Schatten können sich bewegen schneller als das Licht, kann aber weder Materie noch Informationen transportieren

Ist ein Superluminalflug möglich?

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Einfache Beispiele für superluminale Reisen

1. Cherenkov-Effekt

Wenn wir von Bewegungen mit Überlichtgeschwindigkeit sprechen, meinen wir die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum C(299.792.458 m/s). Daher kann der Cherenkov-Effekt nicht als Beispiel für eine Bewegung mit Überlichtgeschwindigkeit angesehen werden.

2. Dritter Beobachter

Wenn die Rakete A fliegt mit hoher Geschwindigkeit von mir weg 0,6 c im Westen und die Rakete B fliegt mit hoher Geschwindigkeit von mir weg 0,6 c nach Osten, dann sehe ich, dass der Abstand zwischen A Und B nimmt mit der Geschwindigkeit zu 1.2c. Den Raketenflug beobachten A Und B Von außen sieht der dritte Beobachter, dass die Gesamtgeschwindigkeit der Raketenentfernung größer ist als C .

Jedoch relative Geschwindigkeit ist nicht gleich der Summe der Geschwindigkeiten. Raketengeschwindigkeit A relativ zur Rakete B ist die Geschwindigkeit, mit der die Entfernung zur Rakete zunimmt A, das von einem Beobachter gesehen wird, der auf einer Rakete fliegt B. Die Relativgeschwindigkeit muss mithilfe der relativistischen Formel zum Addieren von Geschwindigkeiten berechnet werden. (Siehe Wie addiert man Geschwindigkeiten in der Speziellen Relativitätstheorie?) In diesem Beispiel ist die Relativgeschwindigkeit ungefähr gleich 0,88 c. In diesem Beispiel haben wir also keine Überlichtgeschwindigkeit erhalten.

3. Licht und Schatten

Denken Sie darüber nach, wie schnell sich ein Schatten bewegen kann. Wenn sich die Lampe in der Nähe befindet, bewegt sich der Schatten Ihres Fingers an der gegenüberliegenden Wand viel schneller als Ihr Finger. Wenn Sie Ihren Finger parallel zur Wand bewegen, beträgt die Geschwindigkeit des Schattens D/d Mal schneller als die Geschwindigkeit Ihres Fingers. Hier D- Abstand von der Lampe zum Finger und D- von der Lampe bis zur Wand. Die Geschwindigkeit wird noch höher sein, wenn die Wand schräg steht. Wenn die Wand sehr weit entfernt ist, wird die Bewegung des Schattens hinter der Bewegung des Fingers zurückbleiben, da das Licht Zeit braucht, um die Wand zu erreichen, aber die Geschwindigkeit des Schattens, der sich entlang der Wand bewegt, wird noch stärker zunehmen. Die Geschwindigkeit eines Schattens wird nicht durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt.

Ein weiteres Objekt, das sich schneller als Licht fortbewegen kann, ist der Lichtfleck eines auf den Mond gerichteten Lasers. Die Entfernung zum Mond beträgt 385.000 km. Die Geschwindigkeit, mit der sich der Lichtfleck über die Mondoberfläche bewegt, können Sie durch leichte Vibrationen des Laserpointers in Ihrer Hand selbst berechnen. Vielleicht gefällt Ihnen auch das Beispiel einer Welle, die in einem leichten Winkel auf eine gerade Strandlinie trifft. Mit welcher Geschwindigkeit kann sich der Schnittpunkt von Welle und Ufer am Strand entlang bewegen?

All diese Dinge können in der Natur passieren. Beispielsweise kann ein Lichtstrahl eines Pulsars entlang einer Staubwolke wandern. Kraftvolle Explosion kann sphärische Licht- oder Strahlungswellen erzeugen. Wenn diese Wellen eine Oberfläche treffen, erscheinen auf dieser Oberfläche Lichtkreise, die sich schneller als Licht ausdehnen. Dieses Phänomen wird beispielsweise beobachtet, wenn elektromagnetischer Puls von einem Blitz durchdringt die obere Atmosphäre.

4. Solide

Wenn Sie eine lange, starre Stange haben und auf ein Ende der Stange treffen, bewegt sich das andere Ende dann nicht sofort? Ist das nicht eine Art überluminale Informationsübertragung?

Es wäre wahr wenn Es gab vollkommen starre Körper. In der Praxis wird der Stoß entlang der Stange mit Schallgeschwindigkeit übertragen, die von der Elastizität und Dichte des Materials der Stange abhängt. Darüber hinaus sind der Relativitätstheorie Grenzen gesetzt mögliche Geschwindigkeiten Klang in einem Material der Größe C .

Das gleiche Prinzip gilt, wenn Sie eine Schnur oder einen Stab senkrecht halten, ihn loslassen und er unter dem Einfluss der Schwerkraft zu fallen beginnt. Das obere Ende, das Sie loslassen, beginnt sofort zu fallen, das untere Ende beginnt jedoch erst nach einiger Zeit, sich zu bewegen, da sich das Verschwinden der Haltekraft mit Schallgeschwindigkeit auf den Stab im Material überträgt.

