Prawdziwy powód, dla którego nie możesz jechać szybciej niż prędkość światła

Często uważany za jednego z najbardziej wpływowych naukowców wszechczasów, Albert Einstein miał niezwykły wgląd w prawa natury. Jednak jego praca ma bardzo rozczarowujący wynik, szczególnie dla miłośników nauki, którzy mają nadzieję pewnego dnia podróżować do odległych gwiazd. Jego teoria wykazała, że ​​istnieje największa prędkość we wszechświecie: prędkość światła. Oznacza to, że najkrótsza podróż w obie strony do najbliższej gwiazdy zajęłaby prawie dekadę.

Ale jak to działa? Nawet najbardziej oświeceni entuzjaści nauki często mają błędne lub przynajmniej niepełne zrozumienie, dlaczego nie można poruszać się szybciej niż światło.

Pisemna odpowiedź

To ograniczenie prędkości jest dziwnym faktem, całkowicie sprzecznym z naszą powszechną intuicją. W końcu, jeśli zbliżysz się do swojego samochodu i dodasz gazu, będzie jechał szybciej. I chociaż Twój samochód ma maksymalną prędkość, my znamy szybsze rzeczy, takie jak myśliwce i pociski.

Jednak przyspieszenie w końcu przestaje działać. Bez względu na to, jak bardzo się starasz, nie możesz jechać szybciej niż około 186 000 mil na sekundę (około 300 000 km/h).

Najczęstszym wyjaśnieniem tej kosmicznej prędkości jest to, że gdy obiekt porusza się coraz szybciej, jego masa wzrasta. To wyjaśnienie ma sens. W końcu pchanie góry jest trudniejsze niż pchanie kamyka. Jeśli masa obiektów staje się nieskończona, gdy zbliżają się one do prędkości światła, oczywiste jest, że nie można przełamać bariery prędkości – wymagałoby to nieskończonej energii.

Wyjaśnienie to ma wiele zalet i często jest wyjaśniane w ten sposób nawet na zajęciach z fizyki na poziomie licencjackim. (Cholera, nawet mnie uczono tego od czasu do czasu.) Ale tak nie jest Lepszy Odpowiadać.

Wszystko porusza się z prędkością światła

Aby naprawdę zrozumieć, dlaczego nie możesz poruszać się szybciej niż światło, musimy poznać podstawową ideę z teorii Einsteina. Podczas gdy nasze wspólne doświadczenie mówi nam, że przestrzeń i czas to dwie różne rzeczy, on zdał sobie sprawę, że są one bardziej podobne niż różne. Zamiast przestrzeni i czasu istnieje jedna rzecz zwana czasoprzestrzenią.

Być może ten pomysł jest bardziej intuicyjny przez analogię. Spójrz na dowolną mapę świata. Położenie na mapie możemy zdefiniować jako dwie liczby: szerokość geograficzną (liczba północ/południe) i długość geograficzną (liczba wschód/zachód). Chociaż istnieją pewne niewielkie różnice (na przykład robi się cieplej lub zimniej w miarę przesuwania się z północy na południe), nie ma różnicy między tymi dwoma kierunkami.

W czasoprzestrzeni jest podobnie. Jednostki mogą przemieszczać się w czasie lub przestrzeni, tak jak podróżnicy mogą decydować o ruchu wschód/zachód lub północ/południe.

A teraz główny wgląd. Jeden z profesorów Einsteina, matematyk Hermann Minkowski, przyjrzał się teorii względności Einsteina i zdał sobie sprawę, że na jej najgłębszym, najbardziej podstawowym poziomie teoria mówi, że każdy obiekt po prostu podróżuje w czasoprzestrzeni – częściowo w przestrzeni, a częściowo w czasie. . Kiedy teoria Einsteina została posunięta dalej, została ujawniona Wszystko Bramka Podróżuje w czasoprzestrzeni z tą samą prędkością – prędkość światła.

