Пределом скорости является скорость света
Пределом скорости является скорость света
В 1905–1915 гг. великий ученый А. Эйнштейн разработал теорию относительности, которая легла в основу всей современной физики. Наши представления о расширяющейся Вселенной, искривленном четырехмерном пространстве-времени, о «черных дырах» и многих других больших и малых явлениях природы основаны на теории относительности. Учение Эйнштейна опирается на несколько постулатов, т. е. своеобразных физических аксиом.
Одной из таких физических аксиом является положение о предельности распространения взаимодействий в природе. Еще в XIX столетии физики пришли к заключению, что взаимодействие между любыми телами передается в мировом пространстве не мгновенно, но с конечной скоростью. Эйнштейн назвал максимальной скоростью распространения взаимодействия в природе скорость движения электромагнитных волн.
Эту скорость имеют радиоволны, космические лучи, многие другие виды излучения, а также обычный видимый свет. Оттого пороговую скорость назвали просто скоростью света. Она приближенно равна 300 000 км/с. Согласно выводам Эйнштейна, если какому-то телу или лучу и удастся развить скорость, равную световой, то превысить ее уже не получится. Это положение оказалось неожиданным для сторонников существования контактов с инопланетными цивилизациями. Звезды удалены друг от друга на многие миллиарды километров, а также на большие расстояния, которые не случайно называются астрономическими.
Эти расстояния самим астрономам удобнее измерять не в числах-великанах, а с помощью особых единиц, например светового года. Это не срок времени, а линейное расстояние, преодолеваемое лучом света за год. Нетрудно подсчитать, что при скорости 300 000 км/с луч за 365 дней пролетит около 9,46 на 1012 км. Расстояния до ближайших к нам звезд равны 4—20 св. годам. От самых далеких светил нашей Галактики луч идет десятки тысяч лет, а от других галактик доходит до Земли лишь за миллионы и даже миллиарды лет.
Таковы космические расстояния, которые человеку не преодолеть с помощью ракет. Даже радиоволны не помогут нам наладить связь с внеземными расами, поскольку передача информации, затянувшаяся на миллионы лет, лишена всякого смысла. Получается, что теория относительности лежит на пути межзвездного странника непреодолимым препятствием. Световой предел является одновременно скоростным барьером.
Многие известные ученые-физики не соглашаются с Эйнштейном и предлагают теории, альтернативные его релятивистскому учению. Известны и попытки создания на основе таких теорий неких технических устройств. Начиная с 2000 г. в США под руководством Центра оборонных исследований ведутся работы по освоению технологий передачи информации со сверхсветовыми скоростями. В этом фантастическом проекте задействованы более 20 университетов страны и несколько секретных агентств.
Идея передавать важную военную информацию на столь высокой скорости представляется правительству США довольно интересной. Такая информация поступает от источника не только за рекордно короткие сроки, но еще и не может быть перехвачена. Причем определить местоположение источника сигнала, равно как и приемника, у вражеской разведки нет ни малейшей возможности. Это просто нереально.
Но и сверхсветовые скорости тоже нереальны с точки зрения современной физики, опирающейся на теорию относительности. Военные не случайно решили пойти против науки, на то имелось несколько весомых причин. Во-первых, световой барьер порядком наскучил многим знаменитым физикам, прославившимся значительными открытиями. Эти физики, не отбрасывая ценных идей релятивизма, все же признают существование сверхсветовых скоростей.
Оппоненты теории Эйнштейна исходят из элементарного факта, знакомого всем по школьным учебникам. Фотон (частица, слагающая световой луч) не обладает массой покоя. Но в таком случае скорость движения этой частицы не должна чем-либо ограничиваться, что подтверждается некоторыми уравнениями квантовой теории электромагнитного поля. Любопытные умозаключения противников Эйнштейна привели американского физика Г. Эверитта к идее постройки сверхсветовых средств связи и компьютеров, обрабатывающих информацию со сверхсветовой скоростью.
