Çfarë ndodh kur arrihet shpejtësia e dritës. Pse nuk mund ta tejkaloni shpejtësinë e dritës? Surpriza në hapësirën ndëryjore

25 mars 2017

Udhëtimi FTL është një nga themelet e fantashkencës hapësinore. Sidoqoftë, ndoshta të gjithë - madje edhe njerëzit larg fizikës - e dinë se shpejtësia maksimale e mundshme e lëvizjes së objekteve materiale ose përhapja e ndonjë sinjali është shpejtësia e dritës në vakum. Shënohet me shkronjën c dhe është gati 300 mijë kilometra në sekondë; vlera e saktë c = 299 792 458 m/s.

Shpejtësia e dritës në vakum është një nga konstantet themelore fizike. Pamundësia për të arritur shpejtësi që tejkalojnë c rrjedh nga teoria speciale e relativitetit të Ajnshtajnit (SRT). Nëse do të ishte e mundur të vërtetohej se transmetimi i sinjaleve me shpejtësi superluminale është i mundur, teoria e relativitetit do të binte. Deri më tani, kjo nuk ka ndodhur, pavarësisht përpjekjeve të shumta për të hedhur poshtë ndalimin e ekzistencës së shpejtësive më të mëdha se c. Megjithatë, studimet e fundit eksperimentale kanë zbuluar disa dukuri shumë interesante, që tregojnë se në kushte të krijuara posaçërisht është e mundur të vëzhgohen shpejtësi superluminale pa shkelur parimet e teorisë së relativitetit.

Për të filluar, le të kujtojmë aspektet kryesore që lidhen me problemin e shpejtësisë së dritës.

Para së gjithash: pse është e pamundur (në kushte normale) të tejkalohet kufiri i dritës? Sepse atëherë shkelet ligji themelor i botës sonë - ligji i shkakësisë, sipas të cilit efekti nuk mund të tejkalojë shkakun. Askush nuk e ka parë ndonjëherë që, për shembull, një ari fillimisht ra i vdekur, dhe më pas një gjuetar qëlloi. Me shpejtësi që tejkalojnë c, sekuenca e ngjarjeve kthehet në të kundërt, shiriti i kohës kthehet prapa. Kjo mund të shihet lehtësisht nga arsyetimi i thjeshtë i mëposhtëm.

Le të supozojmë se jemi në një anije të caktuar mrekullie kozmike që lëviz më shpejt se drita. Pastaj gradualisht do të kapnim dritën e emetuar nga burimi në momentet e mëparshme dhe më të hershme në kohë. Së pari, ne do të kapnim foton e emetuar, të themi, dje, pastaj - të emetuara pardje, pastaj - një javë, një muaj, një vit më parë, e kështu me radhë. Nëse burimi i dritës do të ishte një pasqyrë që pasqyron jetën, atëherë ne fillimisht do të shihnim ngjarjet e djeshme, pastaj pardje, e kështu me radhë. Mund të shihnim, le të themi, një plak i cili gradualisht shndërrohet në një mesoburrë, pastaj në një djalë të ri, në një rini, në një fëmijë ... Dmth koha do të kthehej pas, ne do të kalonim nga e tashmja në e shkuara. Më pas, shkaku dhe efekti do të përmbyseshin.

Megjithëse ky argument injoron plotësisht detajet teknike të procesit të vëzhgimit të dritës, nga një këndvështrim themelor tregon qartë se lëvizja me një shpejtësi superluminale çon në një situatë që është e pamundur në botën tonë. Sidoqoftë, natyra ka vendosur kushte edhe më të rrepta: lëvizja është e paarritshme jo vetëm me shpejtësi superluminale, por edhe me një shpejtësi të barabartë me shpejtësinë e dritës - mund t'i afroheni vetëm asaj. Nga teoria e relativitetit rrjedh se me një rritje të shpejtësisë së lëvizjes, lindin tre rrethana: masa e një objekti në lëvizje rritet, madhësia e tij zvogëlohet në drejtimin e lëvizjes dhe kalimi i kohës në këtë objekt ngadalësohet (nga këndvështrimi i një vëzhguesi të jashtëm "pushues"). Me shpejtësi të zakonshme, këto ndryshime janë të papërfillshme, por ndërsa i afrohemi shpejtësisë së dritës, ato bëhen gjithnjë e më të dukshme, dhe në kufi - me një shpejtësi të barabartë me c - masa bëhet pafundësisht e madhe, objekti humbet plotësisht madhësinë e tij në drejtimi i lëvizjes dhe koha ndalojnë në të. Prandaj, asnjë trup material nuk mund të arrijë shpejtësinë e dritës. Vetëm drita ka një shpejtësi të tillë! (Dhe gjithashtu një grimcë "gjithpërfshirëse" - një neutrino, e cila, si një foton, nuk mund të lëvizë me një shpejtësi më të vogël se c.)

Tani në lidhje me shpejtësinë e transmetimit të sinjalit. Këtu është e përshtatshme të përdoret paraqitja e dritës në formën e valëve elektromagnetike. Çfarë është një sinjal? Ky është një informacion për t'u transmetuar. Një valë elektromagnetike ideale është një sinusoid i pafund me rreptësisht një frekuencë dhe nuk mund të mbajë asnjë informacion, sepse çdo periudhë e një sinusoidi të tillë saktësisht përsërit atë të mëparshmen. Shpejtësia e lëvizjes së fazës së valës sinusoidale - e ashtuquajtura shpejtësia e fazës - mund në një mjedis në kushte të caktuara tejkalojnë shpejtësinë e dritës në vakum. Këtu nuk ka kufizime, pasi shpejtësia e fazës nuk është shpejtësia e sinjalit - nuk ekziston ende. Për të krijuar një sinjal, duhet të bëni një lloj "shenje" në valë. Një shenjë e tillë mund të jetë, për shembull, një ndryshim në cilindo nga parametrat e valës - amplituda, frekuenca ose faza fillestare. Por sapo të bëhet shenja, vala humbet sinusoidalitetin e saj. Ai bëhet i moduluar, i përbërë nga një grup valësh të thjeshta sinusoidale me amplituda, frekuenca dhe faza fillestare të ndryshme - një grup valësh. Shpejtësia e lëvizjes së shenjës në valën e moduluar është shpejtësia e sinjalit. Kur përhapet në një mjedis, kjo shpejtësi zakonisht përkon me shpejtësinë e grupit që karakterizon përhapjen e grupit të mësipërm të valëve në tërësi (shih "Shkenca dhe jeta" nr. 2, 2000). Në kushte normale, shpejtësia e grupit, dhe rrjedhimisht shpejtësia e sinjalit, është më e vogël se shpejtësia e dritës në vakum. Nuk është rastësi që këtu përdoret shprehja "në kushte normale", sepse në disa raste shpejtësia e grupit mund të kalojë c ose edhe të humbasë kuptimin e saj, por atëherë nuk vlen për përhapjen e sinjalit. Në SRT, është vërtetuar se është e pamundur të transmetohet një sinjal me një shpejtësi më të madhe se c.

Pse është kështu? Sepse pengesa për transmetimin e çdo sinjali me shpejtësi më të madhe se c është i njëjti ligj i shkakësisë. Le të imagjinojmë një situatë të tillë. Në një pikë A, një blic drite (ngjarja 1) ndez një pajisje që dërgon një sinjal radio të caktuar, dhe në një pikë të largët B, nën veprimin e këtij sinjali radio, ndodh një shpërthim (ngjarja 2). Është e qartë se ngjarja 1 (shpërthimi) është shkaku, dhe ngjarja 2 (shpërthimi) është efekti që ndodh më vonë se shkaku. Por nëse sinjali i radios përhapet me një shpejtësi superluminale, një vëzhgues afër pikës B së pari do të shihte një shpërthim, dhe vetëm atëherë - një ndezje drite që arriti tek ai me një shpejtësi të një drite drite, shkaku i shpërthimit. Me fjalë të tjera, për këtë vëzhgues, ngjarja 2 do të kishte ndodhur para ngjarjes 1, domethënë, efekti do t'i kishte paraprirë shkakut.

Është me vend të theksohet se "ndalimi superluminal" i teorisë së relativitetit vendoset vetëm mbi lëvizjen e trupave materialë dhe transmetimin e sinjaleve. Në shumë situata është e mundur të lëvizësh me çdo shpejtësi, por do të jetë lëvizja e objekteve dhe sinjaleve jomateriale. Për shembull, imagjinoni dy sundimtarë mjaft të gjatë të shtrirë në të njëjtin plan, njëri prej të cilëve ndodhet horizontalisht dhe tjetri e kryqëzon atë në një kënd të vogël. Nëse vija e parë zhvendoset poshtë (në drejtimin e treguar nga shigjeta) me shpejtësi të madhe, pika e kryqëzimit të linjave mund të bëhet që të ecë në mënyrë arbitrare shpejt, por kjo pikë nuk është një trup material. Një shembull tjetër: nëse merrni një elektrik dore (ose, të themi, një lazer që jep një rreze të ngushtë) dhe përshkruani shpejt një hark në ajër, atëherë shpejtësia lineare e pikës së dritës do të rritet me distancën dhe, në një distancë mjaft të madhe, do të kalojë c. Pika e dritës do të lëvizë ndërmjet pikave A dhe B me shpejtësi superluminale, por kjo nuk do të jetë një transmetim sinjali nga A në B, pasi një pikë e tillë drite nuk mbart asnjë informacion për pikën A.

Duket se çështja e shpejtësive superluminale është zgjidhur. Por në vitet 60 të shekullit të njëzetë, fizikanët teorikë parashtruan hipotezën e ekzistencës së grimcave superluminale, të quajtura takione. Këto janë grimca shumë të çuditshme: ato janë teorikisht të mundshme, por për të shmangur kontradiktat me teorinë e relativitetit, atyre u duhej caktuar një masë pushimi imagjinare. Masa imagjinare fizike nuk ekziston, është një abstraksion thjesht matematikor. Sidoqoftë, kjo nuk shkaktoi shumë shqetësim, pasi takionët nuk mund të pushojnë - ato ekzistojnë (nëse ekzistojnë!) Vetëm me shpejtësi që tejkalojnë shpejtësinë e dritës në vakum, dhe në këtë rast masa e takionit rezulton të jetë reale. Këtu ka një analogji me fotonet: një foton ka masë pushimi zero, por kjo thjesht do të thotë se fotoni nuk mund të jetë në qetësi - drita nuk mund të ndalet.

Gjëja më e vështirë ishte, siç pritej, të pajtohej hipoteza e takjonit me ligjin e shkakësisë. Përpjekjet e bëra në këtë drejtim, megjithëse ishin mjaft të zgjuara, nuk çuan në sukses të dukshëm. Askush nuk ka qenë në gjendje të regjistrojë në mënyrë eksperimentale as takionët. Si rezultat, interesi për takionet si grimca elementare superluminale u zbeh gradualisht.

Sidoqoftë, në vitet '60 u zbulua eksperimentalisht një fenomen, i cili fillimisht i çoi fizikantët në konfuzion. Kjo përshkruhet në detaje në artikullin e A. N. Oraevsky "Valët superluminale në media përforcuese" (UFN Nr. 12, 1998). Këtu ne përmbledhim shkurtimisht thelbin e çështjes, duke i referuar lexuesit të interesuar për detajet në artikullin në fjalë.

