Межзвездные путешествия — величайшая задача, с которой когда-либо столкнется человечество. Не только потому, что они так грандиозны и отмечены впечатляющими мерцающими космическими кораблями — высокими и безграничными, созданными из материалов, рожденных человеческой изобретательностью — но и потому, что это необходимый шаг в исследовании и понимании космоса. Это становится все более необходимым с течением времени и все более трудным. Это усложняет нашу задачу.
Скоро даже скорости, приближающиеся к скорости света, могут оказаться недостаточными, так как наша Вселенная продолжает расширяться с огромной скоростью. Свет от ближайших звездных систем и галактик будет с трудом достигать нас, их существование будет видно только в наших книгах и компьютерных программах, которые будут напоминать нам, что окружающее небо не всегда выглядело таким пустым. Сегодня путешествие между звездными системами на световой скорости заняло бы годы в одну сторону. Каким бы достижением ни были световые скорости, они могут однажды оказаться недостаточными сами по себе. Но там, где скорость света представила нам преграду, есть и необычная надежда. У каждого ограничения есть две стороны.
Комментарий Эйнштейна в его статье 1905 года гласит: «... скорости, превышающие скорость света, не имеют возможности существования». Но современная наука и математика нашли хитрые способы обойти это, лазейки, которые позволяют сверхсветовые скорости без противоречия теории относительности.
Представьте, что во Вселенной есть два типа частиц. Первые, брадионы, — это обычные частицы, с которыми мы знакомы и которые составляют обычное вещество: протоны, электроны, нейтроны. Они могут приближаться к скорости света, но никогда не могут её достичь или превзойти (например, нейтрино подходят очень близко). Если этим частицам добавить энергию и импульс, они ускоряются. Это ожидаемо. Но рассмотрим другой класс частиц — тахионы, которые всегда движутся быстрее скорости света. Это экзотический вид материи, который замедляется, а не ускоряется, когда к нему добавляют энергию и импульс. При нулевой энергии тахион движется бесконечно быстро. То есть, когда тахионы теряют энергию, они движутся еще быстрее, а когда набирают энергию, они замедляются, причем самая медленная возможная скорость — это скорость света. Когда они достигают скорости света, тахионы исчезают. Это одна из трудностей их обнаружения.
Причина, по которой эти тахионы не противоречат теории относительности, заключается в том, что они не начинают с субсветовых скоростей, а затем ускоряются до сверхсветовых. Вместо этого они всегда движутся с сверхсветовыми скоростями. В этом нет ничего математически нестабильного — для того, чтобы что-то двигалось быстрее скорости света в вакууме (c), необходимо всего лишь измерить его положение в два разных момента времени и затем определить скорость, превышающую c. Физик Джеральд Файнберг, впервые представивший научному миру тахионы в 60-х годах, предсказал, что эти частицы могут двигаться со скоростью до миллиарда раз быстрее скорости света. Они пронизывают космос — маленькие и быстрые, взаимодействуя ни с чем и ни с кем, и в то же время держат ключ к пониманию чего-то настолько мощного.
Хотя масса частицы обычно измеряется в покое, масса тахиона является мнимой. Она имеет смысл и реальна только на скоростях выше c. Но тахионы обладают свойствами обычных частиц, такими как спин или наличие античастицы, которая в этом случае будет анитахионом. В одной из физических моделей с участием тахионов эти пары существуют как виртуальные частицы в квантовом вакууме и переносятся в наш мир только при действительно грандиозных событиях — таких как сверхновая или Большой взрыв. Только тогда тахионы покидают квантовый вакуум и входят в реальный вакуум, где у нас появляется шанс их обнаружить. Пары тахионов позволили ученым избавиться от связанных с ними мнимых чисел, что привело к изящному результату. Математика смогла объяснить инфляцию и хорошо сочеталась с существующими данными о темной энергии и свойствах темной материи. Поскольку они поглощают почти все свои фотоны, мы не смогли бы видеть тахионы в работе.
Тем не менее, есть и другие способы увидеть тахионы.
