Superluminal sürət mümkündürmü? Avtomobil işıq sürəti ilə hərəkət edirsə, fənərlər yanırmı?

Kosmosda cari sürət rekordu 46 ildir. Onu nə vaxt döyəcəklər? Biz insanlar sürətə meylliyik. Beləliklə, yalnız son bir neçə ayda məlum oldu ki, Almaniyada tələbələr elektrik avtomobili üçün sürət rekordu qoyublar, ABŞ-da isə bunu təkmilləşdirməyi planlaşdırırlar. hipersəs təyyarəsi , belə ki, onlar səs sürətindən beş dəfə sürət inkişaf etdirsinlər, yəni. 6100 km/saatdan çox belə təyyarələrin ekipajı olmayacaq, lakin insanlar belə yüksək sürətlə hərəkət edə bilməyəcəklər. Əslində, insanlar artıq səs sürətindən bir neçə dəfə yüksək sürətlə hərəkət etdilər, lakin sürətlə tələsik bədənlərimizin artıq yüklənməyə tab gətirə bilməyəcəyi bir həddi varmı? Apollon 10 kosmik missiyasında iştirak edən astronavtlar ", - Tom Stafford, Con Yanq və Eugene Cernan. 1969-cu ildə astronavtlar Ayı dövrə vurub geri qayıtdıqda, onların içində olduqları kapsul Yerdə 39,897 km/saat sürətə çatdı. Lockheed Martin aerokosmik konsernidən Cim Bray deyir: “Məncə, yüz il əvvəl biz çətin ki, bir insanın kosmosda saatda 40 min kilometr sürətlə hərəkət edə biləcəyini təsəvvür edə bilmirdik”. ABŞ Kosmik Agentliyi NASA tərəfindən hazırlanan perspektivli Orion kosmik gəmisi üçün yaşayış modulu layihəsidir. Çox mümkündür ki, onun köməyi ilə 46 il əvvəl bir insan üçün müəyyən edilmiş sürət rekordunu qırmaq mümkün olacaq, Kosmik Launch Sisteminin bir hissəsi olan yeni super-ağır raket, plana əsasən, özünün ilk pilotlu uçuşunu həyata keçirməlidir. 2021-ci ildə uçuş. Bu, Ayın orbitində yerləşən bir asteroidin uçuşu olacaq. İndi dizaynerlərin fikrincə, Orionun adi maksimal sürəti təxminən 32 min km/saat olmalıdır. Bununla belə, Apollo 10-un əldə etdiyi sürət, Orion'un əsas konfiqurasiyası qorunub saxlanılsa belə, üstələnə bilərdi: "Orion bütün ömrü boyu müxtəlif hədəflərə uçmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur" insan sürət potensialının zirvəsini təmsil etmir. Bray deyir ki, işığın sürəti saatda bir milyard kilometrdir. 40 min km/saat və bu dəyərlər arasındakı fərqi aradan qaldıra biləcəyimizə ümid varmı, təəccüblüdür ki, hərəkət sürətini və hərəkət istiqamətini göstərən vektor kəmiyyəti kimi sürət, dünyada yaşayan insanlar üçün problem deyil? fiziki mənada, kifayət qədər sabit və bir tərəfə yönəldildiyi müddətcə. Nəticə etibarı ilə insanlar - nəzəri olaraq - kosmosda "kainatın sürət həddindən" bir qədər yavaş hərəkət edə bilər, yəni. işıq sürəti Lakin yüksək sürətli kosmik gəmilərin yaradılması ilə bağlı əhəmiyyətli texnoloji maneələri dəf etdiyimizi fərz etsək də, kövrək, əsasən su obyektlərimiz yüksək sürətin təsiri ilə bağlı yeni təhlükələrlə üzləşə bilər , əgər insanlar müasir fizikadakı boşluqlardan istifadə etməklə və ya qəlibləri qıran kəşflər vasitəsilə işıq sürətindən daha sürətli səyahət edə bilirlərsə. Həddindən artıq yüklənmələrə necə tab gətirmək olar Lakin, 40 min km/saatdan çox sürətlə hərəkət etmək niyyətindəyiksə, ona çatmalı və sonra yavaş-yavaş və səbirlə yavaşlamalı olacağıq ölümcül təhlükə insan orqanizmi üçün. Bunun nəticəsində bədən xəsarətlərinin şiddəti sübut olunur avtomobil qəzaları, sürəti saatda bir neçə on kilometrdən sıfıra enməsinin səbəbi nədir? Kainatın ətalət və ya qabiliyyət adlanan o xüsusiyyətində fiziki bədən kütləyə malik olmaqla, xarici təsirlərin olmadığı və ya kompensasiyası halında onun istirahət və ya hərəkət vəziyyətinin dəyişməsinə müqavimət göstərə bilər. Bu vəziyyəti dəyişdirmək məcburiyyətində qalana qədər hərəkət edə bilməz." "İnsan bədəni üçün sabit bir sürətlə istirahət və hərəkət normaldır" deyə izah edir: "Biz daha çox insanın vəziyyətindən narahat olmalıyıq Təxminən bir əsr əvvəl sürətlə manevr edə bilən davamlı təyyarələrin yaradılması, sürət və uçuş istiqamətindəki dəyişikliklərin səbəb olduğu qəribə simptomlar bildirməsinə səbəb oldu. Bu simptomlara müvəqqəti görmə itkisi və ya ağırlıq və ya çəkisizlik hissi daxildir. Səbəb təsir altında olan Yer səthində xətti sürətlənmənin cazibə qüvvəsinin sürətlənməsinə nisbəti olan G vahidləri ilə ölçülən g-qüvvələrdir. cazibə və ya cazibə qüvvəsi. Bu vahidlər, məsələn, insan bədəninin kütləsinə cazibə sürətinin təsirini əks etdirir. 1 G-lik həddindən artıq yük, Yerin qravitasiya sahəsində olan və planetin mərkəzinə çəkilən cismin ağırlığına bərabərdir. 9,8 m/san sürət (dəniz səviyyəsində) bir insanın başdan ayağa və ya əksinə şaquli olaraq yaşadığı həddindən artıq yüklənmələr həqiqətəndir pis xəbər pilotlar və sərnişinlər üçün mənfi yüklənmələrdə, yəni. yavaşladıqda, qan ayaq barmaqlarından başına axır, həddindən artıq doyma hissi yaranır, məsələn, "Qırmızı örtük" (bir insanın başına qan axdığı zaman hiss etdiyi hiss) qan şişmiş, şəffaf alt hissədə meydana gəlir. göz qapaqları yuxarı qalxır və göz bəbəklərini bağlayır və əksinə, sürətlənmə və ya müsbət g-qüvvələr ilə qan başdan ayağa axır, gözlər və beyin əvvəlcə aşağı ətraflarda toplanır , görmə dumanlı olur, yəni. rəng görmə itkisi baş verir və "boz örtük" adlanan şey yuvarlanır, sonra tam görmə itkisi və ya "qara örtük" baş verir, lakin insan şüurlu olaraq qalır. Bu vəziyyət həddindən artıq yüklənmə senkopu adlanır. Bir çox pilotlar gözlərinin üstünə “qara örtük” düşdükləri və qəzaya uğradıqları üçün öldülər. Orta adam huşunu itirməmişdən əvvəl təxminən beş G qüvvəyə tab gətirə bilər və xüsusi anti-g kostyumları geyinmiş və gərginləşmək və istirahət etmək üçün xüsusi təlim keçmişdir gövdənin əzələləri qan başdan axmaması üçün təxminən doqquz G həddindən artıq yüklənmədə təyyarəni idarə edə bilir."Qısa müddət ərzində insan bədəni Virciniya ştatının İsgəndəriyyə şəhərində yerləşən Aerokosmik Tibb Assosiasiyasının icraçı direktoru Jeff Swiatek deyir ki, doqquz G-dən daha böyük g-qüvvələrinə tab gətirə bilər. "Ancaq çox az adam uzun müddət ərzində yüksək yüklərə tab gətirə bilir." Kapitan Eli Beeding Jr. 1958-ci ildə Nyu-Meksikodakı Holloman Hərbi Hava Qüvvələri bazasında 0,1 saniyədə 55 km/saat sürətləndikdən sonra raket mühərriki ilə xüsusi kirşədə əyləc edərkən 82,3 G həddindən artıq yüklə qarşılaşdı. Bu nəticəni qeyd etdi. Onun sinəsinə quraşdırılmış akselerometr də "qara örtük" fərq etdi, lakin o, insan bədəninin dözümlülüyünü nümayiş etdirərkən yalnız üç gün keçirdi Astronavtlar, nəqliyyat vasitələrindən asılı olaraq, uçuş zamanı və atmosferin sıx təbəqələrinə qayıdarkən kifayət qədər yüksək yüklərə məruz qaldılar, ağıllı fikir sayəsində Kosmik səyahət edənlərin oturacaqlara uçuş istiqamətinə baxaraq bərkidilməsi. Orbitdə 26.000 km/saat sabit kruiz sürətinə çatdıqdan sonra astronavtlar kommersiya uçuşlarında sərnişinlərdən daha çox sürət əldə etmirlər. Orion kosmik gəmisindəki uzun missiyalarda hər şey daha mürəkkəbdir, mikrometeoritlər adlanan bu taxıl ölçülü hissəciklər 300 min km/saata qədər təsir edici və hələ də dağıdıcı sürətlər inkişaf etdirə bilər. Gəminin bütövlüyünü və heyətinin təhlükəsizliyini təmin etmək üçün Orion qalınlığı 18 ilə 30 sm arasında dəyişən xarici qoruyucu təbəqə ilə təchiz edilmişdir Gəmi istifadə olunur: "Uçuş sistemlərini itirməmək üçün bu, bütün kosmik gəmi üçün vacibdir, biz mikrometeoritlərin yaxınlaşma bucaqlarını dəqiq hesablamalıyıq" dedi , bu müddət ərzində boş kosmosda insan uçuşunun getdikcə daha vacib rol oynayacağı, Marsa ekspedisiya zamanı digərlərinə diqqət yetirilməli olacaq. praktik problemlər, məsələn, ekipajı qida ilə təmin etmək və kosmik radiasiyanın insan orqanizminə təsiri nəticəsində artan xərçəng riskinin qarşısını almaq üçün səyahət vaxtının azaldılması bu cür