Menjëherë pas zbulimit të lazerëve - në fillim të viteve 1960 - u shfaq problemi i marrjes së pulseve të dritës të shkurtër (me një kohëzgjatje të rendit prej 1 ns = 10-9 s) me fuqi të lartë. Për ta bërë këtë, një impuls i shkurtër lazer kaloi përmes një amplifikuesi kuantik optik. Pulsi u nda nga një pasqyrë që ndante rreze në dy pjesë. Njëri prej tyre, më i fuqishëm, u dërgua në amplifikator, dhe tjetri u përhap në ajër dhe shërbeu si një impuls referues, me të cilin ishte e mundur të krahasohej pulsi që kalonte përmes amplifikatorit. Të dy pulset u furnizuan me fotodetektorë dhe sinjalet e tyre dalëse mund të vëzhgoheshin vizualisht në ekranin e oshiloskopit. Pritej që pulsi i dritës që kalon përmes amplifikatorit do të pësonte një vonesë në të në krahasim me pulsin e referencës, domethënë, shpejtësia e përhapjes së dritës në amplifikator do të ishte më e vogël se në ajër. Cila ishte habia e studiuesve kur zbuluan se pulsi përhapej përmes amplifikatorit me një shpejtësi jo vetëm më të madhe se në ajër, por edhe disa herë më të madhe se shpejtësia e dritës në vakum!

Pasi u shëruan nga tronditja e parë, fizikanët filluan të kërkonin arsyen e një rezultati kaq të papritur. Askush nuk kishte as dyshimin më të vogël për parimet e teorisë speciale të relativitetit, dhe pikërisht kjo ndihmoi për të gjetur shpjegimin e saktë: nëse parimet e SRT ruhen, atëherë përgjigja duhet kërkuar në vetitë e mediumit përforcues. .

Pa hyrë këtu në detaje, vetëm theksojmë se një analizë e hollësishme e mekanizmit të veprimit të mediumit amplifikues e ka sqaruar plotësisht situatën. Çështja ishte një ndryshim në përqendrimin e fotoneve gjatë përhapjes së pulsit - një ndryshim për shkak të një ndryshimi në fitimin e mediumit deri në një vlerë negative gjatë kalimit të pjesës së pasme të pulsit, kur mediumi është tashmë thithjen e energjisë, sepse rezerva e saj tashmë është përdorur për shkak të transferimit të saj në pulsin e dritës. Thithja nuk shkakton rritje, por ulje të impulsit, dhe kështu impulsi forcohet në pjesën e përparme dhe dobësohet në pjesën e pasme të tij. Le të imagjinojmë se ne vëzhgojmë pulsin me ndihmën e një instrumenti që lëviz me shpejtësinë e dritës në mediumin e një përforcuesi. Nëse mediumi do të ishte transparent, do të shihnim një impuls të ngrirë në palëvizshmëri. Në mjedisin në të cilin zhvillohet procesi i përmendur më sipër, forcimi i skajit kryesor dhe dobësimi i skajit pasues të pulsit do t'i shfaqen vëzhguesit në atë mënyrë që mediumi, si të thuash, e ka çuar pulsin përpara. . Por meqenëse pajisja (vëzhguesi) lëviz me shpejtësinë e dritës, dhe impulsi e kapërcen atë, atëherë shpejtësia e impulsit e kalon shpejtësinë e dritës! Është ky efekt që u regjistrua nga eksperimentuesit. Dhe këtu në të vërtetë nuk ka asnjë kontradiktë me teorinë e relativitetit: thjesht procesi i amplifikimit është i tillë që përqendrimi i fotoneve që dolën më herët rezulton të jetë më i madh se ata që dolën më vonë. Nuk janë fotonet që lëvizin me shpejtësi superluminale, por mbështjellja e pulsit, veçanërisht maksimumi i tij, që vërehet në oshiloskop.

Kështu, ndërsa në mediat e zakonshme ka gjithmonë një dobësim të dritës dhe një ulje të shpejtësisë së saj, e përcaktuar nga indeksi i thyerjes, në median aktive laserike, vërehet jo vetëm përforcimi i dritës, por edhe përhapja e një pulsi me shpejtësi superluminale.

Disa fizikanë janë përpjekur të provojnë eksperimentalisht praninë e lëvizjes superluminale në efektin e tunelit, një nga fenomenet më të mahnitshme në mekanikën kuantike. Ky efekt konsiston në faktin se një mikrogrimcë (më saktë, një mikroobjekt që shfaq si vetitë e një grimce ashtu edhe vetitë e një valë në kushte të ndryshme) është në gjendje të depërtojë në të ashtuquajturën pengesë potenciale - një fenomen që është plotësisht i pamundur. në mekanikën klasike (në të cilën një situatë e tillë do të ishte analoge: një top i hedhur në një mur do të përfundonte në anën tjetër të murit, ose lëvizja e valëzuar e dhënë nga një litar i lidhur në mur do të transmetohej në një litar të lidhur me muri në anën tjetër). Thelbi i efektit të tunelit në mekanikën kuantike është si më poshtë. Nëse një mikro-objekt me një energji të caktuar ndesh gjatë rrugës së tij një zonë me energji potenciale që tejkalon energjinë e mikroobjektit, kjo zonë është një pengesë për të, lartësia e së cilës përcaktohet nga diferenca e energjisë. Por mikro-objekti “rrjedh” përmes barrierës! Këtë mundësi ia jep lidhja e njohur e pasigurisë së Heisenberg-ut, e shkruar për energjinë dhe kohën e ndërveprimit. Nëse ndërveprimi i mikroobjektit me barrierën ndodh për një kohë mjaft të caktuar, atëherë energjia e mikroobjektit, përkundrazi, do të karakterizohet nga pasiguria, dhe nëse kjo pasiguri është e rendit të lartësisë së barrierës, atëherë kjo e fundit pushon. të jetë një pengesë e pakapërcyeshme për mikroobjektin. Është shkalla e depërtimit përmes barrierës së mundshme që është bërë objekt studimi nga një sërë fizikanësh, të cilët besojnë se mund të kalojë c.

Në qershor 1998, një simpozium ndërkombëtar mbi problemet e lëvizjeve superluminale u mbajt në Këln, ku u diskutuan rezultatet e marra në katër laboratorë - në Berkeley, Vjenë, Këln dhe Firence.

Dhe së fundi, në vitin 2000, u raportuan dy eksperimente të reja në të cilat u shfaqën efektet e përhapjes superluminale. Një prej tyre u krye nga Lijun Wong dhe bashkëpunëtorët e një instituti kërkimor në Princeton (SHBA). Rezultati i tij është se një puls drite që hyn në një dhomë të mbushur me avull ceziumi rrit shpejtësinë e tij me një faktor prej 300. Doli se pjesa kryesore e pulsit largohet nga muri i largët i dhomës edhe përpara se pulsi të hyjë në dhomë përmes murit të përparmë. Një situatë e tillë bie ndesh jo vetëm me sensin e shëndoshë, por, në thelb, edhe me teorinë e relativitetit.

Raporti i L. Wong nxiti diskutime intensive midis fizikanëve, shumica e të cilëve nuk janë të prirur të shohin në rezultatet e marra një shkelje të parimeve të relativitetit. Sfida, besojnë ata, është të shpjegohet saktë ky eksperiment.

Në eksperimentin e L. Wong, pulsi i dritës që hynte në dhomë me avujt e ceziumit kishte një kohëzgjatje prej rreth 3 μs. Atomet e ceziumit mund të jenë në gjashtëmbëdhjetë gjendje të mundshme mekanike kuantike, të quajtura "nënnivele magnetike hiperfine të gjendjes bazë". Duke përdorur pompimin optik me lazer, pothuajse të gjithë atomet u sollën vetëm në një nga këto gjashtëmbëdhjetë gjendje, që korrespondon me temperaturën pothuajse zero absolute në shkallën Kelvin (-273.15 ° C). Gjatësia e dhomës së ceziumit ishte 6 centimetra. Në vakum, drita udhëton 6 centimetra në 0,2 ns. Siç treguan matjet, pulsi i dritës kaloi përmes dhomës me cezium në një kohë 62 ns më të shkurtër se në vakum. Me fjalë të tjera, koha e kalimit të një pulsi përmes një mediumi ceziumi ka një shenjë "minus"! Në të vërtetë, nëse zbresim 62 ns nga 0,2 ns, marrim një kohë "negative". Kjo "vonesë negative" në medium - një kërcim kohor i pakuptueshëm - është i barabartë me kohën gjatë së cilës pulsi do të bënte 310 kalime nëpër dhomë në vakum. Pasoja e këtij "përmbysjeje kohore" ishte se impulsi që dilte nga dhoma arriti të largohej prej saj me 19 metra përpara se impulsi në hyrje të arrinte në murin e afërt të dhomës. Si mund të shpjegohet një situatë kaq e pabesueshme (përveç nëse, sigurisht, nuk ka dyshim për pastërtinë e eksperimentit)?

Duke gjykuar nga diskutimi në vazhdim, një shpjegim i saktë nuk është gjetur ende, por nuk ka dyshim se vetitë e pazakonta të dispersionit të mediumit luajnë një rol këtu: avulli i ceziumit, i përbërë nga atome të ngacmuara nga drita lazer, është një mjedis me shpërndarje anormale. . Le të kujtojmë shkurtimisht se çfarë është.

Dispersioni i një lënde është varësia e indeksit të thyerjes së fazës (të zakonshme) n nga gjatësia valore e dritës l. Me shpërndarje normale, indeksi i thyerjes rritet me zvogëlimin e gjatësisë valore, dhe ky është rasti në xhami, ujë, ajër dhe të gjitha substancat e tjera transparente ndaj dritës. Në substancat që thithin fuqishëm dritën, kursi i indeksit të thyerjes ndryshon me një ndryshim në gjatësinë e valës dhe bëhet shumë më i pjerrët: me një rënie në l (rritje në frekuencën w), indeksi i thyerjes zvogëlohet ndjeshëm dhe në një gamë të caktuar gjatësi vale bëhet më pak. sesa njësia (shpejtësia e fazës Vf > s ). Kjo është dispersioni anormal, në të cilin modeli i përhapjes së dritës në një substancë ndryshon rrënjësisht. Shpejtësia e grupit Vgr bëhet më e madhe se shpejtësia fazore e valëve dhe mund të tejkalojë shpejtësinë e dritës në vakum (dhe gjithashtu të bëhet negative). L. Wong thekson këtë rrethanë si arsyen që qëndron në themel të mundësisë për të shpjeguar rezultatet e eksperimentit të tij. Megjithatë, duhet theksuar se kushti Vgr > c është thjesht formal, pasi koncepti i shpejtësisë së grupit u prezantua për rastin e shpërndarjes së vogël (normale), për mediat transparente, kur një grup valësh pothuajse nuk e ndryshon formën e tij gjatë shumimi. Megjithatë, në rajonet e dispersionit anormal, pulsi i dritës deformohet me shpejtësi dhe koncepti i shpejtësisë së grupit humbet kuptimin e tij; në këtë rast prezantohen konceptet e shpejtësisë së sinjalit dhe shpejtësisë së përhapjes së energjisë, të cilat në media transparente përkojnë me shpejtësinë e grupit, ndërsa në media me absorbim mbeten më të vogla se shpejtësia e dritës në vakum. Por ja çfarë është interesante për eksperimentin e Wong: një puls drite, që kalon përmes një mediumi me shpërndarje anormale, nuk deformohet - ai ruan saktësisht formën e tij! Dhe kjo korrespondon me supozimin se impulsi përhapet me shpejtësinë e grupit. Por nëse është kështu, atëherë rezulton se nuk ka përthithje në medium, megjithëse shpërndarja anormale e mediumit është pikërisht për shkak të përthithjes! Vetë Wong, duke pranuar se shumë gjëra mbeten të paqarta, beson se ajo që po ndodh në organizimin e tij eksperimental mund të shpjegohet qartë si një përafrim i parë si më poshtë.

