Чем опасен разгон до скорости света?
Если вы любите научную фантастику про космос, то наверняка знаете истории, где человечество путешествует по Вселенной на космических кораблях. Чтобы быстро перемещаться из одной точки необъятного космоса в другую, они оснащены варп-двигателями, которые позволяют достигать скоростей, превышающих скорость света (300 000 километров в секунду). К сожалению, на данный момент таких двигателей не существует. Но давайте представим, что они уже созданы и вы можете прямо сейчас отправиться в космическое путешествие? Допустим, у вас уже есть фантастический корабль и все, что вам остается — это запустить двигатель и отправиться в любую из понравившихся вам галактик. По словам представителей NASA, во время перемещения по космосу со скоростью света, у пилотов могут возникнуть серьезные проблемы. Чтобы рассказать о них, космическое агентство и художники представили мультфильм, в котором инопланетное существо отправляется в «космический отпуск». Получилось очень познавательно!
Кадр из мультфильма NASA
Варп-двигатель — вымышленный тип двигателей из научно-фантастических книг и фильмов. По словам фантастов, оснащенные ими космические корабли могут достигать скорости света и быстро перемещаться между галактиками. О варп-двигателях часто упоминается в фильмах и сериалах «Звездный путь» и книгах американского писателя Айзека Азимова.
Опасность скорости света
О видеоролике и истории его создания было рассказано в издании ScienceAlert. Хочется скорее перейти к сути мультфильма, поэтому в историю создания особо углубляться не будем. Скажу только то, что основную роль в его разработке играли эксперты из Goddard Media Studios, которые в основном и занимаются производством красивых видео для агентства NASA. По сюжету, забавное инопланетное существо построило космический корабль и собирается отправиться в космическое путешествие со скоростью света. Но он не знает о возможных проблемах, и закадровый голос вкратце о них рассказывает.
Итак, вы только что обновили свой космический корабль, и теперь он может летать со скоростью света. Мы не знаем, как вам это удалось, но поздравляем! Прежде чем вы улетите в космос, посмотрите это видео, чтобы узнать больше о проблемах, которые могут возникнуть при полете со скоростью света.
Отложив в сторону вопрос о том, как собрать космический корабль из фантастических фильмов, авторы сразу переходят к перечислению проблем:
- во-первых, при достижении скорости света у пилотов в корне меняется ощущение пространства и времени;
- во-вторых, при движении на огромных скоростях, космический корабль будет сталкиваться с немыслимым количеством космических частиц, которые могут буквально поджарить корпус;
- в-третьих, при слишком быстром достижении скорости света, корабль может не выдержать нагрузки и развалиться на части.
Подготовка к полету
В плане изменения ощущения пространства и времени все просто. Если вы полетите в другую галактику, вам может показаться, что полет занял всего лишь несколько дней, хотя на Земле уже пройдут тысячи лет. Этот момент отчасти показан в фильме «Интерстеллар», поэтому тем, кто не смотрел — еще одна рекомендация. Решить эту проблему невозможно, потому что таковы законы Вселенной. Можно лишь психологически подготовиться к тому, что к моменту приезда из «космического отпуска» у путешественника не будет ни работы, ни семьи.
«Один час на этой планете равен семи годам на Земле»
Для защиты от столкновения с космическими частицами необходимо как следует продумать конструкцию космического корабля. Даже в нынешних ракетах и кораблях используются материалы, которые не повреждаются от столкновений и выдерживают нагревание до высоких температур. Между внешней поверхностью конструкций и капсулой, в которой сидят астронавты, есть дополнительные слои, которые охлаждают воздух.
Кадр из фильма «Звездные войны»
А для решения третьей проблемы нужно придумать способ постепенного набора скорости. Хотя, с этим не должно возникнуть особых сложностей, потому что создание технологии мгновенного достижения скорости света кажется еще более тяжелой задачей. А если же скорость будет достигаться мгновенно, можно подумать о методах укрепления конструкции корабля, чтобы он выдерживал даже самые большие нагрузки.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете материалы, которые не были опубликованы на сайте!
