سفر أسرع من الضوء: هل وصلنا إلى هناك بعد؟

استطيع ان اوصلك الى هناك بسرعة! رصيد الصورة: كريج كورماك

استطيع ان اوصلك الى هناك بسرعة! رصيد الصورة: كريج كورماك

بواسطةروبرت شيريروجامعة فاندربيلت

قبل وقت طويل من عودة الإمبراطورية للرد ، قبل اتحاد الكواكب المتحدة ، أنشأ إسحاق أسيموفالمؤسسة، الحكاية الملحمية لانهيار وسقوط إمبراطورية المجرة. تتألف إمبراطورية أسيموف من 25 مليون كوكب ، متماسكة معًا بواسطة سفن فضاء أنيقة تندفع عبر المجرة.

وكيف عبرت هذه السفن الفضائية الفجوة الشاسعة بين النجوم؟ من خلال القفز عبر الفضاء الفائق ، بالطبع ، كما يشرح Asimov نفسه في Foundation:

السفر عبر الفضاء العادي لا يمكن أن يستمر بسرعة أكبر من سرعة الضوء العادي ... وهذا يعني سنوات من السفر حتى بين أقرب الأنظمة المأهولة. من خلال الفضاء الفائق ، تلك المنطقة التي لا يمكن تصورها والتي لم تكن مكانًا ولا وقتًا ، ولا مادة ولا طاقة ، ولا شيء ولا شيء ، يمكن للمرء أن يجتاز طول المجرة في الفترة الفاصلة بين لحظتين متجاورتين من الزمن.

عن ماذا يتحدث أسيموف بحق الجحيم؟ هل كان يعلم شيئًا عن نظرية سرية للسفر بسرعة تفوق سرعة الضوء؟ بالكاد. كان Asimov يشارك في تقليد خيال علمي عظيم: عندما تواجه عقبة ثابتة في قصتك ، اصنع شيئًا ما.

لا شيء يسير أسرع من الضوء. رصيد الصورة: باستيان هوب

لا شيء يسير أسرع من الضوء. رصيد الصورة:باستيان هوبي



لا يمكنك التغلب على سرعة الضوء

تكمن المشكلة على حد علمنا في أنه من المستحيل السفر بسرعة تفوق سرعة الضوء ، مما يجعل من المستحيل وجود إمبراطوريات واتحادات وقارات وأية حضارات أخرى عبر المجرات. لكن هذا صحيحغير مريح. للتهرب من الحد الأقصى للسرعة الكونية ، ابتكر الخيال العلمي 'محركات الاعوجاج' و 'الفضاء الفائق' و 'الفضاء الجزئي' وغيرها من الحيل التي أصبحت متأصلة للغاية ، ولا يفكر عشاق الخيال العلمي في التفكير مرة أخرى.

يعلم الجميع ما تفعله المؤسسة عندما تفعل ذلك:

أو عندما يقوم Millennium Falcon بهذا:

أو عندما جوبيتر 2 ... في الواقع حاولت عائلة روبنسون الوصول إلى ألفا سنتوري دون أي مؤثرات خاصة:

حظا طيبا وفقك الله. رصيد الصورة: Lost in Space & apos ؛ المهجور & apos ؛

حظا طيبا وفقك الله. رصيد الصورة:ضائع في الفضاء 'المهجور'

لا عجب أنهم فقدوا في الفضاء.

يحدد الضوء الحد الأقصى للسرعة الكونية

لماذالا تستطيعحقا نتجاوز سرعة الضوء؟ بعد كل شيء ، كان الناس يتحدثون عن 'حاجز الصوت' حتى يتم كسر الحاجز. لكن سرعة الضوء تشكل عائقًا أصعب بكثير للتصدع. عندما طور العلماء نظرية الضوء في القرن التاسع عشر ، جاءت مع لغز خاص: بدا أن نظريتهم تظهر أن كل مراقب يجب أن يقيس نفس سرعة الضوء ، حوالي 186000 ميل في الثانية. لكن هذا يعني أنك إذا حاولت مطاردة شعاع من الضوء ، بغض النظر عن السرعة التي تتحرك بها ، فإن شعاع الضوء سيظل يطير بعيدًا عنك بسرعة 186000 ميل في الثانية. والأكثر غرابة هو أنك إذا كنت تتحرك بسرعة 99٪ من سرعة الضوء ، وكان صديقك واقفًا ثابتًا ، فسترى كلاكما الضوء يتحرك بعيدًا بنفس السرعة تمامًا.

لم يصدق العديد من العلماء في ذلك الوقت حقًا هذا التنبؤ الغريب ، وشرع الفيزيائي الأمريكي ألبرت ميكلسون (جنبًا إلى جنب مع مساعده إدوارد مورلي) في قياس كيفية تغير سرعة الضوء بسبب حركة الأرض عبر الفضاء. لكنهم مشهورونتجربة ميشيلسون مورليوجدت أي تغيير على الإطلاق. بدت سرعة الضوء متشابهة بغض النظر عما إذا كانوا يقيسونها في نفس الاتجاه الذي تتحرك فيه الأرض ، أو في اتجاه آخر - مثال نادر على عدم الاكتشاف الذي تبين أنه أكثر أهمية من الاكتشاف!

