Brzina svjetlosti

Jedno od najučestalijih pitanja koja dobivam je pitanje dal možemo razbiti barijeru svjetlosti odnosno što može i dal nešto može putovati brzinom većom od brzine svjetlosti. Teorija relativnosti kaže da ništa sa masom ne može putovati brže od svjetlosti. Fizičari će uvijek reć da ništa sa masom ne može putovati brže od svjetlosti. I to je točno. Relativnost stoji i ona je točna. Ništa sa masom ne može putovati brže od svjetlosti.
No ipak postoji nekoliko načina kako se može barijera svjetlosti razbiti, no ne na način kako to vidimo na televiziji i u filmovima, oni i dalje ostaju Sci-Fi.

Za početak ćemo proći kroz 4 najosnovnija, a kasnije ćemo upoznati i neke od mogućnost za razbijanje brzine svjetlosti pa krenimo redom.

1. Big bang (veliki prasak)
Veliki prasak se širio brže od brzine svjetlosti. U prvih 1 sekundu prasak nije bio ništa. Sljedećih nekoliko sekunda prije nego su se oformile prve čestice, veliki prasak je bio samo prazan prostor, nije bilo ni vakuma. Kako se ništa sa masom ne može kretati brže od brzine svjetlosti relativnost sa velikim praskom nije narušena. U trenutku stvaranja vakuma i oformljivanja prve strune brzina je pala te na brzinu svjetlost. Kako je broj struna rasao i kako se povečavala materija brzina se smanjivala.

2. Kad uperite đepnu svijetiljku noću u nebo i napravite sa upaljenom svijetiljkom nagao brz valni pokret, njena slika u principu može putovati brže od svjetlost. Naime ovdje se ne kreće nikakav materijalni objekt nebom već svjetlosna reprodukcija. Nema poruka,nema slika, zvučnih zapisa,
internet veze, nikakvih informacija, samo svjetlo koje se utrkuje nebom.

3. Kvantno sprezanje kreće brže od svjetlosti.
Ako imamo dva elektrona koji su vrlo blizu, prema kvantnoj teoriji oni mogu vibrirati u skladu. Ukoliko ih razdvojimo oni ostaju povezani i u skladu. Heisenberg je to nazvao elektronskom pupčanom vrpcom. Oni mogu biti udaljeni i tisuće svjetlosnih godina, no i dalje će jednako, na
jednak način i u jednakim vremenskim intervalima vibrirati. Ukoliko jednoga umirimo istog trena će se umiriti i drugi. Svaku promjenu uvedenu u stanje jednog elektrona će u istom vremenu osjetiti i drugi elektron. Znači da te informacije putuju brže od svijetlosti. Einstein je samo radi toga dugo osporavao kvantnu teoriju jer prema relativnosti, informacija se ne može prenositi brže od svijetlosti.
Prije nekoliko godina EPR eksperimentom je dokazano da informacija može putovati brže od svijetlosti i to sve samo zato jer je ta informacija krajnje slučajna i u potpunosti beskorisna. Evo jedan primjer takve informacije. Vaš prijatelj, nazovimo ga Mirko nosi dvije iste čarape svaki dan. Jedna je zelena, a druga je crvena. Vi znate da nosi jednu crvenu i jednu zelenu čarapu, ali ne znate na kojoj nozi je koja čarapa. Sve dok jednog dana ne sjednete na kavu i u dijeliću sekunde primjetite da na desnoj nozi ima crvenu čarapu. Istog tog trena znate da na ljevoj nozi ima zelenu čarapu. No ova informacija je krajnje besmislena i neiskoristiva. Sa njome ne možete poslati Morseov kod ili korisne informacije na udaljena mjesta.

4. Preko energije
Upotrebom energije za sužimanje prostora ispred i iza sebe sve dok se ne stvori val na čijem ćemo se vrhu kretati.Nije teško za izračunati kako će se takav val kretati brže od svjetlosti, no on se neće nikada zaustaviti.

