Сверхсветовые скорости в природе
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
?ся нулевым! Путешественники при этом будут находиться в невесомости, как космонавты на околоземной орбите.
Алькубьерре доказывает, что путешествующие на его космическом корабле не претерпят растяжения времени. Согласно одному из следствий специальной теории относительности Эйнштейна, время течет с разной скоростью для наблюдателей, движущихся по отношению друг к другу. Возьмем двух космонавтов, А и В, отправляющихся в туманность Андромеды - огромную галактику, удаленную примерно на два миллиона световых лет от нас, Космонавт А летит на звездолете с двигателем Алькубьерре, а космонавт В - на старомодном звездолете, который будет всю дорогу развивать ускорение, равное земному ускорению свободного падения. Скорость В почти всю дорогу будет около световой. Благодаря растяжению времени космонавт В переживет весь полет, состарившись на 60 лет. Но так как галактика удалена от Земли на 2 миллиона световых лет, то на Земле за это время пройдет более 4 миллионов лет. Космонавт А проделает весь путь туда и обратно за один день.
Чего же не хватает для создания такого двигателя? Так называемой экзотической материи. Это же, пока лишь теоретически обоснованное, но никогда не наблюдавшееся в природе вещество необходимо и для создания машины времени. Экзотическая материя, в отличие от нормальной, окружающей нас, обладает отрицательной плотностью энергии. Два тела из обычной материи, с энергетической плотностью одинакового знака, притягиваются одно к другому силой гравитации. Так же ведут себя и два тела из экзотической материи, а два тела из материи с разными знаками энергетической плотности будут отталкиваться одно от другого. Именно отрицательная энергетическая плотность экзотической материи и движет звездолет.
Отрицательное вещество должно обладать очень необычными свойствами; к примеру, оно должно быть легче пустоты. Более того, оно должно летать. Если отрицательное вещество существовало в начале времен, то при рождении Вселенной оно должно было уйти в глубины пространства. В отличие от метеоритов, которые при случае обрушиваются на планеты под действием сил притяжения, отрицательное вещество должно убегать от планет. Его должны отталкивать, а не притягивать любые крупные тела, такие как звезды или планеты. Поэтому, хотя отрицательное вещество вполне может существовать в действительности, обнаружить его можно, скорее всего, только в глубоком космосе - и уж точно не на Земле.
В одном из проектов поиска отрицательного вещества в открытом космосе предлагается воспользоваться явлением, известным как линза Эйнштейна. Когда свет проходит мимо звезды или галактики, его траектория искажается под действием гравитационных сил в соответствии с общей теорией относительности. В 1912 г. Эйнштейн предсказал, что галактика может работать как линза телескопа. Свет отдаленного объекта, огибая близлежащую галактику, как если бы это была линза, собирается за ней в пучок и образует характерную интерференционную картину из концентрических окружностей. В таком виде он доходит и до Земли. В настоящее время подобные явления называют кольцами Эйнштейна.
Первая линза Эйнштейна была обнаружена астрономами в космосе в 1979 г. С тех пор подобные объекты успели стать для астрономов незаменимым инструментом. Вот лишь один пример. Когда-то считалось, что невозможно обнаружить в космосе скрытую массу (скрытая масса, известная также как темная материя - загадочная невидимая, но вполне массивная субстанция. Она окружает галактики и, возможно, во Вселенной ее раз в десять больше, чем обычной видимой материи). Но ученые NASA сумели составить карты распределения в пространстве скрытой массы, так как она отклоняет свет при прохождении через нее точно так же, как стекло искривляет свет.
Теоретически, линзы Эйнштейна должны помочь ученым в поисках отрицательного вещества и кротовых нор. Они должны определенным образом искажать траекторию света - и космический телескоп имени Хаббла должен быть в состоянии зарегистрировать такие искажения. До сих пор не удалось обнаружить ни отрицательного вещества, ни кротовых нор, но поиски продолжаются.
На рисунке, смотрите в низу, выполненном самим Мигелем Алькубьерре, показано возмущение пространства-времени, которое будет создавать его двигатель. На гребне этого возмущения корабль движется в направлении, указанном стрелкой. Перед кораблем пространство сжимается, делая доступными самые дальние звезды, позади расширяется, унося корабль все дальше от Земли.
Рис. 7 - Возмущение пространства-времени, которое будет создавать двигатель Алькубьерре
Возможность существования вещества с таким свойством предсказал еще в 1948 году голландский физик Хендрик Казимир. Он же рассчитал, что если отрицательная плотность энергии возможна, то две параллельные пластины из проводящего материала, помещенные в вакуум, должны чуть-чуть притягиваться друг к другу В 1958 году это явление было обнаружено в лаборатории и названо эффектом Казимира. Возможность существования экзотической материи предусматривается и в современной теории расширения Вселенной.
4. Гипотезы
.1 Сверхсветовые частицы
Частицы, движущиеся со скоростями, большими, чем скорость света, принято сейчас называть тахионами - от греческого слова тахис, что означает быстрый, стремительный. Досконально изучить свойства таких частиц можно будет, конечно, лишь после того, как их откроют в эксперименте. Однако некоторые особенност