Tudósok egy csoportja az OPERA kísérletben együttműködve európai szervezet nukleáris kutatás(CERN) közzétette a fénysebesség leküzdésére irányuló kísérlet szenzációs eredményeit. A kísérlet eredményei cáfolják Albert Einstein speciális relativitáselméletét, amelyen az egész modern fizika. Az elmélet szerint a fény sebessége 299 792 458 m/s, és az elemi részecskék nem tudnak mozogni. gyorsabb sebesség Sveta.

Ennek ellenére a tudósok 732 km leküzdése során 60 nanomásodperccel rögzítették a neutrínó nyaláb általi feleslegét. Ez szeptember 22-én történt egy kísérlet során, amelyet Olaszországból, Franciaországból, Oroszországból, Koreából, Japánból és más országokból származó atomfizikusok nemzetközi csoportja végzett.

A kísérlet a következőképpen zajlott: egy protonnyalábot egy speciális gyorsítóban felgyorsítottak, és egy speciális célpont közepére találták el vele. Így születtek mezonok - kvarkokból álló részecskék.

A mezonok bomlása során neutrínók születnek – magyarázta az Izvesztyiának Valerij Rubakov, az Orosz Tudományos Akadémia akadémikusa, az Orosz Tudományos Akadémia Nukleáris Kutatóintézetének főkutatója. - A sugár úgy van elhelyezve, hogy a neutrínó 732 km-t repül, és eltalálja a Gran Sasso-i olasz földalatti laboratóriumot. Speciális detektorral rendelkezik, amely rögzíti a neutrínó sugár sebességét.

A vizsgálat eredményei kettéváltak tudományos világ. Néhány tudós nem hajlandó elhinni az eredményeket.

Amit a CERN-ben csináltak, az lehetetlen a fizika modern szemszögéből – mondta az Izvesztyiának Szpartak Beljajev, az Orosz Tudományos Akadémia akadémikusa, az Általános és Atomfizikai Intézet tudományos igazgatója. - Ezt a kísérletet és annak eredményeit ellenőrizni kell - talán egyszerűen tévedtek. Az ezt megelőzően végzett kísérletek mindegyike beleillik a meglévő elméletbe, és egy egyszer elvégzett kísérlet miatt nem érdemes pánikot kelteni.

Beljajev akadémikus ugyanakkor elismeri, hogy ha sikerül bebizonyítani, hogy a neutrínók gyorsabban tudnak mozogni, mint a fénysebesség, akkor ez forradalom lesz.

Ezután minden fizikát meg kell törnünk – mondta.

Ha az eredmények beigazolódnak, ez forradalom, egyetért Rubakov akadémikus. – Nehéz megmondani, hogy a városlakók számára mi lesz. Általában persze meg lehet változtatni a speciális relativitáselméletet, de ezt rendkívül nehéz megtenni, és nem teljesen világos, hogy ennek hatására melyik elmélet fog kikristályosodni.

Rubakov felhívta a figyelmet arra, hogy a jelentés szerint a kísérlet három éve alatt 15 000 eseményt rögzítettek és mértek.

A statisztikák nagyon jók, a kísérletben jó hírű tudósok nemzetközi csoportja vett részt” – összegzi Rubakov.

Az akadémikusok hangsúlyozták, hogy a világ rendszeresen megkísérli kísérletileg megcáfolni a speciális relativitáselméletet. Azonban egyikük sem hozott eddig pozitív eredményt.

A neutrínók sebességének közvetlen mérésére szolgál. Az eredmények szenzációsan hangzanak: a neutrínó sebessége kissé – de statisztikailag szignifikánsnak – bizonyult! - több, mint a fénysebesség. Az együttműködési cikk különféle hiba- és bizonytalansági forrásokat tartalmaz, azonban a fizikusok túlnyomó többségének reakciója továbbra is nagyon szkeptikus, elsősorban azért, mert ez az eredmény nem egyezik a neutrínók tulajdonságaira vonatkozó egyéb kísérleti adatokkal.

Rizs. 1.

Kísérlet részletei

A kísérlet ötlete (lásd OPERA kísérlet) nagyon egyszerű. A neutrínósugár a CERN-ben születik, átrepül a Földön az olasz Gran Sasso laboratóriumba, és ott halad át egy speciális OPERA neutrínódetektoron. A neutrínók nagyon gyengén lépnek kölcsönhatásba az anyaggal, de mivel a CERN-ből származó fluxusuk nagyon nagy, néhány neutrínó még mindig ütközik a detektor belsejében lévő atomokkal. Ott töltött részecskék kaszkádját generálják, és így a jelüket a detektorban hagyják. A CERN-ben a neutrínók nem folyamatosan, hanem "kitörésekben" születnek, és ha ismerjük a neutrínó születésének és a detektorban való elnyelődésének pillanatát, valamint a két laboratórium közötti távolságot, akkor kiszámíthatjuk a sebességet. a neutrínóról.

A forrás és a detektor közötti távolság egyenes vonalban körülbelül 730 km, és 20 cm-es pontossággal mértük (a referenciapontok pontos távolsága 730534,61 ± 0,20 méter). Igaz, a neutrínó születéséhez vezető folyamat egyáltalán nem lokalizálható ilyen pontossággal. A CERN-ben egy nagy energiájú protonnyaláb kirepül az SPS-gyorsítóból, ráesik egy grafitcélra, és abban másodlagos részecskéket, köztük mezonokat generál. Továbbra is közel fénysebességgel repülnek előre, és menet közben neutrínók kibocsátásával müonokká bomlanak le. A müonok is bomlanak, és további neutrínókat eredményeznek. Ekkor a neutrínók kivételével minden részecske felszívódik az anyag vastagságában, és szabadon eléri a detektálás helyét. Általános sémaábrán látható a kísérlet ezen része. 1.

