Быстрее скорости света только понос

Путешествие на сверхсветовой скорости — одна из основ космической научной фантастики. Однако наверное, всем – даже людям, далеким от физики, – известно, что предельно возможной скоростью движения материальных объектов или распространения любых сигналов является скорость света в вакууме. Она обозначается буквой с и составляет почти 300 тысяч километров в секунду; точная величина с = 299 792 458 м/с.

Скорость света в вакууме – одна из фундаментальных физических констант. Невозможность достижения скоростей, превышающих с, вытекает из специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. Если бы удалось доказать, что возможна передача сигналов со сверхсветовой скоростью, теория относительности пала бы. Пока что этого не случилось, несмотря на многочисленные попытки опровергнуть запрет на существование скоростей, больших с. Однако в экспериментальных исследованиях последнего времени обнаружились некоторые весьма интересные явления, свидетельствующие о том, что при специально созданных условиях можно наблюдать сверхсветовые скорости и при этом принципы теории относительности не нарушаются.

Почему нельзя (при обычных условиях) превысить световой предел? Потому, что тогда нарушается фундаментальный закон нашего мира – закон причинности, в соответствии с которым следствие не может опережать причину. Никто никогда не наблюдал, чтобы, например, сначала замертво упал медведь, а потом выстрелил охотник. При скоростях же, превышающих с, последовательность событий становится обратной, лента времени отматывается назад. В этом легко убедиться из следующего простого рассуждения.

Предположим, что мы находимся на неком космическом чудо-корабле, движущемся быстрее света. Тогда мы постепенно догоняли бы свет, испущенный источником во все более и более ранние моменты времени. Сначала мы догнали бы фотоны, испущенные, скажем, вчера, затем – испущенные позавчера, потом – неделю, месяц, год назад и так далее. Если бы источником света было зеркало, отражающее жизнь, то мы сначала увидели бы события вчерашнего дня, затем позавчерашнего и так далее. Мы могли бы увидеть, скажем, старика, который постепенно превращается в человека средних лет, затем в молодого, в юношу, в ребенка… То есть время повернуло бы вспять, мы двигались бы из настоящего в прошлое. Причины и следствия при этом поменялись бы местами.

Природа поставила жесткие условия: недостижимо движение не только со сверхсветовой скоростью, но и со скоростью, равной скорости света, – к ней можно только приближаться.

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.

В 60-х годах двадцатого столетия физиками-теоретиками была выдвинута гипотеза существования сверхсветовых частиц, названных тахионами. Это очень странные частицы: теоретически они возможны, но во избежание противоречий с теорией относительности им пришлось приписать мнимую массу покоя. Физически мнимая масса не существует, это чисто математическая абстракция. Однако это не вызвало особой тревоги, поскольку тахионы не могут находиться в покое – они существуют (если существуют!) только при скоростях, превышающих скорость света в вакууме, а в этом случае масса тахиона оказывается вещественной. Здесь есть некоторая аналогия с фотонами: у фотона масса покоя равна нулю, но это просто означает, что фотон не может находиться в покое – свет нельзя остановить.

Наиболее сложным оказалось, как и следовало ожидать, примирить тахионную гипотезу с законом причинности. Попытки, предпринимавшиеся в этом направлении, хотя и были достаточно остроумными, не привели к явному успеху. Экспериментально зарегестрировать тахионы также никому не удалось. В итоге интерес к тахионам как к сверхсветовым элементарным частицам постепенно сошел на нет.

Работы последних лет показывают, что при определенных условиях сверхсветовая скорость действительно может иметь место. Но что именно движется со сверхсветовой скоростью?

Теория относительности, как уже упоминалось, запрещает такую скорость для материальных тел и для сигналов, несущих информацию. Тем не менее некоторые исследователи весьма настойчиво пытаются продемонстри ровать преодоление светового барьера именно для сигналов. Причина этого кроется в том, что в специальной теории относительности нет строгого математического обоснования (базирующегося, скажем, на уравнениях Максвелла для электромагнитного поля) невозможности передачи сигналов со скоростью больше с. Такая невозможность в СТО устанавливается, можно сказать, чисто арифметически, исходя из эйнштейновской формулы сложения скоростей, но фундаментальным образом это подтверждается принципом причинности.

