4 способа обогнать свет, быстрейший во Вселенной
Считается, что ничто во Вселенной не может двигаться быстрее света. Ещё бы, он перемещается с огромной скоростью, и до сих пор не было обнаружено частиц, способных двигаться быстрее. Однако существует масса способов так или иначе превысить (или достичь) скорость света.
Какова скорость света
Во времена античности считалось, что скорость света – величина бесконечная, т.е. свет перемещается мгновенно. Позже, используя различные методы, измерить эту величину пытались многие ученые.
Самое точное измерение скорости света было сделано в 1983 году при помощи лазера. Скорость движения фотонов в вакууме равняется 299 792 458 м/с. Но можно ли превысить эту скорость?
Скорость света в вакууме превысить нельзя, но можно в других средах!
Скорость фотонов меняется в зависимости от среды , в которой они распространяются. Например в воде эта величина составляет 225341км/с, в стекле 199803 км/с, а в Алмазе «всего» 123845 км/с.
Более того, в 1999 году, немецким ученым удалось снизить скорость света до 17 м/сек. А позже они смогли остановить свет на целую минуту, при помощи экстремально охлажденного кристалла из сплава празеодима и силиката иттрия.
Поэтому любая частица, не имеющая массы и передвигающаяся со скоростью света, может обогнать замедленные фотоны. Например, гравитон или глюон. Также это может сделать электрическое поле, перемещающееся в проводнике.
Эффект Вавилова – Черенкова
В 1934 году Советские ученые Павел Алексеевич Черенков и Сергей Иванович Вавилов обнаружили, что жидкость, облучаемая гамма-лучами, испускает голубое свечение. Исследователи предположили, что светятся электроны, выбитые рентгеновским излучением из среды.
В 1957 году причина свечения электронов была раскрыта отечественными физиками Ильей Михайловичем Франком и Игорем Евгеньевичем Таммом.
Дело в том, что электрон во время движения, своим электрическим полем поляризует атомы вещества вокруг себя. Возвращение поляризованного атома в первоначальное состояние сопровождается свечением.
Происходит такое явление, только если электроны движутся быстрее скорости света. То есть, облучая жидкость рентгеновскими лучами, мы получаем частицы, которые перемещаются быстрее, чем свет.
Нейтрино
В 2011 году группа европейских ученых разогнала субатомную частицу – нейтрино, до сверхсветовой скорости. Частицы выпускались в лаборатории в Италии, а ловились за 730 км в Швейцарии. Нейтрино преодолели это расстояние на 57 наносекунд быстрее света.
Этот эксперимент стал сенсацией, которая пошатнула фундамент теории относительности Эйнштейна. Согласно этой теории, частица имеющая массу, не может достичь световой скорости, а тем более превысить ее. В этом случае масса нейтрино увеличивается бесконечно. Время же поворачивается вспять.
Однако позднее эта сенсация была опровергнута. Оказалось, что во время эксперимента произошел технический сбой, из-за которого результаты оказались искажены .
Расширение вселенной
После Большого Взрыва Вселенная постоянно расширяется. Скорость этого расширения неуклонно увеличивается . Дальние галактики удаляются от нас все быстрее и быстрее. В возрасте одной секунды, Вселенная уже была размером 10 световых лет. Спустя год (86400 секунды) —уже 100000 световых лет.
Понятно, что она расширяется гораздо быстрее скорости света. Однако в этом случае быстрее света расширяется пространство космоса – вакуум, а не материальные объекты.
Как итог, можно с уверенностью сказать: догнать обогнать свет возможно! А вот превысить скорость света пока что не удалось никому.
Источник
Что во вселенной быстрее света?
Много что, как ни странно.
Тень или солнечный зайчик. Если посветить лазером на Луну и начать этот лазер двигать, то скорость движения светового пятна по поверхности Луны может превысить скорость света. Теория Относительности, потому что фотоны самого лазера долетают до Луны со скоростью света, у светового пятна нет физической скорости. То же самое произойдет если закрывать лазер шторкой — граница света и тени будет двигаться со сверхсветовой скоростью. Однако направление передачи энергии и сигнала не совпадает с направлением движения тени. Можно сравнить это с движением автомобилей по длинному участку шоссе — машине требуется час чтобы проехать это расстояние, однако по конечной точке участка может проезжать по автомобилю в секунду.