Die Formulierung der relativistischen Elastizitätstheorie ist recht komplex, die allgemeine Idee lässt sich jedoch anhand der Newtonschen Mechanik veranschaulichen. Die Gleichung für die Längsbewegung eines ideal elastischen Körpers lässt sich aus dem Hookeschen Gesetz ableiten. Bezeichnen wir die lineare Dichte des Stabes ρ , Elastizitätsmodul nach Young Y. Längsverschiebung X erfüllt die Wellengleichung

ρ d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0

Lösung im Formular ebene Wellen bewegt sich mit Schallgeschwindigkeit S, die aus der Formel ermittelt wird s 2 = Y/ρ. Die Wellengleichung lässt nicht zu, dass sich Störungen im Medium schneller als mit der Geschwindigkeit bewegen S. Darüber hinaus gibt die Relativitätstheorie eine Grenze für die Größe der Elastizität an: Y< ρc 2 . In der Praxis kommt kein bekanntes Material dieser Grenze nahe. Bitte beachten Sie auch, dass die Schallgeschwindigkeit nahe bei liegt C, dann bewegt sich die Materie selbst nicht unbedingt mit relativistischer Geschwindigkeit.

Obwohl nicht in der Natur Feststoffe, existiert Bewegung starrer Körper, mit dem sich die Lichtgeschwindigkeit überwinden lässt. Dieses Thema bezieht sich auf den bereits beschriebenen Abschnitt über Schatten und Lichter. (Siehe Die superluminale Schere, Die starre rotierende Scheibe in der Relativitätstheorie).

5. Phasengeschwindigkeit

Wellengleichung
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0

hat eine Lösung im Formular
u = A cos(ax - bt), c 2 a 2 - b 2 + w 2 = 0

Das sind Sinuswellen, die sich mit der Geschwindigkeit v ausbreiten
v = b/a = sqrt(c 2 + w 2 /a 2)

Aber es sind mehr als c. Vielleicht ist das die Gleichung für Tachyonen? (siehe weiteren Abschnitt). Nein, das ist eine gewöhnliche relativistische Gleichung für ein Teilchen mit Masse.

Um das Paradoxon zu beseitigen, müssen Sie zwischen „Phasengeschwindigkeit“ und „Phasengeschwindigkeit“ unterscheiden. v pH-Wert und „Gruppengeschwindigkeit“ v gr , und
v ph ·v gr = c 2

Die Wellenlösung kann eine Frequenzdispersion aufweisen. In diesem Fall bewegt sich das Wellenpaket mit einer Gruppengeschwindigkeit, die kleiner ist als C. Mithilfe eines Wellenpakets können Informationen nur mit Gruppengeschwindigkeit übertragen werden. Die Wellen in einem Wellenpaket bewegen sich mit Phasengeschwindigkeit. Die Phasengeschwindigkeit ist ein weiteres Beispiel für superluminale Bewegung, die nicht zur Übertragung von Nachrichten verwendet werden kann.

6. Superluminale Galaxien

7. Relativistische Rakete

Lassen Sie einen Beobachter auf der Erde sehen, wie sich ein Raumschiff mit einer bestimmten Geschwindigkeit davonbewegt 0,8 c Gemäß Relativitätstheorie, wird er sehen, dass die Uhr eingeschaltet ist Raumschiff Gehen Sie 5/3 mal langsamer. Wenn wir die Entfernung zum Schiff durch die Flugzeit gemäß der Borduhr teilen, erhalten wir die Geschwindigkeit 4/3c. Der Beobachter kommt zu dem Schluss, dass der Schiffspilot anhand seiner Borduhr auch feststellen wird, dass er mit Überlichtgeschwindigkeit fliegt. Aus Sicht des Piloten läuft seine Uhr normal, aber der interstellare Raum ist um das 5/3-fache geschrumpft. Daher fliegt es bekannte Entfernungen zwischen Sternen schneller und mit einer höheren Geschwindigkeit 4/3c .

Zeitdilatation ist ein realer Effekt, der in der Raumfahrt prinzipiell genutzt werden könnte, um aus Sicht des Astronauten große Distanzen in kurzer Zeit zurückzulegen. Mit einer konstanten Beschleunigung von 1g haben Astronauten nicht nur Komfort künstliche Kraft Schwerkraft, sondern wird auch in der Lage sein, die Galaxie in nur 12 Jahren in ihrer eigenen Zeit zu durchqueren. Während der Reise werden sie 12 Jahre altern.

Aber das ist immer noch kein Superluminalflug. Sie können die Geschwindigkeit nicht anhand von Entfernung und Zeit berechnen, die in verschiedenen Referenzsystemen definiert sind.

8. Geschwindigkeit der Schwerkraft

Einige bestehen darauf, dass die Geschwindigkeit der Schwerkraft viel größer ist C oder sogar unendlich. Schauen Sie sich „Reiset die Schwerkraft mit Lichtgeschwindigkeit an?“ an. und Was ist Gravitationsstrahlung? Gravitationsstörungen und Gravitationswellen breiten sich mit hoher Geschwindigkeit aus C .

9. EPR-Paradoxon

10. Virtuelle Photonen

11. Quantentunneleffekt

IN Quantenmechanik Der Tunneleffekt ermöglicht es einem Teilchen, eine Barriere zu überwinden, auch wenn seine Energie dafür nicht ausreicht. Es ist möglich, die Tunnelzeit durch eine solche Barriere zu berechnen. Und es kann sein, dass es weniger ist, als das Licht benötigt, um die gleiche Distanz mit Geschwindigkeit zurückzulegen C. Könnte dies genutzt werden, um Nachrichten schneller als Licht zu übertragen?