Сам Эйнштейн, рассматривая вопрос о сверхсветовой передаче сигналов, писал, что в этом случае “…мы вынуждены считать возможным механизм передачи сигнала, при использовании которого достигаемое действие предшествует причине. Но, хотя этот результат с чисто логической точки зрения и не содержит в себе, по-моему, никаких противоречий, он все же настолько противоречит характеру всего нашего опыта, что невозможность предположения V > с представляется в достаточной степени доказанной”. Принцип причинности – вот тот краеугольный камень, который лежит в основе невозможности сверхсветовой передачи сигналов. И об этот камень, по-видимому, будут спотыкаться все без исключения поиски сверхсветовых сигналов, как бы экспериментаторам не хотелось такие сигналы обнаружить, ибо такова природа нашего мира.

Источник

Sn Bra

20 мая 2018 · 11,7 K

Физик по призванию, астроном-любитель, студент МФТИ

Вообще, чтобы полностью разобраться в этом, нужно разобраться в ОТО (общей теории относительности).

Суть. Скорость света – это постоянная скорость, с которой всё и всегда перемещается в 4-х мерном пространстве (оно вводится в ОТО). Если Вы допустим стоите на месте (не перемещайтесь в ПРОСТРАНСТВЕ), то вы всегда перемещайтесь во времени (по четвёртой координате). Тело лишь может менять направление движения в 4-х мерном пространстве.

Векторная сумма перемещений всегда постоянна. Чем быстрее тело будет перемещаться по координатам пространства, тем медленнее оно будет двигаться по координате времени, потому что вектор движения будет отклоняться в сторону координат.

Для наглядности:

Чем больше скорость в пространстве, тем больше фиолетовая стрелка “наклоняется вниз” и тем меньше становится скорость во времени.

Если скорость в пространстве будет равна скорости света, то скорость во времени будет нулевой (несложно проанализировать).

Насчёт разгона. Используя теорему пифагора мы можем вывести формулу отношения скорости во времени для движущегося тела к “временной” скорости относительно неподвижного объекта.

t = √(1 – v^2/c^2)

v – скорость в пространстве

c – скорость света в вакууме

Потом огромная работа по переносу релятивистских правил на механику Ньютона и вот формула для полной энергии частицы:

E = mc^2/√(1 – v^2/c^2)

Тут, если мы подставим скорость в пространстве равную скорости света, то в знаменателе дроби получится ноль. Деление на ноль даёт бесконечность (на ноль делить нельзя, я лишь имею ввиду, что энергия частицы будет стремиться к бесконечности). То есть любое массивное тело может перемещаться со скоростью света, только если у него бесконечная энергия, что является абсурдом.

Ну как-то так. Надеюсь более менее понятно объяснил. Если что-то непонятно, спрашивайте в комментариях.

Потому что, если у твоего пк максимум 30 фпс в чём либо, то он больше 30 фпс и не будет. Так и вселенная. 30 фпс – это шутка 😀

Вероятно, в условиях нашей Вселенной – нельзя. Но я предполагаю, что наша Вселенная является частью чего-то еще более крупного, например, чаем в стакане какого-то непостижимо крупного для нас существа, который размешивает этот “чай”, добавив в него “сахар” и “молоко”. Сумасбродство? А почему НЕТ? Ведь весь мир состоит из ПОДОБНОГО. Например… Читать далее

Знаю что можно разогнать левитаторный космолёт до скорости многократно превышающей скорость света.