Një impuls drite përbëhet nga shumë komponentë me gjatësi vale (frekuenca) të ndryshme. Figura tregon tre nga këta komponentë (valët 1-3). Në një moment, të tre valët janë në fazë (maksimumi i tyre përputhet); këtu ata, duke u shtuar, përforcojnë njëri-tjetrin dhe formojnë një impuls. Ndërsa valët përhapen më tej në hapësirë, ato janë jashtë fazës dhe kështu “shuarin” njëra-tjetrën.

Në rajonin e dispersionit anormal (brenda qelizës cezium), vala që ishte më e shkurtër (vala 1) bëhet më e gjatë. Në të kundërt, vala që ishte më e gjata nga tre (vala 3) bëhet më e shkurtra.

Rrjedhimisht, fazat e valëve gjithashtu ndryshojnë në përputhje me rrethanat. Kur valët kanë kaluar nëpër qelizën e ceziumit, frontet e tyre valore rikthehen. Pasi i janë nënshtruar një modulimi fazor të pazakontë në një substancë me shpërndarje anormale, të tre valët e konsideruara e gjejnë veten përsëri në fazë në një moment. Këtu ata mblidhen përsëri dhe formojnë një puls të së njëjtës formë si ai që hyn në mjedisin cezium.

Zakonisht në ajër, dhe në të vërtetë në çdo mjedis transparent normalisht shpërndarës, një puls drite nuk mund të ruajë me saktësi formën e tij kur përhapet në një distancë të largët, domethënë, të gjithë përbërësit e tij nuk mund të jenë në fazë në asnjë pikë të largët përgjatë rrugës së përhapjes. Dhe në kushte normale, një puls drite në një pikë kaq të largët shfaqet pas ca kohësh. Megjithatë, për shkak të vetive anormale të mediumit të përdorur në eksperiment, pulsi në pikën e largët rezultoi të jetë i ndarë në të njëjtën mënyrë si kur hynte në këtë medium. Kështu, pulsi i dritës sillet sikur të kishte një vonesë kohore negative në rrugën e tij për në një pikë të largët, domethënë do të kishte mbërritur në të jo më vonë, por më herët se sa të kalonte mediumin!

Shumica e fizikanëve janë të prirur ta lidhin këtë rezultat me shfaqjen e një pararendësi me intensitet të ulët në mjedisin shpërndarës të dhomës. Fakti është se në zbërthimin spektral të pulsit, spektri përmban përbërës të frekuencave arbitrare të larta me amplitudë të papërfillshme, të ashtuquajturin pararendës, i cili shkon përpara "pjesës kryesore" të pulsit. Natyra e krijimit dhe forma e pararendësit varen nga ligji i dispersionit në medium. Me këtë në mendje, sekuenca e ngjarjeve në eksperimentin e Wong-ut propozohet të interpretohet si më poshtë. Vala hyrëse, duke “shtrirë” pararojën para vetes, i afrohet kamerës. Përpara se kulmi i valës hyrëse të godasë murin e afërt të dhomës, pararendësi fillon shfaqjen e një pulsi në dhomë, i cili arrin në murin e largët dhe reflektohet prej tij, duke formuar një "valë të kundërt". Kjo valë, që përhapet 300 herë më shpejt se c, arrin në murin afër dhe takohet me valën hyrëse. Majat e njërës valë takohen me koritë e tjetrës, kështu që anulojnë njëra-tjetrën dhe asgjë nuk mbetet. Rezulton se vala hyrëse "ia kthen borxhin" atomeve të ceziumit, të cilët i "huazuan" energji në skajin tjetër të dhomës. Kushdo që vëzhgonte vetëm fillimin dhe fundin e eksperimentit do të shihte vetëm një puls drite që "kërceu" përpara në kohë, duke lëvizur më shpejt se c.

L. Wong beson se eksperimenti i tij nuk është në përputhje me teorinë e relativitetit. Deklarata për paarritshmërinë e shpejtësisë superluminale, beson ai, është e zbatueshme vetëm për objektet me masë pushimi. Drita mund të përfaqësohet ose në formën e valëve, për të cilat koncepti i masës është përgjithësisht i pazbatueshëm, ose në formën e fotoneve me një masë pushimi, siç dihet, e barabartë me zero. Prandaj, shpejtësia e dritës në vakum, sipas Wong, nuk është kufiri. Megjithatë, Wong pranon se efekti që ai zbuloi e bën të pamundur transmetimin e informacionit më shpejt se c.

"Informacioni këtu gjendet tashmë në skajin kryesor të pulsit," thotë P. Milonni, një fizikant në Laboratorin Kombëtar të Los Alamos në SHBA.

Shumica e fizikanëve besojnë se puna e re nuk u jep një goditje dërrmuese parimeve themelore. Por jo të gjithë fizikanët besojnë se problemi është zgjidhur. Profesor A. Ranfagni, i grupit kërkimor italian që kreu një tjetër eksperiment interesant në vitin 2000, thotë se pyetja është ende e hapur. Ky eksperiment, i kryer nga Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni dhe Rocco Ruggeri, zbuloi se valët e radios me valë centimetër përhapen në ajër normal me një shpejtësi 25% më të shpejtë se c.

Duke përmbledhur, mund të themi sa vijon.

Punimet e viteve të fundit tregojnë se në kushte të caktuara, shpejtësia superluminale mund të ndodhë vërtet. Por çfarë saktësisht po lëviz me shpejtësi superluminale? Teoria e relativitetit, siç është përmendur tashmë, e ndalon një shpejtësi të tillë për trupat materialë dhe për sinjalet që bartin informacion. Megjithatë, disa studiues janë shumë këmbëngulës në përpjekjet e tyre për të demonstruar tejkalimin e barrierës së dritës posaçërisht për sinjalet. Arsyeja për këtë qëndron në faktin se në teorinë speciale të relativitetit nuk ekziston një justifikim rigoroz matematik (bazuar, le të themi, në ekuacionet e Maxwell për një fushë elektromagnetike) për pamundësinë e transmetimit të sinjaleve me një shpejtësi më të madhe se c. Një pamundësi e tillë në SRT përcaktohet, mund të thuhet, thjesht aritmetikisht, bazuar në formulën e Ajnshtajnit për mbledhjen e shpejtësive, por në një mënyrë themelore kjo konfirmohet nga parimi i shkakësisë. Vetë Ajnshtajni, duke marrë në konsideratë çështjen e transmetimit të sinjalit superluminal, shkroi se në këtë rast "...ne jemi të detyruar të konsiderojmë të mundshëm një mekanizëm të transmetimit të sinjalit, kur përdorim të cilin veprimi i arritur i paraprin shkakut. Por, megjithëse kjo rezulton nga një logjikë e pastër. Këndvështrimi nuk përmban vetveten, për mendimin tim, nuk ka kontradikta, megjithatë ai bie ndesh me karakterin e gjithë përvojës sonë në një masë të tillë që pamundësia e supozimit V > c duket se është vërtetuar mjaftueshëm. Parimi i shkakësisë është gurthemeli që qëndron në themel të pamundësisë së sinjalizimit superluminal. Dhe, me sa duket, të gjitha kërkimet për sinjale superluminale, pa përjashtim, do të pengohen mbi këtë gur, pa marrë parasysh sa eksperimentuesit do të donin të zbulonin sinjale të tilla, sepse e tillë është natyra e botës sonë.

Por prapëseprapë, le të imagjinojmë se matematika e relativitetit do të vazhdojë të punojë me shpejtësi superluminale. Kjo do të thotë se teorikisht ne ende mund të zbulojmë se çfarë do të ndodhte nëse trupi do të kalonte shpejtësinë e dritës.

Imagjinoni dy anije kozmike duke u nisur nga Toka drejt një ylli që është 100 vite dritë larg planetit tonë. Anija e parë largohet nga Toka me 50% shpejtësinë e dritës, kështu që do të duhen 200 vjet për të përfunduar udhëtimin. Anija e dytë, e pajisur me një makinë hipotetike, do të niset me shpejtësinë 200% të dritës, por 100 vjet pas të parës. Çfarë do të ndodhë?

Sipas teorisë së relativitetit, përgjigjja e saktë varet kryesisht nga këndvështrimi i vëzhguesit. Nga Toka, do të duket se anija e parë ka përshkuar tashmë një distancë të konsiderueshme përpara se të kapërcehet nga anija e dytë, e cila lëviz katër herë më shpejt. Por nga këndvështrimi i njerëzve në anijen e parë, gjithçka është pak më ndryshe.

Anija #2 po lëviz më shpejt se drita, që do të thotë se mund të kalojë edhe dritën që lëshon. Kjo çon në një lloj "valë drite" (analoge me tingullin, vetëm valët e dritës dridhen këtu në vend të dridhjeve të ajrit), e cila krijon disa efekte interesante. Kujtoni se drita nga anija #2 lëviz më ngadalë se vetë anija. Rezultati do të jetë një dyfishim vizual. Me fjalë të tjera, në fillim ekuipazhi i anijes #1 do të shohë që anija e dytë u shfaq pranë tyre si nga askund. Më pas, drita nga anija e dytë do të arrijë në anijen e parë me një vonesë të vogël, dhe rezultati do të jetë një kopje e dukshme që do të lëvizë në të njëjtin drejtim me një vonesë të lehtë.

Diçka e ngjashme mund të shihet në lojërat kompjuterike kur, si rezultat i një dështimi të sistemit, motori ngarkon modelin dhe algoritmet e tij në pikën përfundimtare të lëvizjes më shpejt se sa përfundon vetë animacioni i lëvizjes, në mënyrë që të ndodhin marrje të shumta. Kjo është ndoshta arsyeja pse vetëdija jonë nuk e percepton atë aspekt hipotetik të Universit në të cilin trupat lëvizin me shpejtësi superluminale - ndoshta kjo është për të mirën.