Die Quantenelektrodynamik sagt „Nein!“ Es wurde jedoch ein Experiment durchgeführt, das die überluminale Informationsübertragung mithilfe des Tunneleffekts demonstrierte. Durch eine 11,4 cm breite Barriere mit einer Geschwindigkeit von 4,7 C Mozarts Vierzigste Symphonie wurde übertragen. Die Erklärung für dieses Experiment ist sehr umstritten. Die meisten Physiker glauben, dass der Tunneleffekt nicht zur Übertragung genutzt werden kann Information schneller als das Licht. Wenn dies möglich wäre, warum dann nicht das Signal in die Vergangenheit übertragen, indem die Ausrüstung in einen sich schnell bewegenden Referenzrahmen gestellt wird?

17. Quantenfeldtheorie

Mit Ausnahme der Schwerkraft alle Observablen physikalische Phänomene entsprechen dem „Standardmodell“. Das Standardmodell ist eine relativistische Quantenfeldtheorie, die elektromagnetische und nukleare Wechselwirkungen sowie alle bekannten Teilchen erklärt. In dieser Theorie „kommutiert“ jedes Paar von Operatoren, die physikalischen Observablen entsprechen, die durch ein raumartiges Intervall von Ereignissen getrennt sind (d. h. die Reihenfolge dieser Operatoren kann geändert werden). Im Prinzip bedeutet dies, dass sich ein Aufprall im Standardmodell nicht schneller als Licht fortbewegen kann, und dies kann als Quantenfeldäquivalent zum Argument der unendlichen Energie angesehen werden.

Es gibt jedoch keinen einwandfreien Beweis für die Quantenfeldtheorie des Standardmodells. Bisher hat noch niemand bewiesen, dass diese Theorie in sich konsistent ist. Höchstwahrscheinlich ist dies nicht der Fall. Es gibt jedenfalls keine Garantie dafür, dass es nicht noch unentdeckte Teilchen oder Kräfte gibt, die sich nicht an das Verbot überluminaler Reisen halten. Es gibt auch keine Verallgemeinerung dieser Theorie, einschließlich der Schwerkraft und allgemeine Theorie Relativität. Viele auf dem Gebiet der Quantengravitation tätige Physiker bezweifeln, dass sich einfache Vorstellungen über Kausalität und Lokalität verallgemeinern lassen. Es gibt keine Garantie dafür, dass die Lichtgeschwindigkeit in einer zukünftigen, umfassenderen Theorie die Bedeutung der Endgeschwindigkeit behalten wird.

18. Das Großvater-Paradoxon

In der speziellen Relativitätstheorie bewegt sich ein Teilchen, das sich in einem Bezugssystem schneller als Licht bewegt, in einem anderen Bezugssystem zeitlich rückwärts. FTL-Reisen oder Informationstransfer würden es ermöglichen, in die Vergangenheit zu reisen oder eine Nachricht zu senden. Wenn eine solche Zeitreise möglich wäre, könnten Sie in die Vergangenheit reisen und den Lauf der Geschichte verändern, indem Sie Ihren Großvater töten.

Dies ist ein sehr ernstes Argument gegen die Möglichkeit einer überluminalen Reise. Zwar bleibt die nahezu unplausible Möglichkeit bestehen, dass eine begrenzte überluminale Reise möglich ist, die eine Rückkehr in die Vergangenheit verhindert. Oder vielleicht sind Zeitreisen möglich, aber die Kausalität wird auf irgendeine konsistente Weise verletzt. Das ist alles sehr weit hergeholt, aber wenn wir über superluminale Reisen sprechen, ist es besser, auf neue Ideen vorbereitet zu sein.

Das Gegenteil ist auch der Fall. Wenn wir in der Zeit zurückreisen könnten, könnten wir die Lichtgeschwindigkeit überwinden. Sie können in der Zeit zurückreisen, mit niedriger Geschwindigkeit irgendwohin fliegen und dort ankommen, bevor das auf dem üblichen Weg gesendete Licht eintrifft. Einzelheiten zu diesem Thema finden Sie unter Zeitreisen.

Offene Fragen zum Thema Überlichtreisen

In diesem letzten Abschnitt werde ich einige ernsthafte Ideen zu möglichen Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit beschreiben. Diese Themen werden nicht oft in die FAQ aufgenommen, da sie weniger wie Antworten, sondern eher wie viele neue Fragen wirken. Sie werden hier aufgeführt, um zu zeigen, dass in dieser Richtung ernsthafte Forschung betrieben wird. Es wird lediglich eine kurze Einführung in das Thema gegeben. Einzelheiten finden Sie im Internet. Seien Sie wie bei allem im Internet kritisch gegenüber ihnen.

19. Tachyonen

Tachyonen sind hypothetische Teilchen, die sich lokal schneller als Licht fortbewegen. Dazu müssen sie eine imaginäre Masse haben. In diesem Fall sind die Energie und der Impuls des Tachyons echte Werte. Es gibt keinen Grund zu der Annahme, dass superluminale Partikel nicht nachgewiesen werden können. Schatten und Lichter können sich schneller als Licht ausbreiten und erkannt werden.

