Skupina vědců z experimentu OPERA ve spolupráci s evropská organizace jaderný výzkum(CERN) zveřejnil senzační výsledky experimentu na překonání rychlosti světla. Výsledky experimentu vyvracejí speciální teorii relativity Alberta Einsteina, na níž je celá moderní fyzika. Teorie říká, že rychlost světla je 299 792 458 m/s a elementární částice se nemohou pohybovat. vyšší rychlost Sveta.

Přesto vědci zaznamenali jeho překročení paprskem neutrin o 60 nanosekund při překonání 732 km. Stalo se tak 22. září během experimentu, který provedla mezinárodní skupina jaderných fyziků z Itálie, Francie, Ruska, Koreje, Japonska a dalších zemí.

Experiment probíhal následovně: paprsek protonů byl urychlen ve speciálním urychlovači a zasáhl s ním střed speciálního cíle. Tak se zrodily mezony – částice skládající se z kvarků.

Během rozpadu mezonů se rodí neutrina, - vysvětlil listu Izvestija akademik Ruské akademie věd Valerij Rubakov, hlavní vědecký pracovník Ústavu pro jaderný výzkum Ruské akademie věd. - Paprsek je umístěn tak, že neutrino uletí 732 km a zasáhne italskou podzemní laboratoř v Gran Sasso. Má speciální detektor, který zaznamenává rychlost paprsku neutrin.

Výsledky studie se rozdělily vědecký svět. Někteří vědci odmítají výsledkům uvěřit.

To, co udělali v CERN, je z moderního hlediska fyziky nemožné, - řekl listu Izvestija akademik Ruské akademie věd Spartak Beljajev, vědecký ředitel Ústavu obecné a jaderné fyziky. - Je nutné zkontrolovat tento experiment a jeho výsledky - možná se jen spletli. Všechny dříve provedené experimenty zapadají do existující teorie a kvůli jednomu kdysi provedenému experimentu nemá cenu vyvolávat paniku.

Akademik Beljajev zároveň připouští, že pokud se podaří dokázat, že se neutrina mohou pohybovat rychleji než rychlostí světla, bude to revoluce.

Pak musíme prolomit veškerou fyziku, řekl.

Pokud se výsledky potvrdí, jde o revoluci, souhlasí akademik Rubakov. - Těžko říct, jak to dopadne pro měšťany. Obecně je samozřejmě možné změnit speciální teorii relativity, ale je to nesmírně obtížné a není zcela jasné, která teorie v důsledku toho vykrystalizuje.

Rubakov upozornil na skutečnost, že zpráva uvádí, že během tří let experimentu bylo zaznamenáno a změřeno 15 000 událostí.

Statistiky jsou velmi dobré a experimentu se zúčastnila mezinárodní skupina renomovaných vědců,“ shrnuje Rubakov.

Akademici zdůraznili, že svět se pravidelně pokouší experimentálně vyvrátit speciální teorii relativity. Žádný z nich však zatím nepřinesl pozitivní výsledky.

Věnováno přímému měření rychlosti neutrin. Výsledky zní senzačně: rychlost neutrina se ukázala jako nepatrná – ale statisticky významná! - více než rychlost světla. Článek o spolupráci obsahuje analýzu různých zdrojů chyb a nejistot, ale reakce naprosté většiny fyziků zůstává velmi skeptická, především proto, že takový výsledek je v rozporu s jinými experimentálními daty o vlastnostech neutrin.

Rýže. 1.

Podrobnosti experimentu

Myšlenka experimentu (viz experiment OPERA) je velmi jednoduchá. Paprsek neutrin se rodí v CERNu, proletí Zemí do italské laboratoře Gran Sasso a tam prochází speciálním detektorem neutrin OPERA. Neutrina interagují s hmotou velmi slabě, ale vzhledem k tomu, že jejich tok z CERNu je velmi velký, některá neutrina se stále srážejí s atomy uvnitř detektoru. Tam generují kaskádu nabitých částic a zanechávají tak svůj signál v detektoru. Neutrina v CERNu se nerodí kontinuálně, ale „výbuchy“, a pokud známe okamžik zrodu neutrina a okamžik jeho pohlcení v detektoru a také vzdálenost mezi oběma laboratořemi, můžeme vypočítat rychlost neutrina.

Vzdálenost mezi zdrojem a detektorem v přímce je cca 730 km a byla měřena s přesností 20 cm (přesná vzdálenost mezi referenčními body je 730534,61 ± 0,20 metru). Pravda, proces vedoucí ke zrodu neutrina není vůbec lokalizován s takovou přesností. V CERNu paprsek vysokoenergetických protonů vyletí z urychlovače SPS, je shozen na grafitový terč a generuje v něm sekundární částice, včetně mezonů. Pokračují v letu vpřed rychlostí blízkou rychlosti světla a během letu se rozpadají na miony s emisí neutrin. Miony se také rozpadají a dávají vzniknout dalším neutrinům. Poté jsou všechny částice kromě neutrin absorbovány v tloušťce látky a volně se dostávají do místa detekce. Obecné schéma tato část experimentu je znázorněna na obr. 1.