Ukratko jedini način za razbijanje barijere svjetla može izaći iz teorije relativnosti i preko presavijanja prostor-vremena.

Ukratko čini se kako opća relativnost ipak brani putovanje brzinama većim od brzine svjetlosti. No kako je sa specijalnom teorijom relativnosti? Ona ipak ostavlja mjesta za putovanja brzinama većim od brzine svjetlosti, no opet kaže ništa sa masom ne može putovati brže od svjetlost. No upravo što specijalana relativnost ostavlja mjesta za putovanje brzinama većim od brzine svjetlosti postoje i neka trivijalna rješnja ovog problema. Pokušat ću objasniti neke od mogućnost i objasniti zašto da i zašto ne. Neka od ovih trivijalnih rješenja su vrlo popularna kod pseudoznanstvenika te ih često koriste u svojim “napadima”.

1.Čerenkovljev efekt
Jedan od načina za putovanje brže od svjetlosti je da se svjetlost uspori. Svjetlost u vakumu putuje brzinom c, no u gustom mediju brzina svjetlosti iznosi c/n gdje je n indeks loma medija (1.0003 za zrak, 1.4 za vodu). Dakle moguće je da se masene čestice kroz zrak ili kroz vodu gibaju brzinom većom od svjetlosti. Černkovljevo zračenje se dešava kao efekt. No kad pričamo o putovanjima brzinom većom od brzine svjetlosti pričamo o brzini svjetlosti u vakumu (299792458 m/s) stoga Černekovljev efekt nije primjer putovanja brzinom većom od brzine svijetlosti.

2.Promatrač sa treće strane
Uzmimo na primjer dvije rakete koje se udaljavaju sa Zemlje. Jedna putuje zapadno od mene brzinom 0.6c, a druga istočno od mene sa 0.6c. Ukupnja udaljenost između njih dviju koja se zapaža iz mog sustava je 1.2c.
Relativna brzina veća od brzine svjetlosti može se promatrati od strane treće osobe, dakle prividnu brzinu veću od brzine svjetlosti opaža promatrač iz trećeg sustava. No ipak to nije stvarna relativna brzina već prividna brzina. Prava brzina je ona koja se mjeri u raketama, a dvije brzine se u ovakvome slučaju ne dodaju putem Galilejeve relativistike w2 = (u-v).(u-v) = (ux – vx)2 + (uy – vy)2 + (uz – vz)2.
One se dodaju preko specijalne relativnosti
(u-v).(u-v) – (uXv)2/c2
w2 = ———————-
(1 – (u.v)/c2)2
U tom slučaju relativna brzina iznosi 0.88c što je manje od brzine svjetlosti te samim time nije putovanje brže od brzine svjetlosti.

3. Sjena i svjetlosna točka
Razmislite koliko brzo se može kretati sjena. Ako obližnjom lampom osvjetlite prst i proicirate njegovu sliku na obližnji zid i mahnete prstom primjetit će te da se sijena pomakne brže nego prst. Ako prst pomičete paralelno prema zidu brzina se množi sa faktorom D/d gdje je D udaljenost od lampe do prsta a d udaljenost od prsta do zida. Zapravo to može biti i puno brže, ukoliko je zid pod nekim šiljatim kutem. Što je zid udaljeniji kretanje sjene će biti sporije radi vremena potrebnog svjetlosti da dođe do zida, no brzina sjene je i dalje pojačana faktorom D/d. Brzina sjene stoga nije ograničena na brzinu manju od brzine svjetlosti.

Još jedna stvar koja može ići brzinom većom od brzine svijetlosti je proicirani snop laserske svjetlosti na Mjesec. Sa obzirom da je Mjesec od Zemlje udaljen 385,000 km. Pokušajte izračunati brzinu kojom se kreće laserska točka po Mjesecu kad laser na Zemlji pomičemo.To možete za lakši račun predočiti valom koj ukoso dolazi na divnu ravnu pješčanu plažu. Kolikom brzinom se može kretati čestica koja se nalazi na mjestu razbijanja val plažom?