Заряженная частица, движущаяся быстрее света, может испускать так называемое черенковское излучение. Если бы тахионы образовывались во время ядерной реакции, они излучали бы прекрасное свечение черенковского света. Но до сих пор ни один эксперимент не показал этого. И это связано с собственными проблемами. Излучение снизило бы энергию тахиона и увеличило бы его скорость, вызывая неконтролируемую реакцию, которая могла бы произвести огромное количество энергии. В этом случае теории тахионов имеют больше смысла, если частицы вообще не взаимодействуют. Тахионы также не были обнаружены при рассеянии на обычной материи. У нас нет контроля над этими теоретическими частицами. Их эмиссии, их приемы, их влияние на наш повседневный мир находятся вне нашего контроля. И все же наша теория тахионов никогда не будет полной, если они не окажут какого-либо влияния на материю в нашем мире.
Но мы находим надежду в малых вещах. Здесь, например, мы можем найти надежду в радиоволновых направляющих.
Волноводы — это трубки, сделанные из меди или алюминия, через которые проходят радиоволны и электромагнитные узоры. Это электромагнитные узоры, которые движутся быстрее света, хотя они сами по себе не являются энергией или материей, а лишь физической конструкцией, узором, который не противоречит законам физики. Как и с тахионами, нет способа использовать эти узоры в качестве сообщений, поскольку для этого потребуется кодировать сообщение на субсветовых скоростях перед отправкой его на сверхсветовых. Но наши границы ясны — объекты, движущиеся быстрее света, всегда должны были двигаться быстрее света.
Это разрыв. Разрыв скорости, который нам нужно будет преодолеть, если тахионы действительно позволят нам иметь сверхсветовые космические корабли. Обычный двигатель может приближаться к скорости до 99,99% от скорости света, но при достижении световой скорости разрыв должен быть преодолен, не равняясь с c. За пределами c тахионный двигатель включится, но что происходит до этого? Что-то похожее на то, что происходит с электронами ядра. Они переходят с орбиты на орбиту, излучая пульсации энергии, которые мы называем квантами. И так же, как эти частицы могут прыгать по орбитам при изменении их энергетического состояния, так и система пропульсии может использовать эту технику для преодоления разрыва между субсветовыми и сверхсветовыми скоростями. Это вопрос того, что будет возможно, когда мы сможем ознакомиться с загадочным миром этих частиц. Миром, который мы, конечно, должны сначала найти.
Если эти частицы существуют, они ставят под сомнение что-то, возможно, даже более зрелищное, чем межзвездные путешествия. Они ставят под сомнение путешествия во времени и наши представления о причинности. Причинность — это здравый смысл, что причина будет перед событием, но тахионы порождают парадоксы, поскольку сверхсветовые скорости означают путешествия назад во времени. Частицы, в зависимости от наблюдателя, могут двигаться вперед, назад или существовать только «сейчас», прежде чем исчезнуть. Эффекты начинают появляться до их причины, ответы приходят до того, как вопросы были отправлены. В теоретической физике тахионный анти-телефон можно использовать для общения с самим собой в прошлом.
Трудно сказать, какие явления происходят на сверхсветовых скоростях. При приближении к скорости света мы должны учитывать замедление времени. В некоторых случаях посещение новой галактики займет несколько десятилетий для экипажа, в то время как на Земле пройдет миллионы лет. На скоростях, превышающих скорость света, даже мельчайшие частицы межзвездной среды были бы смертельны. Огромные дымящиеся столкновения — корабли в огне, металлы и материалы пробиваются крошечными обломками, становящимися опасными на больших скоростях. Еще одно соображение для наших будущих космических исследователей. Но будут ли они возможностью или не более чем миражом, тахионы приводят нас к одной истине: межзвездные путешествия не будут без затрат. Будут испытания и неудачи, релятивистские эффекты, о которых мы не узнаем, пока не достигнем скоростей, которые никогда раньше не достигали. И все же для продолжения распространения и выживания во Вселенной это тайна, которую нам придется решить.