P.S. ... por në shembullin e fundit, nuk kuptova diçka, pse pozicioni i vërtetë i anijes lidhet me "dritën e emetuar prej saj"? Epo, edhe pse do ta shohin disi në vendin e gabuar, por në të vërtetë ai do të kapërcejë anijen e parë!

burimet

Rekordi aktual i shpejtësisë në hapësirë ​​është mbajtur për 46 vjet. Kur do të rrihet? Ne njerëzit jemi të fiksuar pas shpejtësisë. Pra, vetëm në muajt e fundit u bë e ditur se studentët në Gjermani vendosën një rekord shpejtësie për një makinë elektrike, dhe në SHBA planifikojnë të përmirësojnë avionët hipersonikë në atë mënyrë që të arrijnë shpejtësi pesëfishin e shpejtësisë së zërit, d.m.th. mbi 6100 km/h Avionë të tillë nuk do të kenë ekuipazh, por jo sepse njerëzit nuk mund të lëvizin me një shpejtësi kaq të madhe. Në fakt, njerëzit tashmë kanë lëvizur me një shpejtësi që është disa herë më e lartë se shpejtësia e zërit. Megjithatë, a ka një kufi, pasi ta kapërcejmë të cilin trupat tanë që nxitojnë me shpejtësi nuk do të jenë më në gjendje t'i rezistojnë mbingarkesave? Rekordi aktual i shpejtësisë është po aq mbajtur nga tre astronautë që morën pjesë në misionin hapësinor Apollo 10 ", - Tom Stafford, John Young dhe Eugene Cernan. Në vitin 1969, kur astronautët fluturuan rreth hënës dhe u kthyen prapa, kapsula në të cilën ndodheshin, zhvilloi një shpejtësi që në Toka do të ishte e barabartë me 39.897 km / orë. "Unë mendoj se njëqind vjet më parë, ne vështirë se mund të imagjinonim se një person do të ishte në gjendje të lëvizte në hapësirë ​​me një shpejtësi prej gati 40 mijë kilometrash në orë," thotë Jim Bray nga shqetësimi i hapësirës ajrore Lockheed Martin. Bray është drejtor i projektit të modulit të banueshëm për Orionin e avancuar), i cili po zhvillohet nga Agjencia Hapësinore e SHBA NASA. Siç u konceptua nga zhvilluesit, anija kozmike Orion - me shumë qëllime dhe pjesërisht e ripërdorshme - duhet të çoni astronautët në orbitën e ulët të Tokës. Mund të ndodhë që me ndihmën e saj të jetë e mundur të thyhet rekordi i shpejtësisë i vendosur për një person 46 vjet më parë.Raketa e re super e rëndë, e cila është pjesë e Sistemit të Nisjes Hapësinore, duhet, sipas planit, të bëjë Fluturimi i parë me njerëz në 2021. Kjo do të jetë një fluturim i një asteroidi në një orbitë afër hënës. Më pas, duhet të pasojnë ekspedita shumë-mujore në Mars. Tani, sipas projektuesve, shpejtësia maksimale e zakonshme e Orionit duhet të jetë afërsisht 32,000 km/h. Megjithatë, shpejtësia e arritur nga Apollo 10 mund të tejkalohet edhe nëse konfigurimi bazë i Orionit do të ruhej, atë që ne po planifikojmë tani. Por edhe Orioni nuk do të përfaqësojë kulmin e potencialit të shpejtësisë njerëzore. “Në thelb, nuk ka asnjë kufi tjetër për shpejtësinë me të cilën ne mund të udhëtojmë përveç shpejtësisë së dritës”, thotë Bray. Shpejtësia e dritës është një miliard km/h. A ka ndonjë shpresë se do të jemi në gjendje të kapërcejmë hendekun midis 40 mijë km/h dhe këtyre vlerave? Çuditërisht, shpejtësia si një sasi vektoriale që tregon shpejtësinë e lëvizjes dhe drejtimin e lëvizjes nuk është problem për njerëzit në kuptimin fizik. përderisa është relativisht konstante dhe e drejtuar në një drejtim.. Prandaj njerëzit – teorikisht – mund të lëvizin në hapësirë ​​vetëm pak më ngadalë se “kufiri i shpejtësisë së universit”, d.m.th. shpejtësia e dritës. Por edhe duke supozuar se ne kapërcejmë pengesat e rëndësishme teknologjike që lidhen me ndërtimin e anijeve të shpejta kozmike, trupat tanë të brishtë, kryesisht ujorë do të përballen me rreziqe të reja që lidhen me efektet e shpejtësisë së madhe. Dhe deri më tani mund të shfaqen vetëm rreziqe imagjinare, nëse njerëzit mund të udhëtojë më shpejt se shpejtësia e dritës duke shfrytëzuar zbrazëtitë në fizikën moderne ose nga zbulimet që thyejnë modelin. Si të përballojmë mbingarkesat Megjithatë, nëse synojmë të lëvizim me një shpejtësi mbi 40 mijë km/orë, do të duhet ta arrijmë atë dhe më pas të ngadalësojmë ngadalë dhe me durim. Përshpejtimi i shpejtë dhe ngadalësimi po aq i shpejtë janë të mbushura me rrezik vdekjeprurës ndaj trupit të njeriut. Këtë e dëshmon ashpërsia e lëndimeve trupore si pasojë e aksidenteve automobilistike, në të cilat shpejtësia zbret nga disa dhjetëra kilometra në orë në zero, cila është arsyeja për këtë? Në atë veti të universit, që quhet inerci ose aftësia e një trupi fizik me masë për t'i rezistuar një ndryshimi në gjendjen e tij të prehjes ose lëvizjes në mungesë ose kompensim të ndikimeve të jashtme.Kjo ide është formuluar në ligjin e parë të Njutonit, i cili thotë: "Çdo trup vazhdon të mbahet në gjendjen e tij prehjeje ose lëvizje uniforme dhe drejtvizore, përderisa nuk detyrohet nga forcat e aplikuara të ndryshojë këtë gjendje." Gjendja e pushimit dhe lëvizja me një shpejtësi konstante është normale për njeriun. Trupi," shpjegon Bray. "Ne duhet më tepër të shqetësohemi për gjendjen e një personi në momentin e përshpejtimit "Rreth një shekull më parë, zhvillimi i avionëve të qëndrueshëm që mund të manovronin me shpejtësi i bëri pilotët të flisnin për simptoma të çuditshme të shkaktuara nga ndryshimet në shpejtësi. dhe drejtimin e fluturimit. Këto simptoma përfshinin humbjen e përkohshme të shikimit dhe ndjenjën e peshës ose mungesës së peshës. Arsyeja janë forcat g, të matura në njësi G, që është raporti i nxitimit linear me nxitimin për shkak të gravitetit në sipërfaqen e Tokës nën ndikimi i tërheqjes ose i gravitetit. Këto njësi pasqyrojnë efektin e përshpejtimit të rënies së lirë në masën, për shembull, të trupit të njeriut.Një mbingarkesë prej 1 G është e barabartë me peshën e një trupi që ndodhet në fushën e gravitetit të Tokës dhe tërhiqet nga qendra e planetit. me një shpejtësi prej 9.8 m/s (në nivelin e detit), të cilat një person i përjeton vertikalisht nga koka te këmbët ose anasjelltas janë vërtet një lajm i keq për pilotët dhe pasagjerët. duke u ngadalësuar, gjaku nxiton nga gishtat e këmbëve në kokë, ka një ndjenjë të mbingopjes, si në një qëndrim dore. "Velja e kuqe" (ndjenja që përjeton një person kur gjaku nxiton në kokë) ndodh kur gjaku i fryrë, i tejdukshëm qepallat e poshtme ngrihen dhe mbyllin bebëzat e syve. Dhe anasjelltas, gjatë përshpejtimit ose forcave pozitive g, gjaku rrjedh nga koka në këmbë, sytë dhe truri fillojnë të përjetojnë mungesë oksigjeni, pasi gjaku grumbullohet. në ekstremitetet e poshtme. ka humbje të shikimit të ngjyrave dhe rrotullohet, siç thonë ata, një "vello gri", pastaj ndodh një humbje e plotë e shikimit ose një "vello e zezë", por personi mbetet i vetëdijshëm. Mbingarkesat e tepërta çojnë në humbje të plotë të vetëdijes. Kjo gjendje quhet sinkopë e shkaktuar nga kongjestioni. Shumë pilotë kanë vdekur për shkak të faktit se një "vello e zezë" ra mbi sytë e tyre - dhe ata u rrëzuan. Personi mesatar mund të durojë një mbingarkesë prej rreth pesë Gs përpara se të humbasë vetëdijen. Pilotët të veshur me kostume speciale anti-g dhe të trajnuar në mënyrë e veçantë për të tendosur dhe relaksuar muskujt e bustit në mënyrë që gjaku të mos rrjedhë nga koka, janë në gjendje të fluturojnë një aeroplan me forca g prej rreth nëntë Gs. "Për periudha të shkurtra kohore, trupi i njeriut mund të përballojë shumë më shumë forca G se nëntë G," thotë Jeff Sventek, drejtor ekzekutiv i Shoqatës Aerospace Medicine, me vendndodhje në Aleksandri, Virxhinia. - Por shumë pak njerëz mund t'i rezistojnë forcave të larta G për një periudhë të gjatë kohore. "Ne njerëzit jemi në gjendje për të duruar forca të mëdha G pa lëndime serioze, edhe pse vetëm për disa momente. Në vitin 1958, kur frenonte në një sajë të veçantë me raketa, pasi përshpejtoi në 55 km/h për 0,1 sekonda, ai përjetoi një mbingarkesë prej 82,3 G. Ky rezultat u regjistrua nga një përshpejtues i ngjitur në gjoks. Sytë e Beeding ishin gjithashtu të mbuluara me një "vello të zezë", por ai shpëtoi vetëm me mavijosje gjatë këtij demonstrimi të jashtëzakonshëm të qëndrueshmërisë së trupit të njeriut. Vërtetë, pas mbërritjes, ai kaloi tre ditë në spital. Dhe tani në hapësirë, astronautët, në varësi të automjetit, përjetuan gjithashtu forca G mjaft të larta - nga tre deri në pesë Gs - gjatë ngritjes dhe kur ktheheshin në shtresat e dendura të atmosferës, përkatësisht. pozicion të prirur në drejtim të fluturimit. duke arritur një shpejtësi të qëndrueshme lundrimi prej 26,000 km / orë në orbitë, astronautët përjetojnë shpejtësi jo më shumë se pasagjerët e fluturimeve komerciale. Nëse mbingarkesat nuk janë problem për ekspeditat e gjata në anijen kozmike Orion, atëherë me shkëmbinjtë e vegjël hapësinorë - mikrometeoritët - janë gjithnjë e më të vështirë Këto grimca sa një kokërr orizi mund të zhvillojnë shpejtësi mbresëlënëse dhe në të njëjtën kohë shkatërruese deri në 300 mijë km/orë. Për të siguruar integritetin e anijes dhe sigurinë e ekuipazhit të saj, Orion është i pajisur me një shtresë mbrojtëse të jashtme, trashësia e së cilës varion nga 18 në 30 cm. Përveç kësaj, sigurohen mburoja shtesë mbrojtëse dhe vendosja e zgjuar e pajisjeve brenda anija është përdorur. e rëndësishme për të gjithë anijen kozmike, ne duhet të llogarisim me saktësi këndet e afrimit të mikrometeoriteve, "thotë Jim Bray. Të jeni të sigurt, mikrometeoritët nuk janë pengesa e vetme për misionet hapësinore, gjatë të cilave shpejtësitë e larta të fluturimit njerëzor në vakum do të luajnë një Një rol gjithnjë e më i rëndësishëm gjatë ekspeditës në Mars do të duhet të zgjidhen probleme të tjera praktike, për shembull, për të furnizuar ekuipazhin me ushqim dhe për të luftuar rrezikun në rritje të kancerit për shkak të efekteve të rrezatimit hapësinor në trupin e njeriut. Reduktimi