problemlərin şiddətini azaldacaq, buna görə də hərəkət sürəti getdikcə arzuolunan olacaq. Yeni Nəsil Kosmosa Uçuş Bu sürət ehtiyacı kosmos səyahətçilərinə yeni maneələr yaradacaq və Apollon 10-un sürət rekordunu qırmaq təhlükəsi ilə üzləşən NASA-nın yeni kosmik gəmisi ilk kosmos uçuşlarından bəri istifadə edilən zamanla sınaqdan keçirilmiş kimyəvi raket hərəkət sistemlərinə arxalanmağa davam edəcək. Lakin bu sistemlər ciddi sürət məhdudiyyətlərinə malikdir, çünki onlar yanacaq vahidi üçün az miqdarda enerji buraxırlar. Beləliklə, Marsa və ondan kənara gedən insanlar üçün uçuş sürətini əhəmiyyətli dərəcədə artırmaq üçün elm adamları tamamilə yeni yanaşmalara ehtiyac olduğunu başa düşürlər Bray deyir ki, bu gün bizi oraya çatdırmaq iqtidarındadır, lakin biz hamımız hərəkətdə olan inqilabın şahidi olmaq istərdik." Erik Davis, Texas ştatının Ostin şəhərindəki Qabaqcıl Tədqiqatlar İnstitutunun baş elmi fizikası və NASA-nın Sıçrayış Mühəndisliyinin üzvü 2002-ci ildə başa çatan altı illik bir tədqiqat layihəsi olan Hərəkət Fizikasında Proqram, ənənəvi fizika baxımından bəşəriyyətə planetlərarası səyahət üçün kifayət qədər sürət əldə etməyə kömək edə biləcək üç ən perspektivli vasitəni müəyyənləşdirdi Maddənin parçalanması, nüvə sintezi və antimaddələrin məhv edilməsi hadisələri haqqında danışırlar. Birinci üsul atomların parçalanmasını nəzərdə tutur və kommersiya nüvə reaktorlarında istifadə olunur bir növ reaksiya Günəşə güc verir. Bu, valeh edən, lakin qavramaq çətin olan texnologiyadır; Bu, "həmişə 50 il uzaqdadır" - və həmişə olacaq, sənayenin köhnə şüarında deyilir: "Bunlar çox qabaqcıl texnologiyalardır," Davis deyir, "amma onlar ənənəvi fizikaya əsaslanır və Atomun başlanğıcından bəri möhkəm şəkildə qurulmuşdur. Yaş." Optimist hesablamalara görə, hərəkət sistemləri, atom parçalanması və termonüvə sintezi anlayışlarına əsaslanaraq, nəzəri olaraq, gəmini işıq sürətinin 10% -ə qədər sürətləndirməyə qadirdir, yəni. Çox hörmətli 100 milyon km/saata qədər sürətli bir kosmik gəmi üçün ən çox seçilən enerji mənbəyi adi maddənin qarşılığı və antipodudur. təmiz enerjinin sərbəst buraxılması ilə nəticələnir. İndiyə qədər çox cüzi miqdarda antimaddə istehsal etməyə və saxlamağa imkan verən texnologiyalar, eyni zamanda, faydalı miqdarda antimaddə istehsalı gələcək nəslin yeni xüsusi qabiliyyətlərini tələb edəcəkdir , və mühəndislik uyğun bir kosmik gəmi yaratmaq üçün rəqabətli bir yarışa girməli olacaq əla ideyalar Artıq rəsm lövhələri üzərində işlənir, antimaddə enerjisi ilə hərəkət edən kosmik gəmilər bir neçə ay və hətta illərlə sürətlənmə ilə hərəkət edə biləcək və eyni zamanda, göyərtədəki g-qüvvələri gəmilərin sakinləri üçün məqbul olaraq qalacaq, lakin bu cür fantastik yeni sürətlər insan orqanizmi üçün başqa təhlükələrlə dolu olacaq. Enerji dolusuSaatda bir neçə yüz milyon kilometr sürətlə kosmosda dağılmış hidrogen atomlarından mikrometeoritlərə qədər hər hansı bir toz zərrəsi qaçılmaz olaraq gəminin gövdəsini deşə bilən yüksək enerjili bir gülləyə çevrilir."Çox yüksək sürətlə hərəkət edərkən, Bu o deməkdir ki, "sizə doğru gələn hissəciklər eyni sürətlə hərəkət edir" deyən Artur Edelşteyn, mərhum atası, Johns Hopkins Universiteti Tibb Fakültəsinin radiologiya professoru William Edelstein ilə birlikdə işləyirdi. elmi iş, kosmosda ultrasürətli kosmos səyahəti zamanı kosmik hidrogen atomlarına məruz qalmanın (insanlara və texnologiyaya) təsirini tədqiq etdi, onun miqdarı hər kub santimetrə bir atomu keçməsə də, kosmosa səpələnmiş hidrogen intensiv radiasiya bombardmanı xüsusiyyətlərini ala bilər. Hidrogen, gəmiyə nüfuz edəcək və həm ekipajı, həm də avadanlıqları radiasiyaya məruz qoyacaq atomaltı hissəciklərə parçalanmağa başlayacaq Heç bir ağlasığmaz material müqavimət göstərə bilmədi və ekipaj üzvlərinin bədənində olan su dərhal qaynayacaq: "Bunların hamısı son dərəcə xoşagəlməz problemlərdir" dedi Edelstein, bir növ yaratmaq üçün bunu təxminən hesabladı Gəmini və insanları ölümcül hidrogen yağışından qoruya bilən hipotetik maqnit mühafizə sistemi ilə kosmik gəmi səs sürətinin yarısından çox olmayan sürətlə hərəkət edə bilər. O zaman gəmidəki insanların sağ qalmaq şansı var, NASA-nın sıçrayışlı hərəkət fizikası proqramının keçmiş direktoru Mark Millis, kosmik səyahət üçün bu potensial sürət limitinin uzaq gələcək üçün problem olaraq qaldığını bildirir. Bu günə qədər toplanmış fiziki biliklərə görə deyə bilərik ki, işıq sürətinin 10% -dən yuxarı sürəti inkişaf etdirmək çox çətin olacaq,” Millis deyir: “Biz hələ də təhlükə altında deyilik: niyə edə bilərik Hələ suya girməmişiksə boğulsun”. Əgər fərz etsək ki, biz üzməyi öyrənmişiksə, o zaman kosmik zamanla sürüşməyi mənimsəyə bilərikmi - bu bənzətməni daha da irəli apara bilərikmi? Şübhəli olsa da, fövqəllüminal mühitdə sağ qalmaq, lakin zifiri qaranlıqda təhsilli maariflənmənin müəyyən parıltıları olmadan deyil, belə maraqlı səyahət vasitələrindən biri Ulduzdan gələn "çarpma sürəti" və ya "döyüş sürücüsü"ndə istifadə olunan texnologiyalara əsaslanır. Trek seriyası elektrik stansiyası , həmçinin "Alcubierre mühərriki" kimi tanınan * (Meksikalı nəzəri fizik Migel Alcubierre-nin adını daşıyır), o, gəmiyə Albert Eynşteynin təsvir etdiyi kimi, qarşısındakı normal məkan-zamanı sıxışdırmağa və onu öz arxasına genişləndirməyə imkan verməsidir. Əslində, gəmi müəyyən həcmdə məkan-zamanda, işıq sürətindən daha sürətli hərəkət edən bir növ “əyrilik qabarcığı”nda hərəkət edir deformasiyaya məruz qalaraq və işıq sürətinin universal həddinin pozulmasından qaçınmaq əvəzinə, Devis deyir ki, Alcubierre sürücüsü sizi dalğanın zirvəsi boyunca taxta sürən sörfçü kimi aparacaq. bir tutma var. Bu fikri həyata keçirmək üçün kosmos-zamanı sıxışdırmaq və genişləndirmək üçün mənfi kütləli ekzotik bir maddə formasına ehtiyac var: "Fizika mənfi kütlə ilə bağlı heç bir əks göstəriş yoxdur" dedi, "amma bunun heç bir nümunəsi yoxdur və bizdə var. Təbiətdə heç görmədim "Başqa bir tutma var. 2012-ci ildə nəşr olunan bir məqalədə, Sidney Universitetinin tədqiqatçıları, "əzgi qabarcığının" yüksək enerjili kosmik hissəciklər yığacağını, çünki o, qaçılmaz olaraq Kainatın məzmunu ilə qarşılıqlı təsir göstərməyə başlayacağını söylədi radiasiya ilə gəmi. Zərif biologiyamızdan ötrü, həqiqətən də, işıq sürətində ilişib qalmağa məhkumuq?! bəşəriyyətin ulduzlararası cəmiyyətə çevrilməsi .İşığın yarısı sürətində - və bu, Edelşteynin araşdırmasına görə, bədənimizin tab gətirə biləcəyi hədddir - ən yaxın ulduza gediş-gəliş 16 ildən çox vaxt aparacaq koordinat sistemində bir ulduz gəmisinin ekipajı üçün Yerdə qalan insanlara nisbətən daha az vaxt tələb edən zamanın genişlənməsinin təsiri işıq sürətinin yarısı qədər dramatik nəticələrə səbəb olmayacaqdır). ümidlə doludur. Bəşəriyyətin insanlara böyük mavi məsafədə və ulduzlarla bəzədilmiş qara kosmosda təhlükəsiz səyahət etməyə imkan verən G-kostyumları və mikrometeorlardan qorunma vasitələri icad etdiyini nəzərə alaraq, o, əmindir ki, gələcəkdə çatdığımız istənilən sürət həddində sağ qalmağın yollarını tapa bilərik. Millis hesab edir ki, "Bizə inanılmaz yeni səyahət sürətləri əldə etməyə kömək edə biləcək eyni texnologiyalar, ekipajları qorumaq üçün bizə hələ məlum olmayan yeni imkanlar verəcəkdir." 1994. Və 1995-ci ildə rus nəzəri fiziki Sergey Krasnikov səs sürətindən daha sürətli kosmosa səyahət üçün cihaz konsepsiyasını təklif etdi. İdeya “Krasnikov borusu” adlanırdı. Hipotetik olaraq, gəmi digər ölçülərdən keçərək, əyri kosmos-zaman vasitəsilə Yerdən müəyyən bir ulduza doğru hərəkət edəcək.

