Человечество всегда стремилось раздвинуть границы возможного. А что, если бы мы смогли покорить саму скорость? Например, облететь Землю семь раз за секунду! Или слетать на Луну и обратно за мгновение ока. А может, промчаться сквозь звёздные рукава галактики за считанные часы? Звучит заманчиво, правда? Такие невероятные путешествия станут возможны, если мы приблизимся к скорости света. Но есть нюанс... даже несколько.
Сядьте поудобнее в кресло вашего новенького сверхсветового корабля. Готовы? Странности начнутся ещё до того, как вы достигнете максимальной скорости. А уж когда вы её достигнете или, не дай бог, превысите... вы сильно пожалеете. Почему? Давайте разбираться вместе! Пристегните ремни, мы отправляемся в путешествие по законам физики!
Готовы узнать, почему погоня за светом может свести с ума, как учёные уже умудрились его обогнать (вроде бы), и почему вам, скорее всего, не захочется летать даже почти со скоростью света? Поехали! Будет немного странно, но ОЧЕНЬ интересно.
Визуальные спецэффекты: мир на скорости света
Добраться до Марса за 10 минут? Легко! Если разогнаться до половины скорости света — каких-то 150 000 километров в секунду. Физика не запрещает. Так в чём проблема? Ну, для начала, выглядеть это будет... необычно. Мы бы сказали даже немного психоделично.
Учёные из MIT создали видеоигру, чтобы показать нам, что происходит при приближении к световому барьеру. Не спрашивайте, почему там гигантские грибы и культисты в плащах — не важно! Главное, что игра наглядно демонстрирует все эффекты. Только вместо разгона игрока, там замедляется сам свет.
Согласно теории относительности Эйнштейна, как только вы наберёте хотя бы 20% скорости света, мир вокруг начнёт преображаться. Объекты впереди станут светлее и приобретут фиолетовый оттенок. А если оглянуться назад — увидите мрачный красный пейзаж. Что за?.. Это эффект Доплера в действии! Тот самый, из-за которого удаляющиеся галактики "краснеют", а приближающиеся, вроде Андромеды, "синеют".
На половине скорости света эффект Доплера подарит вам инфракрасное и ультрафиолетовое зрение. Ваше путешествие превратится в настоящий калейдоскоп! Повернёте голову — и спектры будут меняться в реальном времени. Вау! Зрелище, конечно, завораживающее. Но есть одна проблема...
Космическая мясорубка: почему лететь слишком быстро - неприятно
В милой игре из MIT вы в безопасности. А вот в реальном космосе... на таких скоростях вы, скорее всего, уже будете нежизнеспособны. Учёные называю космос вакуумом, но это не совсем так. Да, дышать там нечем, но он НЕ пуст. Даже если забыть про метеоры.
В каждом кубическом метре так называемого вакуума содержится до 10 миллионов атомов! И каждый из них превратится в невидимый снаряд, как только вы начнёте разгоняться к Марсу. На 20% скорости света красивый фиолетовый сдвиг будет не единственным вашим впечатлением. Будут ещё милые взрывы на обшивке корабля.
Каждый такой взрыв — это столкновение с одним тяжёлым атомом, например, кислорода. А лёгкие ядра водорода (самые распространённые в космосе) пробьют обшивку и превратят внутренности корабля в радиоактивную зону, похуже Чернобыля. Да-да, вы не ослышались. Радиоактивную.
К тому моменту, как вы достигнете половины скорости света, ваш корабль превратится в обгоревшие обломки с радиоактивными пассажирами внутри. Звучит не очень, правда? Но есть и хорошая новость (в каком-то смысле): одна пылинка будет способна прекратить ваши мучения. Столкновение с ней на такой скорости равносильно взрыву термоядерной бомбы! Есть над чем подумать.
Эйнштейн был прав? Пределы скорости
Учёные думают над защитными экранами от одиночных атомов. Но от космической пыли спасения нет. Так что, увы, долететь до Марса за 10 минут не получится. Разве что рискнуть и рвануть за пределы Солнечной системы, в межзвёздную среду, где атомов гораздо меньше. Там, по данным "Вояджеров", их всего от тысячи до ста тысяч на кубометр.
Если сделать корабль узким, поставить конический щит... может, и пронесёт? Можно рискнуть и разогнаться быстрее половины скорости света. Останется лишь молиться, чтобы не встретить шальную частицу. Но даже если повезёт, нас ждут ещё более удивительные и вредные эффекты. Вернёмся к игре!
На 80% скорости света смотреть вперёд уже трудно — слепит ярчайшее пятно Доплера. Словно кто-то прожёг саму ткань пространства гигантской сигарой! А назад лучше и не смотреть — там будет лишь всепоглощающая тьма. Свету уже трудно за вами угнаться, с вашей точки зрения он превращается в невидимые радиоволны.
