Рух швидше за швидкість світла: фізики вважають, що це можливо, але яким чином

Часто у фантастичних фільмах можна побачити, як космічні кораблі за допомогою варп-двигуна здійснюють стрибок у гіперпростір або створюють червоточину в тканині простору-часу. У підсумку вони пролітають з однієї точки Всесвіту в іншу дуже швидко завдяки тому, що переміщуються швидше за швидкість світла. Таким чином подорож між зоряними системами і галактиками стає не тільки можливою, а й здійсненною на практиці. Але в реальності все набагато складніше. Проте фізики вважають, що подорож зі швидкістю, що перевищує швидкість світла, можлива. Хоча проблеми причинно-наслідкового зв'язку, складні математичні обчислення і негативна енергія можуть стати на шляху до реалізації ідеї про польоти з надсвітловою швидкістю, пише Science Focus.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Надсвітлова швидкість і теорія Ейнштейна

Головна перешкода для подорожей з надсвітловою швидкістю полягає в тому, що згідно зі спеціальною теорією відносності Ейнштейна ніщо не може переміщатися в просторі швидше за швидкість світла. Ця швидкість становить приблизно 300 000 кілометрів на секунду, і тільки частинка світла фотон може так швидко рухатися.

Звісно, нам би хотілося побачити інші зоряні системи і потрапити в іншу галактику, але наявні технології дозволять це зробити космічному кораблю за тисячі, сотні тисяч і навіть мільйони років польоту. Найближча до нас зірка знаходиться на відстані приблизно світлових років, а це означає, що навіть якби ми могли переміщатися зі швидкістю світла, то на це пішло б роки.

Інша річ надсвітловий двигун, наприклад, варп-двигун, за допомогою якого можна було стискати тканину простору-часу таким чином, що це дало би змогу рухатися швидше за швидкість світла і досягати будь-яких зірок за хвилини, години чи дні. Якою б привабливою не була ідея варп-двигуна, у нього були б досить дивні наслідки. По-перше, він би порушив концепцію причинності.

Причинність — це наше розуміння того, що причина передує наслідку. Але якби ви спостерігали за космічним кораблем, що рухається до вас зі швидкістю, що перевищує швидкість світла, ви б побачили його одночасно у двох місцях. Світло, що несе інформацію про початок польоту корабля, не досягло б ваших очей, перш ніж ви побачили б його в дорозі.

По-друге, згідно зі спеціальною теорією відносності, якщо швидкість руху об'єкта перевищує швидкість світла, то стає можливою подорож у часі. Це породило б можливість виникнення повномасштабних причинно-наслідкових парадоксів, які могли б знищити самого мандрівника.

Варп-двигун і негативна енергія

На перший погляд, теорія Ейнштейна унеможливлює рух із надсвітловою швидкістю. Згідно з рівняннями спеціальної теорії відносності, енергія, необхідна для розгону космічного корабля до такої швидкості, має бути нескінченною. Згідно із загальною теорією відносності Ейнштейна, Всесвіт складається з тканини, званої просторово-часовим континуумом, а гравітація є викривленням цієї тканини.

У 1994 році фізик Мігель Алькуб'єрре показав, що в рамках загальної теорії відносності Ейнштейна існує рішення, яке можна інтерпретувати як варп-двигун. Проблема полягала в тому, що для його роботи була потрібна екзотична речовина, відома як негативна енергія. Відтоді фізики намагалися використовувати концепцію від'ємної енергії для пояснення того, чому розширення Всесвіту прискорюється, і все ж згідно з існуючими законами фізики від'ємної енергії не повинно бути.

Фізики з Університету штату Алабама, США, під керівництвом Джареда Фукса переглянули математичні розрахунки, щоб з'ясувати, чи можуть вони відтворити явище варп-двигуна Алькуб'єрре, використовуючи тільки ті частинки та енергію, які існують.

У підсумку вчені дійшли висновку, що це можливо. Можна розташувати звичайну матерію і енергію таким чином, щоб створити явище варп-двигуна і перемістити космічний корабель у космосі. Але проблема в тому, що цей варп-двигун працюватиме тільки з досвітовою швидкістю.

За словами Фукса, для досягнення надсвітлової швидкості потрібно багато енергії. Це можливо, каже фізик, але на практиці досягти цього буде надзвичайно важко. Адже потрібна нескінченна кількість енергії.

Частинки, які переміщуються швидше за швидкість світла

Фізик Анджей Драган і його колеги з Варшавського університету (Польща) вирішили вивчити можливі рішення рівнянь Ейнштейна для частинок, що рухаються швидше за швидкість світла. Існує теорія, що такі частинки, названі тахіонами, існують. І вчені знайшли рівняння, що описують поведінку тахіонів.

За словами Драгана, з математичного погляду, такі частинки можуть існувати поряд зі звичайними частинками, але не можуть досягти швидкості світла.

Теоретично можна було б використовувати тахіони для того, щоб розігнати космічний корабель до надсвітлової швидкості. Але знову знадобиться нескінченна кількість енергії не тільки для розгону, а й для гальмування.

Хоча теоретично досягти надсвітлової швидкості можливо, як показують дослідження, реалізація цієї ідеї має непереборні перешкоди. Принаймні зараз. Можливо, у майбутньому все зміниться, а можливо, Ейнштейн був неправий.

Фокус уже писав про те, що якщо варп-двигун можливий, то чому його досі не створили.

Також Фокус писав про те, що у фантастичних фільмах дають неправильне уявлення про астероїдні пояси, наповнені великою кількістю космічних каменів.