Ничто не может двигаться быстрее скорости света в вакууме — это известно всем. Приближаясь к околосветовой скорости, объект приобретает нулевую длину и бесконечную массу, что в принципе невозможно. Однако во Вселенной есть (или, по крайней мере, существует в теории) несколько объектов и физических явлений, которые с легкостью нарушают запрет на сверхсветовое движение, нисколько не противореча при этом современным научным представлениям. Как такое возможно?
Тени и солнечные зайчики
Специальная теория относительности Эйнштейна исключает возможность сверхсветовой скорости передачи информации, при которой нарушался бы принцип причинности. Уже в самой этой формулировке кроется «лазейка»: получается, если объект не передает информацию, он может двигаться со сколь угодно большой скоростью.
Яркий тому пример — тень. Представьте себе гигантский экран, расположенный, к примеру, на Луне. Если вы направите на этот экран прожектор и закроете его рукой, то на Луне тут же появится тень. Если при этом вы переместите руку всего на один сантиметр, то тень от нее преодолеет гораздо большее расстояние — вероятно, тысячи километров, — при этом с такой же скоростью, с какой переместилась ваша рука.
Если взять достаточно большой экран и удалить его на достаточно большое расстояние, то можно добиться того, что тень при перемещении преодолеет скорость света. То же и с солнечными зайчиками.
Излучение Вавилова-Черенкова
Еще один способ двигаться быстрее света — это замедлить сам свет. Теория относительности говорит лишь о скорости света в вакууме, которая является мировой постоянной. Но в более плотных средах, например, в воде или стекле, свет движется гораздо медленнее. При этом другие частицы в этой же среде могут двигаться со своей обычной скоростью, которая будет гораздо больше замедленной скорости частиц света.
Так возникает излучение Вавилова-Черенкова, которое часто можно наблюдать в бассейнах и активных зонах ядерных реакторов. При распаде атомов урана или иных радиоактивных элементов некоторые частицы вылетают на скоростях, превышающих скорость света в той же среде, и испускают слабое голубое свечение.
Квантовая телепортация
Еще один пример сверхсветовой скорости — квантовая телепортация. В ее основе лежит принцип квантовой запутанности — это явление, при котором два фотона могут быть связаны между собой так, что изменение одного вызывает мгновенное изменение состояния другого, даже если они находятся на очень большом расстоянии друг от друга.
Итак, у нас есть два квантово запутанных фотона. Один из них мы оставим на Земле, а другой удалим на достаточно большое расстояние. Когда мы «считаем» информацию с того фотона, который остался у нас, второй фотон в ту же секунду, как бы далеко он ни находился, тоже изменит свое состояние.
Но и квантовая телепортация не нарушает теорию относительности, ведь передавать таким образом информацию, увы, невозможно. Дело в том, что фотонам нельзя задать какие-то определенные параметры: измерив один, мы тут же исказим другой — это фундаментальный принцип квантовой механики, известный как «принцип неопределенности Гейзенберга».
Кротовые норы
Преодолеть сверхсветовую скорость могут и кротовые норы, а точнее — перемещение через них. Самое банальное, но очень наглядное объяснение того, что такое кротовая нора — аналогия с листом бумаги. Чтобы пересечь лист бумаги от края до края, какому-нибудь жучку потребуется много времени. Но если мы возьмем этот лист и согнем его, соединив края, букашка тут же «телепортируется» в нужную точку.
Нечто подобное можно проделать на больших космических расстояниях с самой тканью пространства-времени, что в итоге позволит перемещаться из одной точки в другую быстрее света. Вообще существование кротовых нор еще не доказано, но оно и не противоречит никаким важным научным теориям, в том числе теории относительности.
Тахионы
Ни один из описанных выше вариантов не предполагает, что какие-то конкретные частицы, нарушая все законы физики, могут двигаться быстрее света в вакууме. А между тем такие частицы вполне могут существовать (что, впрочем, еще не доказано) — это тахионы.
Эти частицы, если только существуют, ведут себя совсем не так, как другие: сталкиваясь с атомами, они теряют энергию и ускоряются, следующее столкновение забирает еще больше энергии и снова ускоряет тахионы — и так до бесконечности. То есть, теряя энергию, они не замедляются, как нормальные частицы, а наоборот — разгоняются!
Если тахионы существуют, то они нарушают базовые причинно-следственные зависимости, которые, хоть и не являются абсолютно обязательными в науке, все же соответствуют тому, что мы наблюдаем в природе. Поэтому сегодня принято считать, что если тахионы и существуют, передавать с их помощью информацию почему-то все равно не получится.
Однако может выясниться, что в квантовой механике принцип причинности вообще не работает — а значит, и передача информации, и перемещение объектов быстрее скорости света могут оказаться вполне реальными.
Подписывайтесь и узнайте о 5 самых жутких местах во Вселенной!