A neutrínó nyaláb megjelenéséhez vezető teljes kaszkád több száz méterig nyúlhat. Mivel azonban Minden a részecskék ebben a kötegben fénysebességgel repülnek előre, gyakorlatilag nincs különbség az észlelési időben, hogy egy neutrínó azonnal vagy egy kilométer után született (azonban nagyon fontos, amikor pontosan az eredeti proton, amely ennek a neutrínónak a megszületéséhez vezetett, kirepült a gyorsítóból). Ennek eredményeként a keletkezett neutrínók nagyjából megismétlik az eredeti protonsugár profilját. Ezért itt a kulcsparaméter pontosan a gyorsítóból kibocsátott protonnyaláb időprofilja, különös tekintettel az elülső és a hátsó élek pontos helyzetére, és ezt a profilt kellő időben mérik. s m felbontású (lásd 2. ábra).

Minden egyes protonnyalábot célpontra ejtő munkamenet (angolul ezt a munkamenetet hívják bukás, "splash") körülbelül 10 mikromásodpercig tart, és hatalmas számú neutrínó születéséhez vezet. Azonban szinte mindegyik kölcsönhatás nélkül repül át a Földön (és a detektoron). Ugyanazokban a ritka esetekben, amikor a detektor neutrínót regisztrál, lehetetlen megmondani, hogy a 10 mikroszekundumos intervallumban pontosan melyik pillanatban bocsátott ki. Az elemzést csak statisztikailag lehet elvégezni, azaz sok neutrínó-detektálási esetet felhalmozni és ezek időbeli eloszlását az egyes szekciók kiindulási pontjához viszonyítva megszerkeszteni. A detektorban azt az időpontot vesszük origónak, amikor a fénysebességgel mozgó és pontosan a protonnyaláb bevezető élének pillanatában kibocsátott feltételes jel eléri a detektort. Ennek a pillanatnak a pontos mérését a két laboratórium óráinak néhány nanomásodperces pontosságú szinkronizálása tette lehetővé.

ábrán. A 3. ábra egy ilyen eloszlást mutat be. A fekete pontok valódi neutrínó adatok, amelyeket a detektor rögzített és összegzett egy nagy számüléseken. A piros görbe egy hagyományos "referencia" jelet mutat, amely fénysebességgel mozogna. Látható, hogy az adatok körülbelül 1048,5 ns-nál kezdődnek. korábban referenciajel. Ez azonban még nem jelenti azt, hogy a neutrínó valójában egy mikroszekundummal megelőzi a fényt, hanem csak arra ad okot, hogy gondosan megmérjük az összes kábelhosszt, a berendezés válaszidejét, az elektronika késleltetési idejét stb. Ez az újraellenőrzés megtörtént, és megállapították, hogy a "referencia" momentumot 988 ns-el eltolta. Így kiderül, hogy a neutrínó jele valóban meghaladja a referenciajelet, de csak körülbelül 60 nanoszekundummal. A neutrínó sebességét tekintve ez a fénysebesség körülbelül 0,0025%-os túllépésének felel meg.

Ennek a mérésnek a hibáját az elemzés készítői 10 nanoszekundumra becsülték, amely statisztikai és szisztematikus hibákat is tartalmaz. Így a szerzők azt állítják, hogy a neutrínók szuperluminális mozgását hat statisztikai szignifikancia szinten "látják". szórások.

Az eredmények és a várakozások között hat szórással már elég nagy a különbség, és az elemi részecskefizika „felfedezés” nagy szónak nevezi. Ezt a számot azonban helyesen kell érteni: ez csak azt jelenti, hogy a valószínűség statisztikai Az adatok ingadozása nagyon kicsi, de nem jelzi, mennyire megbízható az adatfeldolgozási technika, és mennyire vették figyelembe a fizikusok az összes műszeres hibát. Hiszen az elemi részecskefizikában sok olyan példa van, ahol a szokatlan jeleket más kísérletek nem erősítették meg kivételesen nagy statisztikai biztonsággal.

Minek mondanak ellent a szuperluminális neutrínók?

A közhiedelemmel ellentétben a speciális relativitáselmélet önmagában nem tiltja a szuperluminális sebességgel mozgó részecskék létezését. Az ilyen részecskék (általában "tachionoknak" nevezik) esetében azonban a fénysebesség is korlát, de csak alulról - ennél lassabban nem mozoghatnak. Ebben az esetben a részecskék energiájának a sebességtől való függése inverznek bizonyul: minél nagyobb az energia, annál közelebb van a tachionok sebessége a fénysebességhez.

Sokkal komolyabb problémák kezdődnek a kvantumtérelméletben. Ez az elmélet felváltja kvantummechanika amikor arról beszélünk kvantum részecskék nagy energiákkal. Ebben az elméletben a részecskék nem pontok, hanem relatíve az anyagi mező csomói, és nem tekinthetők külön a mezőnek. Kiderült, hogy a tachionok csökkentik a mező energiáját, ami azt jelenti, hogy instabillá teszik a vákuumot. Ilyenkor kifizetődőbb, ha az űr spontán módon hatalmas számú részecskére bomlik fel, és ezért egyszerűen értelmetlen egy tachion mozgását a közönséges üres térben figyelembe venni. Azt mondhatjuk, hogy a tachion nem részecske, hanem a vákuum instabilitása.

A tachion-fermionok esetében valamivel bonyolultabb a helyzet, de még ott is felmerülnek hasonló nehézségek, amelyek hátráltatják egy önkonzisztens tachion-kvantumtérelmélet megalkotását, beleértve a szokásos relativitáselméletet is.

Ez azonban szintén nem az utolsó szó elméletben. Ahogy a kísérletezők mindent mérnek, ami mérhető, az elméletalkotók is minden lehetséges hipotetikus modellt tesztelnek, amelyek nem mondanak ellent a rendelkezésre álló adatoknak. Különösen vannak olyan elméletek, amelyekben a relativitáselmélet posztulátumaitól való csekély, még nem észrevehető eltérés megengedett - például maga a fénysebesség is megengedhető. változó. Az ilyen elméleteknek még nincs közvetlen kísérleti alátámasztása, de még nem zárták le őket.

