Putem călători mai repede ca lumina?

Cu mult timp înainte de Imperiul Contraatacă (Star Wars: The Empire Strikes Back), înainte de Federația Unită a Planetelor (United Federation of Planets), Isaac Asimov a creat Fundaţia (Foundation), povestea epică a declinului şi căderii Imperiului Galactic (Galactic Empire).

Imperiul lui Asimov cuprindea 25 milioane de planete, călătoriile între acestea fiind efectuate cu ajutorul unor elegante nave spaţiale ce străbăteau galaxia.

 Nu putem calatori mai repede ca lumina

Putem merge mai repede! Credit: Craig Cormack, CC BY

Cum reuşeau aceste nave spaţiale să parcurgă uriaşele distanţe dintre stele? Deplasându-se prin hiperspaţiu, desigur, aşa cum chiar Asimov explică în Foundation:

„Deplasarea prin spaţiul obişnuit cu viteze care nu depăşeau viteza luminii ar fi putut continua … ceea ce ar fi însemnat că durata călătoriei până la cele mai apropiate sistemele stelare locuibile ar fi fost de ordinul anilor.

Prin hiperspaţiu, această regiune inimaginabilă care nu era nici spaţiu, nici timp, nici materie, nici energie, nici ceva anume, nici nimic, se putea traversa Galaxia într-un interval foarte scurt de timp”.

Despre ce vorbeşte Asimov aici? Ştia ceva despre o modalitate secretă cu ajutorul căreia s-ar fi putut efectua călătorii cu viteze mai mari decât a luminii?

Greu de crezut. Asimov a fost un scriitor de literatură ştiinţifico-fantastică care atunci când se confrunta în romanele sale cu o problemă fără rezolvare, inventa, pur şi simplu, o soluţie pentru aceasta.

Nu ne putem deplasa mai repede ca lumina

Nu ne putem deplasa mai repede ca lumina. Credit: Bastian Hoppe, CC BY-NC-ND

Nu puteți depăşi viteza luminii

Pe baza a ceea ce știm în prezent, este imposibil să ne deplasăm mai repede decât lumina, ceea ce înseamnă că imperiile, federațiile, confederațiile galactice sunt practic imposibile. Acest lucru este un inconvenient.

Pentru a putea totuşi depăşi viteza limită cosmică, scriitorii de literatură ştiinţifico-fantastică au inventat „motoarele warp”, „hiperspațiul”, „subspațiul” și alte trucuri care s-au întipărit în memoria cititorilor.

Toată lumea știe de nava spaţială Enterprise şi de modul prin care aceasta se putea deplasa prin spaţiul cosmic:

De asemenea, cu toţii ştim de nava spaţială Millennium Falcon:

Viteza luminii este viteza limită de deplasare în spaţiul cosmic

De ce nu putem depăşi viteza luminii?

Să ne amintim că oamenii au vorbit despre „bariera sunetului” până când aceasta a fost depăşită. Cu toate acestea, este mult mai greu să depăşim bariera reprezentată de viteza luminii.

În secolul al XIX-lea oamenii de ştiinţă au dezvoltat teoria luminii care a iscat multă nedumerire. În conformitate cu aceasta, pentru orice observator viteza luminii trebuie să fie aceeaşi (299.792.458 m/s).

Aceasta înseamnă că dacă încercaţi să prindeţi din urmă un fascicul de lumină, fasciculul luminos se va îndepărta de voi cu viteza de 299.792.458 m/s indiferent de cât de repede vă deplasaţi.

Şi ceea ce este chiar mai bizar este faptul că, chiar dacă vă deplasaţi cu 99% din viteza luminii, veţi constata că lumina se îndepărtează cu exact aceeaşi viteză de 299.792.458 m/s. La aceeași constatare va ajunge și un prieten de-al vostru care stă pe loc.

