Будут ли люди когда-нибудь двигаться быстрее света?

Даже если теория относительности говорит, что мы не можем, и путешествие со скоростью света приносит свои сложности, возможно, в будущем наука найдет способ, с помощью которого люди смогут двигаться быстрее света.

Специальная теория относительности Эйнштейна определяет наше понимание как течения времени, так и скорости, с которой могут двигаться объекты. В специальной теории относительности скорость света является пределом скорости Вселенной. Ничто не может двигаться быстрее, чем это. Каждый движущийся объект во Вселенной ограничен этим фундаментальным ограничением.

Скорость и масса

Это не что-то вроде скорости звука. Ранние ученые задавались вопросом, сможем ли мы когда-либо двигаться быстрее этой скорости, не из-за какого-то фундаментального закона Вселенной, а потому, что мы не знали, смогут ли наши инженерные и материаловедение выдержать экстремальную турбулентность, создаваемую движением на таких скоростях. Но предметы повседневного обихода уже превосходят скорость звука. Например, треск хлыста вызван тем, что его кончик создает звуковой удар, поскольку он движется быстрее скорости звука.

Проблема с попыткой превзойти скорость света заключается в том, что чем быстрее вы движетесь, тем больше у вас кинетической энергии. Но теория относительности говорит нам, что энергия — это то же самое, что и масса, поэтому чем быстрее вы движетесь, тем массивнее становитесь (и да, это означает, что движущийся бейсбольный мяч имеет большую массу, чем стоящий на месте, но это незначительный эффект).

Когда вы приближаетесь к скорости света, ваша масса раздувается до бесконечности. Чем ближе вы приближаетесь к скорости света, тем больше выходит из-под контроля ваша масса. При более высоких массах вы должны прилагать больше усилий, чтобы ускориться, и вы быстро окажетесь в положении, когда для преодоления скорости света потребуется бесконечное количество энергии.

Изучение скорости света

Это не просто вопрос умной инженерии или придумывания какого-то трюка — это встроено в ткань вселенной.

Тем не менее, есть предложения по разработке специализированных устройств, которые предположительно могли бы преодолеть этот предел, не нарушая при этом теорию относительности. Эти концепции работают, потому что специальная теория относительности — это закон локальной физики: он говорит вам, что вы никогда не сможете измерить близлежащее движение, движущееся быстрее скорости света.

Например, червоточина может отправить вас в отдаленный пункт назначения быстрее, чем вы могли бы путешествовать в обычном пространстве в космосе, даже если вы могли бы путешествовать по червоточине так медленно, как хотите. «Двигатель Алькубьерре» — это, по сути, варп-двигатель, деформирующий пространство-время рядом с вами, чтобы он мог тянуть вас вперед так быстро, как вы хотите — даже быстрее света — ни разу даже не запустив ракету.

Но у этих причудливых идей есть два недостатка. Во-первых, для функционирования каждой из них требуется использование какой-то экзотической формы материи, а именно материи с отрицательной массой. Отрицательная масса действительно странная. Если бы вы уронили мяч с отрицательной массой, он бы взлетел. Если вы ударите по мячу, он покатится в противоположном направлении и так далее. Это полностью разрушило бы все, что мы знаем о движении и импульсе, и у нас нет абсолютно никаких примеров существования отрицательной массы в нашей Вселенной. Без отрицательной массы вы не сможете построить червоточину или варп-двигатель.

Во-вторых, способность двигаться быстрее света автоматически позволяет путешествовать во времени в обратном направлении. Как только вы придумаете способы обмана скорости света, вы сможете создавать сценарии, в которых сигналы (или космические корабли) могут возвращаться в исходную точку до того, как они улетят. Это создает всевозможные запутанные ситуации и парадоксы, нарушающие причинно-следственную связь, например, сброс бомбы, чтобы уничтожить ваш космический корабль до того, как он улетит, но если он не улетит, бомба никогда не будет доставлена.

Что возможно?

Поскольку причинно-следственная связь кажется важной в нашей вселенной, когда прошлое безопасно остается в прошлом и вызывает всегда предшествующие последствия, нарушение этого аспекта реальности также кажется недопустимым.

Предел скорости света встроен в самые фундаментальные отношения во Вселенной: отношения между пространством и временем, выраженные специальной теорией относительности. Каждый раз, когда мы проверяем эту теорию, мы также проверяем все остальные ее аспекты, включая ограничения скорости света. А специальная теория относительности, пожалуй, одна из самых хорошо проверенных теорий во всей науке. Уже более века он стоит прочно.

Это не означает, что когда-нибудь в далеком будущем человечество не сможет придумать новую теорию физики, которая полностью перепишет наше понимание скорости, пространства, времени и причинно-следственных связей. Что делает невозможным прямое исключение путешествий со скоростью, превышающей скорость света. Но на данный момент кажется, что мы и все остальное во вселенной навсегда застряли в медленном переулке.