Bisher wurden keine Tachyonen gefunden und Physiker bezweifeln ihre Existenz. Es gab Behauptungen, dass es sich bei Experimenten zur Messung der Masse der durch den Betazerfall von Tritium erzeugten Neutrinos um Tachyonen handelte. Dies ist zweifelhaft, aber noch nicht endgültig widerlegt.

Es gibt Probleme mit der Tachyon-Theorie. Tachyonen können nicht nur die Kausalität stören, sondern auch das Vakuum instabil machen. Es mag möglich sein, diese Schwierigkeiten zu umgehen, aber selbst dann werden wir Tachyonen nicht für die überluminale Nachrichtenübermittlung nutzen können.

Die meisten Physiker glauben, dass das Auftreten von Tachyonen in der Theorie ein Zeichen für einige Probleme in dieser Theorie ist. Die Idee der Tachyonen ist in der Öffentlichkeit einfach deshalb so beliebt, weil sie oft in der Science-Fiction-Literatur erwähnt werden. Siehe Tachyonen.

20. Wurmlöcher

Die bekannteste Methode der globalen Superluminalreise ist die Verwendung von Wurmlöchern. Ein Wurmloch ist ein Schnitt in der Raumzeit von einem Punkt im Universum zu einem anderen, der es Ihnen ermöglicht, schneller als auf dem üblichen Weg von einem Ende des Lochs zum anderen zu gelangen. Wurmlöcher werden durch die Allgemeine Relativitätstheorie beschrieben. Um sie zu erstellen, müssen Sie die Topologie der Raumzeit ändern. Vielleicht wird dies im Rahmen der Quantentheorie der Schwerkraft möglich.

Um ein Wurmloch offen zu halten, braucht man Raumbereiche mit negativer Energie. C.W.Misner und K.S.Thorne schlugen vor, den Casimir-Effekt in großem Maßstab zu nutzen, um negative Energie zu erzeugen. Visser schlug vor, hierfür kosmische Strings zu verwenden. Dies sind sehr spekulative Ideen und möglicherweise nicht möglich. Vielleicht die erforderliche Form exotischer Materie mit negative Energie existiert nicht.

Zur direkten Messung der Neutrinogeschwindigkeit bestimmt. Die Ergebnisse klingen sensationell: Die Neutrinogeschwindigkeit war leicht – aber statistisch signifikant! - schneller als die Lichtgeschwindigkeit. Das Kollaborationspapier enthält eine Analyse verschiedener Fehlerquellen und Unsicherheiten, die überwiegende Mehrheit der Physiker reagiert jedoch weiterhin sehr skeptisch, vor allem weil dieses Ergebnis nicht mit anderen experimentellen Daten zu den Eigenschaften von Neutrinos übereinstimmt.

Reis. 1.

Details zum Experiment

Die Idee des Experiments (siehe OPERA-Experiment) ist sehr einfach. Ein Neutrinostrahl wird am CERN geboren, fliegt durch die Erde zum italienischen Gran-Sasso-Labor und passiert dort einen speziellen OPERA-Neutrinodetektor. Neutrinos interagieren nur sehr schwach mit Materie, aber weil ihr Fluss vom CERN so groß ist, kollidieren einige Neutrinos immer noch mit Atomen im Inneren des Detektors. Dort erzeugen sie eine Kaskade geladener Teilchen und hinterlassen dadurch ihr Signal im Detektor. Neutrinos werden am CERN nicht kontinuierlich, sondern in „Ausbrüchen“ geboren, und wenn wir den Zeitpunkt der Geburt des Neutrinos und den Zeitpunkt seiner Absorption im Detektor sowie den Abstand zwischen den beiden Labors kennen, können wir die Geschwindigkeit berechnen des Neutrinos.

Der Abstand zwischen der Quelle und dem Detektor in einer geraden Linie beträgt etwa 730 km und wird mit einer Genauigkeit von 20 cm gemessen (der genaue Abstand zwischen den Referenzpunkten beträgt 730.534,61 ± 0,20 Meter). Zwar lässt sich der Prozess, der zur Entstehung von Neutrinos führt, nicht so genau lokalisieren. Am CERN wird ein Strahl hochenergetischer Protonen vom SPS-Beschleuniger freigesetzt, auf ein Graphittarget geworfen und erzeugt Sekundärteilchen, darunter Mesonen. Sie fliegen immer noch mit nahezu Lichtgeschwindigkeit vorwärts und zerfallen in Myonen, während sie Neutrinos aussenden. Auch Myonen zerfallen und produzieren zusätzliche Neutrinos. Dann werden alle Teilchen außer Neutrinos in der Dicke der Substanz absorbiert und gelangen ungehindert zum Nachweisort. Das allgemeine Diagramm dieses Teils des Experiments ist in Abb. dargestellt. 1.