Точка пересечения лезвий гильотинных ножниц. Практически тот же эффект что и со светом/тенью, но с более материальным объектом. Поскольку лезвие гильотины движется вертикально, а точка пересечения лезвий горизонтально, эта точка может двигаться быстрее света. Но ее движение тоже не собственное, а виртуальное если можно так выразиться.
Любые объекты в расширяющейся Вселенной находящиеся друг от друга на расстоянии большем, чем радиус Хаббла (в настоящий момент около 13.8 миллиардов световых лет ) движутся быстрее света относительно друг друга. Как ни странно, это тоже не противоречит ТО, хотя она и утверждает что даже относительно любого наблюдателя никакой материальный объект не может двигаться быстрее света. Дело в том, что быстрее света движутся не сами объекты, быстрее света расширяется само пространство, которое материальным объектом не является. То есть расстояние между объектами увеличивается так, как если бы они двигались быстрее света, однако с собственным движением объектов это не связано никак.
Источник
Встречайте 7 самых быстрых объектов во Вселенной
Подумайте о самых быстрых повседневных объектах, которые мы знаем на земле: машина Формулы-1, сверхскоростной пассажирский экспресс, самолет, ракета, стрельба из оружия; если они кажутся вам быстрыми, вам, возможно, придется считать их слишком медленными наряду с этими сверхскоростными объектами.
Вот обратный отсчет 7 самых быстрых вещей, известных во Вселенной:
Гелиос: самый быстрый искусственный корабль
Гелиос А и Гелиос В — два корабля, запущенные в 1974 и 1976 годах соответственно, были созданы с целью приблизить доставить искусственный объект как можно ближе к нашему Солнцу. Благодаря силе тяжести звезды скорость космического корабля достигала 252 900 км / ч, что эквивалентно 6,3 оборотам вокруг Земли за один час.
Солнечная система
Наша Солнечная система расположена в одном из спиральных рукавов Млечного Пути, примерно в 30 000 световых лет от ее ядра, и она движется со скоростью 781 974 км / ч, что означает, что она совершает один оборот вокруг центра галактики каждые 226 млн. лет.
Гораздо быстрее, чем корабли Гелиос, но все еще медленнее по сравнению с нашей следующей суперскоростью.
Звезды
Теперь очередь за двумя гиперскоростными звездами, движущимися с невероятной скоростью:
Первая — HE 0437-5439, голубая звезда, в 9 раз больше Солнца, которая прошла близко к ядру Млечного Пути на первой стадии своей жизни. Черная дыра в центре галактики не поглотила ее, но сила тяжести запустила её со скоростью 2 602 800 км / ч. Сейчас она находится на расстоянии около 200 000 световых от Млечного Пути и мчится в бесконечном путешествии.
Вторая — RX J0822-4300, звезда, возникшая в результате взрыва сверхновой. Он сбегает от нашей галактики со скоростью 5400000 км / ч. По словам исследователей, через несколько миллионов лет она уйдет так далеко, что не будет принадлежать ни одной галактике.
Известно, что, по меньшей мере, 30 сверхбыстрых звезд удаляются от Млечного пути аналогичным образом.
Пульсар
Пульсары — это маленькие звезды диаметром от 10 до 20 км, с экстремальной плотностью. Они всегда вращаются вокруг другой звезды, хотя в то же самое время они вращаются вокруг своей оси. Пульсар PSRJ13113430 является одним из самых быстрых из известных, скорость его вращения может достигать 260 000 000 км / ч, этого достаточно, чтобы достичь Солнца от Земли всего за полчаса.