Достижение скорости света
Примерный внешний вид устройства Breakthrough Starshot
Работы над созданием космических кораблей, способных разгоняться до скорости света, уже идут. Например, авторы проекта Breakthrough Starshot разрабатывают устройство, которое сможет набрать хотя бы 20% от скорости света. Когда он будет создан, его отправят к удаленной от нас на 4,37 световых лет звездной системе Альфы Центавра. В идеале, полет должен занять около 20 лет и еще 5 лет устройству понадобится для того, чтобы отправить нам уведомление о своем прибытии. На данный момент ожидается, что устройство будет представлять собой небольшую пластинку, которая ускоряется за счет направленных лазерных лучей. Подробнее о нем и аналогичном проекте NASA можно почитать в этом материале.
Что будет с человеком, если он разгонится до скорости света?
Все зависит от того ЗА КАКОЙ ПРОМЕЖУТОК ВРЕМЕНИ человек разгонится до скорости света!
Именно этот показатель будет решающим для жизни человека. Человек может спокойно себя чувствовать ДВИГАЯСЬ со скоростью света, а вот ДОСТИЧЬ этой скорости может по разному — живым человеком или комком бесформенной биомассы. Это зависит от ускорения и перегрузок которые возрастают пропорционально ускорению. Но пожалуй даже с умеренным ускорением человеку не хватит его средней продолжительности жизни. Но если вопреки все законам физики он достиг такой скорости, он должен чувствовать себя не хуже чем в самолете.
Он не сможет разогнаться до скорости света, так как по мере приближения к скорости света его масса будет стремиться к бесконечности. Со скоростью света могут двигаться только частицы, имеющие нулевую массу покоя — фотоны. По мере приближения к скорости света все процессы в его организме будут замедляться относительно первой неподвижной системы отсчета, продольные размеры сокращаться, а масса увеличиваться. Обратите внимание на то, что электромагнетизм является релятивистским эффектом, и закон Био-Савара-Лапласа, говорящий о создании электрическим зарядом, движущимся прямолинейно и равномерно, магнитного поля вокруг себя, указывает на "разницу" между движущимся прямолинейно и равномерно зарядом и покоящимся зарядом, который создает только электростатитческое поле. Электростатитческое поле, создаваемое покоящимся положительным электрическим зарядом, отталкивает другой покоящийся положительный заряд. Магнитное поле, создаваемое движущимся прямолинейно и равномерно положительным электрическим зарядом, наоборот притягивает другой положительный электрический заряд, движущийся прямолинейно и равномерно с той же самой скоростью и в том же самом направлении, в результате чего сила отталкивания двух положительных зарядов друг от друга ослабевает при переходе от состояния их покоя к состоянию прямолинейного и равномерного движения. Для разрешения этого парадокса и была создана СТО.
Что произойдет, если кто-то будет двигаться со скоростью, вдвое превышающей скорость света?
Насколько нам известно, человек не может двигаться со скоростью, вдвое превышающей скорость света. На самом деле, ни один объект с такой массой, как у нас с вами, не может двигаться быстрее скорости света.
Однако для некоторых странных частиц перемещение со скоростью, вдвое превышающей скорость света, возможно — и это может отправить эти частицы в прошлое.
Универсальный предел скорости
Одной из лучших физических теорий на данный момент является теория относительности, разработанная Альбертом Эйнштейном. Согласно этой теории, скорость света действует как универсальный предел скорости для всего, что имеет массу.
В частности, теория относительности говорит нам, что ничто, обладающее массой, не может ускориться сверх скорости света.
Чтобы ускорить объект с массой, мы должны добавить энергию. Чем быстрее мы хотим разогнать объект, тем больше энергии нам потребуется.
Уравнения относительности говорят нам, что для ускорения до скорости света всему, что имеет массу — независимо от того, сколько у него массы, — потребуется бесконечное количество энергии.
Но все известные нам источники энергии конечны: они ограничены в каком-то отношении.
Действительно, можно предположить, что Вселенная содержит лишь конечное количество энергии. Это означает, что во Вселенной недостаточно энергии, чтобы разогнать что-то с массой до скорости света.
Поскольку у нас с вами есть масса, не стоит ожидать, что в ближайшее время мы будем путешествовать со скоростью, вдвое превышающей скорость света.