Aby łatwiej to zrozumieć, wyobraź sobie, że znajdujesz się w dużym i płaskim miejscu, na przykład w Bonneville Salt Flats w stanie Utah. Załóżmy ponadto, że jesteś w samochodzie z zablokowaną przepustnicą, tak że może on jechać tylko z jedną prędkością, 60 mil na godzinę (100 km/h).

A teraz usiądźmy za kierownicą i jedźmy. Jeśli jedziesz na wschód z prędkością 60 mil na godzinę, w ogóle nie poruszasz się w kierunku północ/południe. Podobnie możesz jechać na północ ze stałą prędkością, ale nigdy nie pojedziesz ze wschodu na zachód. Możesz też wybrać jazdę na północny wschód z prędkością 60 mil na godzinę, poruszając się w ten sposób ze wschodu na północ z prędkością około 42 mil na godzinę (69 km/h).

Jeśli poruszasz się ze stałą prędkością, najważniejsze jest to, że możesz poruszać się w dowolnym kierunku, ale nie możesz poruszać się w żadnym kierunku szybciej niż ta stała prędkość.

Są identyczne w czasoprzestrzeni. Obiekty poruszają się w czasoprzestrzeni z prędkością światła. Stacjonarny obiekt w ogóle nie porusza się w przestrzeni, więc obiekt porusza się w czasie z prędkością światła. Co więcej, żaden obiekt poruszający się w przestrzeni z prędkością światła nie ma już żadnej prędkości, aby poruszać się w czasie.

Tak więc absolutna maksymalna prędkość, z jaką obiekt może poruszać się indywidualnie w przestrzeni lub czasie, jest również prędkością światła. Zauważ, że ten pomysł wyjaśnia również dziwne cechy teorii względności, takie jak spowolnienie czasu dla obiektu, gdy jego prędkość staje się coraz większa. Obiekt, który najwięcej podróżuje w przestrzeni, najmniej podróżuje w czasie.

Ograniczenie prędkości to brutalna rzeczywistość

Powodem, dla którego tak trudno jest podróżować w przestrzeni z prędkością światła, jest to, że musisz odepchnąć obiekt od ruchu w kierunku czasu, aby poruszać się dalej w kierunku przestrzeni. I okazało się to trudne. Ale nawet jeśli ci się uda, nie możesz pokonać tej pojedynczej prędkości.

Otóż ​​to. Prawdziwym powodem, dla którego nie możesz podróżować w kosmosie szybciej niż światło, jest to, że zawsze podróżujesz w czasoprzestrzeni z prędkością światła. Najlepsze, co możesz zrobić, to przenieść cały swój wysiłek na poruszanie się w przestrzeni; Ale kiedy przesuniesz cały swój ruch w przestrzeń, nie pozostanie żadna prędkość. Tak jak samochód nie może jechać szybciej niż 60 mil na godzinę, to już koniec.

Czy to oznacza, że ​​w dniu, w którym wreszcie wydostaniemy się w przestrzeń międzygwiezdną, jesteśmy skazani na podróżowanie Nie szybciej niż światło? Podróż w obie strony do centrum galaktyki iz powrotem zajmuje 50 000 lat, aby podróżować z prędkością światła. Czy możemy zrobić lepiej?

Niestety, odpowiedź brzmi „nie” — przynajmniej nie bez nowego odkrycia naukowego. Napęd warp, hiperprzestrzeń i wszystkie opcje prędkości szybszej od światła ze znanej science fiction nie są prawdziwe — a przynajmniej nieznane naszemu lepszemu zrozumieniu praw natury. Należy pamiętać, że naukowcy odkryli wcześniej nieznane rzeczy, takie jak fale radiowe i radioaktywność, więc można sobie wyobrazić, że odkrycie zmieni wszystko. Myślę więc, że jest nadzieja.

Z drugiej strony, teraz, gdy wiesz już, czym jest czasoprzestrzeń, następnym razem, gdy twój szef zajmie się twoją sprawą tylko dlatego, że tam siedzisz, możesz mu powiedzieć, że to nie ma sensu. Poruszasz się tak szybko, jak tylko możesz.