Кто быстрее всех? Если вы думали, что гепард, то будете правы лишь отчасти. Потому что есть нечто, что невозможно обогнать ни при каких обстоятельствах. И имя ему — свет!
Что к чему?
Скорость света (или скорость фотона) в почти идеальном вакууме составляет ровно 299 792 458 м/с. Каждая частица в нашей Вселенной (включая фотоны) движется или «плывет» через то, что ученые называют «полем Хиггса». В результате этого взаимодействия частицы приобретают свою массу.
Различные частицы взаимодействуют с полем Хиггса с разной силой, поэтому некоторые частицы тяжелее (имеют большую массу), чем другие. Фотоны также проходят сквозь поле Хиггса, но совершенно не взаимодействуют с ним, поэтому не имеют никакой массы.
Поскольку фотоны не взаимодействуют с полем Хиггса, значит их ничего не ограничивает в скорости. Они могут двигаться с максимально возможной скоростью — своей собственной «световой» скоростью.
299 792 458…
Всё верно - именно столько метров в секунду составляет скорость света. Но почему так, а не больше или меньше?
Потому, что эта точная скорость является фундаментальной константой нашей Вселенной. Именно такой максимальный показатель скорости был «установлен» после Большого взрыва.
Есть и другие константы, благодаря которым Вселенная существует именно в таком виде: гравитационная постоянная, масса покоя протона и электрона, ускорение свободного падения и пр. За каждой константой закреплены определённые цифры, и будь они иными, то мир бы выглядел совсем иначе.
Представьте следующую картину:
У нас имеется ракета, скорость струи пламени у неё пусть будет равно
5 км/с. Означает, ли это, что скорость ракеты будет ограничена лишь
5 км/с? Нет, и всё благодаря ускорению!
В начальный момент времени, скорость ракеты равна нулю. Она включает двигатель, вырывается пламя на 1 секунду, затем затухает. Её скорость становится равной 5 км/с. Через секунду пламя вновь разгорается, и вновь через секунду тухнет. Скорость ракеты была 5 км/с, но после второго запуска стала уже равной 10 км/с. Почему так получилось?
Потому, что ракета имела скорость с предыдущего запуска двигателя, эта скорость сложилась со скоростью нового запуска. И так можно наращивать скорость до тех пор, пока не иссякнет топливо у ракеты.
В данном случае не может быть предела скорости. Он ограничен лишь источником энергии или количеством топлива. Проблема в том, что топливо имеет массу, а для того, чтобы поддерживать ускорение, нужно много топлива, которое нужно тоже перемещать. Для того, чтобы разогнать одну тонну аппарата потребуется масса топлива во много раз превышающую массу Солнца. Нужен практически неиссякаемый источник энергии, либо сверхмощное топливо, либо принципиально новый тип двигателя.
А почему все прелести - только одному?
Как уже стало ясно, ничто, кроме света, не способно набрать такую скорость. Это связано с тем, что частицам, имеющим массу, требуется энергия для ускорения. Чем ближе к световой скорости приближается частица, тем больше энергии требуется, чтобы перемещаться быстрее. Сами частицы становятся более массивными по мере увеличения скорости.
Получается, что если вы хотите ускорить хотя бы один электрон до световой скорости, вам потребуется бесконечное количество энергии, поскольку электрон становится бесконечно тяжелым. У света нет массы, поэтому такой проблемы у него не возникает.
Один из методов, который Эйнштейн использовал для формулирования своей специальной теории относительности, заключался в мысленной визуализации того, как Вселенная будет выглядеть с точки зрения фотона. Эйнштейн считал, что существование для фотона выглядело бы очень странно. Например, если бы вы были фотоном, время не имело бы для вас значения. Казалось бы, что все происходит мгновенно.
Проведём небольшой мысленный эксперимент. Действующие лица:
- Обычный фотон, зародившийся на поверхности звезды в другой галактике на расстоянии около 4 миллиардов световых лет от Солнечной системы.
- Наблюдатель на Земле, который во что бы то ни стало хочет увидеть свет именно с этим фотоном.
Человеку на Земле придётся ждать ровно 4 миллиарда лет пока фотон долетит до его сетчатки. Для фотона же всё выглядит так: в одно мгновение он был создан, а в следующее он отражается или поглощается поверхностью глазного яблока. Фотон не пережил течения времени — его рождение и смерть произошли мгновенно.
Но если всё-таки подумать...
Общий ответ на поставленный вопрос будет такой: да, превысить скорость света можно. И это сделает наша Вселенная сама по себе.
Примерно 14 миллиардов лет назад произошел Большой взрыв. В результате этого по всей Вселенной началось движение частичек материи — взрывная сила разбрасывает галактики во все стороны. И это продолжается до сих пор.
Судить об этом можно по ряду признаков. Основной из них — наличие эффекта Доплера. Иными словами, сегодня мы улавливаем волны света от других галактик так, как можно слышать отдаляющийся звук сирены скорой помощи, которая проезжает мимо.
Для примера возьмем скопление галактик под названием Гидра. Оно находится на расстоянии около трех миллиардов световых лет от нас. Это мы знаем потому, что астрономы изучили спектр световых волн, исходящих от Гидры. Если разложить его через призму, то мы увидим, как сильно эти световые волны отличаются от привычных.
Обычно спектр состоит из красного, зеленого, синего и фиолетового цветов. Но из-за того, что световым волнам пришлось проходить огромное расстояние, растягиваться и преодолевать помехи, мы можем наблюдать явление «красного смещения». Множество других далеких галактик показывают тот же эффект. И он будет только усиливаться — ведь со времен Большого взрыва наша Вселенная не прекращала движения и продолжает расширяться.
Нет предела тому, насколько быстро будет расширяться Вселенная. Поэтому и теория Эйнштейна о том, что ничего не может двигаться быстрее скорости света в вакууме, пока что верна. Дело только в том, что не галактики движутся сквозь космос, а само пространство расширяется и вытягивается. Некоторые из скоплений удаляются от нас так быстро и на такие большие расстояния, что свет от них никогда не достигнет Земли.
Итог:
У нас по-прежнему остаётся множество вопросов, на которые только предстоит найти ответы. Так и со скоростью света: фактически, превысить её невозможно. Однако в то же самое время наша Вселенная творит чудо, расширяясь и нарушая всевозможные пределы. Кто знает: может когда-то и люди смогут преодолеть границы, стоящие вокруг них.
Автор: Мария Макеева