Джеты активных галактик
Наша галактика известна как активная, хотя она и не такая большая, как другие. У некоторых в ядрах есть сверхмассивные черные дыры, из которых выходят струи вещества, называемые джетами. Они извергаются со скоростью до 1 000 000 000 (миллиардов) км / ч — почти со скоростью света. Джеты не только путешествуют с удивительной скоростью, они также могут быть протяженностью до 5000 световых лет.
При скорости 1 080 000 000 км / ч свет в вакууме является самым быстрым из известных явлений во Вселенной, и ни один объект с массой не может превзойти эту скорость или достичь её.
Космос
Хотя он не считается объектом, он также не виден и не может быть затронут, но самым быстрым объектов во Вселенной является пространство, которое содержит все.
Вселенная похожа на воздушный шар, который расширяется, галактики удаляются с большей скоростью, чем дальше они от других — тем дальше они находятся на шаре. Однако то, что движется, — это не галактики, а пространство между ними.
Во Вселенной есть галактики, настолько далекие, что их свет никогда не достигнет нас, чтобы мы могли их наблюдать, они не находятся внутри наблюдаемой Вселенной, это расстояние заставляет их расширяться с невообразимой скоростью, пространство между ними удаляется со скоростью, в 3 раза превышающей скорость света!
Источник
Как обогнать свет, самый быстрый объект во Вселенной?
В середине XX века гениальный физик Альберт Эйнштейн сказал: «Время- понятие относительное, и оно напрямую зависит от скорости. Чем больше скорость и масса объекта, тем менее заметен эффект времени для него». Это хорошо заметно по поведению частиц — фотоны, электроны, мюоны просто не замечают эффекта времени, в отличие от нас. И при приближении к скорости света для объекта время будет сильно замедляться.
К примеру, если корабль летит на 99.99999% от световой скорости, то на корабле пройдёт 1 год, тогда как для наблюдателя на Земле, который смотрит на корабль,может пройти несколько десятков лет. Получается, для фотонов — частичек, из которых состоит свет, времени просто не существует. Выше скорости света не может быть скоростей, ведь время не может быть отрицательным.
Или может? Науке это пока что неизвестно. К сведению, нет единой теории, описывающей поведение как квантовых частиц, так и гигантских объектов, так и нас с вами. К сожалению, нет. Но всё же учёные придумали, как превысить скорость света. Для этого свет замораживают в прямом смысле! За счёт этого другие частицы могут двигаться быстрее света.
Для начала: какова скорость света? Почти 300 тысяч километров в секунду. Но это только в вакууме. Если же пропустить свет через толщу воды, то его скорость будет составлять 225 тысяч километров в секунду — уже меньше, не так ли?
Пропуская свет через различные среды, учёные нашли материал, где свет максимально замедляется. Это алмаз, где его скорость составляет почти треть от своей скорости в вакууме — 125 тысяч километров в час. Если параллельно пучку света пустить пучок электронов, тахионов или других частиц, то они обгонят свет!
Всего 10 лет назад группа учёных из Великобритании смогла заморозить (. ) свет на целую секунду. Заморозить свет! Это уму непостижимо. Сделать они это смогли путём пропускания света через конденсат Бозе-Эйнштейна, особое агрегатное состояние вещества. За счёт этого скорость света попросту опустилась до нуля 🙂
Кроме того, есть и другие способы, как обойти скорость света. К примеру, если вы возьмёте лазер и начнёте светить на Луну в верхний край, а потом резко станете светить в нижний, то для лунного наблюдателя пятно от лазера будет двигаться быстрее скорости света!
К сожалению, это иллюзия, и мы не сможем передавать информацию быстрее скорости света. Фотоны, частички, из которых состоит свет, продолжают лететь со скоростью в 300000 км/с, но когда мы меняем направление лазера, то они начинают менять это направление прямо между Землёй и Луной. А жаль 🙁
Что по итогу? Скорость света в вакууме остаётся самой большой величиной, которую мы знаем. Но из-за некоторых уловок и хитростей мы можем сказать, что способны обогнать скорость света 🙂
Источник
masterok
masterok Мастерок.жж.рф
Хочу все знать
Верхний предел скорости известен даже школьникам: связав массу и энергию знаменитой формулой, Альберт Эйнштейн еще в начале ХХ века указал на принципиальную невозможность ничему, обладающему массой, перемещаться в пространстве быстрее, чем скорость света в вакууме. Однако уже в этой формулировке содержатся лазейки, обойти которые вполне по силам некоторым физическим явлениям и частицам.
