста, muons пристигне на Земјата од Сонцето на огромен размер. Физичарите веќе долго време се обидува да се разбере зошто.

"Одговорот на оваа загатка е дека muons генерирани со таква енергија, кој се движи со брзина блиска на светлина, - вели Kolthammer. - Нивната смисла на време, така да се каже, нивните внатрешни часовници работат бавно ".

Muons "преживее" повеќе отколку што се очекуваше, во однос на нас, благодарение на тоа, природни искривување на време. Кога предметите се движат брзо во однос на другите објекти, нивната должина е исто така намален психијатар. Овие ефекти, време дилатација и намалување на должината, се примери за тоа како простор-време, во зависност од движењето на работи - јас, ти, или вселенско летало - со маса.

Она што е важно, како што рече Ајнштајн, светлината не е засегната, поради тоа што нема тежина. Тоа е зошто овие принципи одат рака под рака. Ако работите може да се движат побрзо од светлината, тие ќе ги почитуваат основните закони кои ја опишуваат работата на универзумот. Овие се клучните принципи. Сега можеме да зборуваме за неколку исклучоци и отстапувања.

Од една страна, иако не сум видел нешто што се движеше побрзо од светлината, тоа не значи дека ограничувањето на брзината не треба да се теоретски пробие во многу специфични услови. На пример, сметаат дека проширувањето на универзумот. Галаксија во вселената, се отстранети од едни на други со брзина значително поголема од светлината.

Уште една интересна ситуација се однесува честички кои имаат исти својства во исто време, без разлика колку далеку едни од други. Оваа т.н. "квантната заплет." Фотон ќе ротираат нагоре и надолу по случаен избор од две состојби, но изборот на насоката на ротација е точно се гледа на другата фотон никаде на друго место, ако тие се збунети.

Двајца научници, од кои секоја се испитува свој фотон ќе имаат ист резултат во исто време, побрзо отколку што може да им овозможи на брзината на светлината.

Сепак, и во овие примери, тоа е важно да се напомене дека нема информации не се движи побрзо од брзината на светлината помеѓу два предмети. Ние може да се пресмета ширење на вселената, но не можеме да видиме објекти побрзо од светлината, во него: тие исчезнале од очите.

Што се однесува до двајцата научници со нивните фотони, и покрај тоа што може да се добие резултат на тоа, во исто време, тие не може да го даде да се запознаат едни со други побрзо од светлината патува меѓу нив.

"Ова не ни претставува никаков проблем, бидејќи ако сте во можност да испрати сигнали побрзо од светлината, ќе добие бизарни парадокс, според кои информации некако може да се врати назад во времето", вели Kolthammer.

Постои уште еден можен начин да се направи патување побрзо од светлината е технички можно: поделби во време-просторот, што ќе им овозможи на патникот да се избегнат вообичаените правила на патувањето.

Џералд Кливер од Бејлор Универзитетот во Тексас, вели дека еден ден ќе бидат во можност да се изгради вселенски брод патува побрзо од светлината. Кој патува преку wormhole. Wormhole - јамка во простор-времето, тоа се вклопува совршено во теорија Eynsheyna. Тие би можеле да им овозможи на астронаутите скок од една крајот на вселената до другата страна на аномалија во време-просторот, некој вид на космички кратенка.

Објект патуваат преку wormhole, нема да ја надмине брзината на светлината, но теоретски може да стигнат до одредиштето побрзо од светлината, што е во врска со "нормален" начин. Но, wormholes обично се недостапни за патувањето во вселената. Може да има друг начин активно да ја нарушат простор-време да се движи побрзо од 300 000 km / C во однос на некој друг?

Секира исто така ги истражува идејата за "мотор Алкубиере" предложен од теоретски физичар Мигел Алкубиере во 1994 година. Тој го опишува ситуацијата во која време-просторот е компресирана пред леталото, туркање напред, и се проширува зад неа, и го турка напред. "Но, тогаш - секира рече - имате проблем: како да го направи тоа и колку ќе треба енергија."

Во 2008 година, тој и дипломски студентите Ричард Obouzi пресмета колку ќе треба енергија.

"Ние ја презентираше брод 10 м х 10 м х 10 м - 1000 кубни метри - и пресметале дека се потребни за отпочнување на процесот на енергија, ќе биде еднаква на масата на целата Јупитер".

После тоа, на енергија мора да биде постојано ", додава" дека процесот не е завршен. Никој не знае дали некогаш ќе е можно, или она што ќе изгледа потребната технологија. "Јас не сакам да бидам цитиран подоцнежните векови, иако јас предвиде нешто што никогаш не ќе - секира вели -., Но досега јас не гледам никакви решенија"

Значи, патува побрзо од брзината на светлината се фантастични во моментот. Досега единствениот начин да ја посетите егзопланета со животот - во длабока хибернација. А сепак, не сите што лошо. Во повеќето случаи станува збор за видлива светлина. Но, во реалноста, светлината - тоа е многу повеќе од тоа. Од радио бранови и микробранови на видливата светлина, ултравиолетово зрачење, Х-зраци и гама-зраци емитирани од атоми во процесот на забите - сите овие убави зраци се состои од една и иста: фотон.

Разликата во енергија, а со тоа - во бранова должина. Сите заедно, овие зраци сочинуваат електромагнетниот спектар. Фактот дека радио брановите, на пример, се движи со брзина на светлината, неверојатно корисна за комуникации.

Во својата студија Kolthammer создава шема дека го користи фотони за пренос на сигнали од еден дел од патеката со другите, па тоа го заслужува правото да коментира за корисноста на неверојатна брзина на светлината.

"Фактот дека имаме изградено инфраструктура на интернет, на пример, и пред него, и радио врз основа на светлината е поврзана со леснотијата со која може да го пренесе", рече тој. Тој додава дека светлината се однесува како комуникација моќ на универзумот. Кога електроните во мобилниот телефон почнуваат да треперат, фотоните се емитуваат и да резултира со фактот дека електроните во други мобилни телефони, исто така, се тресе. Така е роден на телефонски повик. Потреси електроните на сонцето, исто така, емитува фотони - во големи количини - кои, се разбира, форма на светлина, кој му дава живот на Земјата топлина и потпевнувам, светлина.

Светлината - е универзалниот јазик на универзумот. Нејзината брзина - 299 792,458 km / s - останува константна. Во меѓувреме, просторот и времето се податлив. Можеби не треба да се размислува за тоа како да се движат побрзо од светлината, и како брзо да се движите низ овој простор и овој пат? Зрели до коренот, така да се каже?