На примере разгона элементарной частицы в ускорителе понятно , что поскольку волновая скорость разгоняющего частицу поля сама по себе ограничена скоростью света , то и частица не может двигаться быстрее этой скорости . Элементарный пример : скорость тележки толкаемой человеком не может быть более скорости человека , думаю что такая аналогия уместна… Читать далее

Точно, нечем экспериментально разогнать.Но это не отменяет факта наличия частиц превышающих эту скорость… Читать дальше

Скорость света-это не скорость летящего фотона-как пуля.
Скорость света-это скорость передачи импульса энергии от фотона к фотону на протяжении прямой удалённой на расстояние равное скорости света за одну секунду принятой в научных кругах.
Что бы разогнать какую либо массу материи быстрее скорости света необходимо придать массе импульс энергии… Читать далее

Это точно, что нечем будет разгонять. По мере приближения к скорости света импульс передачи энергии всё меньше и… Читать дальше

У наших предков, славяно-ариев, была единица измерения “сиг”, равная одной трёхсотмиллионной доли секунды. Как думаете зачем им нужна была такая единица измерения времени. Да, чтобы путешествовать в междумирье. Думаю, что скорость перемещения была больше скорости света.

Вакуум это среда. Все что есть в этой среде, свет, предметы, люди, это ее возмущения. Так как все состоит из атомов, те в свою очередь из более мелких частиц, в конечном счёте из энергии. Элементы среды не могут быть отличны от её. Это как в воде, водная среда и волны её создания. У колеблющихся волн всегда одна скорость. Лодка несущаяся по воде, не… Читать далее

ересь. Потому как достаточно изолироваться от окружающего пространства, что бы законы физики перестали на вас… Читать дальше

элементарные частицы там никто не разгоняет, там разгоняют и сталкивают протоны. Да и что такое элементарные… Читать дальше

Потому что, это “что – либо” само при разгоне уже до околосветовых скоростей распадётся на фотоны – кванты света!!! На дополнительный вопрос “почему сами фотоны нельзя разогнать выше константы скорости света в вакууме, отвечу двояко: 1) фотоны не имеют электрического заряда и считаются безмассовыми частицами, поэтому… Читать далее

“фотоны не имеют электрического заряда и считаются безмассовыми частицами”. Ну, безмассовыми они считаются в… Читать дальше

Думаю и до трети скорости СВЕТА невозможно разогнаться. Двигатели на перемещение будут черпать энергию из массы космолёта и всего того, что в нем находится. Поэтому космолёт и всё разложится на атомы. По сути, испариться задолго до достижения скорости СВЕТА. Вещество в двигателе выделяет энергию за счёт своей массы, поэтому с увеличением скорости… Читать далее

Экипаж сдохнет от радиации.

Вообще то можно, но надо диалектику учить, а она имеет и хороший математический аппарат прорабатывающий её закономерности. Но тут печалька, мы не знаем как его применить исходя из нашего мировоззрения. мы не понимаем что сначала всё исследуется мыслью, а потом уже это оформляется в приборном варианте, это не случайно, мы ленимся развивать себя… Читать далее

Слышал, что некоторые явления во Вселенной могут протекать со сверхсветовой скоростью, как это возможно?

Физик и популяризатор, сотрудник Института прикладной физики РАН · physh.ru

Несмотря на рспросространённое заблуждение, в природе отсутствует запрет на перемещение объектов со скоростью выше скорости света. Запрещено лишь с такой скоростью передавать энергию (а следовательно, и вещество) и информацию.

Типичные примеры сверхсветового движения в обыденной жизни: солнечный зайчик или точка смыкания лезвий ножниц. Рассмотрим, например, зайчик.

Преположим мы с помощью зеркала отражаем луч лазера в сторону Луны. На её поверхности возникает «зайчик»: светлое пятно от излучения лазера. Если мы немного повернём зеркало, то зайчик переместится. Из-за большого расстояния до Луны достаточно совсем небольшого поворота, чтобы зайчик пробежал от одного края лунного диска до другого. Скорость его перемещения легко может превысить скорость света.

Почему это не противоречит запрету на скорость передачи энергии и информации? Потому что зайчик не является материальным объектом. Это лишь условное название подсвеченного места. Само место, конечно, материально, но при движении зайчика атомы, на которые падает свет, никуда не двигаются. Материальным объектом является также свет лазера, но он переносит энергию от зеркала к зайчику, а не от того места, где зайчик был мгновение назад, к тому месту, где он сейчас.