По крайней мере, явлениям, существующим в теории.
Первая лазейка касается слова «масса»: на безмассовые частицы эйнштейновские ограничения не распространяются. Не касаются они и некоторых достаточно плотных сред, в которых скорость света может быть существенно меньше, чем в вакууме. Наконец, при приложении достаточной энергии само пространство может локально деформироваться, позволяя перемещаться так, что для наблюдателя со стороны, вне этой деформации, движение будет происходить словно быстрее скорости света.
Некоторые такие «сверхскоростные» явления и частицы физики регулярно фиксируют и воспроизводят в лабораториях, даже применяют на практике, в высокотехнологичных инструментах и приборах. Другие, предсказанные теоретически, ученые еще пытаются обнаружить в реальности, а на третьи у них большие планы: возможно, когда-нибудь эти явления позволят и нам перемещаться по Вселенной свободно, не ограничиваясь даже скоростью света.
Телепортация живого существа – хороший пример технологии, теоретически допустимой, но практически, видимо, неосуществимой никогда. Но если речь идет о телепортации, то есть мгновенном перемещении из одного места в другое небольших предметов, а тем более частиц, она вполне возможна. Чтобы упростить задачу, начнем с простого – частиц.
Кажется, нам понадобятся аппараты, которые (1) полностью пронаблюдают состояние частицы, (2) передадут это состояние быстрее скорости света, (3) восстановят оригинал.
Однако в такой схеме даже первый шаг полностью реализовать невозможно. Принцип неопределенности Гейзенберга накладывает непреодолимые ограничения на точность, с которой могут быть измерены «парные» параметры частицы. Например, чем лучше мы знаем ее импульс, тем хуже – координату, и наоборот. Однако важной особенностью квантовой телепортации является то, что, собственно, измерять частицы и не надо, как не надо ничего и восстанавливать – достаточно получить пару спутанных частиц.
Например, для приготовления таких спутанных фотонов нам понадобится осветить нелинейный кристалл лазерным излучением определенной волны. Тогда некоторые из входящих фотонов распадутся на два спутанных – необъяснимым образом связанных, так что любое изменение состояния одного моментально сказывается на состоянии другого. Эта связь действительно необъяснима: механизмы квантовой спутанности остаются неизвестны, хотя само явление демонстрировалось и демонстрируется постоянно. Но это такое явление, запутаться в котором в самом деле легко – достаточно добавить, что до измерения ни одна из этих частиц не имеет нужной характеристики, при этом какой бы результат мы ни получили, измерив первую, состояние второй странным образом будет коррелировать с нашим результатом.
Механизм квантовой телепортации, предложенный в 1993 году Чарльзом Беннеттом и Жилем Брассардом, требует добавить к паре запутанных частиц всего одного дополнительного участника – собственно, того, кого мы собираемся телепортировать. Отправителей и получателей принято называть Алисой и Бобом, и мы последуем этой традиции, вручив каждому из них по одному из спутанных фотонов. Как только они разойдутся на приличное расстояние и Алиса решит начать телепортацию, она берет нужный фотон и измеряет его состояние совместно с состоянием первого из спутанных фотонов. Неопределенная волновая функция этого фотона коллапсирует и моментально отзывается во втором спутанном фотоне Боба.
К сожалению, Боб не знает, как именно его фотон реагирует на поведение фотона Алисы: чтобы понять это, ему надо дождаться, пока она пришлет результаты своих измерений обычной почтой, не быстрее скорости света. Поэтому никакую информацию передать по такому каналу не получится, но факт останется фактом. Мы телепортировали состояние одного фотона. Чтобы перейти к человеку, остается масштабировать технологию, охватив каждую частицу из всего лишь 7000 триллионов триллионов атомов нашего тела, – думается, от этого прорыва нас отделяет не более, чем вечность.