Die gesamte Kaskade, die zum Erscheinen eines Neutrinostrahls führt, kann sich über Hunderte von Metern erstrecken. Allerdings seitdem Alle Teilchen in diesem Haufen fliegen mit nahezu Lichtgeschwindigkeit vorwärts; für die Nachweiszeit macht es praktisch keinen Unterschied, ob das Neutrino sofort oder nach einer kilometerlangen Reise geboren wurde (das ist jedoch der Fall). sehr wichtig, als genau das ursprüngliche Proton, das zur Geburt dieses Neutrinos führte, aus dem Beschleuniger flog). Infolgedessen wiederholen die erzeugten Neutrinos im Großen und Ganzen einfach das Profil des ursprünglichen Protonenstrahls. Der entscheidende Parameter ist hier also genau das zeitliche Profil des vom Beschleuniger emittierten Protonenstrahls, insbesondere die genaue Position seiner Vorder- und Hinterkanten, und dieses Profil wird mit guter Zeit gemessen S m Auflösung (siehe Abb. 2).

Jede Sitzung, bei der ein Protonenstrahl auf ein Ziel geworfen wird (im Englischen wird eine solche Sitzung als „Sitzung“ bezeichnet). verschütten, „Burst“) dauert etwa 10 Mikrosekunden und führt zur Geburt einer großen Anzahl von Neutrinos. Allerdings fliegen fast alle von ihnen ohne Interaktion direkt durch die Erde (und den Detektor). In den seltenen Fällen, in denen der Detektor ein Neutrino entdeckt, lässt sich nicht genau sagen, zu welchem ​​Zeitpunkt während des 10-Mikrosekunden-Intervalls es emittiert wurde. Die Analyse kann nur statistisch durchgeführt werden, d. h. es werden viele Fälle von Neutrino-Erkennungen akkumuliert und deren zeitliche Verteilung relativ zum Startpunkt für jede Sitzung konstruiert. Im Detektor wird als Ausgangspunkt der Zeitpunkt angenommen, an dem das konventionelle Signal, das sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt und genau im Moment der Vorderkante des Protonenstrahls emittiert wird, den Detektor erreicht. Die genaue Messung dieses Augenblicks wurde durch die Synchronisierung der Uhren in zwei Labors mit einer Genauigkeit von wenigen Nanosekunden ermöglicht.

In Abb. Abbildung 3 zeigt ein Beispiel für eine solche Verteilung. Schwarze Punkte sind echte Neutrinodaten, die vom Detektor aufgezeichnet und summiert werden eine große Anzahl Sitzungen. Die rote Kurve zeigt ein herkömmliches „Referenz“-Signal, das sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen würde. Es ist ersichtlich, dass die Daten bei etwa 1048,5 ns beginnen früher Referenzsignal. Dies bedeutet jedoch nicht, dass Neutrinos dem Licht tatsächlich um eine Mikrosekunde voraus sind, sondern ist lediglich ein Grund, alle Kabellängen, Reaktionsgeschwindigkeiten von Geräten, elektronischen Verzögerungszeiten usw. sorgfältig zu messen. Diese erneute Überprüfung wurde durchgeführt und es stellte sich heraus, dass dadurch das „Referenz“-Drehmoment um 988 ns ausgeglichen wurde. Es stellt sich also heraus, dass das Neutrinosignal tatsächlich das Referenzsignal überholt, allerdings nur um etwa 60 Nanosekunden. Bezogen auf die Neutrinogeschwindigkeit entspricht dies einer Überschreitung der Lichtgeschwindigkeit um etwa 0,0025 %.

Der Fehler dieser Messung wurde von den Autoren der Analyse auf 10 Nanosekunden geschätzt, was sowohl statistische als auch systematische Fehler umfasst. Daher behaupten die Autoren, dass sie die Bewegung superluminaler Neutrinos mit einem statistischen Konfidenzniveau von sechs „sehen“. Standardabweichungen.

Der Unterschied zwischen den Ergebnissen und den Erwartungen um sechs Standardabweichungen ist bereits recht groß und wird in der Teilchenphysik mit dem großen Wort „Entdeckung“ bezeichnet. Diese Zahl muss jedoch richtig verstanden werden: Sie bedeutet nur die Wahrscheinlichkeit statistisch Die Schwankungen in den Daten sind sehr gering, aber sie sagen nicht aus, wie zuverlässig die Datenverarbeitungstechnik ist und wie gut die Physiker alle instrumentellen Fehler berücksichtigt haben. Schließlich gibt es in der Teilchenphysik viele Beispiele, bei denen ungewöhnliche Signale nicht durch andere Experimente mit außergewöhnlich hoher statistischer Sicherheit bestätigt wurden.

Was widersprechen superluminale Neutrinos?

Entgegen der landläufigen Meinung verbietet die Spezielle Relativitätstheorie an sich nicht die Existenz von Teilchen, die sich mit Überlichtgeschwindigkeit bewegen. Allerdings ist für solche Teilchen (man nennt sie im Allgemeinen „Tachyonen“) auch die Lichtgeschwindigkeit eine Grenze, allerdings nur von unten – sie können sich nicht langsamer als diese bewegen. In diesem Fall ist die Abhängigkeit der Teilchenenergie von der Geschwindigkeit umgekehrt: Je höher die Energie, desto näher liegt die Geschwindigkeit der Tachyonen an der Lichtgeschwindigkeit.