i kohës së udhëtimit do të zvogëlojë ashpërsinë e problemeve të tilla, kështu që shpejtësia e lëvizjes do të bëhet gjithnjë e më e dëshirueshme. Fluturimet hapësinore të gjeneratës së ardhshmeKjo nevojë për shpejtësi do të ngrejë pengesa të reja në rrugën e udhëtarëve në hapësirë.Anija e re kozmike e NASA-s që kërcënon të thyejë rekordin e shpejtësisë Apollo 10 do të vazhdojë të mbështetet në sistemet kimike të shtytjes së raketave të testuara me kohë të përdorura që nga fluturimet e para në hapësirë. Por këto sisteme kanë kufizime të rënda shpejtësie për shkak të çlirimit të sasive të vogla të energjisë për njësi karburanti. Prandaj, për të rritur ndjeshëm shpejtësinë e fluturimit për njerëzit që shkojnë në Mars dhe më gjerë, siç e kuptojnë shkencëtarët, nevojiten qasje krejtësisht të reja. "Sistemet që kemi sot janë mjaft të afta të na çojnë atje," thotë Bray, "por ne të gjithë do të donim të ishim dëshmitarë të një revolucioni shtytës.” Eric Davis, një fizikant i lartë kërkimor në Institutin për Studime të Avancuara në Austin, Teksas, dhe një anëtar i Programit të Fizikës së Lëvizjes së Përparuar të NASA-s, një projekt kërkimor gjashtëvjeçar që përfundoi në 2002. identifikoi tre nga mjetet më premtuese, nga pikëpamja e fizikës tradicionale, të afta për të ndihmuar njerëzimin të arrijë shpejtësi të arsyeshme të mjaftueshme për udhëtime ndërplanetare. Shkurtimisht, bëhet fjalë për fenomenet e çlirimit të energjisë gjatë ndarjes së materies, shkrirjes termonukleare dhe Asgjësimi i antimateries Metoda e parë konsiston në ndarjen e atomeve dhe përdoret në reaktorët bërthamorë komercialë.E dyta, shkrirja termonukleare, është krijimi i atomeve më të rënda nga atomet e thjeshta - ky lloj reagimi ushqen me energji Diellin. Kjo është një teknologji që magjeps, por nuk u jepet duarve; është "gjithmonë 50 vjet larg" - dhe gjithmonë do të jetë, siç thotë motoja e vjetër e industrisë. "Këto janë teknologji shumë të avancuara," thotë Davis, "por ato bazohen në fizikën tradicionale dhe janë themeluar fort që nga agimi i Epoka atomike”. Sipas vlerësimeve optimiste, sistemet shtytëse të bazuara në konceptet e ndarjes atomike dhe shkrirjes termonukleare, në teori, janë të afta të përshpejtojnë një anije deri në 10% të shpejtësisë së dritës, d.m.th. deri në 100 milionë km/orë shumë të denjë. Burimi më i preferuar, edhe pse i pakapshëm, i energjisë për një anije kozmike të shpejtë është antimateria, binjaku dhe antipodi i materies së zakonshme. Kur dy lloje të materies bien në kontakt, ato shkatërrojnë njëra-tjetrën, duke rezultuar në çlirimin e energjisë së pastër .Teknologjitë për të prodhuar dhe ruajtur - deri tani jashtëzakonisht të vogla - sasi të antimateries ekzistojnë tashmë sot. Në të njëjtën kohë, prodhimi i antimateries në sasi të dobishme do të kërkojë kapacitete të reja speciale të gjeneratës së ardhshme dhe inxhinieri do të duhet të hyjë në një garë konkurruese për të krijuar një anije kozmike të përshtatshme. Por, thotë Davies, mjaft ide të shkëlqyera tashmë po përpunohen në tabelat e vizatimit. Anijet kozmike të fuqizuara nga energjia e antimateries mund të përshpejtohen për muaj dhe madje vite dhe të arrijnë përqindje më të mëdha të shpejtësisë së dritës. Në të njëjtën kohë, mbingarkesat në bord do të mbeten të pranueshme për banorët e anijeve, në të njëjtën kohë, shpejtësi të tilla fantastike të reja do të jenë të mbushura me rreziqe të tjera për trupin e njeriut. Breshëri energjik Me një shpejtësi prej disa qindra milionë kilometrash në orë, çdo grimcë pluhuri në hapësirë, nga atomet e pluhurit të hidrogjenit te mikrometeoritët, në mënyrë të pashmangshme bëhet një plumb me energji të lartë që mund të shpojë bykun e një anijeje." Kur lëvizni me një shpejtësi shumë të lartë, kjo do të thotë që grimcat që fluturojnë drejt teje po lëvizin me të njëjtën shpejtësi", thotë Arthur Edelstein. Së bashku me babain e tij të ndjerë, William Edelstein, profesor i radiologjisë në Shkollën e Mjekësisë të Universitetit Johns Hopkins, ai punoi në një punë shkencore që ekzaminoi efektet e ekspozimit ndaj atomeve të hidrogjenit kozmik ( mbi njerëzit dhe pajisjet) gjatë udhëtimit hapësinor ultra të shpejtë në hapësirë. Edhe pse përmbajtja e tij nuk kalon një atom për centimetër kub, hidrogjeni i shpërndarë në hapësirë ​​mund të fitojë vetitë e bombardimeve të rrezatimit intensiv. Hidrogjeni do fillojnë të dekompozohen në grimca nënatomike që do të depërtojnë në anije dhe do të ekspozojnë rrezatimin si ndaj ekuipazhit ashtu edhe ndaj pajisjeve. Me shpejtësinë 95% të dritës, ekspozimi ndaj një rrezatimi të tillë do të nënkuptonte vdekjen gati të menjëhershme. do të vlojë menjëherë. "Të gjitha këto janë probleme jashtëzakonisht të pakëndshme ", vëren Edelstein me humor të zymtë. Ai dhe babai i tij llogaritën afërsisht se për të krijuar një lloj sistemi hipotetik mbrojtjeje magnetike që mund të mbronte anijen dhe njerëzit e saj nga shiu vdekjeprurës i hidrogjenit, anija yll mund të lëvizte me një shpejtësi më të vogël se gjysma. shpejtësia e zërit. Atëherë njerëzit në bord kanë një shans për të mbijetuar. Mark Millis, një fizikant përkthimor dhe ish-kreu i Programit të Fizikës së Lëvizjes së Përparuar të NASA-s, paralajmëron se ky kufi i mundshëm i shpejtësisë për fluturimet në hapësirë ​​mbetet një problem për të ardhmen e largët. "Bazuar në njohuritë fizike të grumbulluara deri më sot, mund të thuhet se do të jetë jashtëzakonisht e vështirë për të zhvilluar një shpejtësi prej më shumë se 10% të shpejtësisë së dritës, "thotë Millis. "Ne nuk jemi ende në rrezik. Një analogji e thjeshtë: pse të shqetësohemi se mund të mbytemi , nëse ende nuk hynim në ujë. Më shpejt se drita? Nëse supozojmë se ne, si të thuash, kemi mësuar të notojmë, a mund të zotërojmë më pas rrëshqitjen nëpër hapësirë-kohë - nëse e zhvillojmë më tej këtë analogji - dhe të fluturojmë me shpejtësi superluminale? Hipoteza e një aftësie të lindur për të mbijetuar në një mjedis superluminal , edhe pse e dyshimtë, nuk është pa disa paraqitje të iluminizmit të arsimuar në errësirë ​​të madhe. Një nga këto mënyra intriguese të transportit bazohet në teknologji të ngjashme me ato të përdorura në "warp drive" ose "warp drive" nga seria Star Trek. Parimi funksionimi i këtij sistemi shtytës, i njohur gjithashtu si "Motori Alcubierre"* (i emëruar sipas fizikanit teorik meksikan Miguel Alcubierre) është se i lejon anijes të ngjesh hapësirën normale-kohë të përshkruar nga Albert Einstein përpara saj dhe ta zgjerojë atë. pas saj. Në thelb, anija lëviz në një farë vëllimi të hapësirë-kohës, një lloj "flluska e lakimit" që lëviz më shpejt se shpejtësia e dritës. Kështu, anija mbetet e palëvizshme në hapësirë-kohë normale në këtë "flluskë", pa duke u deformuar dhe duke shmangur shkeljet e kufirit universal të shpejtësisë së dritës. "Në vend që të lundroni në kolonën e ujit të hapësirë-kohës normale," thotë Davis, "motori Alcubierre do t'ju mbajë si një surfer që nxiton në një dërrasë përgjatë kreshtës. e një vale.” Këtu ka një kapje të caktuar. Për të zbatuar këtë ide, nevojitet një formë ekzotike e materies me masë negative për të ngjeshur dhe zgjeruar hapësirë-kohën. "Fizika nuk përmban asnjë kundërindikacion në lidhje me masën negative," thotë Davis, "por nuk ka shembuj të saj, dhe ne kemi nuk e kam parë kurrë në natyrë.” Ka një kapje tjetër. Në një punim të botuar në vitin 2012, studiuesit në Universitetin e Sidneit spekuluan se "flluska e deformuar" do të grumbullonte grimca kozmike me energji të lartë, pasi në mënyrë të pashmangshme filloi të ndërvepronte me përmbajtjen e universit. Disa nga grimcat do të depërtonin në vetë flluskë dhe pomponi anijen me rrezatim. Të ngecur në shpejtësi nën dritë? A jemi vërtet të dënuar të ngecim në shpejtësi nën dritë për shkak të biologjisë sonë delikate?! Nuk ka të bëjë aq shumë me vendosjen e një rekordi të ri botëror (galaktik?) të shpejtësisë për njerëzit, por me perspektivën e njerëzimit duke u kthyer në një shoqëri ndëryjore .Me gjysmën e shpejtësisë së dritës - që është kufiri që studimi i Edelstein sugjeron se trupat tanë mund të përballojnë - një udhëtim vajtje-ardhje drejt yllit më të afërt do të zgjaste më shumë se 16 vjet. (Efektet e zgjerimit të kohës, që do të bënte që ekuipazhi i një anijeje yll të kalonte më pak kohë në sistemin e tyre koordinativ sesa njerëzit e mbetur në Tokë në sistemin e tyre të koordinatave, nuk do të ishin dramatike me gjysmën e shpejtësisë së dritës.) Mark Millis është plot shpresë . Duke marrë parasysh që njerëzimi ka zhvilluar kostume anti-g dhe mbrojtje kundër mikrometeoritëve, duke i lejuar njerëzit të udhëtojnë në mënyrë të sigurtë në distancën e madhe blu dhe në errësirën e mbushur me yje të hapësirës, ​​ai është i bindur se ne mund të gjejmë mënyra për të mbijetuar, pavarësisht sa me shpejtësi të lartë kufijtë që do t'i arrijmë në të ardhmen." Vetë teknologjitë që mund të na ndihmojnë të arrijmë shpejtësi të reja të jashtëzakonshme lëvizjeje, mendon Millis, do të na ofrojnë aftësi të reja, ende të panjohura për mbrojtjen e ekuipazheve. Dhe në vitin 1995, fizikani teorik rus Sergei Krasnikov propozoi konceptin e një pajisjeje për udhëtimin në hapësirë ​​më të shpejtë se shpejtësia e zërit. Ideja u quajt "Tubacionet e Krasnikovit" Kjo është një lakim artificial i hapësirë-kohës sipas parimit të të ashtuquajturës vrima e krimbit. Hipotetikisht, anija do të lëvizë në një vijë të drejtë nga Toka në një yll të caktuar përmes hapësirë-kohës së lakuar, duke kaluar nëpër dimensione të tjera.Sipas teorisë së Krasnikov, udhëtari hapësinor do të kthehet prapa në të njëjtën kohë që ai u nis.