أدخل أينشتاين والنسبية

بدلاً من محاولة تفسير هذه الغرابة بعيدًا ، اعتنقها ألبرت أينشتاين. قام ببناء نظرية كاملة تسمىالنسبية الخاصة، حول فكرة أن سرعة الضوء هي نفسها لكل من يقيسها ، بغض النظر عن السرعة التي تتحرك بها بالنسبة للضوء. من أجل استيعاب هذا السلوك للضوء ، توقعت نظرية أينشتاين أن الزمان والمكان يجب أن يتمددا أو ينكمشا عندما يسافر شخص ما بسرعة متزايدة. ومن النسبية الخاصة ، تم وضع حد للسرعة الكونية: لا شيء يمكن أن يتجاوز سرعة الضوء.

النسبية هي حجر الزاوية في كل الفيزياء الحديثة ، وليس لدينا سبب للشك في ذلك - لم يلاحظ أحد قط شيئًا يتحرك أسرع من الضوء. هناك في الواقع توضيح بسيط ضروري هنا: حد سرعة أينشتاين هو سرعة الضوءفي الفراغ. يتباطأ الضوء عندما يتحرك عبر مادة مثل الماء أو الزجاج ، ومن ثم يصبح من الممكن تمامًا تجاوز هذه السرعة المنخفضة للضوء - حتى سرعته في الفراغ بالطبع. أي شيء يتحرك أسرع من الضوء في الماء أو الزجاج ينتج مكافئًا مضيئًا للطفرة الصوتية ، والتي تسمى إشعاع إيرينكوف. إنه ما يعطي المفاعلات النووية تحت الماء توهجها الأزرق الجذاب.

ولكن حول محرك الالتواء هذا ...

من بين جميع المحاولات للتذبذب خارج حدود سرعة أينشتاين ، ربما يكون أكثرها منطقية هو عالم الفيزياء النظرية ميجيل ألكوبيير'محرك الاعوجاج'. اقتراح Alcubierre لا ينتهك الحد الأقصى للسرعة الكونية - بل يتعدى ذلك. جرب ملء مقلاة مدهونة بالماء ثم ضع قطرة من الصابون في المقلاة. سوف يتطاير الشحم بعيدًا إلى جوانب المقلاة.

تصور لحقل الاعوجاج. تقع السفينة في فقاعة من الفضاء غير المتغير ، في حين أن ما هو أمامها يتقلص وما وراءه يمتد. رصيد الصورة: Trekky0623

تصور لحقل الاعوجاج. تقع السفينة في فقاعة من الفضاء غير المتغير ، في حين أن ما هو أمامها يتقلص وما وراءه يمتد. رصيد الصورة:تريكي 0623

محرك الالتواء Alcubierre يفعل الشيء نفسه معالفضاء نفسه. أظهر Alcubierre أنه من خلال التوزيع المناسب للمادة ، يمكنك تقليص المساحة أمام سفينة الفضاء الخاصة بك وتمديدها خلف سفينة الفضاء ، مما يخلق فقاعة صغيرة حول السفينة تتحرك بالسرعة التي تريدها. نظرًا لأن الفضاء يتقلص أمام السفينة ، فلن تتحرك السفينة رسميًا بشكل أسرع من سرعة الضوء. في الواقع ، ستكون السفينة في حالة راحة بالنسبة إلى فقاعة الالتواء ، ولن يشعر الأشخاص الموجودون داخل السفينة بأي تسارع. تحدث عن رحلة سلسة!

هناك مشكلة صغيرة واحدة فقط…. لا يمكن إنشاء الاعوجاج الفضائي لألكوبيير إلا من خلال انتهاك شيء يسمى 'حالة الطاقة الضعيفة'. لا يمكن للعلماء إثبات أن حالة الطاقة الضعيفة صحيحة دائمًا ، ولكن أي انتهاك سينتج عنه الكثير من الأشياء الغريبة ، مثل كثافة الطاقة السلبية ، وممكنالثقوب الدوديةأوآلات الزمن. رائع - سجلني لذلك! لكننا لم نشهد أبدًا أي انتهاكات فعلية لحالة الطاقة الضعيفة. لذا فإن محرك الالتواء Alcubierre يحتل نوعًا من منطقة الشفق الفيزيائي - ليس مستبعدًا تمامًا ، ولكنه ليس معقولًا أيضًا.

إذن كيف ستصل البشرية إلى النجوم؟ تم إغلاق الباب الذي يحمل علامة 'سفر أسرع من الضوء' في وجوهنا وإغلاقه بشكل ملحوم. سنضطر إلى التسلل بطريقة أخرى. اذهب للعمل!

المحادثة src = & apos؛ img / human-world / 84 / fast-than-light-travel.gif

روبرت شيريرهو أستاذ ورئيس قسم الفيزياء وعلم الفلك فيجامعة فاندربيلت.

تم نشر هذه المقالة في الأصلالمحادثة.
إقرأ الالمقالة الأصلية.