Viel ernstere Probleme beginnen in der Quantenfeldtheorie. Diese Theorie ersetzt die Quantenmechanik, wenn wir reden überüber Quantenteilchen mit hoher Energie. In dieser Theorie sind Teilchen keine Punkte, sondern relativ gesehen Klumpen eines materiellen Feldes und können nicht getrennt vom Feld betrachtet werden. Es stellt sich heraus, dass Tachyonen die Energie des Feldes senken, was bedeutet, dass sie das Vakuum instabil machen. Dann ist es vorteilhafter, wenn der Hohlraum spontan in eine große Anzahl dieser Teilchen zerfällt, und daher ist es einfach sinnlos, die Bewegung eines Tachyons im gewöhnlichen leeren Raum zu betrachten. Wir können sagen, dass der Tachyon kein Teilchen ist, sondern eine Instabilität des Vakuums.

Bei Tachyon-Fermionen ist die Situation etwas komplizierter, aber auch dort treten vergleichbare Schwierigkeiten auf, die die Erstellung einer in sich konsistenten Tachyon-Quantenfeldtheorie einschließlich der gewöhnlichen Relativitätstheorie verhindern.

Allerdings ist dies auch nicht das letzte Wort in der Theorie. So wie Experimentatoren alles messen, was gemessen werden kann, testen Theoretiker auch alle möglichen hypothetischen Modelle, die den verfügbaren Daten nicht widersprechen. Insbesondere gibt es Theorien, in denen eine kleine, noch nicht beachtete Abweichung von den Postulaten der Relativitätstheorie zulässig ist – beispielsweise kann die Lichtgeschwindigkeit selbst ein variabler Wert sein. Solche Theorien haben noch keine direkte experimentelle Unterstützung, sind aber noch nicht abgeschlossen.

Diese kurze Skizze der theoretischen Möglichkeiten lässt sich wie folgt zusammenfassen: Trotz der Tatsache, dass in einigen theoretische Modelle FTL-Reisen sind möglich, sie bleiben rein hypothetische Konstrukte. Alle heute verfügbaren experimentellen Daten werden durch Standardtheorien ohne überluminale Bewegung beschrieben. Wenn es also zumindest für einige Partikel zuverlässig bestätigt werden würde, Quantentheorie Die Felder müssten grundlegend erneuert werden.

Sollte das OPERA-Ergebnis in diesem Sinne als „erstes Zeichen“ angesehen werden? Noch nicht. Der vielleicht wichtigste Grund für Skepsis bleibt die Tatsache, dass das OPERA-Ergebnis nicht mit anderen experimentellen Daten zu Neutrinos übereinstimmt.

Erstens wurden während der berühmten Supernova-Explosion SN1987A auch Neutrinos registriert, die mehrere Stunden vor dem Lichtpuls eintrafen. Dies bedeutet nicht, dass sich die Neutrinos schneller als das Licht bewegten, sondern spiegelt lediglich die Tatsache wider, dass Neutrinos beim Zusammenbruch des Supernova-Kerns früher emittiert werden als das Licht. Da sich Neutrinos und Licht jedoch nach 170.000 Jahren Reise nicht um mehr als ein paar Stunden voneinander entfernten, bedeutet dies, dass ihre Geschwindigkeiten sehr nahe beieinander liegen und sich um nicht mehr als Teile einer Milliarde unterscheiden. Das OPERA-Experiment zeigt eine tausendmal größere Diskrepanz.

Hier können wir natürlich sagen, dass sich die bei Supernova-Explosionen erzeugten Neutrinos und Neutrinos vom CERN stark in der Energie unterscheiden (mehrere zehn MeV bei Supernovae und 10–40 GeV im beschriebenen Experiment) und dass die Geschwindigkeit der Neutrinos je nach Energie variiert . Doch diese Veränderung wirkt in diesem Fall in die „falsche“ Richtung: Denn je höher die Energie der Tachyonen, desto näher sollte ihre Geschwindigkeit an der Lichtgeschwindigkeit liegen. Natürlich können wir auch hier eine Modifikation der Tachyonentheorie finden, bei der diese Abhängigkeit völlig anders wäre, aber in diesem Fall müssen wir das „doppelt-hypothetische“ Modell diskutieren.

Darüber hinaus aus dem Satz experimenteller Daten zu Neutrino-Oszillationen, die für erhalten wurden letzten Jahren Daraus folgt, dass sich die Massen aller Neutrinos nur um Bruchteile eines Elektronvolts unterscheiden. Wenn das Ergebnis von OPERA als Manifestation der überluminalen Bewegung von Neutrinos wahrgenommen wird, dann wird der Quadratwert der Masse von mindestens einem Neutrino in der Größenordnung von –(100 MeV) 2 liegen (negative quadratische Masse ist eine mathematische Manifestation von). die Tatsache, dass das Teilchen als Tachyon betrachtet wird). Dann müssen wir das zugeben Alle Arten von Neutrinos sind Tachyonen und haben ungefähr die gleiche Masse. Andererseits, direkte Messung Die Neutrinomasse beim Betazerfall von Tritiumkernen zeigt, dass die Neutrinomasse (in absoluten Werten) 2 Elektronenvolt nicht überschreiten sollte. Mit anderen Worten: Es wird nicht möglich sein, alle diese Daten miteinander abzugleichen.