Однако квантовая телепортация и спутанность остаются одними из самых «горячих» тем современной физики. Прежде всего потому, что использование таких каналов связи обещает невзламываемую защиту передаваемых данных: чтобы получить доступ к ним, злоумышленникам понадобится завладеть не только письмом от Алисы к Бобу, но и доступом к спутанной частице Боба, и даже если им удастся до нее добраться и проделать измерения, это навсегда изменит состояние фотона и будет сразу же раскрыто.
Эффект Вавилова – Черенкова
Этот аспект путешествий быстрее скорости света – приятный повод вспомнить заслуги российских ученых. Явление было открыто в 1934 году Павлом Черенковым, работавшим под руководством Сергея Вавилова, три года спустя оно получило теоретическое обоснование в работах Игоря Тамма и Ильи Франка, а в 1958 г. все участники этих работ, кроме уже скончавшегося Вавилова, были награждены Нобелевской премией по физике.
В самом деле, теория относительности говорит лишь о скорости света в вакууме. В других прозрачных средах свет замедляется, причем довольно заметно, в результате чего на их границе с воздухом можно наблюдать преломление. Коэффициент преломления стекла равен 1,49 – значит, фазовая скорость света в нем в 1,49 раза меньше, а, например, у алмаза коэффициент преломления уже 2,42, и скорость света в нем снижается более чем в два раза. Другим частицам ничто не мешает лететь и быстрее световых фотонов.
Именно это произошло с электронами, которые в экспериментах Черенкова были выбиты высокоэнергетическим гамма-излучением со своих мест в молекулах люминесцентной жидкости. Этот механизм часто сравнивают с образованием ударной звуковой волны при полете в атмосфере на сверхзвуковой скорости. Но можно представить и как бег в толпе: двигаясь быстрее света, электроны проносятся мимо других частиц, словно задевая их плечом – и на каждый сантиметр своего пути заставляя сердито излучать от нескольких до нескольких сотен фотонов.
Вскоре такое же поведение было обнаружено и у всех других достаточно чистых и прозрачных жидкостей, а впоследствии излучение Черенкова зарегистрировали даже глубоко в океанах. Конечно, фотоны света с поверхности сюда действительно не долетают. Зато сверхбыстрые частицы, которые вылетают от небольших количеств распадающихся радиоактивных частиц, время от времени создают свечение, возможно, худо-бедно позволяющее видеть местным жителям.
Излучение Черенкова – Вавилова нашло применение в науке, ядерной энергетике и смежных областях. Ярко светятся реакторы АЭС, битком набитые быстрыми частицами. Точно измеряя характеристики этого излучения и зная фазовую скорость в нашей рабочей среде, мы можем понять, что за частицы его вызвали. Черенковскими детекторами пользуются и астрономы, обнаруживая легкие и энергичные космические частицы: тяжелые невероятно трудно разогнать до нужной скорости, и излучения они не создают.
Вот муравей ползет по листу бумаги. Скорость его невелика, и на то, чтобы добраться от левого края плоскости до правого, у бедняги уходит секунд 10. Но стоит нам сжалиться над ним и согнуть бумагу, соединив ее края, как он моментально «телепортируется» в нужную точку. Нечто подобное можно проделать и с нашим родным пространством-временем, с той лишь разницей, что изгиб требует участия других, невоспринимаемых нами измерений, образуя туннели пространства-времени, – знаменитые червоточины, или кротовые норы.
Кстати, согласно новым теориям, такие кротовые норы – это некий пространственно-временной эквивалент уже знакомого нам квантового феномена запутанности. Вообще, их существование не противоречит никаким важным представлениям современной физики, включая общую теорию относительности. Но вот для поддержания такого туннеля в ткани Вселенной потребуется нечто, мало похожее на настоящую науку, – гипотетическая «экзотическая материя», которая обладает отрицательной плотностью энергии. Иначе говоря, это должна быть такая материя, которая вызывает гравитационное. отталкивание. Трудно представить, что когда-нибудь эта экзотика будет найдена, а тем более приручена.