Celá kaskáda vedoucí ke vzniku paprsku neutrin se může roztáhnout na stovky metrů. Nicméně, protože Všechnočástice v tomto shluku létají kupředu rychlostí blízkou světla, není prakticky žádný rozdíl pro dobu detekce, zda se neutrino zrodilo hned nebo až po kilometru cesty (avšak má velká důležitost, kdy přesně původní proton, který vedl ke zrodu tohoto neutrina, vyletěl z urychlovače). Výsledkem je, že vytvořená neutrina jednoduše opakují profil původního protonového paprsku. Proto je zde klíčovým parametrem právě časový profil protonového paprsku emitovaného z urychlovače, zejména přesná poloha jeho náběžné a zadní hrany, a tento profil je měřen s dostatečným předstihem. s m rozlišení (viz obr. 2).

Každá relace dopadu protonového paprsku na cíl (v angličtině se takové relace nazývá rozlít, "splash") trvá asi 10 mikrosekund a vede ke zrodu obrovského množství neutrin. Téměř všechny však prolétají Zemí (a detektorem) bez interakce. Ve stejných vzácných případech, kdy detektor zaregistruje neutrino, není možné říci, v jakém přesném okamžiku během 10mikrosekundového intervalu bylo emitováno. Analýza může být provedena pouze statisticky, to znamená, aby se shromáždilo mnoho případů detekce neutrin a sestrojilo se jejich časové rozložení vzhledem k výchozímu bodu pro každou relaci. V detektoru je bod času brán jako počátek, kdy podmíněný signál pohybující se rychlostí světla a emitovaný přesně v okamžiku, kdy náběžná hrana svazku protonů dosáhne detektoru. Přesné měření tohoto okamžiku bylo umožněno synchronizací hodin ve dvou laboratořích s přesností na několik nanosekund.

Na Obr. 3 ukazuje příklad takové distribuce. Černé tečky jsou skutečná data neutrin zaznamenaná detektorem a sečtená velký počet sezení. Červená křivka ukazuje konvenční „referenční“ signál, který by se pohyboval rychlostí světla. Můžete vidět, že data začínají na cca 1048,5 ns. dříve referenční signál. To však ještě neznamená, že neutrino je ve skutečnosti o mikrosekundu před světlem, ale je to pouze důvod k pečlivému měření všech délek kabelů, rychlosti odezvy zařízení, doby zpoždění elektroniky a tak dále. Tato opakovaná kontrola byla provedena a bylo zjištěno, že posunuje "referenční" moment o 988 ns. Ukazuje se tedy, že neutrinový signál ve skutečnosti předstihuje referenční, ale jen asi o 60 nanosekund. Z hlediska rychlosti neutrin to odpovídá překročení rychlosti světla asi o 0,0025 %.

Chybu tohoto měření autoři analýzy odhadli na 10 nanosekund, což zahrnuje statistické i systematické chyby. Autoři tedy tvrdí, že „vidí“ nadsvětelný pohyb neutrin na hladině statistické významnosti šest směrodatné odchylky.

Rozdíl mezi výsledky a očekáváním o šest směrodatných odchylek je již poměrně velký a ve fyzice elementárních částic se mu říká hlasité slovo „objev“. Toto číslo je však třeba správně chápat: znamená pouze pravděpodobnost statistický kolísání dat je velmi malé, ale nenaznačuje, jak spolehlivá je technika zpracování dat a jak dobře fyzici vzali v úvahu všechny instrumentální chyby. Ostatně ve fyzice elementárních částic existuje mnoho příkladů, kdy neobvyklé signály nebyly potvrzeny jinými experimenty s mimořádně vysokou statistickou jistotou.

Co si nadsvětelná neutrina protiřečí?

Na rozdíl od všeobecného přesvědčení speciální teorie relativity sama o sobě nezakazuje existenci částic pohybujících se nadsvětelnou rychlostí. Pro takové částice (obecně se jim říká „tachyony“) je však limitní i rychlost světla, ale pouze zdola – nemohou se pohybovat pomaleji než ona. V tomto případě se závislost energie částic na rychlosti ukazuje jako inverzní: čím větší energie, tím blíže je rychlost tachyonů rychlosti světla.

Mnohem vážnější problémy začínají v kvantové teorii pole. Tato teorie nahrazuje kvantová mechanika když mluví o kvantové částice s velkými energiemi. V této teorii nejsou částice body, ale relativně vzato shluky hmotného pole a nelze je uvažovat odděleně od pole. Ukazuje se, že tachyony snižují energii pole, což znamená, že dělají vakuum nestabilním. Pro prázdnotu je pak výhodnější se samovolně rozpadnout na obrovské množství těchto částic, a proto je prostě nesmyslné uvažovat o pohybu jednoho tachyonu v běžném prázdném prostoru. Můžeme říci, že tachyon není částice, ale nestabilita vakua.

V případě tachyon-fermionů je situace poněkud složitější, ale i tam vznikají srovnatelné obtíže, které brání vytvoření samokonzistentní tachyonové kvantové teorie pole, včetně obvyklé teorie relativity.

To však také není poslední slovo teoreticky. Stejně jako experimentátoři měří vše, co měřit lze, testují teoretici i všechny možné hypotetické modely, které nejsou v rozporu s dostupnými daty. Zejména existují teorie, ve kterých je povolena nepatrná, dosud nepostřehnutá odchylka od postulátů teorie relativity - např. rychlost světla sama o sobě může být variabilní. Takové teorie zatím nemají přímou experimentální podporu, ale ještě nebyly uzavřeny.