Edhe nëse mund të ndërtonim anije prototipe të projektuara nga shkencëtarët e NASA-s për të lëvizur me shpejtësi relativiste dhe të gjenim një burim jashtëzakonisht të madh energjie të nevojshme për t'i hedhur ato në qiell, udhëtimi ynë nuk do të ishte aq i këndshëm sa mund të ishte. duket nga Falcon i Mijëvjeçarit . Nuk është teknologjia ajo që na ndan nga aftësia për të fluturuar drejt yjeve fqinjë, është vetëm çështje disa shekujsh. Problemi është se sa e rrezikshme është hapësira nëse kthehet në një habitat dhe sa i brishtë mund të jetë në të vërtetë trupi i njeriut.

Nëse do të fillonim të lëviznim me shpejtësinë e dritës (300,000 km / s) në hapësirën ndëryjore, do të vdisnim në disa sekonda. Pavarësisht se dendësia e materies në hapësirë ​​është shumë e ulët, me këtë shpejtësi, edhe disa atome hidrogjeni për centimetër kub do të përplasen në harkun e anijes me një përshpejtim që në Tokë është i arritshëm vetëm në Përplasësin e Madh të Hadronit. Për shkak të kësaj, ne do të marrim një dozë rrezatimi të barabartë me dhjetë mijë sievert në sekondë. Duke pasur parasysh se doza vdekjeprurëse për njerëzit është gjashtë sivertë, një rreze e tillë radioaktive do të dëmtonte anijen dhe do të shkatërronte të gjithë jetën në bord.

“Nëse do të fillonim të lëviznim me shpejtësinë e dritës në hapësirë, do të vdisnim brenda disa sekondash”

Sipas hulumtimit të shkencëtarëve nga Universiteti Johns Hopkins, asnjë sasi e armaturës nuk mund të na mbrojë nga ky rrezatim jonizues. Një mbulesë alumini me trashësi dhjetë centimetra do të thithte më pak se 1% të energjisë - dhe ballkonet nuk mund të rriten pafundësisht pa rrezikuar mundësinë e ngritjes. Megjithatë, përveç hidrogjenit radioaktiv, anija jonë kozmike me shpejtësinë e dritës do të kërcënohet nga erozioni për shkak të ndikimit të pluhurit ndëryjor. Në rastin më të mirë, do të duhet të kënaqemi me 10% të shpejtësisë së dritës, gjë që do ta bëjë të vështirë arritjen e vetëm yllit më të afërt - Proxima Centauri. Duke pasur parasysh një distancë prej 4,22 vite dritë, një fluturim i tillë do të zgjasë 40 vjet - domethënë një jetë njerëzore jo e plotë.

Rrezatimi kozmik mbetet ende një pengesë e pakapërcyeshme për ne, megjithatë, nëse në një të ardhme të largët mund ta kapërcejmë atë, udhëtimi me shpejtësinë e dritës do të jetë përvoja më e pabesueshme në dispozicion të njeriut. Me këtë shpejtësi, koha do të ngadalësohet dhe plakja do të bëhet një proces shumë më i gjatë (në fund të fundit, edhe astronautët në ISS arrijnë të plaken 0,007 sekonda më pak në gjashtë muaj sesa njerëzit në Tokë). Fusha jonë vizuale gjatë një fluturimi të tillë është e përkulur, duke u kthyer në një tunel. Ne do të fluturojmë përpara përmes këtij tuneli drejt një ndezjeje të bardhë të shkëlqyer, duke mos parë asnjë gjurmë të yjeve dhe duke lënë pas nesh errësirën më të thellë, më absolute që mund të imagjinohet.

Për të arritur afër shpejtësisë së dritës, një raketë me shumë faza do të duhet të heqë një pjesë të masës së saj ndërsa shpejtësia rritet, siç bën raketa Super Haas e paraqitur këtu.

Le të themi se dëshironi të shkoni në një udhëtim ndëryjor dhe të arrini në destinacionin tuaj sa më shpejt të jetë e mundur. Ju mund të mos jeni në gjendje t'ia dilni deri nesër, por nëse do të kishit të gjitha mjetet dhe teknologjinë e nevojshme dhe një ndihmë të vogël nga relativiteti i Ajnshtajnit, a do të mund të arrinit atje brenda një viti? Po afrimi i shpejtësisë së dritës? Kjo është ajo që lexuesi ynë po bën pyetjen e kësaj jave:

Kohët e fundit po lexoja një libër ku autori u përpoq të shpjegonte paradoksin binjak duke imagjinuar një anije kozmike që fluturonte me 1 g për 20 vjet dhe më pas kthehej prapa. A është e mundur të ruhet një përshpejtim i tillë gjatë një kohe të tillë? Nëse, për shembull, filloni udhëtimin tuaj në ditën e parë të vitit të ri dhe fluturoni me një nxitim prej 9.8 metra në sekondë, atëherë, sipas llogaritjeve, mund të arrini shpejtësinë e dritës para fundit të vitit. . Si mund të përshpejtoj më tej pas kësaj?

Për të udhëtuar drejt yjeve, është absolutisht e nevojshme të ruhet një përshpejtim i tillë.



Kjo nisje e anijes kozmike Columbia e vitit 1992 tregon se raketa nuk përshpejtohet në çast - kërkon shumë kohë për t'u përshpejtuar.

Raketat dhe sistemet më të avancuara të shtytjes reaktive të krijuara nga njerëzimi nuk janë mjaft të fuqishme për një detyrë të tillë, sepse ato arrijnë jo aq shumë përshpejtim. Ata janë mbresëlënës sepse përshpejtojnë një masë të madhe për një kohë mjaft të gjatë. Por nxitimi i raketave si Saturn-5, Atlas, Falcon dhe Soyuz nuk e kalon shpejtimin e asnjë makine sportive: nga 1 në 2 g, ku g është 9.8 metra për sekondë në katror. Cili është ndryshimi midis një rakete dhe një makine sportive? Makina do të arrijë kufirin e saj në 9 sekonda, në rreth 320 km / orë. Një raketë mund të përshpejtohet në këtë mënyrë shumë më gjatë - jo sekonda apo minuta, por një çerek ore.

NASA ishte e para që lëshoi ​​një raketë Apollo 4 nga Qendra Hapësinore Cape Kennedy. Edhe pse përshpejtoi aq shpejt sa një makinë sportive, çelësi i suksesit të saj ishte ruajtja e këtij përshpejtimi për një kohë të gjatë.

Kjo është mënyra se si ne mund të kapërcejmë tërheqjen gravitacionale të Tokës dhe të shkojmë në orbitë, të arrijmë në botë të tjera në sistemin tonë diellor, apo edhe t'i shpëtojmë tërheqjes së diellit. Por në një moment, ne do të arrijmë kufirin - ju mund të përshpejtoni për një kohë të kufizuar për shkak të kufizimeve në sasinë e karburantit të transportuar. Karburanti i raketës që ne përdorim është, për fat të keq, jashtëzakonisht joefikas. Ju patë ekuacionin e famshëm të Ajnshtajnit, E = mc 2, që përshkruan masën si një formë energjie dhe se energjia mund të ruhet si lëndë. Karburanti ynë i mrekullueshëm i raketave është tmerrësisht joefikas.

Testimi i parë i motorit SpaceX Raptor në fillim të 2016

Duke përdorur reaksionet kimike, karburanti konverton jo më shumë se 0.001% të masës së tij në energji, duke kufizuar ashpër shpejtësinë maksimale të disponueshme për anijen kozmike. Dhe kjo është arsyeja pse duhet një raketë që peshon 500 tonë për të lëshuar 5 tonë ngarkesë në orbitë gjeostacionare. Raketat bërthamore do të ishin më efikase, duke shndërruar rreth 0.5% të masës së tyre në energji, por rezultati ideal do të ishte lënda dhe karburanti antimateries që arrinin efikasitet 100% në konvertimin E = mc 2. Nëse do të kishit një raketë të një mase të caktuar, pa marrë parasysh çfarë, dhe vetëm 5% e kësaj mase përmbahej në antimateries (dhe 5% të tjera në lëndë të disponueshme), asgjësimi në kohë mund të kontrollohej. Si rezultat, ju do të merrni një përshpejtim konstant dhe të qëndrueshëm prej 1 g për një periudhë shumë më të gjatë kohore se çdo karburant tjetër që do t'ju japë.

Ideja e një artisti për një sistem shtytës reaktiv duke përdorur antimaterie. Asgjësimi i materies/antimmateries jep densitetin më të lartë të energjisë fizike nga çdo substancë e njohur

Nëse keni nevojë për nxitim të vazhdueshëm, atëherë asgjësimi i materies/antimmateries, që është disa për qind e masës totale, do t'ju lejojë të përshpejtoni me këtë ritëm për disa muaj rresht. Në këtë mënyrë, ju mund të arrini deri në 40% të shpejtësisë së dritës nëse shpenzoni të gjithë buxhetin vjetor të Shteteve të Bashkuara për krijimin e antimateries dhe përshpejtoni 100 kg ngarkesë. Nëse duhet të përshpejtoni edhe më gjatë, duhet të rrisni sasinë e karburantit që merrni me vete. Dhe sa më shumë të përshpejtoni, sa më shumë t'i afroheni shpejtësisë së dritës, aq më shumë efekte relativiste do të vini re.

Si rritet shpejtësia juaj me kalimin e kohës nëse vazhdoni të përshpejtoni 1 g për disa ditë, muaj, vite ose një dekadë

Pas dhjetë ditësh fluturimi me 1 g, tashmë keni kaluar Neptunin, planetin e fundit në sistemin diellor. Pas disa muajsh, do të filloni të vini re ngadalësimin e kohës dhe tkurrjen e distancave. Në një vit, ju tashmë do të keni arritur 80% të shpejtësisë së dritës; në 2 vjet do të arrini afër 98% të shpejtësisë së dritës; Pas 5 vitesh fluturim me një nxitim prej 1 g, do të lëvizni me një shpejtësi prej 99,99% të shpejtësisë së dritës. Dhe sa më gjatë të përshpejtoni, aq më shumë i afroheni shpejtësisë së dritës. Por ju kurrë nuk do ta arrini atë. Për më tepër, me kalimin e kohës, do të kërkojë gjithnjë e më shumë energji.