А как же знаменитое эйнштейновское замедление времени и увеличение массы? Теория относительности неумолима: чем ближе к скорости света, тем тяжелее становится корабль. Энергия разгона превращается в массу. На 90% скорости света — вес удвоится! Нужно больше энергии для ускорения, но это даст ещё больше массы... Замкнутый круг. Вывод Эйнштейна: если у вас есть масса, достичь скорости света (а тем более превысить) — физически невозможно.
Обмануть Вселенную: лазейки и парадоксы
- Но как же новости?! — воскликнете вы. — Астрономы же видят объекты, летящие быстрее света! Галактики, нейтрино, плазменные джеты!
- Спокойствие, только спокойствие, — ответим мы.
Да, древнейшая галактика GN-z11 выглядит так, будто улетела на 32 миллиарда световых лет, хотя ей "всего" 13,4 миллиарда лет. И плазменный джет из чёрной дыры в галактике M87 несётся якобы в 6 раз быстрее света! И нейтрино в эксперименте OPERA в 2011 году обогнали свет на чуть-чуть (правда, потом оказалось, что кабель плохо подключили...).
Но во всех этих случаях есть объяснения, не нарушающие законы Эйнштейна. Галактики уносит расширяющееся пространство, у которого нет массы. Плазменный джет — это оптическая иллюзия из-за угла обзора и релятивистских эффектов. А нейтрино... ну, там был плохо подключённый кабель. Так что пока — счёт в пользу Эйнштейна.
Что будет, если мы всё-таки достигнем скорости света? Абсолютная тьма. И вечность. Время для путешественника остановится ПОЛНОСТЬЮ. Заморозка, как Хан Соло в карбоните, только навсегда. Выбраться из этой ловушки невозможно.
А если попытаться ускориться ещё? Время пойдёт вспять! Но не в прошлое вы попадёте. Ускорение мгновенно превратится в замедление. Каждый раз, пытаясь пробить световой барьер, вы будете отброшены назад. Как биться головой о стену. И да, перегрузки превратят вас в желе... если от вас вообще что-то останется.
Квантовые игры и временные петли
Есть ещё один подвох. Фотоны — это не просто частицы света. Они — "курьеры" во многих химических реакциях, помогают электронам создавать прочные молекулярные связи. Если вы превысите скорость света, эти курьеры "уволятся". Материя, из которой состоите вы и ваш корабль, не сможет взаимодействовать сама с собой. Что дальше? Физики точно не знают. Может, превратитесь в облачко пыли. Может, взорвётесь с силой сотен атомных бомб. А может, и то, и другое одновременно. Фотонный парадокс — финальный гвоздь в крышку мечты о сверхсветовых полётах.
- Ладно, летать нельзя, — скажете вы. А общаться? Мгновенно передавать сообщения друзьям на Проксиму B? Квантовая запутанность же существует! Нобелевку дали!
- Существует, — согласимся мы. — Но и тут засада.
Технология похожа на ту, что была в играх Mass Effect. Два запутанных объекта: меняешь состояние одного — мгновенно узнаёшь состояние другого, независимо от расстояния. Быстрее света! Эйнштейн ненавидел эту идею, называя "жутким дальнодействием".
Проблема в том, что для осмысленной связи нужно заранее договориться, что означает то или иное состояние частицы. Использовать запутанность можно только ОДИН раз — измерение разрушает связь. Никаких диалогов в реальном времени.
А главное — представьте: вы отправляете мгновенное сообщение другу, летящему к Проксиме B на досветовой скорости. А он вам мгновенно отвечает... Но из-за релятивистских эффектов на его корабле (искажения пространства-времени) его ответ приходит к вам на Землю ДО того, как вы отправили своё первое сообщение! Как?! Вы получили ответ на сообщение, которое ещё не посылали! Это парадокс причинности. Некоторые учёные считают, что такое может разрушить саму ткань пространства-времени. ВСЕЛЕННАЯ ЗАЩИЩАЕТСЯ!
Вселенная на страже: предел причинности
Скорость света — это не столько про свет, сколько про причинность. Максимальная скорость, с которой части Вселенной могут взаимодействовать. Преодолеть её — значит нарушить фундаментальный принцип "причина раньше следствия". И Вселенная всячески этому сопротивляется: слепит нас, увеличивает массу до бесконечности, останавливает время, разрушает квантовые связи... Всё ради того, чтобы защититься от разрушительных парадоксов.
Может, когда-нибудь мы найдём способ обойти эти ограничения? Использовать червоточины, варп-двигатели на "отрицательной энергии" (которой пока нет) или гигантском количестве обычной... Но даже если мы научимся путешествовать быстрее света, возможно, придётся стирать память путешественникам, чтобы они случайно не ляпнули чего-нибудь, что нарушит причинность и уничтожит Вселенную.
Захотели бы вы полететь к звёздам, если бы ценой за это была вся ваша память, вся ваша жизнь?
Делитесь своими мыслями в комментариях! И подписывайтесь на канал, что бы не пропустить новые увлекательные материалы.