Tento stručný náčrt teoretických možností lze shrnout následovně: přestože v některých teoretických modelech je možný pohyb nadsvětelnou rychlostí, zůstávají pouze hypotetickými konstrukcemi. Všechna aktuálně dostupná experimentální data jsou popsána standardními teoriemi bez superluminálního pohybu. Pokud by tedy byla spolehlivě potvrzena alespoň u některých částic, musela by být kvantová teorie pole radikálně předělána.

Má cenu považovat výsledek OPERA v tomto smyslu za „první znamení“? Ještě ne. Snad nejdůležitějším důvodem ke skepsi je skutečnost, že výsledek OPERA nesouhlasí s jinými experimentálními údaji o neutrinech.

Nejprve byla během slavné supernovy SN1987A zaregistrována také neutrina, která dorazila pár hodin před světelným pulzem. To neznamená, že by se neutrina pohybovala rychleji než světlo, ale pouze odráží skutečnost, že neutrina jsou emitována v dřívější fázi kolapsu jádra při výbuchu supernovy než světlo. Protože se však neutrina a světlo, které strávily na cestě 170 000 let, neoddělily déle než několik hodin, znamená to, že jejich rychlosti jsou velmi blízko a neliší se o více než miliardtiny. Experiment OPERA ukazuje tisíckrát silnější rozpor.

Zde samozřejmě můžeme říci, že neutrina produkovaná při explozích supernov a neutrina CERN se velmi liší v energii (několik desítek MeV u supernov a 10–40 GeV v popsaném experimentu) a rychlost neutrin se mění v závislosti na energii. Tato změna však v tomto případě funguje „špatným“ směrem: koneckonců čím vyšší je energie tachyonů, tím více by se jejich rychlost měla blížit rychlosti světla. Samozřejmě i zde je možné přijít s nějakou modifikací tachyonové teorie, ve které by tato závislost byla zcela odlišná, ale v tomto případě bude nutné diskutovat o „double-hypotetickém“ modelu.

Dále ze souboru experimentálních dat o oscilacích neutrin získaných pro minulé roky Z toho vyplývá, že hmotnosti všech neutrin se od sebe liší pouze zlomky elektronvoltu. Pokud je výsledek OPERA vnímán jako projev nadsvětelného pohybu neutrina, pak hodnota druhé mocniny hmotnosti alespoň jednoho neutrina bude řádově –(100 MeV) 2 (záporná druhá mocnina hmotnosti je matematickým projevem skutečnosti, že částice je považována za tachyon). Pak si to musíte přiznat Všechno odrůdy neutrin jsou tachyony a mají přibližně stejnou hmotnost. Na druhé straně, přímé měření hmotnost neutrina v beta rozpadu jader tritia ukazuje, že hmotnost neutrina (modulo) by neměla překročit 2 elektronvolty. Jinými slovy, nebude možné všechny tyto údaje vzájemně sladit.

Z toho lze vyvodit následující závěr: deklarovaný výsledek spolupráce OPERA lze jen těžko zařadit do jakýchkoli, i těch nejexotičtějších teoretických modelů.

Co bude dál?

Ve všech velkých spolupracích ve fyzice elementárních částic je běžnou praxí, že každou specifickou analýzu provádí malá skupina účastníků a teprve poté jsou výsledky předloženy k obecné diskusi. V tomto případě byla tato fáze zjevně příliš krátká, v důsledku čehož ne všichni účastníci spolupráce souhlasili s podpisem pod článkem (úplný seznam zahrnuje 216 účastníků experimentu a předtisk má pouze 174 autorů ). Proto bude v blízké budoucnosti s největší pravděpodobností v rámci spolupráce provedeno mnoho dodatečných kontrol a teprve poté bude článek odeslán k tisku.

Nyní lze samozřejmě očekávat i proud teoretických prací s různými exotickými vysvětleními tohoto výsledku. Dokud však není reklamovaný výsledek spolehlivě překontrolován, nelze jej považovat za plnohodnotný objev.

Fyzici zjistili, že částice světla (fotony) mohou žít asi 1 bilion let a po rozpadu zase emitují velmi lehké částice, které se mohou pohybovat rychleji než světlo! V průběhu času mnoho částic podléhá přirozenému rozkladu. Například nestabilní radioaktivní atomy se v určitém okamžiku rozpadají na malé částice a uvolňují výboj energie.

Zrovna nedávno si byli vědci jisti, že fotony se nerozpadají, protože se věřilo, že nemají žádnou hmotnost. Vědci však nyní předpokládají, že fotony hmotnost skutečně mají, jen je tak malá, že ji nelze dnešními přístroji změřit.

Současný horní limit hmotnosti fotonu je tak malý, že je menší než jedna miliardtina, miliardtina, miliardtina hmotnosti protonu. Na základě tohoto ukazatele vědci vypočítali, že foton v viditelné spektrum může žít asi 1 bilion let. Tuto extrémně dlouhou životnost však nesdílejí všechny fotony, počítá se s průměrem. Existuje možnost, že některé fotony žijí velmi krátce. Náš vesmír, který vznikl v důsledku velkého třesku, je v současnosti starý asi 13,7 miliardy let. A průběžně vědecké projekty navržený nejen k měření dosvitu velkého třesku, ale také k případné detekci známek raného rozpadu fotonů.

