© ROOT-NATION.com - Тази статия е автоматично преведена от AI. Извиняваме се за евентуални неточности. За да прочетете оригиналната статия, изберете English в превключвателя на език по-горе.
Идеята за пътуване със скоростта на светлината вълнува не само писателите на научна фантастика, но и учените от много години. Светлината се движи с удивителната скорост от 299,792,458 1947 XNUMX метра в секунда. С тази скорост бихте могли да обиколите Земята повече от седем пъти само за една секунда и хората най-накрая биха могли да изследват Вселената отвъд нашата слънчева система. През XNUMX г. хората за първи път надминават скоростта на звука (която между другото е много по-бавна), проправяйки пътя за търговски самолети като Concorde и други свръхзвукови самолети. Но дали някога ще можем да пътуваме със скоростта на светлината?
Въз основа на настоящото ни разбиране за физиката и границите на естествения свят, отговорът за съжаление е не. Според Алберт Айнщайн специалната теория на относителността, описана от известното уравнение E=mc², скоростта на светлината (c) действа като вид космическа граница на скоростта, която не може да бъде надмината. По този начин пътуването със или по-бързо от скоростта на светлината е физически невъзможно, особено за нещо, което има маса, като космически кораби и хора.
Дори за много малки неща, като субатомни частици, количеството енергия (E), необходимо за достигане на скоростта на светлината, представлява значително предизвикателство. Големият адронен колайдер (LHC), най-големият и най-мощен ускорител на частици на Земята, е ускорил протоните възможно най-близо до скоростта на светлината. Въпреки това, дори един малък протон би изисквал почти безкрайна енергия, за да достигне скоростта на светлината, и хората все още не са разбрали какво всъщност означава „почти безкрайна енергия“.
Физиците и ентусиастите обаче са уверени, че няма основен закон на физиката, който да забранява на хората да пътуват в космоса – просто е много, много трудно. Така че днес, нека обсъдим няколко потенциални метода за междузвездно пътуване, от най-малко до най-правдоподобния, както се вижда от експерти в областта.
Прочетете още: Шумоизолиращите слушалки вредни ли са? Прозрения от аудиолози
Пътуване по-бързо от скоростта на светлината
Никога няма да можете да пътувате по-бързо от скоростта на светлината. Поне това разбираме благодарение на специалната теория на относителността на Айнщайн – революционна теория, която обедини пространството и времето, правейки ги взаимосвързани. Въпреки че е лесно да се каже, че бъдещият напредък във физиката може да преодолее това ограничение, прилагането на такава концепция на практика може да бъде много по-сложно.
Специалната теория на относителността е една от най-задълбочено тестваните теории в цялата физика. Това е така, защото това не е просто теория; това е а meta- теория. Това е набор от инструкции, които ни помагат да изградим други физически теории. Специалната теория на относителността ни учи как пространството и времето са фундаментално взаимосвързани. Естеството на тази връзка определя скоростта на светлината като основно ограничение на скоростта. Не става въпрос само за светлина или дори движение; става дума за самата причинно-следствена връзка.
Тази теория полага основата за връзката между миналото, настоящето и бъдещето. С други думи, пътуването по-бързо от светлината може да позволи пътуване във времето, което изглежда невъзможно в нашата вселена. Тъй като всички други съвременни физични теории са изградени върху теорията на относителността, всеки път, когато тестваме една от тях, ние също проверяваме теорията на относителността. Въпреки че може да грешим относно фундаменталната структура на пространство-времето, ограничението на скоростта на светлината е малко вероятно да бъде отменено.
Прочетете още: Използвайте го или го изгубете: Как AI променя човешкото мислене
Червееви дупки
Ограничението на скоростта на светлината също е свързано с очевидната невъзможност за дупки от червеи. Червеевите дупки са преки пътища в космоса, които свързват произволни две точки във Вселената. Тези странни обекти са естествено предсказание на общата теория на относителността на Айнщайн, която обяснява как гравитацията възниква от кривината и изкривяването на пространство-времето.
Общата теория на относителността допуска червееви дупки чрез изкривяване на пространство-времето по много странен начин. Има обаче едно малко предупреждение: тези обекти са катастрофално нестабилни. В момента, в който нещо, дори един фотон, се опита да премине през гърлото на червеева дупка, той веднага се разкъсва. Единственият известен начин за стабилизиране на червеева дупка е чрез въвеждане на нишка от екзотична материя в нея. Тази материя има отрицателна маса, която, подобно на пътуването във времето, изглежда е забранена в нашата Вселена.