Az elméleti lehetőségek ezen rövid vázlata a következőképpen foglalható össze: annak ellenére, hogy egyes elméleti modellekben lehetséges a szuperluminális sebességű mozgás, ezek csak hipotetikus konstrukciók maradnak. Minden jelenleg rendelkezésre álló kísérleti adatot szabványos elméletek írnak le szuperluminális mozgás nélkül. Ezért, ha legalább néhány részecske esetében megbízhatóan megerősítenék, a kvantumtérelméletet radikálisan újra kellene alkotni.

Érdemes az OPERA eredményét ilyen értelemben "első jelnek" tekinteni? Még nem. A szkepticizmus legfontosabb oka talán az, hogy az OPERA eredménye nem egyezik a neutrínókkal kapcsolatos egyéb kísérleti adatokkal.

Először a híres SN1987A szupernóva idején neutrínókat is regisztráltak, amelyek néhány órával a fényimpulzus előtt érkeztek meg. Ez nem azt jelenti, hogy a neutrínók gyorsabban haladtak, mint a fény, hanem csak azt a tényt tükrözi, hogy a neutrínók a szupernóva-robbanás során a mag összeomlásának korábbi szakaszában bocsátódnak ki, mint a fény. Mivel azonban a neutrínók és a fény, miután 170 000 évet töltöttek az úton, nem váltak el néhány óránál tovább, ez azt jelenti, hogy sebességük nagyon közel van, és legfeljebb milliárdoddal tér el egymástól. Az OPERA kísérlet ezerszer erősebb eltérést mutat.

Itt persze elmondhatjuk, hogy a szupernóva-robbanások során keletkező neutrínók és a CERN neutrínók energiája nagymértékben különbözik (a szupernóvákban több tíz MeV, a leírt kísérletben pedig 10-40 GeV), a neutrínók sebessége az energiától függően változik. De ez a változás ebben az esetben „rossz” irányban működik: elvégre minél nagyobb a tachionok energiája, annál közelebb kell lennie a sebességüknek a fény sebességéhez. Természetesen itt is el lehet jutni a tachion elmélet valamilyen módosításával, amelyben ez a függőség teljesen más lenne, de ebben az esetben szükséges lesz a „kettős hipotetikus” modell tárgyalása.

Továbbá, a neutrínó rezgésekre vonatkozó kísérleti adatok halmazából utóbbi évek, ebből az következik, hogy az összes neutrínó tömege csak egy elektronvolt töredékében tér el egymástól. Ha az OPERA eredményt egy neutrínó szuperluminális mozgásának megnyilvánulásaként érzékeljük, akkor legalább egy neutrínó tömegének négyzetének értéke –(100 MeV) 2 (a tömeg negatív négyzete) nagyságrendű lesz. a matematikai megnyilvánulása annak, hogy a részecskét tachionnak tekintik). Akkor ezt el kell ismerned Minden A neutrínó fajtái tachionok és megközelítőleg azonos tömegűek. A másik oldalon, közvetlen mérés A trícium atommagok béta-bomlásában a neutrínó tömege azt mutatja, hogy a neutrínó tömege (modulo) nem haladhatja meg a 2 elektronvoltot. Más szóval, ezeket az adatokat nem lehet majd összeegyeztetni egymással.

Ebből a következő következtetés vonható le: az OPERA együttműködés deklarált eredménye nehezen illeszthető bele bármilyen, még a legegzotikusabb elméleti modellbe is.

Mi a következő lépés?

Az elemi részecskefizika minden nagy együttműködésében a szokásos gyakorlat az, hogy minden egyes elemzést a résztvevők egy kis csoportja végez el, és csak ezután bocsátják az eredményeket általános vitára. Jelen esetben a jelek szerint ez a szakasz túl rövid volt, aminek következtében az együttműködésben résztvevők nem mindegyike vállalta aláírását a cikk alá (a teljes listán 216 kísérleti résztvevő szerepel, a preprintnek pedig mindössze 174 szerzője van ). Ezért a közeljövőben nagy valószínűséggel számos további ellenőrzésre kerül sor az együttműködésen belül, és csak ezt követően kerül kinyomtatásra a cikk.

Természetesen ma már elméleti cikkek folyamára is számíthatunk, amelyek különféle egzotikus magyarázatokat tartalmaznak az eredményről. Amíg azonban az állított eredményt nem ellenőrizték újra megbízhatóan, az nem tekinthető teljes értékű felfedezésnek.

A fizikusok felfedezték, hogy a fényrészecskék (fotonok) körülbelül 1 billió évig élhetnek, és a bomlás után viszont nagyon könnyű részecskéket bocsátanak ki, amelyek gyorsabban tudnak haladni, mint a fény! Idővel sok részecske természetes bomlásnak van kitéve. Például az instabil radioaktív atomok egy bizonyos pillanatban apró részecskékre bomlanak, és energiakitörést szabadítanak fel.

Nemrég a tudósok biztosak voltak abban, hogy a fotonok nem bomlanak le, mert azt hitték, hogy nincs tömegük. A tudósok azonban ma már azt feltételezik, hogy a fotonoknak igenis van tömegük, csak ez olyan kicsi, hogy a mai műszerekkel nem mérhető.

A foton tömegének jelenlegi felső határa olyan kicsi, hogy kevesebb, mint a proton tömegének egymilliárd része, milliárdod része. Ez a mutató alapján a tudósok kiszámították, hogy egy foton a látható spektrum körülbelül 1 billió évig élhet. Ezt a rendkívül hosszú élettartamot azonban nem minden foton osztja meg, átlagosan számítják. Lehetséges, hogy egyes fotonok nagyon rövid életet élnek. Univerzumunk, amely az Ősrobbanás következtében jött létre, jelenleg körülbelül 13,7 milliárd éves. És folyamatos tudományos projektek Nemcsak az ősrobbanás utófényének mérésére tervezték, hanem a fotonok korai bomlásának jeleinek esetleges észlelésére is.

