La velocità superluminale è possibile. Velocità superluminale. Domande aperte di viaggio FTL

Gli astrofisici sono riusciti a fissare un esempio di superamento della barriera della velocità superluminale, sotto forma di un impulso emesso da una pulsar.

Calcoli teorici ed esperimenti di laboratorio hanno suggerito che un oggetto può superare senza violare il principio della teoria della relatività. Ora gli astrofisici sono riusciti a notare un vero esempio di questo fenomeno studiando la propagazione degli impulsi radio dalle pulsar.

La velocità superluminale può essere raggiunta in condizione di dispersione anomala, cioè a condizione che l'indice di rifrazione del mezzo aumenti durante il passaggio di un'onda luminosa attraverso di esso. Assumiamo che un unico impulso costituito da onde luminose di diversa lunghezza attraversi lo spazio. In questo caso, la velocità complessiva dell'impulso può essere maggiore della velocità di ogni singola onda, sebbene l'energia dell'impulso continui a muoversi alla velocità della luce. Cioè, i principi della teoria della relatività non saranno violati.

Gli esperimenti sono stati condotti da un gruppo di scienziati guidati da Frederic Janet presso un osservatorio situato a Porto Rico. Gli scienziati hanno trascorso tre giorni ad osservare la radiazione della pulsar PSR B1937 + 21, situata a una distanza di 10.000 anni luce dalla Terra. Le misurazioni sono state effettuate ad una frequenza di 1420,4 MHz con una larghezza di banda di 1,5 MHz. Le osservazioni hanno mostrato che gli impulsi centrali sono arrivati ​​prima del tempo stimato, cioè si sono mossi a una velocità superiore a quella della luce.

Una pulsar è una stella di neutroni che ruota a grande velocità ed emette periodicamente impulsi di energia. La velocità degli impulsi nello spazio può essere influenzata da diversi fattori. Ad esempio, una volta in un campo magnetico, gli impulsi possono cambiare il piano di polarizzazione, in caso di collisione con elettroni liberi, l'impulso decadrà e l '"incontro" con l'idrogeno neutro risulterà nell'assorbimento dell'impulso.

Janet ritiene che la dispersione anomala abbia anche un effetto significativo sulla velocità di movimento degli impulsi. Secondo gli scienziati, gli impulsi passano attraverso una nuvola di idrogeno con una frequenza di risonanza di 1420,4 MHz. Sotto l'influenza della dispersione, la velocità di gruppo della radiazione è cambiata, raggiungendo valori superluminali. E gli impulsi con frequenze vicine a quelle risonanti sono arrivati ​​sulla Terra più velocemente di altri. Questo ricorda un cambio di velocità quando si effettua un rifornimento dell'account di Beeline e di qualsiasi altro operatore.

Secondo gli scienziati, il raggiungimento di velocità superluminali è diventato possibile grazie all '"interazione delle scale temporali del mezzo e dell'impulso stesso". Un tale fenomeno è già stato osservato nei laboratori, ma nell'ambiente naturale tale osservazione è stata fatta per la prima volta. La scoperta consentirà agli astronomi di studiare la composizione della materia interstellare, in particolare le nubi di idrogeno non ionizzato situate nella nostra galassia.

Fantascienza o realtà scientifica?

Gli astrofisici della Baylor University (USA) hanno sviluppato un modello matematico di un'unità iperspaziale che consente di superare le distanze spaziali a una velocità superiore a quella della luce di 10³² volte, il che consente di volare in una galassia vicina entro un paio d'ore e tornare indietro.

Durante il volo, le persone non sentiranno i sovraccarichi che si sentono nei moderni aerei di linea, tuttavia, un tale motore può apparire in metallo solo in poche centinaia di anni.