Напълно възможно е нашите бъдещи потомци да открият алтернативен начин за стабилизиране на червеевите дупки и превръщането на междузвездното пътуване в реалност. Въпреки това, времето, което може да отнеме, за да се разкрият необходимите открития във физиката, може да се окаже по-дълго от пътуването до самите звезди.
Прочетете още: 6 очарователни факта за гравитационните вълни и LIGO
Корабите на поколенията
Докато изпращането на космически кораб до друга звезда може да не представлява основен физичен проблем, то представлява множество инженерни предизвикателства. Една от завладяващите идеи за междузвездни пътувания включва създаването на кораби от поколение - големи, бавно движещи се плавателни съдове, където повечето пътници не биха доживели, за да стигнат до местоназначението си. Вместо това те ще живеят поколения наред на борда на самоподдържащ се град-кораб, който в крайна сметка ще достигне друга звезда.
Технически човечеството вече е междузвезден вид. Преди много години космическият кораб "Вояджър 1" прекоси хелиопаузата, границата на нашата Слънчева система, и навлезе в междузвездното пространство. Добрата новина е, че отне само няколко десетилетия, за да бъде постигнат този подвиг. Лошата новина обаче е, че това е само началото. Дори при невероятна скорост от над 57,940 1 км/ч, ако Вояджър 4.2 се насочи към Проксима Кентавър (въпреки че не е), нашата най-близка съседна звезда на разстояние от около 40,000 светлинни години, на космическия кораб ще са му необходими около 700,000 6,500 години, за да достигне своята дестинация. Този период от време предшества развитието на първите градове и появата на селското стопанство. Добрата новина обаче е, че слънчевата сонда Parker, благодарение на маневрите за подпомагане на гравитацията, в момента поддържа най-високата скорост от XNUMX XNUMX км/ч. Ако се насочваше към Проксима Кентавър, щеше да отнеме около XNUMX години, за да стигне. Напредъкът е очевиден.
И така, „корабът на поколението“ не е само шепа поколения, а стотици от тях, като всички трябва да живеят самостоятелно в празнотата между звездите, без допълнителни източници на вода, гориво, храна или резервни части. Защото дори 6,500 години са огромен период от време.
Прочетете още: Всичко за MicrosoftЕ Majorana 1 Квантовият процесор: пробив или еволюция?
Много, много бърз кораб
Други ентусиасти твърдят, че за да достигнете по-бързо до други звезди, нямате нужда от гигантски, тромав кораб. Вместо това трябва да е възможно най-малък. По този начин ракетите или други видове гориво могат да постигнат по-високи скорости, съкращавайки пътуването. Освен това теорията на относителността помага при високи скорости. Поради постоянството на скоростта на светлината движението в пространството се различава от движението във времето. Колкото по-бързо един обект се движи в пространството, толкова по-бавно се движи във времето. Когато скоростта се доближи до тази на светлината, една година за пътника може да се свие до месеци, дни или дори минути.
За съжаление, тези релативистични ефекти се задействат само когато даден обект достигне над 90% от скоростта на светлината, крайъгълен камък, който човечеството все още не е постигнало. Ускорителите на частици обаче редовно ускоряват частиците до скорости, близки до светлинните, така че това със сигурност не е невъзможно.
Предизвикателството се крие във факта, че имаме работа с малки частици, а не с масивни космически кораби. За да ускори нещо с размерите на човек до 90% от скоростта на светлината, може да изисква повече енергия, отколкото Слънцето произвежда за хиляда години. Но това е по-скоро инженерен проблем, отколкото фундаментално физическо ограничение.
Прочетете още: Тектонични промени в AI: Is Microsoft Залагайки на DeepSeek?
Традиционна концепция за варп задвижване
Традиционната научна фантастика концепция за варп задвижване включва изкривяване на пространство-времето по много специфичен начин: компресирането му пред кораба и разширяването му отзад. Теоретично това би позволило на космически кораб ефективно да пътува по-бързо от светлината, без реално да надвишава местното ограничение на скоростта. Въпреки това, по-ранни изследвания на тази идея предполагат, че ще са необходими екзотични форми на материя с „отрицателна енергийна плътност“, за да стане това възможно. Тези екзотични материали са чисто теоретични и не са наблюдавани и представляват значителни предизвикателства по отношение на тяхното създаване и стабилизиране.