Pokud se foton rozbije, rozpad by měl produkovat ještě lehčí částice, ty, které mohou cestovat naším vesmírem rychleji, než je rychlost světla. Tyto strašidelné částice (neutrina) velmi zřídka interagují s běžnou hmotou. Nespočetné proudy neutrin se řítí každý zlomek vteřiny nejen vesmírem, hvězdami a tělesy, ale také každým člověkem žijícím na Zemi, aniž by ovlivnily naši hmotu.

Při rozpadu každý foton uvolňuje dvě světelná neutrina, která jsou lehčí než světlo a pohybují se rychleji než fotony. Zdá se, že objev neutrina porušuje Einsteinův zákon relativity, že nic nemůže cestovat rychleji než světlo, ale není tomu tak, protože teorie je založena na skutečnosti, že foton nemá žádnou hmotnost. A teorie říká, že žádná částice se nemůže pohybovat rychleji než částice bez hmotnosti.

Einsteinova teorie relativity navíc naznačuje, že částice se pohybují extrémně rychle, zatímco jsou v pokřiveném časovém prostoru. To znamená, že pokud by byli při vědomí, měli by dojem, že vše, co se kolem nich děje, probíhá velmi zpomaleně. To znamená, že v našem časoprostoru by měly fotony žít asi 1 bilion let a v jejich časovém toku jen asi tři roky.

Sergej Vasilenkov

Ze školy nás učili, že není možné překročit rychlost světla, a proto je pohyb člověka ve vesmíru velkým neřešitelným problémem (jak letět do nejbližší sluneční soustavy, když světlo dokáže překonat tuto vzdálenost jen za pár tisíc let?). Možná američtí vědci našli způsob, jak létat superrychlostí, a to nejen bez podvádění, ale také podle základních zákonů Alberta Einsteina. V každém případě to tvrdí Harold White, autor projektu motoru pro deformaci prostoru.

Zprávu jsme v redakci považovali za naprosto fantastickou, a tak dnes, v předvečer Dne kosmonautiky, uveřejňujeme pro časopis Popular Science reportáž Konstantina Kakaese o fenomenálním projektu NASA, pokud bude úspěšný, člověk bude moci překročit Sluneční Soustava.

V září 2012 se několik stovek vědců, inženýrů a vesmírných nadšenců sešlo na druhém veřejném setkání skupiny nazvaném 100 Year Starship. Skupinu vede bývalá astronautka May Jemisonová a založila ji DARPA. Cílem konference je „umožnit lidem cestovat mimo sluneční soustavu k jiným hvězdám během příštích sta let“. Většina účastníků konference připouští, že pokrok v průzkumu vesmíru s lidskou posádkou je příliš malý. Navzdory miliardám dolarů vynaloženým v posledních několika čtvrtletích mohou vesmírné agentury dělat téměř tolik, kolik mohly v 60. letech. Ve skutečnosti je 100 Year Starship svolána, aby to všechno napravila.

Ale spíš k věci. Po pár dnech konference se její účastníci dostali k těm nejfantastičtějším tématům: regeneraci orgánů, problému organizovaného náboženství na palubě lodi a tak dále. Jedna z nejzajímavějších prezentací na setkání 100 Year Starship se jmenovala Warp Field Mechanics 102 a přednesl ji Harold „Sonny“ White z NASA. White, veterán agentury, vede program Advanced Pulse Program v Johnsonově vesmírném středisku (JSC). Spolu s pěti kolegy vytvořil „Roadmap of Space Propulsion Systems“, která vyjadřuje cíle NASA v nadcházejících letech. vesmírné cestování. Plán uvádí všechny druhy projektů pohonu, od pokročilých chemických raket až po dalekosáhlý vývoj, jako je antihmota nebo jaderné stroje. Ale Whiteova oblast výzkumu je nejfuturističtější ze všech: týká se vesmírného warp motoru.

takto bývá Alcubierrova bublina zobrazována

Podle plánu bude takový motor zajišťovat pohyb v prostoru rychlostí přesahující rychlost světla. Obecně se uznává, že to není možné, protože jde o jasné porušení Einsteinovy ​​teorie relativity. White ale tvrdí opak. Jako potvrzení svých slov apeluje na tzv. Alcubierrovy bubliny (rovnice odvozené z Einsteinovy ​​teorie, podle níž je těleso v kosmickém prostoru schopno dosahovat nadsvětelné rychlosti, na rozdíl od tělesa v normální podmínky). V prezentaci vyprávěl, jak se mu nedávno podařilo dosáhnout teoretických výsledků, které přímo vedou k vytvoření skutečného vesmírného warp motoru.

Je jasné, že to všechno zní naprosto fantasticky: takový vývoj je skutečnou revolucí, která rozváže ruce všem astrofyzikům na světě. Místo toho, abychom strávili 75 000 let cestováním do Alfa Centauri, nejbližšího hvězdný systém, astronauti na lodi s takovým motorem zvládnou tuto cestu za pár týdnů.

Ve světle ukončení programu raketoplánů a rostoucí role soukromých letů na nízkou oběžnou dráhu Země NASA říká, že se přeorientuje na dalekosáhlé, mnohem smělejší plány, které jdou daleko za cestu na Měsíc. Těchto cílů lze dosáhnout pouze vývojem nových pohonných systémů – čím dříve, tím lépe. Několik dní po konferenci šéf NASA Charles Bolden zopakoval Whiteova slova: "Chceme cestovat rychleji než rychlostí světla a bez mezipřistání na Marsu."