Në një shkallë logaritmike, ju mund të shihni se sa më gjatë të përshpejtoni, aq më shumë do t'i afroheni shpejtësisë së dritës, por kurrë nuk do ta arrini atë. Edhe pas 10 vitesh, do të afroheni me 99,9999999% të shpejtësisë së dritës, por nuk do ta arrini atë

Për dhjetë minutat e para të nxitimit, do të kërkohet një sasi e caktuar energjie dhe në fund të kësaj periudhe do të lëvizni me një shpejtësi prej 6 km/s. Në 10 minuta të tjera, ju do të dyfishoni shpejtësinë tuaj në 12 km/s, por do t'ju duhet tre herë më shumë energji. Pas dhjetë minutash të tjera, do të lëvizni me një shpejtësi prej 18 km/s, por kjo do të kërkojë 5 herë më shumë energji sesa në dhjetë minutat e para. Kjo skemë do të vazhdojë të funksionojë edhe në të ardhmen. Në një vit, ju tashmë do të përdorni 100,000 herë më shumë energji sesa në fillim! Përveç kësaj, shpejtësia do të rritet gjithnjë e më pak.

Gjatësia shkurtohet dhe koha zgjatet. Grafiku tregon se si një anije kozmike që lëviz me një nxitim prej 1 g për njëqind vjet mund të udhëtojë pothuajse në çdo pikë të universit të dukshëm dhe të kthehet prej andej, brenda një jeta njerëzore. Por në kohën kur ai të kthehet, do të ketë kaluar kohë shtesë në Tokë.

Nëse dëshironi të përshpejtoni një anije 100 kg për një vit me 1 g, ju nevojiten 1000 kg lëndë dhe 1000 kg antimateries. Në një vit, ju do të lëvizni me 80% të shpejtësisë së dritës, por kurrë nuk do ta kaloni atë. Edhe nëse keni pasur një sasi të pafundme energjie. Përshpejtimi i vazhdueshëm kërkon një rritje të vazhdueshme të shtytjes dhe sa më shpejt të lëvizni, aq më shumë energji humbet në efektet relativiste. Dhe derisa të kuptojmë se si të kontrollojmë deformimin e hapësirës, ​​shpejtësia e dritës do të mbetet kufiri përfundimtar i universit. Çdo gjë që ka masë nuk mund ta arrijë atë, e lëre më ta tejkalojë atë. Por nëse filloni sot, pas një viti do të jeni aty ku asnjë objekt makroskopik nuk ka shkuar më parë!

Sistemi diellor nuk ka qenë me interes të veçantë për shkrimtarët e trillimeve shkencore për një kohë të gjatë. Por, çuditërisht, planetët tanë "vendas" nuk shkaktojnë shumë frymëzim për disa shkencëtarë, megjithëse ato ende nuk janë eksploruar praktikisht.

Duke prerë mezi një dritare në hapësirë, njerëzimi është i copëtuar në distanca të panjohura, dhe jo vetëm në ëndrra, si më parë.
Sergei Korolev gjithashtu premtoi se së shpejti do të fluturojë në hapësirë ​​"me një biletë sindikatash", por kjo frazë është tashmë gjysmë shekulli e vjetër, dhe një odise hapësinore është ende fati i elitës - shumë i shtrenjtë. Megjithatë, dy vite më parë, HACA nisi një projekt madhështor Starship 100 vjeçar, që përfshin krijimin gradual dhe afatgjatë të një themeli shkencor dhe teknik për fluturimet në hapësirë.

Ky program i paprecedentë duhet të tërheqë shkencëtarë, inxhinierë dhe entuziastë nga e gjithë bota. Nëse gjithçka është e suksesshme, në 100 vjet njerëzimi do të jetë në gjendje të ndërtojë një anije ndëryjore dhe ne do të lëvizim rreth sistemit diellor si tramvaje.

Pra, cilat janë problemet që duhen zgjidhur për ta bërë realitet fluturimin yjor?

KOHA DHE SHPEJTËSIA JANË RELATIVE

Astronomia e automjeteve automatike për disa shkencëtarë duket se është një problem pothuajse i zgjidhur, sado i çuditshëm të duket. Dhe kjo përkundër faktit se nuk ka absolutisht asnjë pikë në lëshimin e makinave drejt yjeve me shpejtësinë aktuale të kërmillit (rreth 17 km / s) dhe pajisje të tjera primitive (për rrugë të tilla të panjohura).

Tani anija kozmike amerikane Pioneer 10 dhe Voyager 1 janë larguar nga sistemi diellor, nuk ka më asnjë lidhje me to. Pioneer 10 po lëviz drejt yllit Aldebaran. Nëse asgjë nuk i ndodh, ai do të arrijë në afërsi të këtij ylli ... pas 2 milion vjetësh. Në të njëjtën mënyrë zvarriteni nëpër hapësirat e Universit dhe pajisje të tjera.

Pra, pavarësisht nëse një anije është e banueshme apo jo, për të fluturuar drejt yjeve, ajo ka nevojë për një shpejtësi të madhe afër shpejtësisë së dritës. Sidoqoftë, kjo do të ndihmojë në zgjidhjen e problemit të fluturimit vetëm në yjet më të afërt.

"Edhe nëse do të arrinim të ndërtonim një anije yje që mund të fluturonte me një shpejtësi afër shpejtësisë së dritës," shkroi K. Feoktistov, "koha e udhëtimit vetëm në galaktikën tonë do të llogaritet në mijëvjeçarë dhe dhjetëra mijëvjeçarë, pasi diametri i saj është rreth 100,000 vite dritë. Por në Tokë, shumë më tepër do të kalojnë gjatë kësaj kohe.

Sipas teorisë së relativitetit, rrjedha e kohës në dy sisteme që lëvizin në raport me njëri-tjetrin është e ndryshme. Meqenëse në distanca të mëdha anija do të ketë kohë të zhvillojë një shpejtësi shumë afër shpejtësisë së dritës, dallimi në kohë në Tokë dhe në anije do të jetë veçanërisht i madh.

Supozohet se qëllimi i parë i fluturimeve ndëryjore do të jetë alfa Centauri (një sistem me tre yje) - më i afërti me ne. Me shpejtësinë e dritës, ju mund të fluturoni atje në 4.5 vjet, në Tokë do të kalojnë dhjetë vjet gjatë kësaj kohe. Por sa më e madhe të jetë distanca, aq më i madh është ndryshimi në kohë.

Ju kujtohet Mjegullnaja e famshme Andromeda nga Ivan Efremov? Atje, fluturimi matet me vite, dhe ato tokësore. Një histori e bukur, për të thënë të paktën. Megjithatë, kjo mjegullnajë e lakmuar (më saktë, galaktika Andromeda) ndodhet në një distancë prej 2.5 milionë vitesh dritë nga ne.

Sipas disa llogaritjeve, udhëtimi i astronautëve do të zgjasë më shumë se 60 vjet (sipas orëve të anijeve yjore), por një epokë e tërë do të kalojë në Tokë. Si do të përballen “Neandertalët” hapësinor nga pasardhësit e tyre të largët? Dhe a do të jetë fare e gjallë Toka? Kjo do të thotë, kthimi në thelb është i pakuptimtë. Megjithatë, si vetë fluturimi: duhet të kujtojmë se ne e shohim galaktikën Andromeda siç ishte 2.5 milionë vjet më parë - aq shumë nga drita e saj arrin tek ne. Cili është qëllimi i fluturimit drejt një objektivi të panjohur, i cili, ndoshta, nuk ekziston prej kohësh, në çdo rast, në formën e tij të mëparshme dhe në vendin e vjetër?

Kjo do të thotë se edhe fluturimet me shpejtësinë e dritës justifikohen vetëm deri në yje relativisht të afërt. Megjithatë, automjetet që fluturojnë me shpejtësinë e dritës jetojnë deri më tani vetëm në një teori që i ngjan fantashkencës, megjithëse shkencore.

NJË ANIJE ME MADHËSINË E NJË PLANET

Natyrisht, para së gjithash, shkencëtarët dolën me idenë për të përdorur reagimin më efikas termonuklear në motorin e anijes - siç është zotëruar tashmë pjesërisht (për qëllime ushtarake). Megjithatë, për udhëtime vajtje-ardhje me shpejtësi afër dritës, edhe me një dizajn ideal të sistemit, kërkohet një raport i masës fillestare me masën përfundimtare prej të paktën 10 me fuqinë e tridhjetë. Kjo do të thotë, anija kozmike do të duket si një tren i madh me karburant sa një planet i vogël. Është e pamundur të lëshohet një kolos i tillë në hapësirë ​​nga Toka. Po, dhe mblidheni në orbitë - gjithashtu, nuk është më kot që shkencëtarët të mos e diskutojnë këtë opsion.

Ideja e një motori fotoni duke përdorur parimin e asgjësimit të materies është shumë popullore.

Asgjësimi është shndërrimi i një grimce dhe një antigrimcash gjatë përplasjes së tyre në çdo grimcë tjetër që është e ndryshme nga ato origjinale. Më i studiuari është asgjësimi i një elektroni dhe një pozitroni, i cili gjeneron fotone, energjia e të cilave do të lëvizë anijen kozmike. Llogaritjet e fizikantëve amerikanë Ronan Keane dhe Wei-ming Zhang tregojnë se në bazë të teknologjive moderne është e mundur të krijohet një motor asgjësimi i aftë për të përshpejtuar një anije kozmike në 70% të shpejtësisë së dritës.

Megjithatë, fillojnë problemet e mëtejshme. Fatkeqësisht, përdorimi i antimateries si lëndë djegëse raketash është shumë e vështirë. Gjatë asgjësimit, ndodhin ndezje të rrezatimit gama më të fuqishëm, të cilat janë të dëmshme për astronautët. Për më tepër, kontakti i karburantit pozitron me anijen është i mbushur me një shpërthim fatal. Së fundi, ende nuk ka teknologji për të marrë mjaftueshëm antimateries dhe për ta ruajtur atë për një kohë të gjatë: për shembull, një atom antihidrogjen "jeton" tani për më pak se 20 minuta dhe prodhimi i një miligrami pozitron kushton 25 milionë dollarë.

Por, le të supozojmë, me kalimin e kohës, këto probleme mund të zgjidhen. Sidoqoftë, do të nevojitet ende shumë karburant, dhe masa fillestare e një anijeje fotonike do të jetë e krahasueshme me masën e Hënës (sipas Konstantin Feoktistov).

THYEN VELA!

Anija më e njohur dhe më realiste sot konsiderohet të jetë një varkë me vela diellore, ideja e së cilës i përket shkencëtarit sovjetik Friedrich Zander.