Тахионы
Это универсальное ограничение скорости применимо ко всему, что мы можем назвать "обычной массой".
Однако существуют гипотетические частицы, называемые тахионами, обладающие особым видом массы, называемой "воображаемой массой".
Нет никаких доказательств существования тахионов. Но согласно теории относительности, их возможное существование нельзя исключать.
Если они существуют, то тахионы всегда должны двигаться быстрее скорости света. Точно так же, как нечто с обычной массой не может быть ускорено сверх скорости света, тахионы не могут быть замедлены до скорости ниже скорости света.
Некоторые физики считают, что если тахионы существуют, то они постоянно движутся назад во времени. Именно поэтому тахионы ассоциируются с путешествиями во времени во многих научно-фантастических книгах и фильмах.
Существуют идеи, что когда-нибудь мы сможем использовать тахионы для создания машины времени. Но пока это остается далекой мечтой, поскольку у нас нет возможности обнаружить потенциальные тахионы.
Короткие пути?
К сожалению, мы не можем путешествовать быстрее скорости света. Ближайшая к нам звезда, кроме Солнца, находится на расстоянии 4,35 световых лет. Таким образом, чтобы добраться до нее со скоростью света, нам потребуется более четырех лет.
Самая далекая звезда, которую нам удалось обнаружить, находится на расстоянии 28 миллиардов световых лет. Так что от составления карты всей Вселенной можно практически отказаться.
Тем не менее, относительность допускает существование "червоточин".
Червоточина — это короткий путь между любыми двумя точками пространства. В то время как звезда может находиться на расстоянии 4,5 световых лет в обычном понимании, через червоточину до нее можно добраться всего за несколько часов.
Если червоточины действительно существуют, они позволят нам преодолевать огромные расстояния за очень короткий промежуток времени, что позволит нам добраться до самых дальних уголков Вселенной за одну жизнь.
К сожалению, как и тахионы, червоточины остаются полностью гипотетическими.
Странные возможности
Несмотря на то, что мы не можем реально путешествовать быстрее света, мы все же можем попытаться представить, как бы это было.
Размышляя таким образом, мы используем "контрфактическое мышление". Мы думаем о том, что было бы или могло бы быть, если бы реальность каким-то образом изменилась.
Существует множество различных возможностей, которые мы могли бы рассмотреть, каждая из которых имеет свой набор физических принципов.
Поэтому мы не можем с уверенностью сказать, что произойдет, если мы сможем путешествовать быстрее света. В лучшем случае, мы можем предположить, что может произойти. Начнем ли мы путешествовать назад во времени, как это, по мнению некоторых ученых, могут делать тахионы?
Я оставляю на ваше усмотрение и воображение несколько идей! The Conversation
Что произойдет при путешествии со скоростью света
Задумывались ли вы о том, можно ли путешествовать со световой скоростью? Вероятно, при наличии необходимых технологий, которые помогли бы нам достичь такой скорости, мы смогли бы однажды полететь к краю Вселенной и увидеть, что находится за ее пределами?
Немного теории
Скорость света в вакууме — это постоянная величина, известная нам достаточно точно: так, свет движется со скоростью 299 792 458 метров в секунду. Это скорость распространения всех электромагнитных полей в вакууме, включая радиоволны, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение.
Согласно Специальной теории относительности Эйнштейна, ничто не может двигаться быстрее света. В обычных условиях свет для нас действительно движется мгновенно. Например, мы не успеваем увидеть, как фотоны отражаются от предметов и абсорбируются поверхностями в комнате, когда выключается свет, — настолько быстро это происходит.
Скорость света в пустом пространстве (вакууме) не зависит от относительной скорости между его источником и наблюдателем. Некоторые считают, что это утверждение противоречит здравому смыслу, тем не менее именно это было продемонстрировано экспериментально. Самый известный такой эксперимент был проведен физиками Альбертом Майкельсоном и Эдвардом Морли в конце XIX века. Они обнаружили, что скорость света одинакова во всех направлениях, вне зависимости от того факта, что Земля сама движется через пространство.