Slične pojave dešavaju se i u prirodi.Svjetlost iz pulsa može zaobiči oblak prašine. Prilikom eksplozija javlja se i ljuska svijetlosti, a također se i kod zračenja emitira i svijetlost. Kad se udarna površina siječe stvara se svjetlosni krug koj se širi brže od svjetlosti. Ovu pojavu najlakše je uočiti kad se promatra munja, točnije kad elektromagnetski puls munje pogodi gornji sloj atmosfere.

Ovo jesu primjeri kad se nešto može kretati brzinom većom od brzine svijetlosti, ali na neupotrebljiv način. Ovi načini su fizički neobjektivni. Njima nije moguče slati informacije ni materiju, niti se preko njih može vršiti komunikacija.

4.Kruta tijela
Ako imamo dugi štap i kad udarimo jedan kraj štapa, zar se ne pomakne u istome momentu i drugi kraj? Zar to nije dovoljan dokaz komunikacije brže od brzine svijetlosti?

Zapravo i ne. Kad bi postojala savršena kruta tijela nebi bilo moguče. Udarac u jedan kraj štapa koji se prenosi zatim cijelim štapom se širi brzinom zvuka u materijalu, a ovisi o elastičnosti i gustoći materijala. Najveća brzina zvuka je u zraku, a ona pri temperaturi 20 °C iznosi 343 m/s (1235 km/h na 0 m nadmorske visine), a to je pak znatno manje od brzine svijetlosti.

5.Fazna brzina
Pogledajte ovu valnu jednadžbu

d2u d2u
— – c2 — + w2 u = 0
dt2 dx2
njeno riješenje je oblika
u = A cos( ax – bt )

c2 a2 – b2 + w2 = 0

odnosno kosinusni valovi proporcionalni sa brzinom v = b/a = sqrt(c2 + (w/a)2)
Izgleda da je ovo brže od svjetlosti. Jel ovo jednadžba za tahionsko polje?
Ne. Ovo je obična relativistička jednadžba za brzinu svake masene čestice. Ovaj paradok je riješen razlikovanjem brzina poznatih kao fazne brzine od vgr grupa brzine koje se računaju iz vgr = c2 / vph.
Također rješavanje ovog paradoksa je ukazalo na to da problemu relativnosti treba pristupiti ne sa Galilejeve relativistike već da problemu relativističke brzine treba pristupi kroz relativnosti i Lorentzovu relativistiku.

Ako valno riješenje ima disperzivnu frekvenciju val oblika paketa koj putuje u skupini ima brzinu daleko manju od brzine svijetlosti dok paketni val koj putuje u vormu kompozicije vlaka može imati brzinu veću od brzine svjetlosti.Primjer takve fazne brzine je gornji primjer sa čarapama.Ovakve informacije su beskorisne i ničemu ne služe, dešavaju se sasvim slučajno.

6.Superluminalne galaksije
Ako nešto doalzi prema vama gotovo brzinom svjetlosti i mjerenje očita brzinu dolazećeg objekta možete dobiti odgovor kako se dolazeći objekt giba brzinom većom od brzine svijetlosti. No to nije točno jer mjerni instrumenti ne uzimaju u obzir vrijeme potrebno da svjetlost dođe sa objekta do objekta. Takva brzina nije realna već prividna, ona je iluzija. Primjer toga su brzine gibanja galaksija.