Një vela diellore (dritë, foton) është një pajisje që përdor presionin e dritës së diellit ose një lazer në një sipërfaqe pasqyre për të shtyrë një anije kozmike.
Në vitin 1985, fizikani amerikan Robert Forward propozoi projektimin e një sondë ndëryjore të përshpejtuar nga energjia e mikrovalës. Projekti parashikonte që sonda të arrinte yjet më të afërt në 21 vjet.

Në Kongresin Ndërkombëtar Astronomik XXXVI, u propozua një projekt për një anije yllore lazer, lëvizja e së cilës sigurohet nga energjia e lazerëve optikë të vendosur në orbitë rreth Mërkurit. Sipas përllogaritjeve, rruga e një staranije të këtij dizajni drejt yllit Epsilon Eridani (10.8 vite dritë) dhe mbrapa do të zgjaste 51 vjet.

“Nuk ka gjasa që ne do të jemi në gjendje të bëjmë përparim të rëndësishëm në të kuptuarit e botës në të cilën jetojmë, bazuar në të dhënat e marra nga udhëtimet në sistemin tonë diellor. Natyrisht, mendimi kthehet tek yjet. Në fund të fundit, më herët u kuptua se fluturimet rreth Tokës, fluturimet drejt planetëve të tjerë të sistemit tonë diellor nuk janë qëllimi përfundimtar. Hapja e rrugës drejt yjeve dukej se ishte detyra kryesore.

Këto fjalë nuk i përkasin një shkrimtari të trillimeve shkencore, por projektuesit dhe kozmonautit të anijes kozmike Konstantin Feoktistov. Sipas shkencëtarit, asgjë veçanërisht e re në sistemin diellor nuk do të gjendet. Dhe kjo përkundër faktit se njeriu deri më tani ka fluturuar vetëm në Hënë ...

Megjithatë, jashtë sistemit diellor, presioni i dritës së diellit do të afrohet zero. Prandaj, ekziston një projekt për të përshpejtuar një varkë me vela diellore me sisteme lazer nga ndonjë asteroid.

E gjithë kjo është ende teori, por hapat e parë tashmë janë duke u hedhur.

Në 1993, një vela diellore 20 metra e gjerë u vendos për herë të parë në anijen ruse Progress M-15 si pjesë e projektit Znamya-2. Kur e lidhi Progress me stacionin Mir, ekuipazhi i tij instaloi një njësi vendosjeje reflektori në bordin e Progress. Si rezultat, reflektori krijoi një pikë të ndritshme 5 km të gjerë, e cila kaloi përmes Evropës në Rusi me një shpejtësi prej 8 km/s. Pjesa e dritës kishte një shkëlqim afërsisht të barabartë me atë të hënës së plotë.

Pra, avantazhi i një varke me vela diellore është mungesa e karburantit në bord, disavantazhet janë cenueshmëria e modelit të velit: në fakt, është një fletë e hollë e shtrirë mbi një kornizë. Ku është garancia që vela nuk do të ketë vrima nga grimcat kozmike gjatë rrugës?

Versioni i lundrimit mund të jetë i përshtatshëm për lëshimin e sondave robotike, stacioneve dhe anijeve të mallrave, por është i papërshtatshëm për fluturimet e kthimit me njerëz. Ka modele të tjera të anijeve, por ato disi i ngjajnë sa më sipër (me të njëjtat probleme masive).

SUPRRIZA NË HAPËSIRËN NDËRYJORE

Duket se shumë surpriza i presin udhëtarët në Univers. Për shembull, sapo u përkul nga sistemi diellor, pajisja amerikane Pioneer 10 filloi të përjetonte një forcë me origjinë të panjohur, duke shkaktuar ngadalësim të dobët. Janë bërë shumë sugjerime, deri në efektet ende të panjohura të inercisë apo edhe të kohës. Nuk ka ende një shpjegim të qartë për këtë fenomen, konsiderohen një sërë hipotezash: nga ato të thjeshta teknike (për shembull, forca reaktive nga një rrjedhje gazi në një aparat) deri në futjen e ligjeve të reja fizike.

Një tjetër anije kozmike, Voyager 1, zbuloi një zonë me një fushë magnetike të fortë në skajin e sistemit diellor. Në të, presioni i grimcave të ngarkuara nga hapësira ndëryjore bën që fusha e krijuar nga Dielli të trashet. Pajisja gjithashtu regjistroi:

• një rritje në numrin e elektroneve me energji të lartë (rreth 100 herë) që depërtojnë në sistemin diellor nga hapësira ndëryjore;
• një rritje e mprehtë në nivelin e rrezeve kozmike galaktike - grimca të ngarkuara me energji të lartë me origjinë ndëryjore.

Dhe kjo është vetëm një pikë në oqean! Megjithatë, edhe ajo që dihet sot për oqeanin ndëryjor është e mjaftueshme për të hedhur dyshime mbi mundësinë e surfimit në univers.

Hapësira midis yjeve nuk është bosh. Kudo ka mbetje gazi, pluhuri, grimcash. Kur përpiqeni të lëvizni me një shpejtësi afër shpejtësisë së dritës, çdo atom që përplaset me anijen do të jetë si një grimcë e rrezeve kozmike me energji të lartë. Niveli i rrezatimit të fortë gjatë një bombardimi të tillë do të rritet në mënyrë të papranueshme edhe gjatë fluturimeve drejt yjeve më të afërt.

Dhe ndikimi mekanik i grimcave me shpejtësi të tilla do të krahasohet me plumbat shpërthyes. Sipas disa llogaritjeve, çdo centimetër i ekranit mbrojtës të anijes do të qëllohej vazhdimisht me një shpejtësi prej 12 të shtëna në minutë. Është e qartë se asnjë ekran nuk mund të përballojë një ekspozim të tillë për disa vite fluturimi. Ose do të duhet të ketë një trashësi të papranueshme (dhjetëra e qindra metra) dhe masë (qindra mijëra ton).

Në fakt, atëherë ylli do të përbëhet kryesisht nga ky ekran dhe karburant, i cili do të kërkojë disa milionë tonë. Për shkak të këtyre rrethanave, fluturimet me shpejtësi të tilla janë të pamundura, aq më tepër sepse gjatë rrugës mund të hasni jo vetëm në pluhur, por edhe në diçka më të madhe, ose të bllokoheni në një fushë gravitacionale të panjohur. Dhe pastaj vdekja është përsëri e pashmangshme. Kështu, edhe nëse është e mundur të përshpejtohet anija kozmike në shpejtësinë nënluminale, atëherë ajo nuk do të arrijë qëllimin përfundimtar - do të ketë shumë pengesa në rrugën e saj. Prandaj, fluturimet ndëryjore mund të kryhen vetëm me shpejtësi dukshëm më të ulëta. Por më pas faktori kohë i bën këto fluturime të pakuptimta.

Rezulton se është e pamundur të zgjidhet problemi i transportimit të trupave materiale në distanca galaktike me shpejtësi afër shpejtësisë së dritës. Nuk ka kuptim të thyesh hapësirën dhe kohën me ndihmën e një strukture mekanike.

VRIMA NISHAN

Fiksi shkencor, duke u përpjekur të kapërcejë kohën e paepur, shpiku se si të "gërmojë vrima" në hapësirë ​​(dhe kohë) dhe "të palos" atë. Ata dolën me një shumëllojshmëri kërcimesh hiperhapësirë ​​nga një pikë e hapësirës në tjetrën, duke anashkaluar zonat e ndërmjetme. Tani shkencëtarët u janë bashkuar shkrimtarëve të trillimeve shkencore.

Fizikanët filluan të kërkojnë për gjendje ekstreme të materies dhe zbrazëtira ekzotike në univers, ku mund të lëvizësh me një shpejtësi superluminale në kundërshtim me teorinë e relativitetit të Ajnshtajnit.

Kështu lindi ideja e vrimës së krimbit. Kjo strofkë lidh dy pjesët e Universit si një tunel i gdhendur që lidh dy qytete të ndara nga një mal i lartë. Fatkeqësisht, vrimat e krimbave janë të mundshme vetëm në vakum absolut. Në universin tonë, këto strofulla janë jashtëzakonisht të paqëndrueshme: ato thjesht mund të shemben përpara se një anije kozmike të arrijë atje.

Megjithatë, për të krijuar vrima të qëndrueshme të krimbit, mund të përdorni efektin e zbuluar nga holandezi Hendrik Casimir. Ai konsiston në tërheqjen e ndërsjellë të trupave përcjellës të pa ngarkuar nën veprimin e lëkundjeve kuantike në vakum. Rezulton se vakuumi nuk është plotësisht bosh, ka luhatje në fushën gravitacionale në të cilën grimcat dhe vrimat mikroskopike të krimbit shfaqen dhe zhduken spontanisht.

Mbetet vetëm për të gjetur një nga vrimat dhe për ta shtrirë atë, duke e vendosur atë midis dy topave superpërçues. Njëra grykë e krimbit do të mbetet në Tokë, tjetra do të zhvendoset nga anija kozmike me shpejtësi afër dritës drejt yllit - objekti përfundimtar. Kjo do të thotë, anija kozmike, si të thuash, do të godasë përmes një tuneli. Sapo anija yje të arrijë destinacionin e saj, vrima e krimbit do të hapet për një udhëtim të vërtetë ndëryjor të shpejtë rrufe, kohëzgjatja e të cilit do të llogaritet në minuta.

Flluskë dredhuese

E ngjashme me teorinë e lakimit të flluskave të vrimave të krimbave. Në vitin 1994, fizikani meksikan Miguel Alcubierre kreu llogaritjet sipas ekuacioneve të Ajnshtajnit dhe gjeti mundësinë teorike të deformimit valor të vazhdimësisë hapësinore. Në këtë rast, hapësira do të tkurret përpara anijes kozmike dhe njëkohësisht do të zgjerohet pas saj. Anija yll, si të thuash, është vendosur në një flluskë lakimi, e aftë të lëvizë me një shpejtësi të pakufizuar. Gjeniu i idesë është se anija kozmike qëndron në një flluskë lakimi dhe ligjet e teorisë së relativitetit nuk shkelen. Në të njëjtën kohë, vetë flluska e lakimit lëviz, duke shtrembëruar lokalisht hapësirë-kohë.

Pavarësisht nga pamundësia për të udhëtuar më shpejt se drita, asgjë nuk e pengon hapësirën të lëvizë ose të përhapë shtrembërimin e hapësirës-kohës më shpejt se drita, gjë që besohet të ketë ndodhur menjëherë pas Big Bengut në formimin e Universit.

Të gjitha këto ide nuk përshtaten ende në kuadrin e shkencës moderne, por në vitin 2012, përfaqësuesit e NASA-s njoftuan përgatitjen e një testi eksperimental të teorisë së Dr. Alcubierre. Kush e di, ndoshta teoria e relativitetit të Ajnshtajnit një ditë do të bëhet pjesë e një teorie të re globale. Në fund të fundit, procesi i të mësuarit është i pafund. Pra, një ditë ne do të jemi në gjendje të thyejmë ferrat deri te yjet.

Irina GROMOVA

Artikulli i mëparshëm: Sa është shpejtësia e dritës Artikulli vijues: Karakteristikat e elementit të karbonit dhe vetitë kimike