Texnika elmləri doktoru A. QOLUBEV.

Ötən ilin ortalarında jurnallarda sensasiyalı bir mesaj çıxdı. Bir qrup amerikalı tədqiqatçı çox qısa lazer nəbzinin xüsusi seçilmiş mühitdə vakuumdakından yüz dəfələrlə daha sürətli hərəkət etdiyini aşkar ediblər. Bu fenomen tamamilə inanılmaz görünürdü (mühitdə işığın sürəti həmişə vakuumdakından daha azdır) və hətta həqiqətə dair şübhələrə səbəb oldu. xüsusi nəzəriyyə nisbilik. Bu arada, superluminal fiziki obyekt - qazanc mühitində lazer nəbzi - ilk dəfə 2000-ci ildə deyil, 35 il əvvəl, 1965-ci ildə kəşf edildi və superluminal hərəkətin mümkünlüyü 70-ci illərin əvvəllərinə qədər geniş müzakirə edildi. Bu gün bu qəribə fenomen ətrafında müzakirələr yeni güclə alovlandı.

"Superluminal" hərəkət nümunələri.

60-cı illərin əvvəllərində lazer flaşını kvant gücləndiricisindən (ters çevrilmiş populyasiyaya malik mühit) keçirərək qısa güclü işıq impulsları alınmağa başlandı.

Gücləndirici mühitdə işıq impulsunun başlanğıc bölgəsi gücləndirici mühitdə atomların stimullaşdırılmış emissiyasına səbəb olur və onun son bölgəsi onların enerji udmasına səbəb olur. Nəticədə, müşahidəçiyə nəbzin hərəkət etdiyi görünəcək işıqdan daha sürətli.

Lijun Wong təcrübəsi.

Şəffaf bir materialdan (məsələn, şüşə) hazırlanmış prizmadan keçən işıq şüası sınır, yəni dispersiyanı yaşayır.

İşıq nəbzi müxtəlif tezliklərin salınımları toplusudur.

Yəqin ki, hər kəs - hətta fizikadan uzaq insanlar - maddi cisimlərin hərəkətinin və ya hər hansı bir siqnalın yayılmasının maksimal mümkün sürətinin vakuumda işığın sürəti olduğunu bilir. Hərflə qeyd olunur ilə və demək olar ki, saniyədə 300 min kilometrdir; dəqiq dəyər ilə= 299,792,458 m/s. Vakuumda işığın sürəti əsas fiziki sabitlərdən biridir. Həddindən artıq sürətə nail ola bilməmək ilə, Eynşteynin xüsusi nisbilik nəzəriyyəsindən (STR) irəli gəlir. Siqnalların superluminal sürətlərdə ötürülməsinin mümkün olduğu sübut olunsaydı, nisbilik nəzəriyyəsi çökərdi. Daha böyük sürətlərin mövcudluğu ilə bağlı qadağanı təkzib etmək üçün çoxsaylı cəhdlərə baxmayaraq, indiyə qədər bu baş verməyib. ilə. Bununla belə, son eksperimental araşdırmalar çox şey ortaya qoydu maraqlı hadisələr, xüsusi yaradılmış şəraitdə superluminal sürətləri müşahidə etməyin mümkün olduğunu və eyni zamanda nisbilik nəzəriyyəsinin prinsiplərinin pozulmadığını göstərir.

Başlamaq üçün, işıq sürəti problemi ilə bağlı əsas aspektləri xatırlayaq. Hər şeydən əvvəl: niyə mümkün deyil (əgər normal şərait) işıq həddini keçin? Çünki o zaman dünyamızın əsas qanunu pozulur - səbəbiyyət qanunu, ona görə nəticə səbəbdən əvvəl ola bilməz. Heç kim müşahidə etməyib ki, məsələn, ayı əvvəlcə yıxılıb ölüb, sonra ovçu güllələyib. Həddindən artıq sürətlərdə ilə, hadisələrin ardıcıllığı tərsinə çevrilir, zaman lenti geri çəkilir. Bunu aşağıdakı sadə mülahizələrlə yoxlamaq asandır.

Tutaq ki, biz işıqdan daha sürətli hərəkət edən bir növ kosmik möcüzə gəmisindəyik. Sonra mənbənin əvvəlki və əvvəlki dövrlərdə yaydığı işığı yavaş-yavaş tutacaqdıq. Əvvəlcə, deyək ki, dünən, sonra dünən, bir həftə, bir ay, bir il əvvəl və s. buraxılan fotonları tutacaqdıq. Əgər işıq mənbəyi həyatı əks etdirən güzgü olsaydı, onda biz əvvəlcə dünənki hadisələri, sonra dünənki hadisələri və s. Görə bilərdik, deyək ki, get-gedə orta yaşlı adama, sonra gəncə, gəncliyə, uşağa çevrilən bir qoca... Yəni, zaman geri dönərdi, indidən indiki vaxta keçirdik. keçmiş. Səbəblər və təsirlər daha sonra yerləri dəyişəcəkdi.