Mulţi oameni de ştiinţă din acea vreme nu au crezut această predicție ciudată, iar fizicianul american Albert Michelson (împreună cu colaboratorul său Edward Morley) au realizat un montaj experimental prin care au încercat să determine cum se modifică viteza luminii ca urmare a deplasării Pământului prin spațiu.

Experimentul Michelson-Morley nu a evidenţiat nicio variaţie a vitezei luminii. Aceasta părea să fie la fel, indiferent dacă au măsurat-o în aceeași direcție cu cea în care se deplasa Pământul sau într-o altă direcție.

Einstein şi relativitatea

Albert Einstein a conceput o întreagă teorie, numită teoria relativității restrânse, în jurul ideii că viteza luminii este aceeași pentru toți observatorii care o măsoară, indiferent de cât de repede se deplasează aceştia în raport cu lumina.

Teoria lui Einstein a prezis faptul că timpul și spațiul ar trebui să se întindă sau să se contracte atunci când cineva se deplasează cu o viteză tot mai mare. În consecinţă, din teoria relativității restrânse a rezultat o viteză limită pentru deplasarea în spaţiu: viteza luminii. Aceasta nu poate fi depăşită.

Relativitatea este o piatră de temelie a fizicii moderne și nu avem niciun motiv să ne îndoim de ea. Nimeni nu a observat vreodată un obiect care să se deplaseze mai repede decât lumina.

Trebuie aici să menţionăm că viteza limită a lui Einstein este de fapt viteza luminii în vid. Lumina încetinește atunci când trece prin apă sau sticlă, astfel încât este perfect posibil să mărim această viteză redusă a luminii până la viteza corespunzătoare în vid.

Orice se deplasează mai repede decât lumina în apă sau sticlă produce echivalentul luminos al unui boom sonic, aşa-numita radiaţie Cerenkov. Este ceea ce le conferă reactoarelor nucleare strălucirea de culoare albastră.

Motorul warp…

Dintre toate încercările propuse pentru depăşirea vitezei limită a lui Einstein, probabil cea mai plauzibilă dintre ele este „motorul warp”. Acesta a fost propus de fizicianul Miguel Alcubierre şi el nu încalcă viteza limită de deplasare în Cosmos.

Încercaţi să umpleţi o tigaie unsuroasă cu apă şi apoi adaugaţi o picătură de săpun în tigaie. Unsoarea se va îndepărta către marginile tăvii.

Motorul warp al lui Alcubierre face exact acelaşi lucru cu spațiul. Alcubierre a arătat că printr-o distribuție adecvată a materiei se poate contracta spațiul din fața unei nave spaţiale în timp ce spaţiul din spatele acesteia se va dilata.

În acest fel se formează o bulă mică în jurul navei care se poate deplasa cu viteza dorită. Deoarece spațiul se contractă în fața navei, aceasta nu se poate deplasa mai repede decât viteza luminii.

De fapt, nava s-ar afla în repaus faţă de bula warp, iar oamenii din interiorul navei nici nu ar simți acceleraţia acesteia.

Motorul warp și deformarea spațiului

O vizualizare a deformării spațiului produsă de motorul warp. Nava se află în repaus într-o bulă warp, în timp ce spaţiul din faţa acesteia se contractă, iar spaţiul din spate se dilată.

Există însă o mică problemă… Deformarea spaţiului propusă de Alcubierre poate fi generată doar prin încălcarea „condiţiei de energie slabă” („weak energy condition”).

Oamenii de ştiinţă nu pot dovedi că această condiţie de energie slabă este întotdeauna adevărată, dar orice încălcare a acesteia ar produce o mulţime de lucruri ciudate, cum ar fi o densitate de energie negativă sau găuri de vierme.

Tot pe baza încălcării acestei condiţii s-ar putea construi maşini de călătorit în timp. Cu toate acestea, niciodată nu s-a observat vreo încălcare a condiţiei de energie slabă.

În consecinţă, soluţia motorului warp nu poate fi exclusă în totalitate, dar nici nu este foarte plauzibilă.