Ha a foton eltörik, a bomlásnak még könnyebb részecskéket kell termelnie, olyanokat, amelyek a fénysebességnél gyorsabban képesek áthaladni az univerzumban. Ezek a kísérteties részecskék (neutrínók) nagyon ritkán lépnek kölcsönhatásba a közönséges anyaggal. Számtalan neutrínófolyam a másodperc töredékét száguldja át nemcsak az űrön, csillagokon és testeken, hanem minden Földön élő emberen keresztül anélkül, hogy az anyagunkat befolyásolná.

Bomláskor minden foton két fényneutrínót bocsát ki, amelyek a fénynél könnyebbek, gyorsabban mozognak, mint a fotonok. Úgy tűnik, hogy a neutrínó felfedezése sérti Einstein relativitási törvényét, miszerint semmi sem haladhat gyorsabban a fénynél, de ez nem így van, mivel az elmélet azon a tényen alapul, hogy a fotonnak nincs tömege. És az elmélet azt mondja, hogy egyetlen részecske sem tud gyorsabban mozogni, mint egy tömeg nélküli részecske.

Ezenkívül Einstein relativitáselmélete azt sugallja, hogy a részecskék rendkívül gyorsan mozognak egy torz időtérben. Vagyis ha tudatosak lennének, az a benyomásuk, hogy minden, ami körülöttük történik, nagyon lassított. Ez azt jelenti, hogy a mi időterünkben a fotonoknak körülbelül 1 billió évig kell élniük, időfolyamukban pedig csak körülbelül három évig.

Szergej Vaszilenkov

Az iskolából azt tanították nekünk, hogy a fénysebességet nem lehet túllépni, ezért az ember mozgása a világűrben nagy megoldhatatlan probléma (hogyan repüljünk a legközelebbi naprendszerbe, ha a fény ezt a távolságot csak néhány perc alatt képes legyőzni) Ezer év?). Talán amerikai tudósok megtalálták a módját, hogy szupersebességgel repüljenek, nemcsak csalás nélkül, hanem Albert Einstein alapvető törvényeit is követve. Mindenesetre Harold White, a térdeformációs motor projektjének szerzője ezt mondja.

Mi a szerkesztőségben teljesen fantasztikusnak tartottuk a hírt, ezért ma, a kozmonautika napjának előestéjén Konstantin Kakaes riportját közöljük a Popular Science magazin számára egy fenomenális NASA-projektről, amelyen siker esetén az ember túl tud lépni. Naprendszer.

2012 szeptemberében több száz tudós, mérnök és űrrajongó gyűlt össze a csoport második nyilvános találkozóján, a 100 Year Starship néven. A csoportot May Jemison egykori űrhajós vezeti, és a DARPA alapította. A konferencia célja, hogy „lehetővé tegye az emberi utazást a Naprendszeren túl más csillagokhoz a következő száz éven belül”. A konferencia résztvevőinek többsége elismeri, hogy túl kicsi az előrelépés az emberes űrkutatás terén. Az elmúlt néhány negyedévben elköltött dollármilliárdok ellenére az űrügynökségek majdnem annyit tehetnek, mint az 1960-as években. Valójában a 100 Year Starship azért van összehívva, hogy mindezt kijavítsa.

De inkább a lényegre. A konferencia néhány napja után a résztvevők eljutottak a legfantasztikusabb témákhoz: a szervregeneráció, a szervezett vallás problémája a hajón stb. A 100 éves csillaghajó találkozó egyik legérdekesebb előadása a Warp Field Mechanics 102 volt, és a NASA Harold "Sonny" White-ja tartotta. Az ügynökség veteránja, White a Johnson Space Center (JSC) Advanced Pulse Programját vezeti. Öt kollégájával együtt megalkotta a „Roadmap of Space Propulsion Systems” című dokumentumot, amely a NASA jövőbeli céljait hangoztatja. űrutazás. A terv mindenféle meghajtási projektet felsorol, a fejlett vegyi rakétáktól az olyan messzemenő fejlesztésekig, mint az antianyag vagy a nukleáris gépek. De White kutatási területe a legfuturisztikusabb az összes közül: az űrhajlító motorra vonatkozik.

így szokták ábrázolni Alcubierre buborékát

A terv szerint egy ilyen motor fénysebességet meghaladó sebességgel fog mozgást biztosítani a térben. Általánosan elfogadott, hogy ez lehetetlen, mivel ez egyértelműen megsérti Einstein relativitáselméletét. De White másként érvel. Szavai megerősítéseként az úgynevezett Alcubierre-buborékokra hivatkozik (Einstein elméletéből származó egyenletek, amelyek szerint egy test a világűrben szuperluminális sebesség elérésére képes, ellentétben a világűrben lévő testekkel). normál körülmények között). Az előadásban elmesélte, hogyan sikerült a közelmúltban olyan elméleti eredményeket elérnie, amelyek egyenesen elvezetnek egy valódi térhajlító motor megalkotásához.

Nyilvánvaló, hogy mindez teljesen fantasztikusan hangzik: az ilyen fejlemények valódi forradalmat jelentenek, amely a világ összes asztrofizikusának kezét eloldja. Ahelyett, hogy 75 000 évet töltene azzal, hogy a legközelebbi Alpha Centauriba utazzon csillagrendszer, az űrhajósok egy ilyen motorral szerelt hajón pár héten belül megtehetik ezt az utat.

Az űrsiklóprogram leállítása és az alacsony Föld körüli pályára közlekedő magánrepülések növekvő szerepe fényében a NASA azt állítja, hogy a messzemenő, sokkal merészebb tervekre összpontosít, amelyek messze túlmutatnak a Holdra való utazáson. Ezeket a célokat csak új meghajtórendszerek kifejlesztésével lehet elérni – minél előbb, annál jobb. Néhány nappal a konferencia után Charles Bolden, a NASA vezetője megismételte White szavait: "Szeretnénk a fénysebességnél gyorsabban és megállás nélkül utazni a Marson."

