Когда мы были детьми, мы были поражены тем, что Супермен может путешествовать «быстрее летящей пули». Мы могли даже представить его, преследующего снаряд, выпущенный из оружия, с вытянутой правой рукой и развевающимся за спиной плащом. Если бы он летел со скоростью, равной половине скорости пули, скорость, с которой пуля удалялась бы от него, уменьшилась бы вдвое. Если бы он действительно летел быстрее пули, он бы настиг ее и лидировал. Давай, Супермен!
Другими словами, воздушные выходки Супермена подчинялись взглядам Ньютона на пространство и время: положения и движения объектов в пространстве должны быть измеримы относительно абсолютной, неподвижной системы отсчета.
В начале 1900-х годов ученые твердо придерживались ньютоновского взгляда на мир. Затем появился математик и физик немецкого происхождения по имени Альберт Эйнштейн и все изменил. В 1905 году Эйнштейн опубликовал свою специальную теорию относительности, в которой выдвинул поразительную идею: не существует предпочтительной системы отсчета. Все относительно, даже время.
В основе его теории лежат два важных принципа. Первый утверждал, что одни и те же законы физики одинаково применимы ко всем постоянно движущимся системам отсчета. Второй утверждал, что скорость света - около 186 000 миль в секунду (300 000 километров в секунду) - постоянна и не зависит от движения наблюдателя или источника света. Согласно Эйнштейну, если бы Супермен преследовал луч света со скоростью, равной половине скорости света, луч продолжал бы удаляться от него с точно такой же скоростью.
Эти концепции кажутся обманчиво простыми, но они имеют некоторые умопомрачительные последствия. Одно из самых больших представлено знаменитым уравнением Эйнштейна, E=mc², где E - энергия, m - масса, а c - скорость света.
Согласно этому уравнению, масса и энергия являются одной и той же физической сущностью и могут превращаться друг в друга. Из-за этой эквивалентности энергия, которой объект обладает благодаря своему движению, увеличивает его массу. Другими словами, чем быстрее движется объект, тем больше его масса. Это становится заметным только тогда, когда объект движется очень быстро. Например, если он движется со скоростью 10 процентов от скорости света, его масса будет всего на 0,5 процента больше, чем обычно. Но если он будет двигаться со скоростью 90% скорости света, его масса удвоится.
Когда объект приближается к скорости света, его масса резко возрастает. Если объект пытается двигаться со скоростью 186 000 миль в секунду, его масса становится бесконечной, как и энергия, необходимая для его перемещения. По этой причине ни один нормальный объект не может двигаться со скоростью или быстрее скорости света.
Это ответ на наш вопрос, но давайте немного повеселимся и немного изменим вопрос.
Почти со скоростью света?
Мы ответили на первоначальный вопрос, но что, если мы подправим его, чтобы сказать: «Что, если бы вы путешествовали почти со скоростью света?» В этом случае вы испытаете некоторые интересные эффекты. Один известный результат - это то, что физики называютзамедлением времени, что описывает, как время течет медленнее для объектов, движущихся очень быстро. Если бы вы летели на ракете, движущейся со скоростью 90 % скорости света, время прохождения для вас сократилось бы вдвое. Ваши часы пойдут вперед всего на 10 минут, в то время как для земного наблюдателя пройдет более 20 минут
Вы также испытаете некоторые странные визуальные эффекты. Одно из таких последствий называетсяаберрация, и оно относится к тому, как все ваше поле зрения сузится до крошечного «окна» в форме туннеля перед вашим космическим кораблем. Это происходит из-за того, чтофотоны (эти чрезвычайно крошечные сгустки света) - даже фотоны позади вас - кажутся поступающими с прямого направления.
Кроме того, вы заметите экстремальныйэффект Доплера, из-за которого световые волны от звезд перед вами собираются вместе, делая объекты голубыми. Световые волны от звезд позади вас будут рассеиваться и казаться красными. Чем быстрее вы движетесь, тем более экстремальным становится это явление, пока весь видимый свет от звезд перед космическим кораблем и звезд сзади не станет полностью сдвинутым за пределы известного видимого спектра (цвета, которые могут видеть люди). Когда эти звезды выходят за пределы воспринимаемой вами длины волны, кажется, что они становятся черными или исчезают на фоне.
Конечно, если вы хотите путешествовать быстрее фотона, вам понадобится нечто большее, чем та же ракетная технология, которую мы использовали десятилетиями.
В статье, опубликованной в марте 2021 года в журнале Classical and Quantum Gravity, астрофизик Эрик Ленц из Геттингенского университета в Германии предложил идею реорганизации пространства-времени для создания варп-пузыря, внутри которого космический корабль мог бы путешествовать со скоростью, превышающей скорость света.
Часто задаваемые вопросы о скорости света
Есть ли что-нибудь быстрее скорости света?
Нет, нет. Когда объект приближается к скорости света, его масса резко возрастает - настолько, что масса объекта становится бесконечной, как и энергия, необходимая для его движения. Поскольку такой случай остается невозможным, ни один известный объект не может двигаться быстрее или быстрее скорости света.
Какова скорость света в милях?
Скорость света в вакууме составляет 299 792 километра в секунду, что соответствует 186 282 милям в секунду. Гипотетически это означает, что если бы объект мог двигаться со скоростью света, он мог бы обогнуть Землю 7,5 раз за одну секунду.
Почему "с" - это скорость света?
В уравнении Эйнштейна скорость света в вакууме представлена строчной буквой «с» для «постоянной» или от латинского термина «celeritas», что означает «скорость» в степени два (в квадрате).
Какова скорость света на Земле?
Скорость света может замедляться в зависимости от того, через что он движется. Свет изгибается при контакте с любым веществом, даже с пылью, вызывая небольшое снижение скорости. Тем не менее, свет, проходящий через атмосферу Земли, движется почти так же быстро, как скорость света в вакууме.