JAK O TOMTO MOTORU VÍME

První populární použití výrazu „vesmírný warp engine“ se datuje do roku 1966, kdy Jen Roddenberry vydala „ Star Trek". Následujících 30 let tento engine existoval pouze jako součást této fantasy série. Fyzik jménem Miguel Alcubierre sledoval epizodu seriálu právě v době, kdy pracoval na doktorátu z obecné teorie relativity a přemýšlel, zda je možné vytvořit vesmírný warp pohon ve skutečnosti. V roce 1994 publikoval článek, který tuto pozici vymezil.

Alcubierre si představoval bublinu ve vesmíru. V přední části bubliny se časoprostor smršťuje a vzadu se rozšiřuje (jako tomu bylo u velký třesk podle fyziků). Deformace způsobí, že loď bude bez ohledu na okolní hluk hladce klouzat vesmírem, jako by surfovala na vlně. V zásadě se zdeformovaná bublina může pohybovat libovolně rychle; omezení v rychlosti světla podle Einsteinovy ​​teorie platí pouze v kontextu časoprostoru, ale ne v takových deformacích časoprostoru. Uvnitř bubliny, předpověděl Alcubierre, se časoprostor nezmění a vesmírní cestovatelé nebudou poškozeni.

Einsteinovy ​​rovnice v obecné teorii relativity je obtížné vyřešit jedním směrem, zjistit, jak hmota zakřivuje prostor, ale je to proveditelné. Pomocí nich Alcubierre určil, že distribuce hmoty je nezbytnou podmínkou pro vytvoření deformované bubliny. Jediným problémem je, že rozhodnutí vedla k neurčitá forma hmota zvaná negativní energie.

mluvící prostá řeč, gravitace je síla přitažlivosti mezi dvěma objekty. Každý objekt, bez ohledu na svou velikost, působí na okolní hmotu určitou přitažlivou silou. Podle Einsteina je tato síla zakřivením časoprostoru. Negativní energie je však gravitačně negativní, tedy odpudivá. Místo toho, aby propojovala čas a prostor, negativní energie je odpuzuje a odděluje. Zhruba řečeno, aby tento model fungoval, Alcubierra potřebuje negativní energii k rozšíření časoprostoru za lodí.

Navzdory tomu, že negativní energii nikdy nikdo konkrétně neměřil, podle kvantové mechaniky existuje a vědci se ji v laboratoři naučili vytvářet. Jedním ze způsobů, jak to znovu vytvořit, je Kazimirovův efekt: dvě paralelní vodivé desky umístěné blízko sebe vytvářejí určité množství negativní energie. Slabou stránkou modelu Alcubierre je, že jeho realizace vyžaduje obrovské množství negativní energie, o několik řádů vyšší, než je podle vědců možné vyrobit.

White říká, že našel způsob, jak toto omezení obejít. V počítačové simulaci White změnil geometrii warpového pole tak, aby teoreticky mohlo vytvořit deformovanou bublinu za použití milionkrát menší negativní energie, než kolik Alcubierra odhadoval, a možná málo dost na to, aby kosmická loď unesla své výrobní prostředky. . "Objevy," říká White, "mění Alcubierrovu metodu z nepraktické na docela věrohodnou."

ZPRÁVA Z WHITE'S LAB

Johnsonovo vesmírné středisko se nachází vedle houstonských lagun, odkud se otevírá cesta do Galveston Bay. Centrum je trochu jako předměstský vysokoškolský kampus, zaměřený pouze na výcvik astronautů. V den mé návštěvy mě White potká v budově 15, mnohapatrovém bludišti chodeb, kanceláří a laboratoří pro testování motorů. White má na sobě polokošile Eagleworks, jak nazývá své experimenty s motorem, s vyšitým orlem vznášejícím se nad futuristickou vesmírnou lodí.

White začal svou kariéru jako inženýr provádějící výzkum v rámci robotické skupiny. Postupem času převzal velení celého robotického křídla ISS a zároveň dokončil doktorát z fyziky plazmatu. Až v roce 2009 se zaměřil na studium pohybu a toto téma ho zaujalo natolik, že se stalo hlavním důvodem, proč šel pracovat pro NASA.

"Je to docela neobvyklý člověk," říká jeho šéf John Applewhite, který vede divizi pohonných systémů. - Rozhodně je to velký snílek, ale zároveň talentovaný inženýr. Ví, jak proměnit své fantazie ve skutečný strojírenský produkt.“ Přibližně ve stejnou dobu, kdy se připojil k NASA, požádal White o povolení otevřít si vlastní laboratoř věnovanou pokročilým pohonné systémy. Sám přišel s názvem Eagleworks a dokonce požádal NASA o vytvoření loga pro jeho specialitu. Pak tato práce začala.

White mě vede do své kanceláře, kterou sdílí s kolegou, který hledá vodu na Měsíci, a pak mě vede dolů do Eagleworks. Cestou mi vypráví o svém požadavku na otevření laboratoře a nazývá to „dlouhý a obtížný proces hledání pokročilého pohybu, který pomůže člověku prozkoumat vesmír“.