Своеобразной альтернативой кротовым норам может служить еще более экзотическая деформация пространства-времени – движение внутри пузыря искривленной структуры этого континуума. Идею высказал в 1993 году физик Мигеле Алькубьерре, хотя в произведениях фантастов она звучала намного раньше. Это как космический корабль, который движется, сжимая и сминая пространство-время перед своим носом и снова разглаживая его позади. Сам корабль и его экипаж при этом остаются в локальной области, где пространство-время сохраняет обычную геометрию, и никаких неудобств не испытывают. Это прекрасно видно по популярному в среде мечтателей сериалу «Звездный путь», где такой «варп-двигатель» позволяет путешествовать, не скромничая, по всей Вселенной.
Фотоны – частицы безмассовые, как и нейтрино и некоторые другие: их масса в покое равна нулю, и чтобы не исчезнуть окончательно, они вынуждены всегда двигаться, и всегда – со скоростью света. Однако некоторые теории предполагают существование и куда более экзотических частиц – тахионов. Масса их, фигурирующая в нашей любимой формуле E = mc2, задается не простым, а мнимым числом, включающим особый математический компонент, квадрат которого дает отрицательное число. Это очень полезное свойство, и сценаристы любимого нами сериала «Звездный путь» объясняли работу своего фантастического двигателя именно «обузданием энергии тахионов».
В самом деле, мнимая масса делает невероятное: тахионы должны терять энергию, ускоряясь, поэтому для них все в жизни обстоит совсем не так, как мы привыкли думать. Сталкиваясь с атомами, они теряют энергию и ускоряются, так что следующее столкновение будет еще более сильным, которое отнимет еще больше энергии и снова ускорит тахионы вплоть до бесконечности. Понятно, что такое самоувлечение просто нарушает базовые причинно-следственные зависимости. Возможно, поэтому изучают тахионы пока лишь теоретики: ни единого примера распада причинно-следственных связей в природе пока никто не видел, а если вы увидите, ищите тахион, и Нобелевская премия вам обеспечена.
Однако теоретики все же показали, что тахионы, может, и не существуют, но в далеком прошлом вполне могли существовать, и, по некоторым представлениям, именно их бесконечные возможности сыграли важную роль в Большом взрыве. Присутствием тахионов объясняют крайне нестабильное состояние ложного вакуума, в котором могла находиться Вселенная до своего рождения. В такой картине мира движущиеся быстрее света тахионы – настоящая основа нашего существования, а появление Вселенной описывается как переход тахионного поля ложного вакуума в инфляционное поле истинного. Стоит добавить, что все это вполне уважаемые теории, несмотря на то, что главные нарушители законов Эйнштейна и даже причинно-следственной связи оказываются в ней родоначальниками всех причин и следствий.
Если рассуждать философски, тьма – это просто отсутствие света, и скорости у них должны быть одинаковые. Но стоит подумать тщательнее: тьма способна принимать форму, перемещающуюся куда быстрее. Имя этой формы – тень. Представьте, что вы показываете пальцами силуэт собаки на противоположной стене. Луч от фонаря расходится, и тень от вашей руки становится намного больше самой руки. Достаточно малейшего движения пальца, чтобы тень от него на стене сместилась на заметное расстояние. А если мы будем отбрасывать тень на Луну? Или на воображаемый экран еще дальше.
Едва заметное мановение – и она перебежит с любой скоростью, которая задается лишь геометрией, так что никакой Эйнштейн ей не указ. Впрочем, с тенями лучше не заигрываться, ведь они легко обманывают нас. Стоит вернуться в начало и вспомнить, что тьма – это просто отсутствие света, поэтому никакой физический объект при таком движении не передается. Нет ни частиц, ни информации, ни деформаций пространства-времени, есть только наша иллюзия того, что это отдельное явление. В реальном же мире никакая тьма не сможет сравниться в скорости со светом.
Источник