Согласно Специальной Теории Относительности Эйнштейна (СТО), объекты обладающие массой невозможно разогнать до скорости света, так как для этого потребуется бесконечно много энергии. А превышение скорости света стало бы эквивалентно путешествию во времени. Частицы без массы, например свет (фотоны), могут передвигаться только со скоростью света. Два луча света, летящие друг навстречу другу, так же будут приближаться друг к другу со скоростью света, так как формула сложения скоростей в Специальной Теории Относительности - это сумма скоростей (как мы привыкли), но умноженная на гамма-фактор, который зависит от скорости частицы, и становится отличным от единицы при скоростях, близких к скорости света.
В данной статье мы рассмотрим ситуации, когда все-таки можно превысить скорость света, не нарушая Теории Относительности и законов физики.
Проекция объектов
Самый простой вариант - это сверх-световое движение проекции физического объекта. Например, можно посветить лазерной указкой на Луну. Если махнуть быстро, пятно пробежит по поверхности быстрее скорости света. Законы физики не нарушаются, так как никакой объект со скоростью света на самом деле не движется. Пятна от лазерной указки на Луне в разные моменты времени не связаны причинно-следственными связями друг с другом, а связаны только с самой лазерной указкой, которой мы светим.
В астрономии есть похожий феномен, на английском - superluminal motion. Феномен проявляется, когда астрономические объекты - звезды, галактики - выплескивают вещество в виде струи. Когда мы смотрим на это явление с Земли, нам может казаться, что какие-то внутренние сегменты всплеска двигаются быстрее скорости света в несколько раз. На самом деле, никакого сверх-светового движения нет. Просто "струя" (англ.: jet) не направлена прямо на нас, а находится под каким-то углом. Таким образом, мы видим лишь проекцию движения сегментов внутри вещества.
Расширение и искривление пространства
На самом деле, скорость света невозможно превысить только в системе отсчета, где пространство является плоским и не искривленным. Однако, согласно теории Относительности, мы живем в пространстве, которое искривлено объектами: планеты, звезды, галактики. Более того, наблюдаемое нами расширение Вселенной - это тоже искривление пространства. В каждом маленьком кусочке наше пространство (и время) плоское, а на больших расстояниях - искривленное.
Более того, пространство Вселенной расширяется. Это не галактики "разлетаются" в разные стороны, а само пространство между ними. И, на самом деле, многие галактики удаляются от нас быстрее скорости света. Это факт. Относительно какой-то точки в своей области космоса галактики не двигаются быстрее света. Просто самого пространства становится больше и больше. Свет, который мы от таких галактик видим, был произведен когда пространство расширялось с меньшей скоростью.
Если человечество научится управлять гравитацией и искривлять пространство-время, то и мы сможем передвигаться до удаленных звезд и галактик быстрее, чем это сделает свет. Эта идея воплощена во многих научно-фантастических книгах и фильмах: Звездный Путь, Звездные Войны, и многие-многие другие.
Более экстремальный принцип - это "кротовые норы", искривляющие пространство-время до такой степени, что образуется туннель между удаленными областями. В теории относительности Эйнштейна ничто не противоречит созданию кротовых нор, но в природе их пока обнаружено не было. Этот способ преодоления огромных расстояний быстрее света встречался в кинофильмах Интерстеллар и Звездные Врата.
Превышение скорости света в среде
Интересный факт, что скорость распространения света в вакууме выше, чем скорость распространения света в какой либо среде: будь то вода, стекло или воздух. Инородная среда как бы "тормозит" свет, так как молекулы постоянно поглощают и излучают проходимый свет, на что требуется время.
Частицы вещества не могут превышать скорость света в вакууме, но на какое-то время могут превышать скорость света в среде. В таком случае вещество вокруг двигающейся таким образом частицы начинает порождать, так называемое, излучение Вавилова-Черенкова. Это случается, когда космические частицы высоких энергий попадают в атмосферу Земли, или когда работает ядерный реактор.
Квантовая телепортация
Наконец, интересное явление предсказывает квантовая физика. Оказывается, можно получить две частицы вещества, у которых некоторые свойства будут связаны друг с другом. Состояния двух частиц мы пока не знаем, они не определены. Давайте теперь разнесем эти две частицы на сколь угодно большие расстояния друг от друга, например, 10 световых лет. Теперь, когда мы посмотрим на одну частицу - мы мгновенно узнаем так же о состоянии другой частицы, которая находится на 10 световых лет от нас. Получается, что мы получили информацию быстрее скорости света.
Это очень странное явление, которое, несмотря на сомнения ученых вроде Альберта Эйнштейна, было подтверждено экспериментом. Хочу заметить, что энергия или вещество при квантовой телепортации не передаются быстрее света, а часть информации все равно необходимо перенести по "классическому каналу", не превышая скорость света (нам нужно каким-то образом разнести частицы на большие расстояния).
Некоторые ученые считают, что квантовая телепортация может быть на фундаментальном уровне связана с кротовыми норами. А объяснение этой связи поможет понять единую природу квантовой теории и теории относительности Эйнштейна.
Спасибо за внимание! Если Вам понравилась статья - нажимайте "нравится" и подписывайтесь на мой канал :)