Die Schlussfolgerung daraus lässt sich wie folgt ziehen: Das erklärte Ergebnis der OPERA-Kollaboration lässt sich nur schwer in jedes noch so exotischste theoretische Modell einpassen.

Was weiter?

In allen großen Kooperationen in der Teilchenphysik ist es üblich, dass jede einzelne Analyse von einer kleinen Gruppe von Teilnehmern durchgeführt wird und die Ergebnisse erst dann zur allgemeinen Diskussion vorgelegt werden. In diesem Fall war diese Phase offenbar zu kurz, weshalb nicht alle Teilnehmer der Zusammenarbeit der Unterzeichnung des Artikels zustimmten (die vollständige Liste umfasst 216 Teilnehmer des Experiments, der Vorabdruck jedoch nur 174 Autoren). Daher werden in naher Zukunft offenbar noch viele weitere Prüfungen im Rahmen der Zusammenarbeit durchgeführt und erst danach wird der Artikel in Druck gehen.

Natürlich können wir jetzt eine Flut theoretischer Arbeiten mit verschiedenen exotischen Erklärungen für dieses Ergebnis erwarten. Solange das angegebene Ergebnis jedoch nicht zuverlässig überprüft wird, kann es nicht als vollwertige Entdeckung betrachtet werden.

Ein Team von Wissenschaftlern des OPERA-Experiments hat in Zusammenarbeit mit der Europäischen Organisation für Kernforschung (CERN) sensationelle Ergebnisse eines Experiments zur Überwindung der Lichtgeschwindigkeit veröffentlicht. Die Ergebnisse des Experiments widerlegen Albert Einsteins spezielle Relativitätstheorie, auf der die gesamte moderne Physik basiert. Die Theorie besagt, dass die Lichtgeschwindigkeit 299.792.458 m/s beträgt Elementarteilchen kann nicht schneller als mit Lichtgeschwindigkeit reisen.

Dennoch haben Wissenschaftler festgestellt, dass der Neutrinostrahl diese bei einer Strecke von 732 km um 60 Nanosekunden übertraf. Dies geschah am 22. September während eines Experiments, das von einer internationalen Gruppe von Kernphysikern aus Italien, Frankreich, Russland, Korea, Japan und anderen Ländern durchgeführt wurde.

Das Experiment lief wie folgt ab: Ein Protonenstrahl wurde in einem speziellen Beschleuniger beschleunigt und traf im Zentrum eines speziellen Ziels. So entstanden Mesonen – Teilchen, die aus Quarks bestehen.

Wenn Mesonen zerfallen, entstehen Neutrinos“, erklärte RAS-Akademiker Valery Rubakov, Chefforscher am Institut für Kernforschung der Russischen Akademie der Wissenschaften, gegenüber Izvestia. - Der Strahl ist so positioniert, dass das Neutrino 732 km zurücklegt und das italienische Untergrundlabor in Gran Sasso erreicht. Es enthält einen speziellen Detektor, der die Geschwindigkeit des Neutrinostrahls aufzeichnet.

Studienergebnisse geteilt wissenschaftliche Welt. Einige Wissenschaftler wollen die Ergebnisse nicht glauben.

„Was sie am CERN gemacht haben, ist vom modernen Standpunkt der Physik aus unmöglich“, sagte RAS-Akademiker Spartak Belyaev, wissenschaftlicher Direktor des Instituts für Allgemeine und Kernphysik, gegenüber Izvestia. - Es ist notwendig, dieses Experiment und seine Ergebnisse zu überprüfen – vielleicht waren sie einfach falsch. Alle zuvor durchgeführten Experimente passen in die bestehende Theorie, und es besteht kein Grund zur Panik wegen eines einmal durchgeführten Experiments.

Gleichzeitig gibt Akademiemitglied Belyaev zu: Wenn es gelingt zu beweisen, dass sich ein Neutrino schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen kann, wäre das eine Revolution.

Dann müssen wir die gesamte Physik durchbrechen“, sagte er.

Wenn sich die Ergebnisse bestätigen, wird das eine Revolution sein“, stimmt Akademiemitglied Rubakov zu. - Es ist schwer zu sagen, wie sich das für den Normalbürger auswirken wird. Im Allgemeinen ist es natürlich möglich, die spezielle Relativitätstheorie zu ändern, aber dies ist äußerst schwierig und es ist nicht ganz klar, welche Theorie sich daraus herauskristallisiert.

Rubakov wies darauf hin, dass in dem Bericht angegeben sei, dass in den drei Jahren des Experiments 15.000 Ereignisse aufgezeichnet und gemessen wurden.

Die Statistiken sind sehr gut und eine internationale Gruppe renommierter Wissenschaftler hat an dem Experiment teilgenommen“, resümiert Rubakov.

Wissenschaftler betonten, dass weltweit regelmäßig Versuche unternommen werden, die spezielle Relativitätstheorie experimentell zu widerlegen. Bisher hat jedoch keiner von ihnen positive Ergebnisse geliefert.