Вообще, все примеры сверхсветовых движений в конечном итоге объясняются тем, что двигаются при этом нематериальные объекты, не способные переносить ни энергию, ни информацию.

Прочитать ещё 11 ответов

Почему скорость света не может быть больше, чем 300 000 км/сек?

phd @ princeton astro | haykh.github.io

Если вопрос состоит в том, почему вообще существует предел скорости света, то ответ состоит в том, что иначе света бы вообще не существовало. Если бы электромагнитная волна распространялась бесконечно быстро, то никакого колебания в волне бы не было, так как волна бы сразу улетала в бесконечность. А если нет электромагнитных волн, то нет фотонов, нет вообще переносчиков электромагнитного взаимодействия, и у вас тупо не образовалась бы Вселенная.

Другим более фундаментальным (и более научным) объяснением этого факта является то, что наше пространство и время нераздельно связаны. Искривление, сжатие/расширение происходит не только отдельно трёхмерного пространства, но всего четырёхмерного пространства (включая время). Соответственно, должен существовать некий размерный параметр, который бы обозначал связь пространства со временем. Совершенно логично, что этот параметр совпадает с максимально возможной скоростью движения, так как большие скорости обозначали бы нарушение этой самой связи.

Если же вопрос состоит в том, почему именно ~300,000 км/сек, а не, скажем, ~10,000 км/сек или ~5,000,000 км/сек – то никто этого не знает. Такой же вопрос можно задать относительно любой фундаментальной константы, почему масса бозона Хиггса именно такая, почему постоянная Планка такая и т.д.

Теория не даёт ответов на эти вопросы. Но есть несколько фундаментальное размышление на эту тему, которое называется антропным принципом: если бы значения констант были бы другими, то мы бы не существовали и, соответственно, не смогли бы задавать этот вопрос.

Прочитать ещё 7 ответов

Что (хотя бы теоретически) может быть быстрее света?

В квантовой физике есть теоретическая частица по имени тахион, ключевым свойством которой является способность движения быстрее скорости света. Человеку, который слышал про замедление времени при приближении к скорости света сложно представить, как должна работать такая скорость. И еще больше, наверно, должен удивить тот факт, что предполагаемая масса этих самых тахионов не просто комплексная, а чисто мнимая.

Подробнее про эту непонятную штуку читайте на вики.

wikipedia.orgИли тут:

quantum-tech.ru

Прочитать ещё 5 ответов

Физики утверждают, что скорость света — это максимальная скорость, а космологи — что нет. Кто-то врет, или есть более общая теория, которая их примиряет?

Это описывает общая теория относительности. Космологи (а также астрофизики), конечно, тоже физики =) Но от всех остальных они отличаются тем, что постоянно работают в общей теории относительности, которая и описывает то самое сверхсветовое движение. Остальным обычно хватает более узкой специальной (нем. spezielle — частная) теории относительности, которая не описывает гравитации, и поэтому там сверхсветового движения нет.

Что запрещает специальная теория относительности? Движение материальных объектов со скоростью больше скорости света. Тут все слова важны:

Движение материальных объектов — при этом, скажем, расстояние между двумя объектами в системе третьего может увеличиваться быстрее скорости света. В специальной теории относительности такая скорость не равна скорости одного из объектов в системе отсчёта другого. (Первая получается простым сложением, как и положено геометрически, а вторая — по релятивистской «формуле сложения скоростей».)

Движение материальных объектов — при этом, например, тень или солнечный зайчик могут двигаться быстрее скорости света, как это и предписывает геометрическая оптика.

[Комар на Земле движется со скоростью 5 мм/сек — тень комара на Луне движется со скоростью 12.7 км/сек.] Иллюстрация: Prof Gregory J Gbur / skullsinthestars.com

Другое дело, что свет распространяется не мгновенно, и поэтому положение тени будет соответствовать чуть более раннему положению объекта.

Есть ещё запрет на передачу информации быстрее скорости света, но нам он сейчас не нужен.

Что к этому добавляет общая теория относительности? Расширение Вселенной. Запрет на сверхсветовое движение, который мы только что разобрали, по-прежнему выполняется — но только в малом.