HONNAN TUDUNK ERRE A MOTORRÓL

A „space warp engine” kifejezés első népszerű használata 1966-ra nyúlik vissza, amikor Jen Roddenberry kiadta a „ Star Trek". A következő 30 évben ez a motor csak ennek a fantasy sorozatnak a részeként létezett. Egy Miguel Alcubierre nevű fizikus éppen akkor nézte meg a sorozat egyik epizódját, amikor az általános relativitáselméletből doktorált, és azon töprengett, hogy lehetséges-e a valóságban létrehozni egy térhajlást. 1994-ben publikált egy tanulmányt, amelyben megfogalmazta ezt az álláspontot.

Alcubierre egy buborékot képzelt el az űrben. A buborék elején az időtér összehúzódik, hátul pedig kitágul (ahogyan nagy durranás fizikusok szerint). A deformáció hatására a hajó a környező zaj ellenére simán siklik a világűrben, mintha egy hullámon szörfözne. Elvileg egy deformált buborék tetszőlegesen gyorsan mozoghat; a fénysebesség korlátai Einstein elmélete szerint csak a téridő kontextusában érvényesek, de a téridő ilyen torzulásaira nem. Alcubierre előrejelzése szerint a buborék belsejében a téridő nem fog megváltozni, és az űrutazóknak nem lesz semmi baja.

Einstein egyenleteit az általános relativitáselméletben nehéz egy irányban megoldani, kitalálni, hogy az anyag hogyan görbíti a teret, de ez megvalósítható. Alcubierre ezek felhasználásával megállapította, hogy az anyag eloszlása ​​szükséges feltétele a deformált buborék létrejöttének. A probléma csak az, hogy a döntések oda vezettek határozatlan formában negatív energiának nevezett anyag.

beszél egyszerű nyelv, a gravitáció két tárgy közötti vonzóerő. Minden tárgy, méretétől függetlenül, valamilyen vonzási erőt fejt ki a környező anyagra. Einstein szerint ez az erő a téridő görbülete. A negatív energia azonban gravitációsan negatív, azaz taszító. Az idő és a tér összekapcsolása helyett a negatív energia taszítja és elválasztja őket. Durván szólva, ahhoz, hogy ez a modell működjön, Alcubierrának negatív energiára van szüksége a hajó mögötti téridő kiterjesztéséhez.

Annak ellenére, hogy soha senki nem mért konkrétan negatív energiát, a kvantummechanika szerint létezik, és a tudósok megtanulták, hogyan kell létrehozni a laboratóriumban. Újjáteremtésének egyik módja a Kazimirov-effektus: két, egymáshoz közel elhelyezett párhuzamos vezetőlemez bizonyos mennyiségű negatív energiát hoz létre. Az Alcubierre-modell gyenge pontja, hogy megvalósítása hatalmas negatív energiát igényel, több nagyságrenddel nagyobb, mint amennyit a tudósok szerint elő lehet állítani.

White azt mondja, hogy megtalálta a módját ennek a korlátozásnak. Egy számítógépes szimuláció során White megváltoztatta a vetemedésmező geometriáját, hogy elméletileg deformált buborékot tudjon előállítani, több milliószor kevesebb negatív energia felhasználásával, mint az Alcubierra becslése szerint szükséges, és talán elég kevés ahhoz, hogy egy űrszonda hordozza a termelőeszközeit. . „A felfedezések – mondja White – Alcubierre módszerét nem praktikusról egészen hihetővé változtatják.

JELENTÉS A WHITE'S LABBÓL

A Johnson Space Center a houstoni lagúnák mellett található, ahonnan a Galveston-öbölbe vezető út nyílik. A központ kicsit olyan, mint egy külvárosi egyetemi kampusz, csak az űrhajósok képzését célozzák. Látogatásom napján White találkozik velem a 15-ös épületben, amely folyosók, irodák és motortesztelő laboratóriumok többszintes labirintusa. White egy Eagleworks pólóinget visel, ahogy motorkísérleteit nevezi, egy futurisztikus űrhajó felett szárnyaló sassal hímezve.

White mérnökként kezdte pályafutását, aki egy robotcsoport tagjaként kutatott. Idővel átvette az ISS teljes robotszárnyának irányítását, miközben plazmafizikából doktorált. Csak 2009-ben helyezte át a hangsúlyt a mozgás tanulmányozására, és ez a téma annyira megragadta, hogy ez legyen a fő ok, amiért a NASA-hoz ment dolgozni.

"Ő meglehetősen szokatlan ember" - mondja főnöke, John Applewhite, aki a meghajtórendszerek részlegének vezetője. - Mindenképpen nagy álmodozó, ugyanakkor tehetséges mérnök. Tudja, hogyan változtassa fantáziáit valódi mérnöki termékké.” Körülbelül egy időben, amikor csatlakozott a NASA-hoz, White engedélyt kért saját laboratóriumának megnyitására, amelyet a haladóknak szenteltek meghajtó rendszerek. Ő maga találta ki az Eagleworks nevet, sőt felkérte a NASA-t, hogy készítsen logót a szakterületéhez. Aztán elkezdődött ez a munka.

White az irodájába vezet, amelyet megoszt egy kollégájával, aki vizet keres a Holdon, majd levezet az Eagleworks-be. Útközben elmeséli kérelmét, hogy nyisson egy laboratóriumot, és ezt "hosszú és nehéz folyamatnak nevezi egy olyan fejlett mozgás megtalálásához, amely segít az embernek az űr felfedezésében".

