На протяжении десятилетий скорость света считалась непреодолимым пределом в физике. Согласно специальной теории относительности Эйнштейна, никакой объект с массой не может достигнуть или превысить скорость света в вакууме — примерно 299 792 458 м/с.
Однако современные исследования в области общей теории относительности, квантовой гравитации и топологии пространства-времени позволяют по-новому взглянуть на этот предел. В этой статье «Рамблер» разберется, возможно ли путешествия быстрее света.
Искривление пространства: пузырь Алькубьерре
Одним из наиболее известных теоретических решений уравнений Эйнштейна, допускающих перемещение со сверхсветовой эффективной скоростью, стал так называемый пузырь Алькубьерре. В 1994 году мексиканский математик предложил искривленную метрику, в которой наблюдатель внутри пузыря пространства-времени перемещается быстрее света, не нарушая локальных физических законов (IOP Science).
Почему именно скорость света является абсолютным пределом
Суть модели — в локальном сжатии пространства перед объектом и расширении его позади. Объект остается неподвижным внутри пузыря, тогда как сам пузырь перемещается со сверхсветовой эффективной скоростью. Однако реализация такого пузыря требует отрицательной энергии — экзотической материи с отрицательной плотностью энергии. Наличие и стабильность таких форм материи остается гипотетической, несмотря на некоторые успехи в квантовой теории поля.
Квантовые эффекты и туннелирование
В квантовой механике давно известны явления, при которых частицы могут «туннелировать» через энергетические барьеры с эффективной скоростью, превышающей световую. Это туннелирование — например, в эффекте Джозефсона — породило споры о возможном нарушении причинности.
Однако большинство исследований приходят к выводу, что при этом не передается информация со сверхсветовой скоростью, а значит, фундаментальные принципы теории относительности сохраняются Об этом сообщается в Physical Review Journals.
Кротовые норы и «пространственные мосты»
Еще одним гипотетическим способом путешествий быстрее света является использование кротовых нор — решений уравнений Эйнштейна, допускающих соединение удаленных областей пространства-времени через короткий туннель. Первые теоретические разработки принадлежат Моррису и Торну. Однако устойчивость таких туннелей требует экзотической материи, аналогично пузырю Алькубьерре.
Современные попытки смоделировать стабильные кротовые норы в рамках квантовой теории гравитации пока не дают однозначных решений. Например, в Cornell University в рамках петлевой квантовой гравитации и теории струн обсуждаются «голографические черви» и ER=EPR-гипотеза, связывающая запутанность частиц с геометрией пространства.
Нарушение причинности и парадоксы
Любая форма путешествий быстрее света порождает парадоксы причинности. При наличии движущихся систем и преобразований Лоренца, сверхсветовое перемещение может восприниматься как перемещение назад во времени, что приводит к логическим противоречиям (например, парадокс убитого дедушки).
Теоретики пытаются обойти эти парадоксы, вводя многомировые интерпретации или модель хронологической защиты, предложенную Хокингом. Эта гипотеза предполагает, что законы квантовой гравитации запрещают формирование замкнутых временных петель.
Таким образом, на сегодняшний день никакое экспериментальное подтверждение возможности путешествий быстрее света не получено. Все упомянутые механизмы являются теоретическими, и каждый из них требует либо экзотических форм материи, неизвестных современной физике, либо новых форм взаимодействия, выходящих за пределы Стандартной модели, либо радикального пересмотра понятия времени и причинности.
Ранее мы писали, когда человечество сможет колонизировать Марс.