Bu müzakirə işığın müşahidəsi prosesinin texniki təfərrüatlarını tamamilə nəzərdən qaçırsa da, fundamental nöqteyi-nəzərdən superluminal sürətlə hərəkətin dünyamızda qeyri-mümkün bir vəziyyətə gətirib çıxardığını açıq şəkildə nümayiş etdirir. Bununla belə, təbiət daha da sərt şərtlər qoyub: hərəkət təkcə superluminal sürətlə deyil, həm də sürətlə əldə edilə bilməz. bərabər sürət işıq - yalnız ona yaxınlaşa bilərsiniz. Nisbilik nəzəriyyəsindən belə çıxır ki, hərəkət sürəti artdıqda üç hal yaranır: hərəkət edən cismin kütləsi artır, onun hərəkət istiqamətində ölçüsü kiçilir və bu cismin üzərindəki zaman axını yavaşlayır (nöqtədən). xarici “istirahət edən” müşahidəçinin baxışı). Adi sürətlərdə bu dəyişikliklər əhəmiyyətsizdir, lakin onlar işıq sürətinə yaxınlaşdıqca getdikcə nəzərə çarpır, limitdə isə - sürətə bərabər olur. ilə, - kütlə sonsuz böyük olur, cisim hərəkət istiqamətində ölçüsünü tamamilə itirir və zaman onun üzərində dayanır. Buna görə də heç bir maddi cisim işıq sürətinə çata bilməz. Yalnız işığın özündə belə sürət var! (Həmçinin "hər şeyə nüfuz edən" hissəcik - foton kimi, daha az sürətlə hərəkət edə bilməyən bir neytrino ilə.)

İndi siqnal ötürmə sürəti haqqında. Burada işığın elektromaqnit dalğaları şəklində təsvirindən istifadə etmək məqsədəuyğundur. Bir siqnal nədir? Bu, ötürülməsi lazım olan bəzi məlumatlardır. İdeal bir elektromaqnit dalğası ciddi bir tezlikli sonsuz sinusoiddir və heç bir məlumat daşıya bilməz, çünki belə bir sinusoidin hər dövrü əvvəlkini tam olaraq təkrarlayır. Sinus dalğasının fazasının hərəkət sürəti - sözdə faza sürəti - müəyyən şəraitdə bir mühitdə vakuumda işığın sürətini keçə bilər. Burada heç bir məhdudiyyət yoxdur, çünki faza sürəti siqnalın sürəti deyil - hələ mövcud deyil. Bir siqnal yaratmaq üçün dalğada bir növ "işarə" etmək lazımdır. Belə bir işarə, məsələn, dalğa parametrlərinin hər hansı birində dəyişiklik ola bilər - amplituda, tezlik və ya başlanğıc faza. Lakin işarə qoyulan kimi dalğa sinusoidallığını itirir. O, müxtəlif amplitudaları, tezlikləri və ilkin fazaları olan sadə sinus dalğaları toplusundan - dalğalar qrupundan ibarət modullaşdırılır. Modulyasiya edilmiş dalğada işarənin hərəkət sürəti siqnalın sürətidir. Mühitdə yayılarkən bu sürət adətən yuxarıda qeyd olunan dalğalar qrupunun bütövlükdə yayılmasını xarakterizə edən qrup sürəti ilə üst-üstə düşür (bax: “Elm və həyat” № 2, 2000). Normal şəraitdə qrup sürəti və buna görə də siqnal sürəti vakuumda işığın sürətindən azdır. Təsadüfi deyil ki, burada “normal şəraitdə” ifadəsi işlədilmişdir, çünki bəzi hallarda qrup sürəti sürəti keçə bilər. ilə və ya hətta mənasını itirir, lakin sonra siqnalın yayılması ilə əlaqəli deyil. Xidmət stansiyası daha yüksək sürətlə siqnal ötürməyin mümkün olmadığını müəyyən edir ilə.

Bu niyə belədir? Çünki hər hansı bir siqnalın daha yüksək sürətlə ötürülməsinə maneə var ilə Eyni səbəbiyyət qanunu xidmət edir. Belə bir vəziyyəti təsəvvür edək. A nöqtəsində işıq işığı (1-ci hadisə) müəyyən radiosiqnal göndərən cihazı işə salır və uzaq B nöqtəsində bu radiosiqnalın təsiri altında partlayış baş verir (hadisə 2). Aydındır ki, 1-ci hadisə (alov) səbəb, 2-ci hadisə (partlayış) isə səbəbdən gec baş verən nəticədir. Ancaq radio siqnalı superluminal sürətlə yayılarsa, B nöqtəsinə yaxın olan müşahidəçi əvvəlcə partlayış görəcək və yalnız bundan sonra ona sürətlə çatacaq. ilə işıq çaxması, partlayışın səbəbi. Başqa sözlə desək, bu müşahidəçi üçün 2-ci hadisə 1-ci hadisədən tez baş vermiş, yəni təsir səbəbdən əvvəl baş vermiş olardı.

Nisbilik nəzəriyyəsinin “superluminal qadağası”nın yalnız maddi cisimlərin hərəkətinə və siqnalların ötürülməsinə qoyulduğunu vurğulamaq yerinə düşər. Bir çox hallarda istənilən sürətlə hərəkət etmək mümkündür, lakin bu, maddi obyektlərin və ya siqnalların hərəkəti olmayacaq. Məsələn, eyni müstəvidə uzanan iki kifayət qədər uzun hökmdarı təsəvvür edin, onlardan biri üfüqi vəziyyətdə yerləşir, digəri isə onu kiçik bir açı ilə kəsir. Birinci hökmdar yüksək sürətlə aşağıya doğru (oxun göstərdiyi istiqamətə) hərəkətə gətirilərsə, hökmdarların kəsişmə nöqtəsi istədiyiniz qədər sürətlə hərəkət edə bilər, lakin bu nöqtə maddi bədən deyil. Başqa bir misal: bir fənər götürsəniz (və ya, məsələn, dar bir şüa verən bir lazer) və onunla havada bir qövsü tez təsvir etsəniz, işıq nöqtəsinin xətti sürəti məsafə ilə artacaq və kifayət qədər böyük məsafədə olacaq. aşmaq ilə.İşıq nöqtəsi A və B nöqtələri arasında superluminal sürətlə hərəkət edəcək, lakin bu, A-dan B-yə siqnal ötürülməsi olmayacaq, çünki belə işıq nöqtəsi A nöqtəsi haqqında heç bir məlumat daşımır.

Belə görünür ki, superluminal sürət məsələsi həll olunub. Lakin XX əsrin 60-cı illərində nəzəri fiziklər takyonlar adlanan superluminal hissəciklərin mövcudluğu fərziyyəsini irəli sürdülər. Bunlar çox qəribə hissəciklərdir: nəzəri cəhətdən mümkündür, lakin nisbilik nəzəriyyəsi ilə ziddiyyətlərdən qaçmaq üçün onlara xəyali istirahət kütləsi təyin edilməli idi. Fiziki olaraq, xəyali kütlə mövcud deyil, sırf riyazi abstraksiyadır. Bununla belə, bu, çox narahatlığa səbəb olmadı, çünki taxionlar istirahətdə ola bilməzlər - onlar (əgər varsa!) yalnız vakuumda işıq sürətini aşan sürətlə mövcuddurlar və bu halda taxyon kütləsi real olur. Burada fotonlarla bir bənzətmə var: fotonun istirahət kütləsi sıfırdır, lakin bu, sadəcə olaraq o deməkdir ki, foton istirahətdə ola bilməz - işığı dayandırmaq olmaz.

Ən çətini, gözlənildiyi kimi, takyon fərziyyəsini səbəbiyyət qanunu ilə uzlaşdırmaq oldu. Bu istiqamətdə edilən cəhdlər kifayət qədər dahiyanə olsa da, aşkar uğura gətirib çıxarmadı. Heç kim eksperimental olaraq taxionları da qeyd edə bilməyib. Nəticədə superluminal kimi takyonlara maraq elementar hissəciklər yavaş-yavaş söndü.

Lakin 60-cı illərdə ilkin olaraq fizikləri çaşdıran bir fenomen eksperimental olaraq kəşf edildi. Bu, A. N. Oraevskinin "Gücləndirici mühitdə superluminal dalğalar" (UFN No 12, 1998) məqaləsində ətraflı təsvir edilmişdir. Burada təfərrüatlarla maraqlanan oxucunu qeyd olunan məqaləyə istinad edərək, məsələnin mahiyyətini qısaca yekunlaşdıracağıq.

Lazerlərin kəşfindən az sonra - 60-cı illərin əvvəllərində - qısa (təxminən 1 ns = 10 -9 s davam edən) yüksək güclü işıq impulslarının alınması problemi yarandı. Bunun üçün optik kvant gücləndiricisindən qısa bir lazer impulsu keçirildi. Nəbz şüaları parçalayan güzgü ilə iki hissəyə bölündü. Onlardan biri, daha güclü, gücləndiriciyə göndərildi, digəri isə havada yayıldı və gücləndiricidən keçən nəbzin müqayisə oluna biləcəyi istinad nəbzi kimi xidmət etdi. Hər iki impuls fotodetektorlara verilirdi və onların çıxış siqnalları osiloskop ekranında vizual olaraq müşahidə oluna bilirdi. Gücləndiricidən keçən işıq impulsunun istinad impulsu ilə müqayisədə onda müəyyən gecikmə yaşayacağı, yəni gücləndiricidə işığın yayılma sürətinin havadan daha az olacağı gözlənilirdi. Təsəvvür edin ki, nəbz gücləndirici vasitəsilə nəinki havada, hətta vakuumda işığın sürətindən də bir neçə dəfə yüksək sürətlə yayılır!