Il meccanismo di azionamento si basa sul principio del motore di deformazione spaziale (Warp Drive), proposto nel 1994 dal fisico messicano Miguel Alcubierre. Gli americani hanno dovuto solo perfezionare il modello e fare calcoli più dettagliati.
"Se si comprime lo spazio davanti alla nave e si espande dietro di essa, al contrario, appare una bolla spazio-temporale attorno alla nave", afferma uno degli autori dello studio, Richard Obousi. "Avvolge la nave e lo tira fuori dal mondo ordinario nel proprio sistema di coordinate.. a causa della differenza di pressione dello spazio-tempo, questa bolla è in grado di muoversi in qualsiasi direzione, superando la soglia della luce di migliaia di ordini di grandezza.

Presumibilmente, lo spazio intorno alla nave sarà in grado di deformarsi a causa dell'energia oscura, che finora non è stata studiata. "L'energia oscura è una sostanza molto poco studiata, scoperta relativamente di recente e che spiega perché le galassie sembrano allontanarsi l'una dall'altra", ha affermato Sergey Popov, ricercatore senior presso il Dipartimento di Astrofisica Relativistica presso l'Istituto Astronomico Statale di Sternberg dell'Università Statale di Mosca. " Ci sono diversi modelli di esso, ma quale Gli americani hanno preso come base un modello basato su dimensioni extra e dicono che è possibile modificare le proprietà di queste dimensioni localmente. direzioni diverse ci possono essere diverse costanti cosmologiche. E poi la nave nella bolla comincerà a muoversi".

Tale "comportamento" dell'Universo può essere spiegato dalla "teoria delle stringhe", secondo la quale tutto il nostro spazio è permeato di molte altre dimensioni. La loro interazione reciproca genera una forza repulsiva, in grado di espandere non solo la materia, come le galassie, ma anche il corpo dello spazio stesso. Questo effetto è chiamato "inflazione dell'Universo".

"Dai primi secondi della sua esistenza, l'Universo si è allungato", spiega il dottore in scienze fisiche e matematiche, un dipendente dell'Astro-Space Center Istituto di Fisica loro. Lebedeva Ruslan Metsaev. "E questo processo è ancora in corso". Conoscendo tutto questo, puoi provare ad espandere o restringere lo spazio artificialmente. Per fare ciò, dovrebbe influenzare altre dimensioni, quindi un pezzo dello spazio del nostro mondo inizierà a muoversi nella giusta direzione sotto l'influenza delle forze dell'energia oscura.

In questo caso, le leggi della teoria della relatività non vengono violate. All'interno della bolla rimarranno le stesse leggi del mondo fisico e la velocità della luce sarà il limite. A questa situazione non si applica il cosiddetto effetto gemello, che racconta che durante i viaggi nello spazio a velocità della luce, il tempo all'interno della nave rallenta notevolmente e l'astronauta, tornando sulla Terra, incontrerà suo fratello gemello già molto anziano. Il motore Warp Drive elimina questa seccatura, perché spinge lo spazio, non la nave.

Gli americani hanno già trovato un obiettivo per il volo futuro. Questo è il pianeta Gliese 581 (Gliese 581), sul quale le condizioni climatiche e di gravità si avvicinano a quelle della terra. La distanza è di 20 anni luce, e anche se il Warp Drive funziona un trilione di volte più debole della potenza massima, il tempo di percorrenza sarà di pochi secondi.

Il tema de "Il motore che ti permette di volare a velocità superluminale", "Viaggiare nello spazio multidimensionale" e tutto ciò che riguarda il tema del volo a velocità superiore a quella della luce, finora non va oltre la speculazione, anche se in alcuni aspetti entra in contatto con la scienza mondiale. Oggi siamo nella fase in cui sappiamo di sapere alcune cose e di non sapere alcune cose, ma di certo non sappiamo se è possibile viaggiare più velocemente della velocità della luce.

La cattiva notizia è che la base delle attuali conoscenze scientifiche fino ad oggi suggerisce che viaggiare più veloce della luce è impossibile. È un artefatto della Teoria della Relatività Speciale di Einstein. Sì, ci sono altri concetti: particelle superluminali, wormhole ( tunnel nello spazio - ca. trad.), universo inflazionistico, deformazione dello spazio e del tempo, paradossi quantistici... Tutte queste idee sono discusse nella seria letteratura scientifica, ma è troppo presto per parlare della loro realtà.

