Быстрее света

Считается, что самая большая скорость во Вселенной – это скорость света, она составляет около 300 тысяч километров в секунду. Однако совсем недавно физики из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса в Калифорнии и Университета Рочестера в Нью-Йорке смогли доказать, что и эту скорость можно превысить.

Скоростью света именуют абсолютную величину скорости распространения электромагнитных волн в вакууме. Она является одной из фундаментальных физических постоянных и на данный момент считается равной 299792458 метров в секунду, или 1079252848,8 километра в час. Согласно теории относительности Эйнштейна этот параметр не зависит от выбора инерциальной системы отсчета.

То есть скорость света в вакууме является одинаковой во всех системах координат, движущихся прямолинейно и равномерно по отношению друг к другу. Из этого следует, что скорость любого сигнала или элементарной частицы не может превышать скорости света. Если бы она не являлась постоянной величиной, то был бы нарушен принцип причинности и сигналы из будущего могли бы доходить в прошлое. Теоретически мы могли бы получать электронные сообщения, которые еще не написаны… Можно пофантазировать и насчет машины времени.

Хотя в принципе некоторые объекты способны передвигаться и со скоростью большей, чем свет, их нельзя использовать для переноса информации. Скажем, солнечный зайчик может двигаться по стене со сверхсветовой скоростью, но, если вы попытаетесь при его помощи с такой же скоростью перенести информацию от одной точки стены к другой, вам это никак не удастся.

Так что нельзя было бы применить это свойство солнечного зайчика для создания сверхбыстрых компьютеров, например.

Ученые во всем мире уже давно экспериментируют в лабораториях с изменением скорости световых импульсов, как замедлением их, так и ускорением. При этом в предыдущих опытах использовались самые разные материалы, например холодные атомные газы, светопреломляющие кристаллы и оптические волокна.

Не дремлют и разработчики космических аппаратов. Надежды здесь возлагаются в основном на использование в космических двигателях антиматерии. По мнению исследователей, более 20% Вселенной составляет загадочная темная материя, которая не пропускает электромагнитного излучения и которую невозможно увидеть. Однако ее следы обнаружить все-таки можно по наличию позитронов – античастиц, входящих в состав космических лучей.

Как полагают физики, темная материя состоит из вимпов – слабо взаимодействующих между собой тяжелых частиц. Для них характерны только слабое ядерное и гравитационное взаимодействия, поэтому их довольно сложно обнаружить экспериментальным путем. Масса вимпов должна как минимум в десятки раз превосходить массу протона. При этом они должны двигаться хаотически и со средней скоростью около 300 километров в секунду…

При контакте частиц обычного вещества и антивещества происходит их аннигиляция. При этом выделяется количество энергии, в тысячи раз превышающее выброс при ядерной реакции и в миллиарды раз – выброс при сжигании углеводородов. Таким образом, если бы удалось сконструировать двигатель, работающий на основе антиматерии, это стало бы настоящим прорывом и открыло перед человечеством невиданные перспективы.

И попытки делаются. Так, физик Мигель Алькубьерре планировал построить аппарат с так называемым варп-двигателем в форме мяча для регби, окруженного плоским кольцом. Но оказалось, что для этого потребуется сгусток антиматерии размером с Юпитер.
Сотрудник НАСА Гарольд Уайт модифицировал данный проект.

Теперь кораблю требовалось для движения всего полтонны антиматерии. Устройство позволяло искривлять пространство-время и двигаться в 10 раз быстрее скорости света. Это предполагало, что путь к ближайшей от Солнца звезде должен занять всего четыре-пять месяцев.

Главная трудность, связанная с проектом, – нестабильность антивещества. Всего треть грамма антиматерии может высвободить количество энергии, аналогичное тому, что «выплеснулось» при бомбардировке Хиросимы. Если же построить корабль по расчетам Уайта, то энергии вырвется столько, что хватит на полтора миллиона Хиросим, и земной шар может быть уничтожен…

Чем же отличились ученые из лаборатории Лоуренса и Университета Рочестера? Как пишет Physical Review Letters, им удалось смоделировать соответствующую ситуацию, используя в качестве среды для моделирования облако горячих заряженных частиц. Импульсы световых частиц – фотонов – при столкновении могут создавать волны, проходящие через вещество с так называемой групповой скоростью (в научной терминологии – «волна волн»).

Исследователи сумели оторвать электроны от ионов водорода и гелия в световом потоке, посылаемом через плазму вторым источником света, и групповая скорость этого потока стала меняться. Постепенно меняя электромагнитные условия, специалисты научились корректировать скорость световых волн в плазме, то замедляя ее до одной десятой от обычной скорости света в вакууме, то превышая на 30%.

Чем же может быть полезно данное открытие? Оно не только дает нам знание о реализации сверхсветовых скоростей, но и способствует созданию сверхмощных лазерных установок. В современных лазерах применяются твердотельные оптические материалы, которые при наличии высоких энергий легко повреждаются. Решить проблему помогло бы использование потоков плазмы для изменения световых параметров.

До межгалактических перелетов нам пока далеко, это факт. Зато уже в ближайшее время на основе этих установок можно будет создавать экологичные ускорители частиц и термоядерные реакторы, которые позволят генерировать колоссальные объемы энергии, не нанося ущерба окружающей среде. Например, топливом для таких реакторов мог бы стать лед, а не традиционный газообразный водород.

Лада КОВАЛЕНКО