İlk sarsıntıdan qurtulan fiziklər belə gözlənilməz nəticənin səbəbini axtarmağa başladılar. Xüsusi nisbilik nəzəriyyəsinin prinsiplərinə heç kimin zərrə qədər də şübhəsi yox idi və bu, tapmağa kömək etdi. düzgün izahat: SRT-nin prinsipləri qorunub saxlanılırsa, cavabı gücləndirici mühitin xüsusiyyətlərində axtarmaq lazımdır.

Burada təfərrüatlara varmadan, yalnız onu qeyd edəcəyik ki, gücləndirici mühitin təsir mexanizminin ətraflı təhlili vəziyyəti tamamilə aydınlaşdırdı. Məsələ, nəbzin yayılması zamanı fotonların konsentrasiyasının dəyişməsi idi - mühitin qazancının dəyişməsi nəticəsində yaranan dəyişiklik mənfi dəyər impulsun arxa hissəsinin keçməsi zamanı, mühit artıq enerji udduğu zaman, çünki işıq impulsuna keçməsi səbəbindən öz ehtiyatı artıq istifadə edilmişdir. Absorbsiya impulsun artmasına deyil, zəifləməsinə səbəb olur və beləliklə impuls ön hissədə güclənir, arxa hissədə isə zəifləyir. Təsəvvür edək ki, gücləndirici mühitdə işıq sürəti ilə hərəkət edən cihazdan istifadə edərək nəbzi müşahidə edirik. Əgər mühit şəffaf olsaydı, impulsun hərəkətsizlikdə donduğunu görərdik. Yuxarıda qeyd olunan prosesin baş verdiyi mühitdə nəbzin ön kənarının güclənməsi və arxa kənarının zəifləməsi müşahidəçiyə elə görünəcək ki, mühit nəbzi irəli aparmış kimi görünür. Amma cihaz (müşahidəçi) işıq sürəti ilə hərəkət etdiyinə və impuls onu ötdüyünə görə, impulsun sürəti işıq sürətini üstələyir! Təcrübəçilər tərəfindən qeydə alınan bu təsirdir. Və burada həqiqətən nisbilik nəzəriyyəsi ilə heç bir ziddiyyət yoxdur: gücləndirmə prosesi sadəcə olaraq belədir ki, əvvəllər çıxan fotonların konsentrasiyası sonradan çıxanlardan daha çox olur. Superluminal sürətlə hərəkət edən fotonlar deyil, osiloskopda müşahidə olunan nəbz zərfi, xüsusən də maksimumdur.

Beləliklə, adi mühitlərdə işığın zəifləməsi və onun sürətinin sınma əmsalı ilə müəyyən edilən azalması həmişə olduğu halda, aktiv lazer mühitlərində yalnız işığın gücləndirilməsi deyil, həm də impulsun superlüminal sürətlə yayılması baş verir.

Bəzi fiziklər kvant mexanikasında ən heyrətamiz hadisələrdən biri olan tunel effekti zamanı superlüminal hərəkətin mövcudluğunu eksperimental olaraq sübut etməyə çalışıblar. Bu təsir ondan ibarətdir ki, bir mikrohissəcik (daha doğrusu, mikroobyekt, in müxtəlif şərtlər həm hissəciyin xassələrini, həm də dalğanın xassələrini nümayiş etdirən) sözdə potensial maneədən keçməyə qadirdir - klassik mexanikada tamamilə qeyri-mümkün bir fenomendir (bunun analoqu aşağıdakı vəziyyət olacaq: divara atılan top. divarın o biri tərəfində bitəcək və ya divara bağlanmış dalğaya bənzər bir hərəkəti digər tərəfdən divara bağlanmış ipə ötürüləcəkdi). Kvant mexanikasında tunel effektinin mahiyyəti aşağıdakı kimidir. Müəyyən enerjiyə malik olan mikro cisim yolunda potensial enerjisi mikroobyektin enerjisindən artıq olan sahə ilə qarşılaşırsa, bu sahə onun üçün sədddir, hündürlüyü enerji fərqi ilə müəyyən edilir. Lakin mikro-obyekt maneədən “sızır”! Bu imkanı ona qarşılıqlı təsirin enerjisi və vaxtı üçün yazılmış məşhur Heisenberg qeyri-müəyyənlik əlaqəsi verir. Əgər mikroobyektin maneə ilə qarşılıqlı təsiri kifayət qədər müəyyən vaxt ərzində baş verirsə, o zaman mikroobyektin enerjisi, əksinə, qeyri-müəyyənliklə xarakterizə olunacaq və əgər bu qeyri-müəyyənlik maneənin hündürlüyünə uyğundursa, onda sonuncu mikroobyekt üçün keçilməz maneə olmaqdan çıxır. Potensial maneədən keçmə sürəti bir sıra fiziklərin tədqiqat mövzusuna çevrilib və hesab edir ki, onun həddi aşa bilər. ilə.

1998-ci ilin iyununda Kölndə superluminal hərəkət problemlərinə dair beynəlxalq simpozium keçirildi, burada dörd laboratoriyada - Berkli, Vyana, Köln və Florensiyada əldə edilən nəticələr müzakirə edildi.

Və nəhayət, 2000-ci ildə superluminal yayılmanın təsirlərinin ortaya çıxdığı iki yeni təcrübə haqqında hesabatlar ortaya çıxdı. Onlardan biri Lijun Wong və onun həmkarları tərəfindən ifa edilmişdir tədqiqat institutu Prinstonda (ABŞ). Bunun nəticəsidir ki, sezium buxarı ilə dolu kameraya daxil olan işıq impulsu onun sürətini 300 dəfə artırır. Məlum oldu ki, nəbzin əsas hissəsi kameranın uzaq divarından nəbzin kameraya ön divardan daxil olmasından daha tez çıxıb. Bu vəziyyət təkcə ziddiyyət təşkil etmir sağlam düşüncə, lakin mahiyyət etibarı ilə nisbilik nəzəriyyəsi.

L. Vonqun mesajı fiziklər arasında gərgin müzakirələrə səbəb oldu, onların əksəriyyəti əldə edilən nəticələrdə nisbilik prinsiplərinin pozulmasını görməyə meylli deyildi. Onlar hesab edirlər ki, problem bu təcrübəni düzgün izah etməkdir.

L. Vonqun təcrübəsində sezium buxarı ilə kameraya daxil olan işıq impulsunun müddəti təxminən 3 μs idi. Sezium atomları on altı mümkün kvant mexaniki vəziyyətdə mövcud ola bilər, buna "əsas vəziyyətin hiper incə maqnit alt səviyyələri" deyilir. Optik lazer nasosundan istifadə edərək, demək olar ki, bütün atomlar Kelvin şkalası üzrə demək olar ki, mütləq sıfır temperatura (-273,15 o C) uyğun gələn bu on altı vəziyyətdən yalnız birinə gətirildi. Sezium kamerasının uzunluğu 6 santimetr idi. Vakuumda işıq 0,2 ns-də 6 santimetr məsafəni qət edir. Ölçmələrin göstərdiyi kimi, işıq impulsu vakuumdakından 62 ns az vaxt ərzində sezium ilə kameradan keçdi. Başqa sözlə, nəbzin sezium mühitindən keçməsi üçün lazım olan vaxt mənfi işarəyə malikdir! Həqiqətən, 0,2 ns-dən 62 ns-i çıxarsaq, "mənfi" vaxt alırıq. bu " mənfi gecikmə"mühitdə - anlaşılmaz zaman sıçrayışı - nəbzin vakuumda kameradan 310 dəfə keçəcəyi vaxta bərabərdir. Bu "müvəqqəti inqilab"ın nəticəsi kameradan çıxan nəbzin 19 metr hərəkət etməyi bacarması idi. gələn nəbz kameranın yaxın divarına çatmazdan əvvəl ondan uzaqlaşdı (təcrübənin təmizliyinə şübhə etmiriksə) belə bir inanılmaz vəziyyəti necə izah etmək olar?

Davam edən müzakirələrə görə, hələ dəqiq izahat tapılmamışdır, lakin burada mühitin qeyri-adi dispersiya xüsusiyyətlərinin rol oynadığına şübhə yoxdur: lazer işığı ilə həyəcanlanan atomlardan ibarət sezium buxarı anomal dispersiyaya malik bir mühitdir. . Bunun nə olduğunu qısaca xatırlayaq.