Una delle domande che si pone in relazione ai viaggi FTL sono i paradossi temporali: la violazione di causa ed effetto e cosa si intende per viaggio nel tempo. Come se il tema del volo superluminale non bastasse, è anche possibile sviluppare uno scenario in cui la velocità superluminale consentirà di viaggiare nel tempo. Il viaggio nel tempo è considerato molto più impossibile del viaggio leggero.

Qual è la differenza principale?

Rompendo a malapena la barriera del suono, la gente si chiedeva: "Perché ora non rompiamo anche la barriera luminosa, è davvero così diverso?" È troppo presto per parlare di rottura della barriera fotoelettrica, ma qualcosa è già noto: questo è un problema completamente diverso da quello di rompere la barriera del suono. La barriera del suono è stata infranta da un oggetto fatto di materiale, non di suono. Gli atomi e le molecole di un materiale sono collegati da campi elettromagnetici, che è ciò di cui è fatta la luce. Nel caso di sfondamento della barriera della velocità della luce, l'oggetto che tenta di sfondare questa barriera è costituito dalla stessa cosa della barriera stessa. Come può un oggetto muoversi più velocemente di ciò che lega i suoi atomi? Come abbiamo già notato, questo è un problema completamente diverso dall'infrangere la barriera del suono.

Puoi enunciare molto brevemente la "Teoria speciale della relatività". In effetti, è molto semplice nel suo design... Inizia con due semplici regole.

Regola n. 1: la distanza percorsa (d) dipende dalla velocità (v) e dal tempo di percorrenza (t). Se stai guidando a 55 miglia orarie, percorrerai 55 miglia in un'ora. Solo.

Regola n. 2: Questa è una cosa incredibile: non importa quanto velocemente ti muovi, noterai costantemente che la velocità della luce rimane la stessa.

Mettili insieme e confronta ciò che un viaggiatore "vede" rispetto a qualcuno che viaggia a una velocità diversa: è qui che entrano in gioco i problemi. Proviamo un'immagine diversa. Chiudi gli occhi. Immagina che di tutti i tuoi sensi sia coinvolto solo l'udito. Percepisci solo suoni. Identifichi gli oggetti solo dal suono che fanno. Quindi, se passava una locomotiva, il suo fischio cambiava in qualche modo? Sappiamo che suona con una certa nota, ma a causa del movimento del treno cambia per l'azione del cosiddetto effetto Doppler. La stessa cosa accade con la luce. Tutto ciò che ci circonda lo sappiamo per presenza di luce o, più in generale, di elettromagnetismo. Ciò che vediamo, ciò che sentiamo (le molecole d'aria rimbalzano sulla nostra pelle), ciò che sentiamo (le molecole si scontrano tra loro sotto la pressione delle onde), persino il passare del tempo - tutto questo è controllato dalle forze elettromagnetiche. Quindi, se iniziamo a muoverci a velocità prossime a quella con cui riceviamo tutte le informazioni, le nostre informazioni sono distorte. Tutto sommato, è così semplice. Capire questo è sufficiente se stai cercando di fare qualcosa al riguardo. Ma questa è un'altra domanda.

La barriera alla velocità della luce è una delle conseguenze della Teoria della Relatività Speciale. Puoi guardare questo in modo diverso. Per muoverti più velocemente, devi aggiungere energia. Ma quando inizi ad avvicinarti alla velocità della luce, la quantità di energia richiesta per il movimento sale alle stelle all'infinito. Ci vuole energia infinita per muovere una massa alla velocità della luce. Si scopre che qui stai affrontando una vera barriera.

È possibile aggirare la Teoria della Relatività Speciale? Probabilmente.

C'è qualche ricerca in corso in questa direzione? Sì, ma su piccola scala.

Oltre al lavoro teorico individuale di fisici come Matt Visser, Michael Morris, Miguel Alcubierre e altri, c'è un nuovissimo programma della NASA sulla fisica della propulsione a reazione.