White megmutatja a tárgyat, és megmutatja a központi funkcióját, amit ő "kvantumvákuum plazmahajtóműnek" (QVPT) hív. Ez az eszköz úgy néz ki, mint egy hatalmas, vörös bársony fánk, amelynek vezetékei szorosan fonódnak a mag köré. Ez a két Eagleworks kezdeményezés egyike (a másik a warp engine). Ez is titkos fejlesztés. Amikor megkérdezem, mi az, White azt válaszolja, hogy csak annyit tud mondani, hogy ez a technológia még a warp motornál is menőbb). A White által írt 2011-es NASA-jelentés szerint a jármű az üres tér kvantum-ingadozásait használja üzemanyagforrásként, ami azt jelenti, hogy a QVPT-vel hajtott űrhajóhoz nincs szükség üzemanyagra.

A motor az üres tér kvantum-ingadozásait használja üzemanyagforrásként,
ami űrhajót jelent
QVPT hajtja, nem igényel üzemanyagot.

Amikor a készülék működik, White rendszere filmszerűen tökéletesnek tűnik: a lézer színe vörös, a két sugár pedig szablyaszerűen keresztezi egymást. A gyűrű belsejében négy bárium-titanátból készült kerámia kondenzátor található, amelyeket White 23 000 voltig tölt. White az elmúlt két és fél évet töltötte a kísérlet fejlesztésével, és azt mondja, hogy a kondenzátorok óriási potenciális energiát mutatnak. Amikor azonban megkérdezem, hogyan lehet létrehozni az elvetemült téridőhöz szükséges negatív energiát, kibújik a válasz elől. Elmondja, hogy titoktartási megállapodást írt alá, ezért részleteket nem árulhat el. Kérdezem, kivel kötötte ezeket a megállapodásokat. Azt mondja: „Az emberekkel. Jönnek és beszélni akarnak. Nem tudok több részletet adni."

A MOTOR ÖTLET ELLENZŐI

Eddig az elvetemült utazási elmélet meglehetősen intuitív - az időt és a teret mozgó buborék létrehozásához elvetemíti -, és van néhány jelentős hibája. Még ha a White jelentősen csökkenti is az Alcubierra által kért negatív energia mennyiségét, akkor is többre lesz szükség, mint amennyit a tudósok elő tudnak állítani – mondja Lawrence Ford, a Tufts Egyetem elméleti fizikusa, aki az elmúlt 30 évben számos tanulmányt írt a negatív energiák témájában. . Ford és más fizikusok azt állítják, hogy alapvető fizikai korlátok vannak, és nem annyira mérnöki tökéletlenségekről van szó, hanem arról, hogy ekkora mennyiségű negatív energia nem létezhet egy helyen sokáig.

Egy másik bonyodalom: a fénynél gyorsabban mozgó deformációs golyó létrehozásához a tudósoknak negatív energiát kell generálniuk az űrhajó körül, beleértve a felette is. White szerint ez nem probléma; nagyon homályosan azt válaszolja, hogy a motor nagy valószínűséggel fog működni néhány rendelkezésre álló „készüléknek köszönhetően, amely létrehozza a szükséges feltételeket". Azonban ezeket a feltételeket a hajó előtt megteremteni azt jelentené, hogy állandó, fénysebességnél gyorsabban haladó negatív energia utánpótlást biztosítanának, ami ismét ellentmond az általános relativitáselméletnek.

Végezetül a térhajlító motor felvet egy fogalmi kérdést. Az általános relativitáselméletben az FTL utazás egyenértékű az időutazással. Ha egy ilyen motor valódi, White létrehoz egy időgépet.

Ezek az akadályok komoly kétségekre adnak okot. „Nem hiszem, hogy az általunk ismert fizika és annak törvényei lehetővé teszik, hogy feltételezzük, hogy kísérleteivel bármit is elér” – mondja Ken Olum, a Tufts Egyetem fizikusa, aki szintén részt vett a 100. csillaghajó egzotikus mozgásáról szóló vitában. Jubileumi találkozó." Noah Graham, a Middlebury College fizikusa, aki kérésemre elolvasta White két dolgozatát, e-mailt írt nekem: "Nem látok semmi értékeset. tudományos bizonyítékok korábbi munkáira való hivatkozások mellett."

Alcubierre-nek, aki jelenleg a Mexikói Nemzeti Autonóm Egyetem fizikusa, megvannak a maga kétségei. "Még ha felállok is űrhajóés van elérhető negatív energiám, nem tudom oda tenni, ahol szükség van rá” – mondja nekem telefonon mexikóvárosi otthonából. - Nem, az ötlet varázslatos, tetszik, magam írtam. De van néhány komoly hibája, amelyeket már az évek során látok, és nem tudok egyetlen módot sem a javításukra.”

A SZUPERSEBESSÉGEK JÖVŐJE

Johnson főkapujától balra tudományos központ a Saturn-V rakéta az oldalán fekszik, fokozatai szét vannak választva, hogy megmutassák a belső tartalmat. Gigantikus – a sok motor közül egy mérete egy kisautó méretű, maga a rakéta pedig pár lábbal hosszabb, mint egy futballpálya. Ez persze elég beszédes bizonyítéka az űrnavigáció sajátosságainak. Ráadásul 40 éves, és az általa képviselt idő – amikor a NASA része volt egy hatalmas nemzeti tervnek, hogy embert küldjenek a Holdra – már rég elmúlt. A JSC ma csak egy hely, amely egykor nagyszerű volt, de azóta elhagyta az űravantgárdot.

A közlekedési áttörés új korszakot jelenthet a JSC és a NASA számára, és bizonyos mértékig ennek a korszaknak egy része már most kezdődik. A 2007-ben felbocsátott Dawn szonda az aszteroidák gyűrűjét vizsgálja ionhajtóművek segítségével. 2010-ben a japánok üzembe helyezték az Icarust, az első bolygóközi csillaghajót, amelyet napvitorlával, egy másik kísérleti meghajtással hajtanak meg. 2016-ban pedig a tudósok azt tervezik, hogy tesztelik a VASMIR-t, egy plazmahajtású rendszert, amelyet kifejezetten az ISS nagy meghajtására készítettek. De amikor ezek a rendszerek esetleg eljuttatják az űrhajósokat a Marsra, még mindig nem tudják őket a Naprendszeren kívülre vinni. White szerint ennek eléréséhez a NASA-nak kockázatosabb projekteket kell vállalnia.