В нашия ежедневен опит енергията винаги се разглежда като положителна. Дори във вакуум има малко количество положителна енергия, известна като „вакуумна енергия“ или „енергия на нулева точка“. Това произтича от Принципът на неопределеността на Хайзенберг в квантовата механика, която гласи, че винаги има енергийни флуктуации в една система, дори и в най-ниското възможно енергийно състояние.
Съществуването на отрицателна енергийна плътност е силно спекулативно и проблематично в рамките на известната физика. Законите на термодинамиката и енергийните условия в общата теория на относителността изглежда забраняват съществуването на големи количества отрицателна енергийна плътност. Някои теории, като напр Ефект на Казимир и определени теории за квантово поле, предполагат наличието на малки количества отрицателна енергийна плътност при определени условия. Въпреки това, тези ефекти обикновено са много малки и ограничени до микроскопични мащаби.
Тук влизат в действие нови изследвания. Изследователи в приложната физика са идентифицирали нов подход, който един ден може да направи възможна технологията за задвижване на основата. Екипът въведе концепцията за „двигател за задвижване на основата с постоянна скорост“, съобразена с принципите на относителността.
Новият модел елиминира необходимостта от екзотична енергия, вместо това използва сложна комбинация от традиционни и нови гравитационни методи за създаване на деформиран балон, способен да транспортира обекти с високи скорости в рамките на познатата физика. „Това изследване променя нашето разбиране за варп задвижванията“, каза водещият автор д-р Фукс. „Чрез демонстриране на първия по рода си модел ние показахме, че варп задвижванията не са отнесени към научната фантастика.“
Теоретичният модел на новия тип варп балон използва както традиционни, така и иновативни гравитационни методи, станали възможни благодарение на техния публично достъпен инструмент, Warp Factory. Това решение позволява транспортиране на обекти с високи, но подсветлинни скорости, без необходимост от екзотични източници на енергия. Това се постига чрез проектиране на задвижването на пространствено-времевата деформация да се държи гравитационно като обикновена материя, отбелязвайки първото решение от този вид.
„Въпреки че такъв дизайн все още ще изисква значително количество енергия, той демонстрира, че ефектите на деформация могат да бъдат постигнати без екзотични форми на материя“, добави д-р Кристофър Хелмерих, съавтор на изследването. „Тези констатации проправят пътя за бъдещи намаления на енергийните изисквания за варп задвижванията.“
За разлика от самолетите или ракетите, пътниците на борда на уорп кораб не биха изпитали никакви гравитационни сили. Това е в рязък контраст с някои изображения на научната фантастика. Изследването на екипа демонстрира как такъв кораб може да бъде построен с помощта на обикновена материя. „Въпреки че все още не сме стягали багажа за междузвездно пътуване, това постижение сигнализира за нова ера на възможности“, обясни Джани Мартире, главен изпълнителен директор на Департамента по приложна физика. „Ние продължаваме да постигаме стабилен напредък, докато човечеството навлиза в ерата на варп пътуванията.“
Екипът на приложната физика сега е фокусиран върху справянето с тези предизвикателства, като продължава да усъвършенства своите модели и да си сътрудничи с различни дисциплини и институции, за да превърне това, което някога е било фантастична мечта, в реалност.
Прочетете още: Най-очарователните иновации в роботиката за 2024 г
Заключения
Докато стоим на прага на нова ера в изследването на космоса, перспективата за създаване на варп задвижвания е по-примамлива от всякога. С всяко ново откритие и пробив, ние се приближаваме една крачка по-близо до звездите и безграничните възможности, които ни очакват в необятния космос. Докато човечеството се впуска в търсенето на пътуване, по-бързо от светлината, потенциално използвайки варп задвижвания, можем само да си представяме невероятните приключения и открития, които Вселената ни е подготвила.
В далечното бъдеще, ако приемем, че сегашното ни разбиране за физиката се поддържа (поне по отношение на пътуването по-бързо от светлината и червееви дупки), човечеството вероятно ще изпрати само шепа скромни мисии до други звезди и обитаеми планети. В рамките на нашата Слънчева система обаче има безброй места – стотици луни и хиляди астероиди – които един ден биха могли да бъдат наречени дом. Това е огромно пространство, пълно с мистерии, които все още не са разкрити.
Няма място като дома.
Прочетете още:
- Биомимикрия: Как природата вдъхновява инженерите за иновации
- Ядрени отпадъци: какво представляват и как се изхвърлят