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Gli astrofisici della Baylor University (USA) hanno sviluppato un modello matematico di un'unità iperspaziale che consente di superare le distanze spaziali a una velocità superiore a quella della luce di 10³² volte, il che consente di volare in una galassia vicina entro un paio d'ore e tornare indietro.

Durante il volo, le persone non sentiranno i sovraccarichi che si sentono nei moderni aerei di linea, tuttavia, un tale motore può apparire in metallo solo in poche centinaia di anni.

Il meccanismo di azionamento si basa sul principio del motore di deformazione spaziale (Warp Drive), proposto nel 1994 dal fisico messicano Miguel Alcubierre. Gli americani hanno dovuto solo perfezionare il modello e fare calcoli più dettagliati.
"Se si comprime lo spazio davanti alla nave e si espande dietro di essa, al contrario, appare una bolla spazio-temporale attorno alla nave", afferma uno degli autori dello studio, Richard Obousi. "Avvolge la nave e lo tira fuori dal mondo ordinario nel proprio sistema di coordinate.. a causa della differenza di pressione dello spazio-tempo, questa bolla è in grado di muoversi in qualsiasi direzione, superando la soglia della luce di migliaia di ordini di grandezza.

Presumibilmente, lo spazio intorno alla nave sarà in grado di deformarsi a causa dell'energia oscura, che finora non è stata studiata. "L'energia oscura è una sostanza molto poco studiata, scoperta relativamente di recente e che spiega perché le galassie sembrano allontanarsi l'una dall'altra", ha affermato Sergey Popov, ricercatore senior presso il Dipartimento di Astrofisica Relativistica presso l'Istituto Astronomico Statale di Sternberg dell'Università Statale di Mosca. " Esistono diversi modelli, ma quale "Non ne esiste ancora uno generalmente accettato. Gli americani hanno preso come base un modello basato su dimensioni extra e dicono che è possibile modificare le proprietà di queste dimensioni localmente. Quindi si scopre che possono esserci diverse costanti cosmologiche in direzioni diverse. E poi la nave nella bolla inizierà a muoversi".

Tale "comportamento" dell'Universo può essere spiegato dalla "teoria delle stringhe", secondo la quale tutto il nostro spazio è permeato di molte altre dimensioni. La loro interazione reciproca genera una forza repulsiva, in grado di espandere non solo la materia, come le galassie, ma anche il corpo dello spazio stesso. Questo effetto è chiamato "inflazione dell'Universo".

"Dai primi secondi della sua esistenza, l'Universo si è allungato, - spiega Ruslan Metsaev, dottore in scienze fisiche e matematiche, dipendente dell'Astro-Space Center del Lebedev Physics Institute. - E questo processo continua ancora oggi. " Sapendo tutto questo, puoi provare ad espandere o restringere lo spazio artificialmente. Per fare ciò, dovrebbe influenzare altre dimensioni, quindi un pezzo dello spazio del nostro mondo inizierà a muoversi nella giusta direzione sotto l'influenza delle forze dell'energia oscura.

In questo caso, le leggi della teoria della relatività non vengono violate. All'interno della bolla rimarranno le stesse leggi del mondo fisico e la velocità della luce sarà il limite. A questa situazione non si applica il cosiddetto effetto gemello, che racconta che durante i viaggi nello spazio a velocità della luce, il tempo all'interno della nave rallenta notevolmente e l'astronauta, tornando sulla Terra, incontrerà suo fratello gemello già molto anziano. Il motore Warp Drive elimina questa seccatura, perché spinge lo spazio, non la nave.

Gli americani hanno già trovato un obiettivo per il volo futuro. Questo è il pianeta Gliese 581 (Gliese 581), sul quale le condizioni climatiche e di gravità si avvicinano a quelle della terra. La distanza è di 20 anni luce, e anche se il Warp Drive funziona un trilione di volte più debole della potenza massima, il tempo di percorrenza sarà di pochi secondi.

