Большой адронный коллайдер является самым крупным ускорителем элементарных частиц в мире. Он способен разогнать пучки протонов до скорости 299,792455 миллиона метров в секунду. В то время как скорость света, она же постоянная Планка, равна 299,792458 миллионам метров в секунду. Разогнанным таким образом протонам не хватает всего 3 метров в секунду, чтобы двигаться так же быстро, как фотоны.
Что же является препятствием к достижению протонами скорости света? Канонические законы физики гласят, что ни одно материальное тело не может превысить скорость света в вакууме. Краткое объяснение этого тезиса заключается в том, что все объекты Вселенной движутся именно со скоростью света в вакууме.
Согласно теории относительности, с увеличением скорости увеличивается и масса. Причем в диапазоне, не превышающем отметку примерно в 200 тысяч километров в секунду, это увеличение не столь значительно. При приближении же к отметке значения скорости света рост массы ошеломительно ускоряется, что соответствующим образом влияет на набор скорости – для него требуется все больше энергии. Таким образом, сложно назвать источник энергии, способный обеспечить такую скорость.
Однако эти расчеты не объясняют того факта, что фотоны, являющиеся безмассовыми частицами, тоже не способны разогнаться до значения, превышающего световую скорость.
Разгадка кроется в самом подходе к рассмотрению пространственно-временной системы. Каждое тело описывается в четырех измерениях – в трехмерном пространстве и в измерении времени. И если даже в пространственных измерениях объект не меняет своего положения, то во временном оно непрестанно изменяется, вследствие непрерывности течения времени. При рассмотрении скорости в системе четырехмерного пространства это явление получило название 4-скорость. Этот показатель отражает, насколько быстро объект движется в пространстве и времени.
Для представления это величины предлагается разложить вектор 4-скорости на две составляющие – проекцию на ось скорости в пространстве и на ось скорости во времени. В такой системе неподвижный в пространстве объект будет перемещаться только во времени и иметь скорость во времени равную 1 секунда в секунду, вектор 4-скорости будет направлен вдоль оси скорости во времени - вертикально. Если же объект начнет движение, появится и другая составляющая и начнется отклонение вектора 4-скорости от вертикали.
Суть же теории заключается в том, что 4-скорость имеет постоянную величину, равную скорости света в вакууме. Таким образом, все объекты во вселенной, независимо от их пространственной скорости, имеют скорость во времени, равную скорости света. Эта величина не может быть ни увеличена, ни уменьшена. Возможно только изменение направления вектора данной скорости.
Увеличение скорости движения в пространстве увеличивает наклон вектора 4-скорости и, соответственно, уменьшает вертикальную составляющую - скорость движения во времени. Именно это явление получило название эффекта замедления времени, научно обоснованного в теории относительности. Чем быстрее объект движется в пространстве, тем медленнее он перемещается во времени.
Горизонтальное направление вектора 4-скорости, то есть максимальное отклонение от вертикали и наивысшее значение составляющей скорости в пространстве при минимальном значении составляющей скорости во времени, будет соответствовать движению объекта со скоростью света.
Такое упрощенное объяснение может дать приблизительное представление о том, почему именно ни один объект не может двигаться быстрее скорости света.
Смотрите видео о том, почему же нельзя превысить скорость света на нашем сайте!