Maddənin dispersliyi fazanın (adi) sınma göstəricisindən asılılıqdır n işıq dalğa uzunluğu üzrə l. Normal dispersiya ilə sındırma indeksi dalğa uzunluğunun azalması ilə artır və bu şüşə, su, hava və işığa şəffaf olan bütün digər maddələrdə belədir. İşığı güclü şəkildə udan maddələrdə dalğa uzunluğunun dəyişməsi ilə sındırma indeksinin gedişi tərsinə çevrilir və daha dik olur: l azaldıqca (artan tezlik w) sındırma indeksi kəskin şəkildə azalır və müəyyən dalğa uzunluğu bölgəsində vahiddən az olur. (faza sürəti V f > ilə). Bu, maddədə işığın yayılma sxeminin kökündən dəyişdiyi anomal dispersiyadır. Qrup sürəti V gr dalğaların faza sürətindən böyük olur və vakuumda işığın sürətini keçə bilər (həmçinin mənfi olur). L. Vonq öz eksperimentinin nəticələrini izah etmək imkanının altında yatan səbəb kimi bu vəziyyəti göstərir. Bununla belə, qeyd etmək lazımdır ki, şərt V gr > ilə sırf formaldır, çünki qrup sürəti anlayışı kiçik (normal) dispersiya halında, şəffaf mühit üçün, dalğalar qrupu yayılma zamanı demək olar ki, öz formasını dəyişmədikdə tətbiq edilmişdir. Anormal dispersiya bölgələrində işığın nəbzi tez deformasiya olunur və qrup sürəti anlayışı mənasını itirir; bu zaman siqnal sürəti və enerjinin yayılma sürəti anlayışları təqdim edilir ki, bunlar şəffaf mühitdə qrup sürəti ilə üst-üstə düşür, udma qabiliyyəti olan mühitlərdə isə vakuumda işığın sürətindən az qalır. Ancaq Vonqun eksperimentində maraqlı olan budur: anomal dispersiyaya malik mühitdən keçən yüngül nəbz deformasiyaya uğramır - o, öz formasını tam olaraq saxlayır! Və bu, impulsun qrup sürəti ilə yayıldığı fərziyyəsinə uyğundur. Amma belədirsə, onda belə çıxır ki, mühitdə udma yoxdur, baxmayaraq ki, mühitin anomal dispersiyası məhz udma ilə bağlıdır! Vonq özü çox şeyin qeyri-müəyyən qaldığını etiraf edərək, onun eksperimental qurğusunda baş verənlərin, ilk təqribən aydın şəkildə izah edilə biləcəyinə inanır. aşağıdakı kimi.

İşıq impulsu müxtəlif dalğa uzunluqlarına (tezliklərə) malik bir çox komponentdən ibarətdir. Şəkildə bu komponentlərdən üçü göstərilir (dalğalar 1-3). Müəyyən bir nöqtədə hər üç dalğa fazadadır (onların maksimumları üst-üstə düşür); burada onlar toplaşaraq bir-birini gücləndirir və impuls əmələ gətirirlər. Dalğalar kosmosda yayılmağa davam etdikcə, onlar zəifləyir və bununla da bir-birini “ləğv edir”.

Anormal dispersiya bölgəsində (sezium hüceyrəsinin içərisində) daha qısa olan dalğa (dalğa 1) daha uzun olur. Əksinə, üçünün ən uzunu olan dalğa (3-cü dalğa) ən qısası olur.

Nəticədə dalğaların fazaları müvafiq olaraq dəyişir. Dalğalar sezium hüceyrəsindən keçdikdən sonra onların dalğa cəbhələri bərpa olunur. Anormal dispersiyaya malik bir maddədə qeyri-adi faza modulyasiyasına məruz qalaraq, sözügedən üç dalğa müəyyən bir nöqtədə yenidən fazada olur. Burada onlar yenidən toplanır və sezium mühitinə daxil olan eyni formada nəbz əmələ gətirirlər.

Tipik olaraq havada və əslində normal dispersiyaya malik hər hansı şəffaf mühitdə işıq impulsu uzaq məsafədə yayılarkən öz formasını dəqiq saxlaya bilmir, yəni onun bütün komponentləri yayılma yolu boyunca heç bir uzaq nöqtədə mərhələli ola bilməz. Normal şəraitdə isə bir müddət sonra belə uzaq bir nöqtədə işıq nəbzi görünür. Bununla belə, səbəbiylə anomal xüsusiyyətlər Təcrübədə istifadə edilən mühitdə, uzaq bir nöqtədəki nəbzin bu mühitə girərkən olduğu kimi mərhələli olduğu ortaya çıxdı. Beləliklə, işıq nəbzi özünü elə aparır ki, sanki uzaq bir nöqtəyə gedən yolda mənfi vaxt gecikməsi var, yəni ona mühitdən keçdiyi vaxtdan gec deyil, tez çatacaqdı!

Əksər fiziklər bu nəticəni kameranın dispersiya mühitində aşağı intensivlikli prekursorun görünüşü ilə əlaqələndirməyə meyllidirlər. Fakt budur ki, bir impulsun spektral parçalanması zamanı spektrdə nəbzin "əsas hissəsindən" irəli gedən sözdə prekursor, əhəmiyyətsiz dərəcədə kiçik amplituda olan ixtiyari yüksək tezliklərin komponentləri var. Qurulma xarakteri və prekursorun forması mühitdə dispersiya qanunundan asılıdır. Bunu nəzərə alaraq, Vonqun təcrübəsində hadisələrin ardıcıllığının aşağıdakı kimi şərh edilməsi təklif olunur. Gələn dalğa, xəbərçisini özündən qabaq "uzandıraraq" kameraya yaxınlaşır. Gələn dalğanın zirvəsi kameranın yaxın divarına dəyməzdən əvvəl, prekursor kamerada uzaq divara çatan və ondan əks olunan “əks dalğa” əmələ gətirən nəbzin görünməsinə başlayır. Bu dalğa 300 dəfə daha sürətli yayılır ilə, yaxın divara çatır və gələn dalğa ilə qarşılaşır. Bir dalğanın zirvələri digərinin çökəkliyi ilə qarşılaşır ki, bir-birini məhv edir və nəticədə heç nə qalmır. Belə çıxır ki, gələn dalğa kameranın o biri ucunda ona enerji “verən” sezium atomlarına “borcu qaytarır”. Təcrübənin yalnız başlanğıcını və sonunu izləyən hər kəs, yalnız vaxtında irəliyə "sıçrayan", daha sürətli hərəkət edən bir işıq nəbzini görərdi. ilə.

L.Vonq hesab edir ki, onun təcrübəsi nisbilik nəzəriyyəsi ilə uyğun gəlmir. Onun fikrincə, superluminal sürətin əlçatmazlığı haqqında bəyanat yalnız istirahət kütləsi olan cisimlərə aiddir. İşıq ya kütlə anlayışının ümumiyyətlə tətbiq olunmadığı dalğalar şəklində, ya da məlum olduğu kimi sıfıra bərabər olan istirahət kütləsi olan fotonlar şəklində təmsil oluna bilər. Buna görə də, Vonqun fikrincə, vakuumda işığın sürəti hədd deyil. Bununla belə, Vonq etiraf edir ki, kəşf etdiyi effekt məlumatı daha sürətli ötürməyə imkan vermir. ilə.

“Burada olan məlumatlar artıq nəbzin ön tərəfindədir,” ABŞ-dakı Los Alamos Milli Laboratoriyasının fizikası P. Milonni deyir: “Və bu, hətta siz işıqdan daha sürətli məlumat göndərmək təəssüratı yarada bilər göndərmirlər”.

Əksər fiziklər buna inanır yeni iş fundamental prinsiplərə sarsıdıcı zərbə vurmur. Lakin bütün fiziklər problemin həll olunduğuna inanmırlar. 2000-ci ildə daha bir maraqlı eksperiment həyata keçirən italyan tədqiqat qrupundan professor A.Ranfaqni hesab edir ki, sual hələ də açıqdır. Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni və Rocco Ruggeri tərəfindən həyata keçirilən bu təcrübə, normal havada santimetr dalğalı radio dalğalarının yüksək sürətlə hərəkət etdiyini kəşf etdi. ilə 25% ilə.