La velocità di propagazione della luce è di 299.792.458 metri al secondo, ma ha cessato da tempo di essere il valore limite. "Futurista" ha raccolto 4 teorie, dove la luce non è più Michael Schumacher.

Uno scienziato americano di origine giapponese, specialista nel campo della fisica teorica Michio Kaku è sicuro che la velocità della luce possa essere superata.

Big Bang

L'esempio più famoso, quando la barriera luminosa è stata superata, Michio Kaku chiama il Big Bang - un "pop" ultra veloce, che divenne l'inizio dell'espansione dell'Universo, al quale era in uno stato singolare.

“Nessun oggetto materiale può superare la barriera fotoelettrica. Ma lo spazio vuoto può certamente viaggiare più veloce della luce. Niente può essere più vuoto di un vuoto, il che significa che può espandersi più velocemente della velocità della luce", ne è sicuro lo scienziato.

Torcia nel cielo notturno

Se fai brillare una torcia nel cielo notturno, in linea di principio un raggio che va da una parte all'altra dell'universo, situato a una distanza di molti anni luce, può viaggiare più velocemente della velocità della luce. Il problema è che in questo caso non ci sarà alcun oggetto materiale che si muova effettivamente più velocemente della luce. Immagina di essere circondato da una sfera gigante di un anno luce di diametro. L'immagine di un raggio di luce attraverserà questa sfera in pochi secondi, nonostante le sue dimensioni. Ma solo l'immagine del raggio può muoversi nel cielo notturno più velocemente della luce, e non le informazioni o un oggetto materiale.

entanglement quantistico

Più veloce della velocità della luce non può essere qualche oggetto, ma l'intero fenomeno, o meglio la relazione, che è chiamata entanglement quantistico. Questo è un fenomeno quantomeccanico in cui gli stati quantistici di due o più oggetti sono interdipendenti. Per ottenere una coppia di fotoni quantistici entangled, puoi puntare un laser su un cristallo non lineare con una certa frequenza e intensità. Come risultato della dispersione del raggio laser, i fotoni appariranno in due diversi coni di polarizzazione, la cui relazione sarà chiamata entanglement quantistico. Quindi, l'entanglement quantistico è un modo per interagire con le particelle subatomiche e il processo di questa connessione può avvenire più velocemente della luce.

"Se due elettroni vengono riuniti, vibreranno all'unisono, secondo la teoria quantistica. Ma se questi elettroni vengono poi separati di molti anni luce, rimarranno comunque in contatto tra loro. Se scuoti un elettrone, l'altro sentirà questa vibrazione e questo accadrà più velocemente della velocità della luce. Albert Einstein pensava che avrebbe smentito questo fenomeno teoria dei quanti, perché niente può viaggiare più veloce della luce, ma in realtà si sbagliava", dice Michio Kaku.

Wormholes

Il tema del superamento della velocità della luce è riprodotto in molti film di fantascienza. Ora, anche per chi è lontano dall'astrofisica, si sente la frase "wormhole", grazie al film "Interstellar". Si tratta di una speciale curvatura nel sistema spazio-temporale, un tunnel nello spazio che permette di superare enormi distanze in un tempo irrisorio.

Non solo gli sceneggiatori di film, ma anche gli scienziati parlano di tale curvatura. Michio Kaku crede che un wormhole (wormhole), o, come viene anche chiamato, un wormhole, sia uno dei due modi più realistici per trasmettere informazioni più velocemente della velocità della luce.

Il secondo modo, che è anche connesso ai cambiamenti nella materia, è la contrazione dello spazio davanti a te e l'espansione dietro di te. In questo spazio deformato, sorge un'onda che viaggia più veloce della velocità della luce se guidata dalla materia oscura.

Pertanto, potrebbe risiedere l'unica vera possibilità per una persona di imparare a superare la barriera fotoelettrica teoria generale relatività e curvatura dello spazio e del tempo. Tuttavia, tutto riposa sullo stesso materia oscura: nessuno sa se esiste con certezza e se i wormhole sono stabili.