A Warp Drive talán a NASA mozgástervezési erőfeszítései közül a legtávolabbi. A tudományos közösség azt mondja, hogy White nem tudja létrehozni. Szakértők szerint ez ellentmond a természet és a fizika törvényeinek. Ennek ellenére a NASA áll a projekt mögött. „Nem olyan magas kormányzati szinten támogatják, mint amilyennek lennie kellene” – mondja Applewhite. - Úgy gondolom, hogy a vezetőségnek különös érdeke fűződik ahhoz, hogy munkáját folytassa; Ez azon elméleti koncepciók egyike, amelyek sikeressége esetén teljesen megváltoztatják a játékot."

Januárban White összeállította vetemedésű interferométerét, és továbbment a következő célponthoz. Az Eagleworks kinőtte saját otthonát. Az új labor nagyobb, és ahogy lelkesen kijelenti, "szeizmikusan elszigetelt", vagyis védett a rezgésektől. De talán a legjobb új laboratórium(és a leglenyűgözőbb), hogy a NASA ugyanazokat a feltételeket biztosította White-nak, mint Neil Armstrongnak és Buzz Aldrinnak a Holdon. Nos, lássuk.

Gyakran beszélünk arról maximális fénysebesség univerzumunkban, és hogy semmi sem tud gyorsabban mozogni, mint a fénysebesség vákuumban. És még inkább - mi. A fényközeli sebességhez közeledve az objektum tömegre és energiára tesz szert, ami vagy tönkreteszi, vagy ellentmond Einstein általános relativitáselméletének. Tegyük fel, hogy hiszünk ebben, és megkerülő megoldásokat keresünk (mint vagy kitaláljuk), hogy ne 75 000 évre, hanem néhány hétre repüljünk a legközelebbi csillagig. De mivel kevesen rendelkezünk felsőfokú testneveléssel, nem világos, miért mondják ezt az utcán a fénysebesség maximális, állandó és 300 000 km/s?

Sok egyszerű és intuitív magyarázat létezik arra, hogy miért van ez így, de kezdheted utálni őket. Az internetes keresés elvezeti Önt a "relativisztikus tömeg" fogalmához, és ahhoz, hogy több erőre van szükség egy olyan tárgy felgyorsításához, amely már nagy sebességgel mozog. A speciális relativitáselmélet matematikai apparátusának ez a szokásos értelmezési módja, de sokakat, és különösen Önt, kedves olvasóinkat félrevezet. Mivel sokan (és mi is) megpróbáljátok magas fizika olyan íze van, mintha az egyik ujját a sós vízbe merítené, mielőtt úszni indulna. Ennek eredményeként sokkal összetettebbé és kevésbé szebbé válik, mint amilyen valójában.

Vizsgáljuk meg ezt a kérdést egy geometriai értelmezésben, amely összhangban van a általános elmélet relativitás. Kevésbé nyilvánvaló, de egy kicsit bonyolultabb, mint a nyilak papírra rajzolása, így sokan azonnal megértik az olyan absztrakciók elméletét, mint az „erő” és a nyílt hazugságok, mint a „relativisztikus tömeg”.

Először is határozzuk meg, mi az irány, hogy egyértelműen megjelöljük a helyünket. "Le" az irány. Ez az az irány, amelybe a dolgok esnek, amikor elengeded őket. A "fel" a "le" irány ellentéte. Vegyen fel egy iránytűt, és határozzon meg további irányokat: észak, dél, nyugat és kelet. Mindezeket az irányokat a komoly bácsik "ortonormális (vagy ortogonális) alapként" határozzák meg, de jobb, ha most nem gondolunk rá. Tegyük fel, hogy ez a hat irány abszolút, hiszen ott fognak létezni, ahol összetett kérdésünkkel foglalkozunk.

Most adjunk hozzá még két irányt: a jövőbe és a múltba. Nem lehet könnyen szabad akaratodból ezekbe az irányokba mozogni, de elég könnyűnek kell lennie ahhoz, hogy elképzeld őket. A jövő az az irány, ahová a holnap jön; a múlt az az irány, ahol a tegnap van.

Ez a nyolc alapvető irány – fel, le, észak, dél, nyugat, kelet, múlt és jövő – írja le az univerzum alapvető geometriáját. Ezen irányok mindegyik párját "dimenziónak" nevezhetjük, tehát egy négydimenziós univerzumban élünk. A 4D-s megértés másik kifejezése a „tér-idő”, de megpróbáljuk kerülni ennek a kifejezésnek a használatát. Ne feledjük, hogy a mi összefüggésünkben a „téridő” egyenértékű lesz az „univerzum” fogalmával.

Üdvözöljük a színpadon. Nézzük a szereplőket.

Most a számítógép előtt ülve mozgásban van. Nem érzed. Úgy érzi, nyugalomban van. De ez csak azért van, mert körülötted minden hozzád képest is mozog. Nem, ne gondolja, hogy arról beszélünk, hogy a Föld forog a Nap körül, vagy a Nap áthalad a galaxison, és magával húz minket. Ez természetesen igaz, de most nem erről beszélünk. Mozgáson a „jövő” irányába történő mozgást értjük.

Képzeld el, hogy egy vonatkocsiban ülsz, csukott ablakokkal. Nem látni az utcát, és mondjuk a sínek olyan tökéletesek, hogy nem tudod, hogy a vonat halad-e vagy sem. Ezért a vonaton ülve nem tudja megmondani, hogy valóban utazik-e vagy sem. Nézz ki az utcára – és vedd észre, hogy a táj rohan el mellette. De az ablakok zárva vannak.