White mi ukazuje objekt a ukazuje mi jeho centrální funkci, něco, co nazývá „Quantum Vacuum Plasma Thruster“ (QVPT). Toto zařízení vypadá jako obrovská kobliha z červeného sametu s dráty pevně opletenými kolem jádra. Toto je jedna ze dvou iniciativ Eagleworks (druhou je warp engine). Je to také tajný vývoj. Když se ptám, co to je, White odpoví, že může pouze říci, že tato technologie je ještě chladnější než warp motor). Podle zprávy NASA z roku 2011, kterou napsal White, plavidlo používá jako zdroj paliva kvantové fluktuace v prázdném prostoru, což znamená, že kosmická loď poháněná QVPT nepotřebuje palivo.

Motor využívá jako zdroj paliva kvantové fluktuace v prázdném prostoru,
což znamená vesmírná loď
poháněný QVPT, nevyžaduje palivo.

Když zařízení funguje, Whiteův systém vypadá filmově dokonale: barva laseru je červená a dva paprsky se kříží jako šavle. Uvnitř prstenu jsou čtyři keramické kondenzátory z titaničitanu barnatého, které White nabíjí až 23 000 voltů. White strávil posledních dva a půl roku vývojem experimentu a říká, že kondenzátory vykazují obrovskou potenciální energii. Když se však ptám, jak vytvořit negativní energii potřebnou pro pokřivený časoprostor, vyhýbá se odpovědi. Vysvětluje, že podepsal smlouvu o mlčenlivosti, a proto nemůže prozradit podrobnosti. Ptám se, s kým tyto dohody uzavřel. Říká: „S lidmi. Přijdou a chtějí si promluvit. Více podrobností vám nemohu poskytnout."

OPACI MYŠLENKY MOTORU

Teorie pokřiveného cestování je zatím docela intuitivní – deformace času a prostoru za účelem vytvoření pohyblivé bubliny – a má několik významných nedostatků. I když White výrazně sníží množství negativní energie, kterou Alcubierra požaduje, bude to stále vyžadovat více, než mohou vědci vyrobit, říká Lawrence Ford, teoretický fyzik z Tufts University, který za posledních 30 let napsal řadu prací na téma negativní energie. . Ford a další fyzici tvrdí, že existují zásadní fyzikální omezení a nejde ani tak o inženýrské nedokonalosti, ale o to, že takové množství negativní energie nemůže na jednom místě dlouhodobě existovat.

Další komplikace: k vytvoření deformační koule, která se pohybuje rychleji než světlo, budou muset vědci generovat negativní energii kolem kosmické lodi, včetně nad ní. White si nemyslí, že to je problém; velmi vágně odpovídá, že motor bude s největší pravděpodobností fungovat díky nějakému dostupnému „aparátu, který vytváří potřebné podmínky". Vytvoření těchto podmínek před lodí by však znamenalo zajistit neustálý přísun negativní energie putující rychleji než rychlost světla, což je opět v rozporu s obecnou relativitou.

A konečně, vesmírný warp motor vyvolává koncepční otázku. V obecné relativitě je cestování FTL ekvivalentní cestování časem. Pokud je takový motor skutečný, White vytvoří stroj času.

Tyto překážky vyvolávají vážné pochybnosti. „Nemyslím si, že fyzika, kterou známe, a její zákony nám umožňují předpokládat, že svými experimenty něčeho dosáhne,“ říká Ken Olum, fyzik z Tufts University, který se také zúčastnil debaty o exotickém pohybu na lodi Starship 100th. Výroční setkání." Noah Graham, fyzik z Middlebury College, který si na mou žádost přečetl dvě Whiteovy práce, mi poslal e-mail: „Nevidím žádné cenné vědecké důkazy, kromě odkazů na jeho předchozí práci.“

Alcubierre, nyní fyzik na Národní autonomní univerzitě v Mexiku, má své vlastní pochybnosti. „I když stojím kosmická loď a mám k dispozici negativní energii, neexistuje způsob, jak ji dát tam, kde je potřeba,“ říká mi po telefonu ze svého domova v Mexico City. - Ne, ta myšlenka je kouzelná, líbí se mi, napsal jsem ji sám. Ale má pár vážných nedostatků, které už v průběhu let vidím, a neznám jediný způsob, jak je opravit."

BUDOUCNOST SUPERRYCHLOSTÍ

Nalevo od Johnsonovy hlavní brány vědecké centrum raketa Saturn-V leží na boku, její stupně jsou odděleny, aby bylo vidět vnitřní obsah. Je gigantická – velikost jednoho z mnoha motorů odpovídá velikosti malého auta a samotná raketa je o pár stop delší než fotbalové hřiště. To je samozřejmě docela výmluvný důkaz o zvláštnostech vesmírné navigace. Kromě toho je jí 40 let a doba, kterou představuje – kdy NASA byla součástí obrovského národního plánu poslat člověka na Měsíc – je dávno pryč. JSC je dnes jen místem, které bylo kdysi skvělé, ale od té doby opustilo vesmírnou avantgardu.

Průlom v dopravě by mohl pro JSC a NASA znamenat novou éru a do jisté míry část této éry již začíná. Sonda Dawn, vypuštěná v roce 2007, studuje prstenec asteroidů pomocí iontových trysek. V roce 2010 Japonci uvedli do provozu Icarus, první meziplanetární hvězdnou loď poháněnou sluneční plachtou, další druh experimentálního pohonu. A v roce 2016 vědci plánují otestovat VASMIR, plazmový systém vyrobený speciálně pro vysoký pohon na ISS. Ale když tyto systémy možná dostanou astronauty na Mars, stále je nebudou moci vzít mimo sluneční soustavu. Aby toho bylo dosaženo, řekl White, NASA bude muset přijmout riskantnější projekty.

