Чи можливі подорожі зі швидкістю світла?
У науково-фантастичних фільмах глядачі часто бачать, як космічні кораблі борознять простори Всесвіту зі швидкістю світла. Вони з неймовірною легкістю доставляють людей до далеких зірок. Ну що вдієш — фантастика є фантастика! Проте тим людям, які не люблять фантазувати, і які закінчили нудні технічні виші, стає просто ніяково, коли на екранах кінотеатрів розгортаються подібні протиприродні події. І тоді вони встають прямо посеред сеансу, і починають шукати очима у темряві вихід із кінозалу. Після чого довго та нудно переконують касира повернути гроші. На тій підставі, що це не кіно, а цілковита нісенітниця! Ну, як можуть космічні кораблі літати зі швидкістю світла? Це ж формене неподобство! Це діти дивляться! Яке у них може скластися уявлення про цей світ! Абсолютно хибне!
Фізика проти польотів зі швидкістю світла
Отже, спробуймо розібратися, чому ж так розійшовся випускник технічного виша. І чи правий він, коли стверджує, що подорож зі швидкістю світла неможливе?
Людям, які трохи знають фізику, відомо, що чим сильніше прискорюється будь-який матеріальний об’єкт, тим більше енергії потрібно для цього прискорення. І щоб розігнати будь-яке тіло до швидкості світла або навіть близько до неї, у нас просто не вистачить палива!
Але припустимо, що ми знайшли якесь невичерпне джерело енергії. І прикрутили його до задньої частини космічного корабля. Найближча до нас зірка – Альфа Центавра. Якби ми полетіли туди зі швидкістю світла, нам би знадобилося понад чотири роки, щоб дістатися точки призначення!
Можливо це не так страшно для безпілотних місій. Але як бути з людьми? Чи зможуть вони витримати чотири роки у крихітному космічному кораблі, надіючись тільки на себе? Відповідь очевидна. Навіть якщо вченим вдасться побудувати надшвидкі космічні кораблі (що безсумнівно вимагатиме використання революційних нових технологій), люди поки що не готові жити в замкнутих просторах такі інтервали часу.
До того ж все, що потрібно людині для виживання, займає багато місця. І багато важить. Якби ми змогли виробляти нові матеріали, які були б набагато легшими, ніж сьогодні, можливо, люди з далекого майбутнього могли б досягати інших зірок зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Але це точно не можна зробити у наші дні.
Дослідження космосу постійно кидатиме виклик ученим. Тому що цей процес вимагає від нас подолання безлічі перешкод. Однак це не означає, що ми маємо перестати мріяти про подорожі зі швидкістю світла! Адже хтось знає! Можливо, в далекому майбутньому люди все ж таки зможуть це зробити.
Однак у наші дні теоретично неможливо подорожувати зі швидкістю світла. Але чому?
На цьому першу частину статті закінчено. Далі буде фізика та математика.
Чому навіть теоретично неможливо подорожувати зі швидкістю світла?
Давайте все ж таки докладніше розберемося, чому ж неможливо рухатися швидше за швидкість світла. І для початку згадаємо досить відоме і добре відоме рівняння: E = mc². Його вивів Альберт Ейнштейн. Я думаю, що цей відомий учений не потребує представлення. Теорія відносності, особливо спеціальна теорія відносності, ключова формула якої всім відома, є важливою віхою у цій галузі фізики. З чого складається це рівняння?
E = mc2
де:
E-енергія.
м – маса об’єкта.
c – швидкість світла, яка у формулі зведена у квадрат
Швидкість світла у вакуумі має значення 299792458 метрів в секунду (приблизно 300 000 км/с).
Що ми можемо зробити з цієї формули? Вона каже нам, що повну енергію можна вирахувати, помноживши масу тіла на квадрат швидкості світла. Тобто нам стає зрозумілим, що коли є маса, то є і енергія. І навіть у маленькій піщинці міститься її колосальна кількість!
В русі
Наведена вище формула враховує енергію лише у стані спокою. Тому вона не є вичерпною. До цієї формули необхідно додати ще один фактор, щоб повністю зрозуміти, чому ми не можемо подорожувати зі швидкістю світла.
Цю енергію, пов’язану з імпульсом, можна описати такою формулою:
E2 = (mc2)2 + (pc)2
де:
E-енергія.
m-маса
c– швидкість світла.
p– імпульс об’єкта, який утворюється шляхом множення маси об’єкта з його швидкість (p = mv).
Іншими словами, повна енергія тіла складається з його енергії спокою (mc2)2 та енергії, пов’язаної з рухом (pc2)2. Підвищення швидкості призведе до збільшення значення «p», що означає, що чим більше енергії перебуває в русі, тим більше це призводить до збільшення маси. А чим більше стає маси, тим більше енергії потрібно, щоб продовжувати прискорюватися.
Поки що виконується це рівняння, маса та енергія взаємозамінні як фізичні сутності. В результаті цієї еквівалентності маса об’єкта стрімко зростатиме в міру збільшення його енергії через прискорення, що триває.
Отже, ми з’ясували, що чим швидше рухається об’єкт, тим більша його маса. Але це очевидно лише тоді, коли об’єкт рухається з дуже високою швидкістю. Якщо він рухається зі швидкістю в 10 відсотків швидкості світла, його маса буде всього на 0,5 відсотка більше звичайної. Але якщо він рухатиметься зі швидкістю 90 відсотків від швидкості світла, його маса подвоїться. Але коли об’єкт спробує досягти швидкості світла, його маса та енергія, необхідна для руху, стануть нескінченними.
Саме тому будь-якому тілу, що має масу спокою, рухатися зі швидкістю світла не вийде за жодних обставин