7.Brzina gravitacije
Mnogi pseudo znanstvenici, posebice oni podložni teoriji holografskog svemira će reći da gravitacija putuje iznad brzine svjetlosti, pa sve do beskonačnosti. Einstein je u svojoj specijalnoj teoriji relativnosti rekao da gravitacija putuje brzinom svjetlosti. Kasnije je dr.Lenard Suskind u svojoj teoriji super struna rekao da gravitaciju prenosi obla struna koju je nazvao gravitron. Suskind je tvrdio da se gravitron kreće isključivo brzinom svjetlosti.Kasnije kad su znanstvenici uspjeli snimiti i izolirati gravitron ne samo da su dokazali teoriju struna već su i dokazali da gravitacija putuje brzinom svjetlosti. Isto je i potvrdila Sonda Gravity Probe B, ali i sonda GEO 600 koja je snimila sliku svemira i pozadinsko zračenje.

8.Kvantno tuneliranje
Kvantno tuneliranje je pojava u kvantnoj mehanici koja dozvoljava čestici da probije barijeru unatoč činjenici što nema dovoljno energije za to. Promatrajući tu pojavu upaža se da čestica izlazi prije nego što svjetlost prekrije to područje. Jel to potvrda FTL (faster then light) putovanja?
Odgovor je ne. No ipak nekolicina fizičara tvrd da su uz pomoć kvantnog tuneliranja uspjeli kroz barijeru debljine 11.3 cm prenjeti Mozartovu 40.simfoniju 4.7 puta većom brzinom od brzine svjetlosti. Taj eksperiment više nikada nisu uspješno ponovili niti je jedan laboratorij na svijetu uspio ponoviti njihov eksperiment.

9.Crvotočine
Crvotočine su cijevi koje povezuju udaljene točke prostora tako da put kroz njih može biti mnogo kraći nego put kroz normalni prostor. U načelu, crvotočina bi mogla biti takva da nam omogući put na drugi kraj galaktike za svega par sekundi, dok svjetlost putujući kroz normalni prostor do tamo treba tisuće godina. I premda smo se sa svjetlošću utrkivali nesportski upotrijebivši prečicu kroz crvotočinu rezultat se računa tj. ispada da smo efektivno putovali brže od svjetlosti i teorija relativnosti pokazuje da takvu crvotočinu možemo iskoristiti kao vremeplov i možemo se vratiti s drugog kraja galaksije prije nego smo uopće krenuli na put. No crvotočina nije povećanje brzine već smanjivanje udaljenosti. Kako smo smanjili udaljenost od točke A do točke B prije smo prošli put ali naša brzina se nije povećala i nikako nigdje nismo razvili brzinu približnu brzini svijetlosti.

10.Warp pogon

Warp pogon je teoretski mehanizam za savijanje prostor-vremenske matrice na taj način da se objektu omoguči putovanje brzinom većom od brzine svijetlosti. Miguel Alcubierre postao je poznat jer je prvi teoretski konstruirao takav pogon opisujući geometriju izvan prostor-vremena. No warp pogon ima nekoliko mana. Jednom kad se ubrza na brzinu veću od brzine svijetlosti ne može stati sve do sudara sa nekim objektom koji će ga uništiti. Za presavijanje prostora je potrebna enormna količina energije. Potrebnu količinu energije ne možemo razviti niti je jedan materijal može izdržati, a niti se može konstruirati sustav koji će je pohraniti.

Pojmove putovanje brže od svjetlosti i komunikacija brža brzinom svijetlosti su vrlo teški za definirati. Vidjeli smo da neke stvari mogu putovati brzinom svjetlosti ili brže (pa makar i prividno) no to nisu materijalne stvari jer ništa sa masom ne može putovati brzinom svijetlosti niti brže od nje. Niti nam to omogučuje FTL putovanja i komunikaciju.
Brzina svijetlosti uvijek ostaje konstanta i u vakumu uvijek iznosi 299 792,458 m/s i to se ne može promjeniti. Ali komunikacija brzinom svijetlosti je moguća i kroz 10 do 15 godina biti komercijalna.

About The Author

Urednik

Related Posts

Leave a Reply

Your email address will not be published.