Warp Drive je možná nejvzdálenější ze snah NASA o návrh pohybu. Vědecká komunita říká, že to White nemůže vytvořit. Odborníci tvrdí, že působí proti přírodním a fyzikálním zákonům. Navzdory tomu za projektem stojí NASA. „Není to dotováno na vysoké vládní úrovni, jak by mělo být,“ říká Applewhite. - Myslím, že vedení má zvláštní zájem na tom, aby pokračoval ve své práci; je to jeden z těch teoretických konceptů, které, pokud jsou úspěšné, zcela změní hru.“

V lednu White sestavil svůj warp interferometr a přesunul se ke svému dalšímu cíli. Eagleworks přerostl svůj vlastní domov. Nová laboratoř je větší a jak nadšeně uvádí, „seismicky izolovaná“, což znamená, že je chráněna před vibracemi. Ale možná nejlepší nová laboratoř(a nejpůsobivější) je, že NASA dala Whiteovi stejné podmínky, jaké měli Neil Armstrong a Buzz Aldrin na Měsíci. No, uvidíme.

Často mluvíme o maximální rychlost světla v našem vesmíru a že neexistuje nic, co by se mohlo pohybovat rychleji než rychlost světla ve vakuu. A ještě víc – my. Při přiblížení rychlosti blízké rychlosti světla získává objekt hmotnost a energii, což jej buď ničí, nebo je v rozporu s Einsteinovou obecnou teorií relativity. Předpokládejme, že tomu věříme a hledáme řešení (jako nebo na to přijdeme), abychom mohli letět k nejbližší hvězdě ne na 75 000 let, ale na pár týdnů. Ale protože málokdo z nás má vyšší tělesné vzdělání, není jasné, proč se to na ulici říká rychlost světla je maximální, konstantní a rovná se 300 000 km/s?

Existuje mnoho jednoduchých a intuitivních vysvětlení, proč tomu tak je, ale můžete je začít nenávidět. Hledání na internetu vás zavede ke konceptu „relativistické hmoty“ a že to vyžaduje větší sílu k urychlení objektu, který se již pohybuje vysokou rychlostí. Toto je obvyklý způsob výkladu matematického aparátu speciální teorie relativity, který však mnohé, a zejména vás, naše milé čtenáře, uvádí v omyl. Protože to mnozí z vás (a my také) zkouší vysoká fyzika chutná jako ponoření jednoho prstu do slané vody před vstupem do plavání. V důsledku toho se stává mnohem složitějším a méně krásným, než ve skutečnosti je.

Pojďme diskutovat o této otázce z hlediska geometrické interpretace, která je v souladu obecná teorie relativita. Je to méně zřejmé, ale o něco složitější než kreslení šipek na papír, takže mnozí z vás okamžitě pochopí teorii, která stojí za abstrakcemi jako „síla“ a přímými lžemi jako „relativistická masa“.

Nejprve si definujme, co je to směr, abychom jasně označili své místo. "Dolů" je směr. Je definován jako směr, kterým věci padají, když je necháte jít. „Nahoru“ je opačný směr než „dolů“. Vezměte kompas a určete další směry: sever, jih, západ a východ. Všechny tyto směry definují vážní strýcové jako „ortonormální (nebo ortogonální) základ“, ale je lepší na to teď nemyslet. Předpokládejme, že těchto šest směrů je absolutních, protože budou existovat tam, kde se budeme zabývat naším komplexním problémem.

Nyní přidáme další dva směry: do budoucnosti a do minulosti. Nemůžete se snadno pohybovat těmito směry z vlastní vůle, ale mělo by pro vás být dostatečně snadné si je představit. Budoucnost je směr, kam přijde zítřek; minulost je směr, kde je včerejšek.

Těchto osm základních směrů – nahoru, dolů, sever, jih, západ, východ, minulost a budoucnost – popisuje základní geometrii vesmíru. Každou dvojici těchto směrů můžeme nazvat „dimenzí“, takže žijeme ve čtyřrozměrném vesmíru. Jiný termín pro toto 4D chápání by byl „časoprostor“, ale pokusíme se tomuto termínu vyhnout. Pamatujte, že v našem kontextu bude „časoprostor“ ekvivalentní pojmu „vesmír“.

Vítejte na jevišti. Podívejme se na herce.

Když teď sedíte před počítačem, jste v pohybu. Necítíš to. Máte pocit, že jste v klidu. Ale to jen proto, že vše kolem vás se také pohybuje relativně vůči vám. Ne, nemyslete si, že mluvíme o tom, že se Země točí kolem Slunce nebo se Slunce pohybuje galaxií a táhne nás s sebou. To je samozřejmě pravda, ale o tom teď nemluvíme. Pohybem rozumíme pohyb ve směru „budoucnosti“.

Představte si, že jste ve vlakovém vagónu se zavřenými okny. Není vidět na ulici a řekněme, že koleje jsou tak dokonalé, že nevíte, jestli vlak jede nebo ne. Když tedy sedíte ve vlaku, nemůžete říci, zda skutečně cestujete nebo ne. Podívejte se do ulice - a uvědomte si, že krajina se řítí kolem. Ale okna jsou zavřená.

Existuje pouze jeden způsob, jak zjistit, zda se stěhujete nebo ne. Jen sedět a čekat. Pokud vlak zastaví ve stanici, nic se nestane. Ale pokud je vlak v pohybu, dříve nebo později dorazíte do nové stanice.