Благодаря этой идее Пентагон и прочие организации стали заниматься проектами по разработке принципиально новых технологий, с рассказа о которых начался этот раздел. Исследователи рассчитывают на успех и еще по одной причине. За год до того (в 1999 г.) бельгийским ученым В. ден Бреком были проведены вычисления, доказывающие возможность тела двигаться практически с бесконечной скоростью.
В свое время мексиканский математик М. Алькубьер доказал (впрочем, не вполне убедительно, по мнению авторитетных специалистов) возможность пространства сворачиваться. Оно ведь искривляется под действием отрицательной энергии гравитации черных дыр. Брек полагает, что если космический корабль, затратив некоторую энергию (видимо, сравнимую с энергией черной дыры), свернет вокруг себя часть космического пространства в виде пузыря, то этот пузырь сможет перенести космонавтов в любую точку Вселенной почти мгновенно.
В окрестностях черной дыры мировое пространство имеет искривление
Единственная неприятность физического плана, которую доставит такой перелет, заключается в том, что он не оставляет места для проявления знаменитого парадокса близнецов. Все мы знаем, что космонавт, возвращающийся на Землю после межзвездного путешествия, застает на ней своих родственников постаревшими, хотя сам остался молодым. В случае с полетом на бесконечно большой скорости этого никогда не произойдет. Космонавты и жители Земли будут стариться абсолютно одинаково.
Внезапный интерес к сверхсветовым скоростям не случаен. Эйнштейна критиковали и задолго до этого, но всерьез к возможности сверхсветового перемещения относились очень немногие. Положение вещей изменилось после неожиданного астрономического открытия, имевшего место в конце 1997 г. Тогда группа английских астрономов обнаружила на расстоянии нескольких десятков тысяч световых лет в Млечном пути объект, напоминающий по своим свойствам черную дыру. Примечательным в этой гипотетической дыре оказалось то, что она взорвалась.
Черные дыры, как известно, активно поглощают из мирового пространства вещество и излучение, непрерывно разогреваясь при этом. Как только температура дыры превысит некую критическую отметку, из недр черной дыры вырывается такой мощный поток излучения, что она взрывается. Взрыв средней черной дыры эквивалентен взрыву водородной бомбы в 1 000 000 Мт!
Ученые замерили скорость потоков излучения, разлетающегося от места космической катастрофы, открытой ими в 1997 г. Оказалось, что выброшенная материя разлетается со скоростью, почти вдвое превосходящей световую. Чем объяснить загадочное явление, астрономы не знают и сейчас. Хотя не исключено, что на самом деле ученые неверно замерили скорость излучения, что случалось неоднократно. Либо астрономы не ошиблись, но просто столкнулись с оптической иллюзией.
Подобная иллюзия уже известна науке. С 1977 по 1980 гг. астрономы наблюдали разлетание двух частей сверхдальнего объекта под номером 3C273. За это время расстояние между ними составило порядка 25 св. лет, или 236 500 млрд км. Однако это физически невозможно, поскольку за 1 год свет в состоянии преодолеть расстояние, равное всего лишь 9460 млрд км. Оно как раз и называется световым годом. Получается, что объекты разлетались со скоростью, в 25 раз превосходящей световую!
Ученые не сразу поняли, в чем заключалась их ошибка. Дело в том, что оба объекта двигались под некоторым углом по отношению друг к другу. В результате от одного из них свет приходил с трехлетним запозданием. Ученые наблюдали запоздавший световой сигнал, который наложился на исходный и показал заключительные 3 года разлетания, выдав их за 25 лет.
Точку в споре о световом пределе ставить пока рано. До сих пор ученые не открыли ничего, что действительно бы противоречило теории относительности Эйнштейна. Вероятно, загадка излучения новооткрытой черной дыры, если это действительно черная дыра, будет вскоре разгадана, и очередная сенсация окажется загубленной, похоронив одновременно фантастические планы Пентагона.