Csak egy módon lehet tudni, hogy költözik-e vagy sem. Csak ülj és várj. Ha a vonat megáll az állomáson, nem történik semmi. De ha a vonat halad, előbb-utóbb új állomásra érkezik.

Ebben a metaforában az autó mindent jelképez, amit a körülöttünk lévő világban láthatunk – egy házat, Vaska macskát, csillagokat az égen stb. – A következő állomás a holnap.

Ha nyugodtan ülsz, és a Vaska macska nyugodtan alussza a napközbeni órákat, nem fogsz érezni mozgást. De a holnap biztosan eljön.

Ezt jelenti a jövő felé haladni. Csak az idő fogja eldönteni, melyik igaz: mozgás vagy parkolás.

Eddig elég könnyűnek kellett volna elképzelned mindezt. Nehéz lehet az időre mint irányra gondolni, és még inkább önmagára, mint egy időben áthaladó tárgyra. De meg fogod érteni. Most kapcsolja be a képzeletét.

Képzelje el, hogy miközben autójában vezet, valami szörnyű dolog történik: a fékek meghibásodnak. Furcsa egybeesés folytán ugyanabban a pillanatban elakad a gáz és a sebességváltó. Se gyorsítani, se megállni nem lehet. Az egyetlen dolog, ami van, az a kormánykerék. Megváltoztathatja a mozgás irányát, de a sebességét nem.

Természetesen az első dolog, amit meg kell tennie, az az, hogy megpróbál behajtani egy puha bokorba, és valahogy óvatosan megállítani az autót. De most ne alkalmazzuk ezt a technikát. Koncentráljunk csak a törött autó jellemzőire: irányt válthat, sebességet nem.

Így haladunk az univerzumban. Van kormányod, de nincs pedálod. Ülve és elolvasva ezt a cikket, maximális sebességgel egy fényes jövő felé gurul. És amikor felkelsz, hogy sirályt csinálj magadból, megváltoztatod a mozgás irányát a téridőben, de a sebességét nem. Ha nagyon gyorsan haladsz a térben, az idő egy kicsit lassabban fog folyni.

Ez könnyen elképzelhető, ha papírra rajzolunk néhány tengelyt. A felfelé és lefelé tartó tengely az idő tengelye, a felfelé pedig a jövőt jelenti. A vízszintes tengely a teret jelenti. A térnek csak egy dimenzióját tudjuk megrajzolni, hiszen egy papírlap kétdimenziós, de képzeljük el, hogy ez a fogalom a tér mindhárom dimenziójára vonatkozik.

Rajzoljon egy nyilat a koordináta tengelyének origójából ott, ahol összefolynak, és mutasson felfelé a függőleges tengely mentén. Nem számít, milyen hosszú, csak vegye figyelembe, hogy csak egy hosszúságú lesz. Ez a nyíl, amely most a jövőbe mutat, az, amit a fizikusok "négysebességűnek" neveznek. Ez a mozgásod sebessége a téridőn keresztül. Jelenleg stacionárius állapotban van, így a nyíl csak a jövő felé mutat.

Ha a térben szeretne haladni - a koordinátatengelyen jobbra - meg kell változtatnia a négyes sebességet, és be kell kapcsolnia a vízszintes komponenst. Kiderült, hogy el kell forgatni a nyilat. De ha ezt megteszi, észre fogja venni, hogy a nyíl nem mutat olyan magabiztosan felfelé a jövőbe, mint korábban. Ön most az űrben halad, de fel kell áldoznia a jövőbeli mozgást, mivel a négysebességes tű csak foroghat, soha nem tágul vagy zsugorodik.

Itt kezdődik a híres „időlassító” effektus, amelyről a speciális relativitáselméletbe kicsit is beavatottan beszél mindenki. Ha a térben haladsz, nem haladsz az időben olyan gyorsan, mint ahogy mozdulatlanul ülnél. Az Ön órája lassabban fogja tartani az időt, mint egy nem mozgó személy órája.

És most elérkeztünk annak a kérdésnek a megoldásához, hogy miért nincs értelme a „fénynél gyorsabb” kifejezésnek univerzumunkban. Nézze meg, mi történik, ha a lehető leggyorsabban szeretne áthaladni az űrben. A négysebességes tűt egészen addig forgatja, amíg a vízszintes tengely mentén nem mutat. Emlékezzünk arra, hogy a nyíl nem tud nyúlni. Csak forogni tud. Tehát a lehető legnagyobb mértékben növelte a sebességet az űrben. De lehetetlenné vált még gyorsabban haladni. A nyílnak nincs hova fordulnia, különben "egyenesebb, mint egyenes" vagy "vízszintesebb, mint vízszintes" lesz. Ehhez a fogalomhoz és egyenlőségjelet kell tenni "a fénynél gyorsabb". Egyszerűen lehetetlen három hallal és hét kenyérrel etetni egy hatalmas népet.

Ez az oka annak, hogy az univerzumban semmi sem tud gyorsabban mozogni, mint a fény. Mert a "fénynél gyorsabb" kifejezés a mi univerzumunkban egyenértékű az "egyenesebbnél egyenesebb" vagy "vízszintesebb, mint vízszintes" kifejezéssel.

Igen, van néhány kérdése. Miért csak foroghatnak a négysebességű vektorok, de nem tágulhatnak? Erre a kérdésre van válasz, de ez a fénysebesség invarianciájával kapcsolatos, ezt későbbre hagyjuk. És ha csak hiszi, egy kicsit kevésbé lesz tájékozott ebben a témában, mint a bolygónkon valaha élt legbriliánsabb fizikusok.

A szkeptikusok feltehetik a kérdést, hogy miért használjuk a tér geometriájának egyszerűsített modelljét, amikor euklideszi forgásokról és körökről beszélünk. A való világban a tér-idő geometria engedelmeskedik a Minkowski-geometriának, és az elforgatások hiperbolikusak. De a magyarázat egyszerű változatának joga van az élethez.

Valamint egy egyszerű magyarázat erre, .