Xülasə etmək üçün aşağıdakıları deyə bilərik. işləyir son illər göstərir ki, müəyyən şərtlər altında superlumal sürət həqiqətən baş verə bilər. Bəs superluminal sürətlə hərəkət edən nədir? Nisbilik nəzəriyyəsi, artıq qeyd edildiyi kimi, maddi cisimlər və məlumat daşıyan siqnallar üçün belə sürəti qadağan edir. Buna baxmayaraq, bəzi tədqiqatçılar çox israrla siqnallar üçün işıq maneəsini aşmağı nümayiş etdirməyə çalışırlar. Bunun səbəbi odur ki, xüsusi nisbilik nəzəriyyəsində siqnalların daha yüksək sürətlə ötürülməsinin qeyri-mümkünlüyünə dair ciddi riyazi əsaslandırma (məsələn, Maksvellin elektromaqnit sahəsi üçün tənliklərinə əsaslanaraq) yoxdur. ilə. STR-də belə bir qeyri-mümkünlük, demək olar ki, sırf arifmetik olaraq, Eynşteynin sürətlərin əlavə edilməsi düsturuna əsaslanır, lakin bu, əsaslı olaraq səbəbiyyət prinsipi ilə təsdiqlənir. Eynşteyn özü, superluminal siqnal ötürülməsi məsələsini nəzərdən keçirərək yazırdı ki, bu halda "... əldə edilən hərəkətin səbəbdən əvvəl olduğu bir siqnal ötürülməsi mexanizmini nəzərdən keçirməyə məcburuq nöqteyi-nəzəri özündə ehtiva etmir, mənim fikrimcə, heç bir ziddiyyət yoxdur; V > s kifayət qədər sübut edilmişdir." Səbəbiyyət prinsipi superluminal siqnal ötürülməsinin qeyri-mümkünlüyünün əsasını təşkil edən təməl daşıdır. Və görünür, istisnasız olaraq superluminal siqnalların bütün axtarışları bu daşın üzərində büdrəyəcək, eksperimentçilər nə qədər aşkar etmək istəsələr də, bu daş üzərində büdrəyəcəklər. siqnallar, çünki dünyamızın təbiəti belədir.

Sonda vurğulamaq lazımdır ki, yuxarıda qeyd olunanların hamısı xüsusi olaraq dünyamıza, Kainatımıza aiddir. Bu bənd ona görə hazırlanmışdır son vaxtlar Astrofizika və kosmologiyada topoloji tunellər - tullananlar vasitəsilə birləşən bizdən gizlənən çoxlu Kainatların mövcudluğuna imkan verən yeni fərziyyələr yaranır. Bu fikri, məsələn, məşhur astrofizik N.S.Kardaşev bölüşür. Xarici müşahidəçi üçün bu tunellərin girişləri qara dəliklər kimi anomal cazibə sahələri ilə göstərilir. Belə tunellərdəki hərəkətlər, fərziyyələrin müəlliflərinin irəli sürdüyü kimi, işıq sürətinin adi kosmosda qoyulan sürət həddini keçməyə və deməli, zaman maşını yaratmaq ideyasını həyata keçirməyə imkan verəcək. .. Mümkündür ki, belə Kainatlarda bizim üçün qeyri-adi bir şey həqiqətən baş verə bilər. Hələlik bu cür fərziyyələr elmi fantastika hekayələrini çox xatırladırsa da, çox elementli bir cihaz modelinin əsas ehtimalını qəti şəkildə rədd etmək çətindir. maddi dünya. Başqa bir şey budur ki, bütün bu digər Kainatlar, çox güman ki, Kainatımızda yaşayan və düşüncələrinin gücü ilə bizə bağlı dünyalar tapmağa çalışan nəzəri fiziklərin sırf riyazi konstruksiyaları olaraq qalacaqlar...

Eyni mövzudakı məsələyə baxın

Böyük Adron Kollayderində fotonlar 299,792,455 m/s sürətə çatır. Bu, işıq sürətindən saniyədə cəmi üç metr azdır. Saniyədə cəmi üç metr, doğrudan da, onu bir az itələyib fotonları işıq sürətindən yuxarı sürətləndirə bilmərik?

Cavab: yox. Hətta nəzəri cəhətdən heç bir cisim daha sürətli hərəkət edə bilməz. Və bunun bir izahı var. Bir sözlə, kainatdakı hər şey bu sürətlə hərəkət edir və onu aşa bilməz.

Başlamaq üçün qeyd etmək lazımdır ki, nisbilik nəzəriyyəsinə görə sürət artdıqca kütlə də artır. Aşağı sürətlərdə bu nəzərə çarpmır, lakin işıq sürətinə yaxınlaşdıqca sürətlə böyüməyə başlayır. Sürətləndirmək getdikcə daha çətin olacaq və bütün kainatın enerjisi sürəti daha da artırmaq üçün kifayət etməyəcək.

Amma kütlənin artması hər şeyi izah etmir. Məsələn, niyə fotonlar - kütləsiz hissəciklər də işıq sürətinə çata bilmirlər? Məsələ çox vaxt yanlış təsəvvür etdiyimiz məkan və zamanın quruluşundadır. Dörd ölçülü bir dünyada yaşadığımızdan başlamağa dəyər. Üç məkan ölçüsü ilə yanaşı, bizim də vaxtımız var.

Başlamaq üçün iki ölçülü dünyanı götürək, burada x oxu məkan koordinatıdır, t isə zaman koordinatıdır. Tutaq ki, bəzi cisim x oxu boyunca hərəkət edir. Biz zamanın hər anında onun mövqeyini göstərə bilərik. Bütün bu nöqtələr sözdə dünya xəttini təşkil edir.

Əgər bir şey istirahətdədirsə, onun dünya xətti şaquli düz xəttdir, əgər cisim hərəkət edirsə, o, meyllidir; Sürət nə qədər yüksək olarsa, meyl bir o qədər çox olar, çünki daha çox məsafə daha az vaxtda qət edilir. Siz hətta işıq sürətinə uyğun bir yamac təyin edə bilərsiniz.

Belə çıxır ki reallığımızda stasionar obyektlər yoxdur. Həm statik, həm də dinamik obyektlər zaman oxu boyunca hərəkət edirlər.

İndi əyləncə başlayır, dördölçülü dünyaya və işıq sürətini aşmaq niyə mümkün deyil sualının cavabına keçirik. Əgər fəza dördölçülüdürsə, sürət də dördölçülü olmalıdır. Buna 4-sürətli deyilir.

Qrafikimizdə bu dünya xəttinə tangens olacaq.

Ancaq komponentlərinin görünəcəyi başqa bir qrafik etmək daha yaxşıdır.

Əgər oturub heç nə etməsəniz, yalnız zamanla hərəkət edirsiniz. Saniyədə bir saniyə sürətlə. Hərəkət etməyə başlasanız, başqa bir komponent (kosmosda sürət) görünəcək və 4-sürətli vektor meylli olacaq. Və belə çıxır ki, 4-sürətlinin ölçüsü həmişə eynidir - işıq sürətinə bərabərdir. Yəni, hamımız tamamilə həmişə eyni 4-sürətlə məkan və zamanda tələsirik. Biz isə onu nə artıra, nə də azalda bilərik. Yeganə imkan onun istiqamətini dəyişməkdir. Hərəkət etməyə başlasaq, 4-sürətə heç nə əlavə etmirik, sadəcə onun meylini dəyişirik.

Nə qədər sürətli hərəkət etsək, yamac bir o qədər böyükdür.

Qeyd edək ki kosmosda hərəkət sürəti nə qədər çox olarsa, zamanla hərəkət sürəti bir o qədər aşağı olar- bu, nisbilik nəzəriyyəsinin məşhur olduğu zamanın genişlənməsinin təsiridir.

4-sürət qrafikdəki üfüqi xəttə çatdıqda işıq sürətinə bərabər olur. Və 4 pilləni necə çevirsəniz də, o, heç vaxt daha da böyüməyəcək. Bu hədddir. Bu, birbaşa dünyamızın xüsusiyyətlərindən irəli gəlir.

İşıq sürətinə yaxın sürətlərə nail olmaq üçün, çoxpilləli raket burada göstərilən Super Haas raketi kimi, sürətlənən kimi kütləsinin bir hissəsini tökməli olacaq.

Tutaq ki, siz ulduzlararası səyahətə çıxmaq və istədiyiniz yerə mümkün qədər tez çatmaq istəyirsiniz. Siz sabaha qədər bunu edə bilməyəcəksiniz, amma bütün lazımi alətlər və texnologiyanız, üstəlik Eynşteynin nisbi nəzəriyyəsindən bir az kömək olsaydınız, bir ildən sonra ora çata bilərdinizmi? Bəs işıq sürətinə yaxınlaşmaq? Bu həftə oxucumuz məhz bunu soruşur:

Bu yaxınlarda bir kitab oxudum, onun müəllifi 20 il ərzində 1 g sürətlə uçan və sonra geri qayıdan bir kosmik gəmini təsəvvür edərək əkiz paradoksu izah etməyə çalışdı. Belə bir müddət ərzində belə sürətlənməni saxlamaq olarmı? Əgər siz məsələn, yeni ilin ilk günündə səyahətə başlasanız və saniyədə 9,8 metr sürətlənmə ilə uçsanız, o zaman hesablamalara görə, ilin sonuna qədər işıq sürətinə çata bilərsiniz. Bundan sonra daha necə sürətləndirə bilərəm?

