Когда мы были детьми, нас поражало то, что Супермен мог двигаться "быстрее пули". Мы даже могли представить себе, как он гонится за снарядом, выпущенным из оружия, его правая рука вытянута, плащ развевается за ним. Если бы он двигался со скоростью половины скорости пули, то скорость, с которой пуля удалялась бы от него, уменьшилась бы наполовину. Если бы он действительно двигался быстрее пули, он обогнал бы ее и вел бы впереди.
Другими словами, воздушные трюки Супермена соответствовали взглядам Ньютона на пространство и время: что положения и движения объектов в пространстве должны все измеряться относительно абсолютной, неподвижной системы отсчета.
В начале 1900-х годов ученые твердо придерживались ньютоновского взгляда на мир
Затем появился немецкий математик и физик по имени Альберт Эйнштейн и все изменил. В 1905 году Эйнштейн опубликовал свою теорию специальной теории относительности, которая выдвинула поразительную идею: нет предпочтительной системы отсчета. Все, даже время, относительны.
Его теорию поддерживали два важных принципа
Первый утверждал, что те же законы физики равномерно действуют во всех постоянно движущихся системах отсчета. Второй говорил, что скорость света — около 300 000 километров в секунду — постоянна и не зависит от движения наблюдателя или источника света. По мнению Эйнштейна, если бы Супермен преследовал луч света со скоростью половины скорости света, луч продолжал бы двигаться от него с точно такой же скоростью.
Эти концепции кажутся обманчиво простыми, но у них есть некоторые ошеломляющие последствия. Одним из самых больших является знаменитое уравнение Эйнштейна, E = mc², где E — это энергия, m — масса, а c — скорость света.
Согласно этому уравнению, масса и энергия представляют собой одну и ту же физическую сущность и могут превращаться друг в друга
Из-за этой эквивалентности энергия, которую объект имеет из-за своего движения, увеличивает его массу. Другими словами, чем быстрее двигается объект, тем больше его масса. Это становится заметным только тогда, когда объект движется очень быстро. Если он двигается со скоростью 10 процентов от скорости света, например, его масса будет всего на 0,5 процента больше обычной. Но если он двигается со скоростью 90 процентов от скорости света, его масса удвоится.
По мере приближения объекта к скорости света его масса резко возрастает. Если объект попытается двигаться со скоростью 186 000 миль в секунду, его масса становится бесконечной, так же как и энергия, необходимая для его перемещения. По этой причине ни один обычный объект не может двигаться так быстро или быстрее скорости света.
Это отвечает нашему вопросу, но давайте немного измененим вопрос
Почти со скоростью света? Мы рассмотрели первоначальный вопрос, но что если бы мы изменили его, чтобы сказать: "Что если вы двигались бы почти со скоростью света?" В этом случае вы бы испытали некоторые интересные эффекты. Один знаменитый результат — это то, что физики называют временной дилатацией, которая описывает, как время идет медленнее для объектов, двигающихся очень быстро. Если бы вы летели на ракете, двигающейся со скоростью 90 процентов от скорости света, прохождение времени для вас уменьшилось бы наполовину. Ваши часы продвинулись бы всего на 10 минут, в то время как для наблюдателя, оставшегося на Земле, прошло бы более 20 минут.
Вы также бы испытали некоторые странные визуальные последствия
Одним из таких последствий является аберрация, которая означает, как ваше поле зрения уменьшилось бы до крошечного туннельного "окна" перед вашим космическим кораблем. Это происходит потому, что фотоны (эти крайне маленькие пакеты света) — даже фотоны позади вас — кажутся приходящими из направления вперед.
Кроме того, вы заметили бы экстремальный эффект Доплера, который вызвал бы сближение световых волн от звезд перед вами, делая объекты синими
Световые волны от звезд позади вас разойдутся и будут казаться красными. Чем быстрее вы двигаетесь, тем более экстремальным становится это явление, пока все видимые световые волны от звезд перед космическим кораблем и звезд сзади не выйдут за пределы известного видимого спектра (цветов, которые видят люди). Когда эти звезды переходят в ваши воспринимаемые длины волн, они просто кажутся угасающими или исчезающими на фоне.
Конечно, если вы хотите двигаться быстрее светового фотона, вам потребуется больше, чем та же ракетная технология, которую мы используем десятилетиями.
В марте 2021 года в статье, опубликованной в журнале "Классическая и квантовая гравитация", астрофизик Эрик Лентц из Университета Геттинген в Германии предложил идею перестройки пространства и времени для создания "пузыря искривления", внутри которого космический корабль, возможно, сможет двигаться со скоростью, превышающей скорость света.