V této metafoře auto představuje vše, co můžeme vidět ve světě kolem nás - dům, kočku Vasku, hvězdy na obloze atd. "Další stanice je zítra."

Pokud budete nehybně sedět a kočka Vaska klidně prospí své hodiny, neucítíte pohyb. Ale zítra určitě přijde.

To je to, co znamená jít směrem k budoucnosti. Jen čas ukáže, co je pravda: pohyb nebo parkování.

Doposud pro vás mělo být docela snadné si to všechno představit. Může být obtížné uvažovat o čase jako o směru a ještě více o sobě jako o objektu procházejícím časem. Ale pochopíte. Nyní zapněte fantazii.

Představte si, že když jedete ve svém autě, stane se něco hrozného: selžou brzdy. Zvláštní shodou okolností se ve stejnou chvíli zasekl plyn a převodovka. Nemůžete zrychlit ani zastavit. Jediné, co máte, je volant. Můžete změnit směr pohybu, ale ne jeho rychlost.

Samozřejmě první věc, kterou uděláte, je pokusit se vjet do měkkého křoví a nějak jemně zastavit auto. Ale tuto techniku ​​zatím nepoužívejte. Zaměřme se jen na vlastnosti vašeho rozbitého auta: můžete změnit směr, ale ne rychlost.

Takto se pohybujeme vesmírem. Máte volant, ale žádný pedál. Když sedíte a čtete tento článek, vrháte se maximální rychlostí do světlé budoucnosti. A když vstanete, abyste ze sebe udělali racka, změníte směr pohybu v časoprostoru, ale ne jeho rychlost. Pokud se pohybujete prostorem velmi rychle, čas poběží o něco pomaleji.

To si lze snadno představit nakreslením několika os na papír. Osa, která půjde nahoru a dolů, je osa času, nahoru znamená budoucnost. Vodorovná osa představuje prostor. Můžeme nakreslit pouze jeden rozměr prostoru, protože list papíru je dvourozměrný, ale představme si, že tento koncept platí pro všechny tři rozměry prostoru.

Nakreslete šipku z počátku souřadnicové osy, kde se sbíhají, a nasměrujte ji nahoru podél svislé osy. Nezáleží na tom, jak je dlouhý, jen mějte na paměti, že bude mít pouze jednu délku. Tato šipka, která nyní ukazuje do budoucnosti, je to, co fyzici nazývají „čtyřrychlostní“. Toto je rychlost vašeho pohybu časoprostorem. Právě teď jste ve stacionárním stavu, takže šipka směřuje pouze do budoucnosti.

Pokud se chcete pohybovat prostorem - doprava na souřadnicové ose - musíte změnit svou čtyřrychlost a zapnout horizontální složku. Ukázalo se, že musíte otočit šipku. Ale jakmile to uděláte, všimnete si, že šipka nesměřuje tak sebejistě do budoucnosti jako předtím. Nyní se pohybujete vesmírem, ale musíte obětovat budoucí pohyb, protože čtyřrychlostní jehla se může pouze otáčet, nikdy se neroztahuje ani nestahuje.

Zde začíná slavný efekt „zpomalení času“, o kterém mluví každý, byť jen trochu zasvěcený do speciální teorie relativity. Pokud se pohybujete prostorem, nepohybujete se časem tak rychle, jak byste mohli, kdybyste seděli na místě. Vaše hodiny udrží čas pomaleji než hodiny osoby, která se nehýbe.

A nyní se dostáváme k řešení otázky, proč fráze „rychlejší než světlo“ nedává v našem vesmíru smysl. Podívejte se, co se stane, pokud se chcete vesmírem pohybovat co nejrychleji. Čtyřrychlostní jehlu otáčíte až na doraz, dokud neukazuje podél vodorovné osy. Pamatujeme si, že šíp se nemůže natáhnout. Může se pouze otáčet. Takže jste zvýšili rychlost ve vesmíru, jak jen to bylo možné. Ale bylo nemožné pohybovat se ještě rychleji. Šipka se nemá kam otočit, jinak bude „rovnější než přímá“ nebo „více vodorovná než vodorovná“. K tomuto konceptu a rovnat "rychlejší než světlo." Je prostě nemožné nakrmit obrovský lid třemi rybami a sedmi bochníky chleba.

To je důvod, proč se nic v našem vesmíru nemůže pohybovat rychleji než světlo. Protože fráze „rychlejší než světlo“ v našem vesmíru je ekvivalentní frázi „rovnější než přímá“ nebo „více horizontální než horizontální“.

Ano, máte několik otázek. Proč se vektory se čtyřmi rychlostmi mohou pouze otáčet, ale ne roztahovat? Na tuto otázku existuje odpověď, ale souvisí s neměnností rychlosti světla a to si necháme na později. A pokud tomu jen věříte, budete o tomto tématu o něco méně informováni než ti nejskvělejší fyzici, kteří kdy na naší planetě existovali.

Skeptici se mohou ptát, proč používáme zjednodušený model geometrie prostoru, když mluvíme o euklidovských rotacích a kružnicích. V reálném světě se geometrie časoprostoru podřizuje Minkowského geometrii a rotace jsou hyperbolické. Ale jednoduchá verze vysvětlení má právo na život.

Stejně jako jednoduché vysvětlení pro to, .