Человек и скорость
Люди определенно любят скорость. С тех пор как было изобретено колесо, а скорость уже не определялась силой наших ног, нам хотелось передвигаться быстрее и быстрее. Чем быстрее человек движется, тем в больший восторг он приходит (хотя, стоит заметить, что для некоторых высокие скорости — пугающая вещь). На сегодня человечество успело разработать невероятно быстрые самолеты, ультрабыстрые истребители, сверхбыстрые скоростные поезда и так далее. Однако у Вселенной в рукаве есть кое-что быстрее, чем что-либо нами достигнутое, — свет.
Итак, возможно, некоторые из вас как-то вечером после тяжелого дня, сидя с бутылкой пива или кружкой чая, задумывались о том, каково это — двигаться со скоростью света.
Что произойдет, если мы будем двигаться со скоростью света
Человек, движущийся со скоростью света, испытает замедление времени. Для него время будет протекать медленнее по сравнению с человеком, который стоит на месте. Кроме того, сильно изменится их поле зрения. Для человека, движущегося со скоростью света, Вселенная предстанет в форме туннеля перед аппаратом, на котором он путешествует. Рассмотрим эту увлекательную идею.
До XX века мир был уверен в правильности взглядов Исаака Ньютона на объекты и гравитацию. Однако в 1900-х не кто иной, как Альберт Эйнштейн, взял и навсегда изменил мир.
Теория относительности, предложенная им, прояснила множество вопросов, связанных с массой и энергией. Уравнение эквивалентности массы и энергии доказало, что масса и энергия взаимозаменяемы, то есть одно можно преобразовать в другое — и наоборот. Он также предположил, что не существует единственной стандартной системы отсчета. Все относительно, даже время. Тогда к нему и пришло понимание, что скорость света постоянна и не зависит от наблюдателя. Таким образом, если человек движется на 50% от скорости света в том же направлении, что и свет, то луч света будет выглядеть для него так же, как и для человека, стоящего на месте.
Что же касается эквивалентности массы и энергии, то в двух словах это означает, что, если объект движется на 10% от скорости света, его масса увеличится на 0,5% от изначальной массы. В то же время, если объект движется на 90% от скорости света, его масса увеличится вдвое.
Можем ли мы путешествовать со скоростью света
Нет, мы не можем двигаться со световой скоростью. Все дело в том, что при движении со скоростью света масса объекта экспоненциально увеличится. Представьте себе следующее: скорость света составляет почти 300 тысяч километров в секунду, и, когда объект движется с этой скоростью, его масса становится бесконечной. Следовательно, чтобы сдвинуть этот объект, потребуется бесконечная энергия (вспоминаем эквивалентность массы и энергии), что крайне непрактично.
Грубо говоря, именно по этой причине ни один объект не может двигаться со скоростью света (кроме самого света) или быстрее.
Что касается движения почти со скоростью света, скажем на 90% от нее, то нас ждут любопытные наблюдения.
Двигаясь (почти) со скоростью света
Прежде всего, движущийся с такой скоростью человек испытает замедление времени. Время для него будет протекать медленнее, чем для кого-то, стоящего на месте. Например, если человек движется на 90% от скорости света, то, когда для него пройдут 10 минут, для человека, стоящего на месте, пройдут 20 минут.
Стоит упомянуть и о серьезных изменениях в поле зрения. Для человека, движущегося — куда бы то ни было — на 90% от скорости света, как уже было упомянуто выше, Вселенная будет выглядеть так, будто он смотрит на нее через иллюминатор перед своим космическим аппаратом. Звезды, к которым он приближается, будут выглядеть синими, а остающиеся позади — красными. Это обусловлено тем, что световые волны от звезд перед ним будут скапливаться вместе, из-за чего объект будет выглядеть синим, а световые волны от звезд, остающихся позади, будут растягиваться и приобретать красный цвет, вызывая экстремальный эффект Доплера.
После преодоления определенной отметки человек погрузился бы во тьму, так как длины волн, попадающие ему в глаза, были бы вне видимого спектра.
Конечно, даже учитывая всю непрактичность и препятствия, связанные с путешествием со скоростью света (или почти), это определенно было бы то еще приключение.