Şi atunci, cum va ajunge omenirea la stele? Va trebui să găsim o altă soluţie. Să trecem la treabă!

Traducere şi adaptare după Faster-than-light travel: are we there yet?

One thought on “Putem călători mai repede ca lumina?

  • 28 septembrie 2018 la 15:31
    Permalink

    In teorie constanta lumini se poate depasi fata de un reper fix fara a contrazice ecuatia lui Einstein, astfel:
    Solutia depasiri vitezei ar fi imprimarea unei viteze de deplasare a mediului de propagare a lumini sau a particulei
    Daca trimitem un fascicol de lumina sau un current electric printr-o naveta care se deplaseaza cu viteze procentuale din viteza lumini si asfel am depasi constanta viteza lumini fata de un punt fix dar nu si fata de mediul de propagare..
    Viteza de deplasare a galaxiei Calea Lacteie este de aproximativ 22.000.000, Pamantul se deplaseaza cu o Viteza de 30 km/s viteza de expansiune a universului este de 73.8 Km/s, cea mai mare viteza a unei nave spatiale 720000 Km/ ora, nu credeti ca este vre-o diferenta intre viteza de feplasare a unui fascicul laser sau electon daca il orientam in stanga sau in dreapta directiei de deplasare a pamantului fata de univers sau in diretia opusa sau paralel cu aceasta orientare nu viteza este constanta ceea ce denota limita maxima de viteza dintre electon (materie) sau lumina si mediul inconjurator, dar fata de un punct fix de referinta materia si lumina pot circula mai repede daca se afla intr-un mediu care se deplaseaza, solutia ar fi ca si mediul poate circula cu o viteza.Or ice mediu chear si vidul are in el un camp cuantic (materie- antimaterie), Higgs sau chear termic, o masurare simpla ar fi ca in vid de obicei in funtie de sursa de caldura sunt temperature diferite de 0 absolut (-273 C) chear si intr-un mediu lipsit de fotoni sau radiatii cosmice. Constanta de deplasare prin acest camp este viteza luminii, dar mediul acesta se poate deplasa si el cu o viteza in spatiu si elementele din el vor avea viteza lor de deplasare exemplu un foton plus viteza de deplasare a mediului in care este eliverat fotonul sau electronul.
    Albert Einstein spune ca viteza luminii este o constanta fata de mediul ei de propagare nu spunea nimic ca este viteza absoluta cu care se pot departa 2 punte in univers.
    Exemplu o naveta spatiala merge cu 30 % din viteza lumini. In interiorul ei se transmite un fascicol de lumina sau daca vreti un electron ce circula pe un cablu electric din coada navetei spre cabina de comanda.
    Care va fi viteza electronului sau a fascicolului de lumina din interiorul navetei ce pleaca din coada navetei spre comanda, fata de un punct fix (Exemplu Pamantul)
    a) 30%(viteza de deplasare a navetei) + (plus) c (constanta lumini) = 130 % viteza lumini.
    b) viteza lumini
    c) mai mica decat viteza lumini
    Se poate depasi de exemplu printr-o gaura neagra de tip vortex.
    Fiecare particula se poate deplasa cu maxim viteza lumini fata de mediul ei de referinta, intr-un vortex pe care daca il comparam cu o roata in miscare, axul find centrul vortexului iar marginea exterioara find raza sa, vom observa ca pentru un numar de rotatii a cercului in jurul axei sale, axa va avea o viteza mai mare de rotatie (centrifiga) decat exteriorul razei cercului. Fiecare micsorare a razei la un moment dat spre axul cercului avand viteza centrifuga (de rotatie) E=mc2 mai mica decat viteza lumini dar diferenta totala intre raza exterioara a cercului si axul gaurii negre fiind mai mare decat viteza lumini, fapt observat in inregistrarile astronomice ce duce si la absortia lumini si materiei in centrul ei si aspectul de gaura neagra.

    Răspunde

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.