Что это значит? Представьте себе, что вы муравей и живёте на воздушном шарике. У вас есть муравьиный дом, муравьиная работа и максимальная муравьиная скорость. Если вы идёте с работы домой, то ваше расстояние от работы не может увеличиваться быстрее, чем ваша максимальная скорость.

А теперь представьте, что шарик начали надувать. Тогда вы можете даже стоять, а расстояние до работы всё равно будет увеличиваться; а уж если пойти, то оно может увеличиваться даже быстрее вашей максимальной скорости. Правда, если шарик надувают совсем быстро, то и до дома вы не дойдёте, как бы ни бежали.

Почти буквально то же самое происходит при расширении Вселенной, только максимальная скорость ограничена не вами, а физическими законами, на месте двумерной поверхности шарика оказывается наше трёхмерное пространство, и у нас нет возможности посмотреть на происходящее снаружи (может, никакого «снаружи» и нет).

Мечты об окончательной теории. То, что всех примиряет общая теория относительности, на самом деле не совсем правда. Заметная часть физиков работает не с классическими объектами (как в моём описании), а с квантовыми. Их можно поселить в общую теорию относительности, но в таком гибриде ужа с ежом будут логические противоречия — их не видно во всех реальных физических экспериментах, но чтобы их исправить, нужно саму гравитацию описать квантовым образом, а этого мы не умеем. (Если бы эти противоречия было видно, построить квантовую теорию гравитации было бы гораздо проще!)

Прочитать ещё 18 ответов

Допустим человек будет двигаться выше скорости света, что он увидит вокруг?

Это зависит от того какой модели вселенной придерживаться, с какой скоростью лететь и куда смотреть.

А. Модель бесконечной однородной вселенной.

Посмотрим назад – ничего не увидим – сплошная тьма (фотоны не догоняют).
Посмотрим в бок – поле зрения будет разделено на две части – темную (сзади) и со звездами (спереди). По мере увеличения скорости наблюдателя темная часть должна увеличиваться, а со звездами уменьшаться. Если луч от звезды (поток фотонов) перпендикулярен траектории наблюдателя, то поток фотонов пересекается за минимальное время. При этом велика вероятность того, что глаз наблюдателя при пересечении потока фотонов не столкнется с таким количеством фотонов, которое выше порога восприятия глаза. Чем выше скорость движения наблюдателя, тем при большем отклонении от перпендикуляра лучи от звезд перестают восприниматься.
Смотрим вперед. При малом превышении скорости света почти ничего не изменится. Можно покрутить головой и увидеть, что скорость света действительно превышена.

Начнем увеличивать скорость наблюдателя, который глядит вперед и головой не вертит. (Напомню, что изображение на сетчатке. сохраняется в течение 0.1 с.) Возможны следующие эффекты:

Уменьшается диаметр круга, в котором видны звезды. Тьма с боков сжимает видимую вселенную.
Возможно часть близких звезд воспринимается не как точка, а как линия (как на фотографии звездного неба с экспозицией в час).
Увеличивается плотность звезд в видимой части вселенной и их яркость. И усиливающийся поток фотонов сожжет клетчатку и наблюдатель ослепнет.

Б. Модель Большого взрыва.

Она подразумевает, что объем Вселенной не бесконечен. Тогда изменения произойдут в пункте 3. модели А, и возможны два варианта.

Первый вариант. Наблюдатель увидит всё то, что указано в в модели А, также ослепнет, и больше ничего не увидит.

Второй вариант. Плотность звезд в видимой части вселенной увеличится не настолько, чтобы сжечь сетчатку глаз наблюдателя. И он увидит как эта плотность начнет падать. Между Звездами он увидит:

или границу Вселенной, если пространство не существует в отрыве от материи. Как такая граница выглядит гадать не берусь.
или ничего – пустое пространство (то есть темноту). Это если пространство может существовать независимо от известных нам видов материи.

P.S. В рамках данного вопроса и ответа человек может двигаться быстрее света, быть при этом живым и имеет обычные глаза. Это аксиомы для данного вопроса. иначе просто не интересно.

Прочитать ещё 5 ответов

Источник