Ulduzlara səyahət etmək üçün belə sürətlənməni saxlamaq mütləq lazımdır.



1992-ci ildə Kolumbiya kosmik gəmisinin buraxılışı göstərir ki, raket bir anda sürətlənmir - sürətləndirmək üçün çox vaxt lazımdır.

Ən qabaqcıl raketlər və sistemlər reaktiv hərəkət Bəşəriyyətin yaratdığı , belə bir iş üçün kifayət qədər güclü deyil, çünki onlar o qədər də sürətlənməyə nail ola bilmirlər. Onlar təsir edicidirlər, çünki kifayət qədər uzun müddət böyük bir kütləni sürətləndirirlər. Ancaq Saturn 5, Atlas, Falcon və Soyuz kimi raketlərin sürətlənməsi heç bir idman avtomobilinin sürətindən çox deyil: 1-dən 2 q-a qədər, burada g saniyədə 9,8 metr kvadratdır. Raket və idman avtomobili arasındakı fərq nədir? Avtomobil öz həddinə 9 saniyəyə, təxminən 320 km/saat sürətlə çatacaq. Raket bu şəkildə daha uzun müddət sürətlənə bilər - saniyə və ya dəqiqə deyil, saatın dörddə biri.

NASA, Cape Kennedy Kosmik Mərkəzindən Apollo 4 raketini buraxan ilk şəxs oldu. O, idman avtomobili kimi sürətlənsə də, uğurun açarı bu sürətlənməni uzun müddət saxlaması idi.

Beləliklə, biz Yerin cazibə qüvvəsini dəf edə və orbitə çıxa, Günəş sistemimizdəki digər dünyalara çata və ya hətta günəşin cazibə qüvvəsindən qaça bilərik. Amma nə vaxtsa biz limitə çatacağıq - daşınan yanacaq miqdarına qoyulan məhdudiyyətlər səbəbindən məhdud müddətə sürətləndirə bilərik. İstifadə etdiyimiz raket yanacağı təəssüf ki, son dərəcə səmərəsizdir. Siz Eynşteynin məşhur E = mc 2 tənliyini görmüsünüz, bu tənlik kütləni bir enerji forması kimi təsvir edir və enerjinin maddə kimi necə saxlanıla biləcəyini təsvir edir. Bizim gözəl raket yanacağımız təəssüf ki, səmərəsizdir.

2016-cı ilin əvvəlində SpaceX Raptor mühərrikinin ilk sınaq buraxılışı

Kimyəvi reaksiyalardan istifadə edərək, yanacaq kütləsinin 0,001%-dən çoxunu enerjiyə çevirərək, ciddi şəkildə məhdudlaşdırır. maksimum sürət, kosmik gəmi üçün əlçatandır. Və buna görə də 5 ton faydalı yükün geostasionar orbitə çıxarılması üçün 500 ton ağırlığında raket lazımdır. Nüvə raketləri daha səmərəli olardı və onların kütləsinin təxminən 0,5%-ni enerjiyə çevirərdi, lakin ideal nəticə E = mc 2-nin çevrilməsində 100% səmərəliliyə nail olan maddə-antimaddə yanacağı olardı. Əgər sizdə nə olursa olsun müəyyən kütlədə olan bir raketiniz olsaydı və bu kütlənin yalnız 5%-i antimaddədə (və daha 5%-i birdəfəlik istifadə olunan maddədə) olsaydı, zamanla məhvi idarə edə bilərsiniz. Nəticə, hər hansı digər yanacağın sizə verə biləcəyindən daha uzun müddət ərzində 1 q sabit və davamlı sürətlənmə olacaq.

Rəssamın ideyası reaktiv sistem antimaddədən istifadə edərək hərəkət. Materiya/antimaddə məhvi hər hansı məlum maddənin ən yüksək fiziki enerji sıxlığını yaradır.

Əgər daimi sürətlənməyə ehtiyacınız varsa, o zaman ümumi kütlənin bir neçə faizini təşkil edən maddə/antimaddəni məhv etmək sizə aylar ərzində bu sürətlə sürətlənməyə imkan verəcək. Bu yolla, bütün ABŞ büdcəsini antimaddə yaratmağa sərf etsəniz və 100 kq yükü sürətləndirsəniz, işıq sürətinin 40%-ə qədərini qazana bilərsiniz. Əgər daha çox sürətləndirmək lazımdırsa, özünüzlə götürdüyünüz yanacaq miqdarını artırmalısınız. Və nə qədər çox sürətləndirsəniz, işıq sürətinə nə qədər yaxınlaşsanız, bir o qədər relativistik effektlər sizə nəzərə çarpacaq.

Sürətlənməni günlər, aylar, illər və ya onilliklər ərzində 1 q-da saxlasanız, sürətiniz zamanla necə artacaq

On gün 1 g sürətlə uçduqdan sonra siz artıq sonuncu planet olan Neptunu keçmiş olacaqsınız günəş sistemi. Bir neçə aydan sonra vaxtın yavaşladığını və məsafələrin qısaldığını hiss etməyə başlayacaqsınız. Bir ildən sonra siz artıq işıq sürətinin 80%-nə çatacaqsınız; 2 ildən sonra siz işıq sürətinin 98%-nə yaxınlaşacaqsınız; 5 il 1 g sürətlənmə ilə uçduqdan sonra siz işıq sürətinin 99,99%-i ilə hərəkət edəcəksiniz. Və nə qədər tez sürətləndirsəniz, işıq sürətinə bir o qədər yaxınlaşacaqsınız. Ancaq heç vaxt buna nail olmayacaqsınız. Üstəlik, zaman keçdikcə bu, daha çox enerji tələb edəcəkdir.

Loqarifmik miqyasda görə bilərsiniz ki, siz nə qədər çox sürətləndirsəniz, işıq sürətinə bir o qədər yaxınlaşacaqsınız, ancaq ona heç vaxt çata bilməyəcəksiniz. 10 ildən sonra belə işıq sürətinin 99,9999999%-nə yaxınlaşacaqsan, amma ona çatmayacaqsan

Sürətlənmənin ilk on dəqiqəsi lazım olacaq müəyyən məbləğ enerji və bu müddətin sonuna qədər siz 6 km/s sürətlə hərəkət edəcəksiniz. Daha 10 dəqiqədən sonra siz sürətinizi iki qat artıraraq 12 km/s-ə çatdıracaqsınız, lakin bunun üçün üç dəfə çox enerji tələb olunacaq. Başqa on dəqiqədən sonra siz 18 km/s sürətlə hərəkət edəcəksiniz, lakin bunun üçün ilk on dəqiqədən 5 dəfə çox enerji tələb olunacaq. Bu sxem işləməkdə davam edəcək. Bir il ərzində siz artıq başladığınızdan 100.000 dəfə çox enerji istifadə edəcəksiniz! Bundan əlavə, sürət getdikcə daha az artacaq.

Uzunluqlar qısalır və vaxt uzanır. Qrafik, yüz il ərzində 1 q sürətlənmə ilə səyahət edən bir kosmik gəminin görünən kainatın demək olar ki, istənilən nöqtəsinə necə səyahət edə biləcəyini və oradan bir müddət ərzində geri dönə biləcəyini göstərir. insan həyatı. Lakin o, qayıdana kimi Yer kürəsində əlavə vaxt keçəcək.

Əgər 100 kq-lıq gəmini bir il ərzində 1 q-da sürətləndirmək istəyirsinizsə, sizə 1000 kq maddə və 1000 kq antimaddə lazımdır. Bir il ərzində siz işıq sürətinin 80%-i ilə hərəkət edəcəksiniz, ancaq onu heç vaxt keçməyəcəksiniz. Sonsuz miqdarda enerjiniz olsa belə. Daimi sürətlənmə təkan qüvvəsinin daimi artımını tələb edir və siz nə qədər tez getsəniz, daha çox enerjiniz relativistik effektlərə sərf olunur. Kosmosun deformasiyasını necə idarə edəcəyimizi anlayana qədər, işıq sürəti Kainatın son məhdudiyyəti olaraq qalacaq. Kütləsi olan hər şey ona çata bilməyəcək, hətta onu ötüb keçməyəcək. Ancaq bu gün başlasanız, bir ildən sonra özünüzü heç bir makroskopik obyektin getmədiyi yerdə tapacaqsınız!