Im September 2011 schockierte der Physiker Antonio Ereditato die Welt. Seine Aussage könnte unser Verständnis des Universums revolutionieren. Wenn die von den 160 Wissenschaftlern des OPERA-Projekts gesammelten Daten korrekt waren, wurde Unglaubliches beobachtet. Die Teilchen – in diesem Fall Neutrinos – bewegten sich schneller als Licht. Nach Einsteins Relativitätstheorie ist dies unmöglich. Und die Konsequenzen einer solchen Beobachtung wären unglaublich. Möglicherweise müssen die Grundlagen der Physik überdacht werden.

Obwohl Ereditato sagte, er und sein Team seien „äußerst zuversichtlich“ in ihre Ergebnisse, sagten sie nicht, dass die Daten völlig korrekt seien. Stattdessen baten sie andere Wissenschaftler, ihnen dabei zu helfen, herauszufinden, was vor sich ging.

Am Ende stellte sich heraus, dass die Ergebnisse von OPERA falsch waren. Aufgrund eines schlecht angeschlossenen Kabels gab es ein Synchronisationsproblem und die Signale der GPS-Satelliten waren ungenau. Es gab eine unerwartete Verzögerung im Signal. Als Ergebnis ergaben Messungen der Zeit, die Neutrinos brauchten, um eine bestimmte Distanz zurückzulegen, zusätzliche 73 Nanosekunden: Es schien, als würden sich die Neutrinos schneller als Licht fortbewegen.

Trotz monatelanger sorgfältiger Tests vor Beginn des Experiments und der anschließenden Überprüfung der Daten lagen die Wissenschaftler ernsthaft falsch. Ereditato trat zurück, obwohl viele bemerkten, dass solche Fehler aufgrund der extremen Komplexität von Teilchenbeschleunigern immer vorkämen.

Warum hat die Vermutung – allein die Vermutung, dass sich etwas schneller als das Licht fortbewegen könnte – so viel Aufsehen erregt? Wie sicher sind wir, dass nichts diese Barriere überwinden kann?

Schauen wir uns zunächst die zweite dieser Fragen an. Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum beträgt 299.792,458 Kilometer pro Sekunde – der Einfachheit halber wird diese Zahl auf 300.000 Kilometer pro Sekunde gerundet. Es ist ziemlich schnell. Die Sonne ist 150 Millionen Kilometer von der Erde entfernt und ihr Licht erreicht die Erde in nur acht Minuten und zwanzig Sekunden.

Kann eine unserer Kreationen im Wettlauf gegen das Licht mithalten? Eines der schnellsten von Menschenhand geschaffenen Objekte, das je gebaut wurde, Weltraumsonde New Horizons sauste im Juli 2015 an Pluto und Charon vorbei. Es erreichte eine Geschwindigkeit relativ zur Erde von 16 km/s. Deutlich weniger als 300.000 km/s.

Allerdings hatten wir winzige Partikel, die sich ziemlich schnell bewegten. In den frühen 1960er Jahren experimentierte William Bertozzi am MIT damit, Elektronen auf noch höhere Geschwindigkeiten zu beschleunigen.

Da Elektronen eine negative Ladung haben, können sie beschleunigt – genauer gesagt: abgestoßen – werden, indem dieselbe negative Ladung auf ein Material aufgebracht wird. Je mehr Energie zugeführt wird, desto schneller beschleunigen die Elektronen.

Man könnte meinen, dass man lediglich die aufgebrachte Energie erhöhen müsste, um eine Geschwindigkeit von 300.000 km/s zu erreichen. Aber es stellt sich heraus, dass sich Elektronen einfach nicht so schnell bewegen können. Bertozzis Experimente zeigten, dass der Einsatz von mehr Energie nicht zu einer direkt proportionalen Erhöhung der Elektronengeschwindigkeit führt.

Stattdessen mussten enorme Mengen an zusätzlicher Energie aufgebracht werden, um die Geschwindigkeit der Elektronen auch nur geringfügig zu verändern. Sie kam der Lichtgeschwindigkeit immer näher, erreichte sie jedoch nie.

Stellen Sie sich vor, Sie bewegen sich in kleinen Schritten auf die Tür zu, wobei jeder Schritt die halbe Strecke von Ihrer aktuellen Position bis zur Tür zurücklegt. Streng genommen werden Sie die Tür nie erreichen, da Sie nach jedem Schritt noch eine Strecke zurücklegen müssen. Bertozzi stieß beim Umgang mit seinen Elektronen auf ungefähr das gleiche Problem.

Aber Licht besteht aus Teilchen, die Photonen genannt werden. Warum können sich diese Teilchen mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen, Elektronen jedoch nicht?

„Da sich Objekte immer schneller bewegen, werden sie schwerer – je schwerer sie werden, desto schwieriger ist es für sie, zu beschleunigen, sodass sie nie die Lichtgeschwindigkeit erreichen“, sagt Roger Rassoul, Physiker an der University of Melbourne in Australien. „Das Photon hat keine Masse. Wenn es Masse hätte, könnte es sich nicht mit Lichtgeschwindigkeit bewegen.

Photonen sind etwas Besonderes. Sie haben nicht nur keine Masse, was ihnen völlige Bewegungsfreiheit im Vakuum des Weltraums ermöglicht, sondern sie müssen auch nicht beschleunigt werden. Die natürliche Energie, die sie haben, bewegt sich in Wellen, genau wie sie selbst, sodass sie bei ihrer Entstehung bereits maximale Geschwindigkeit haben. In mancher Hinsicht ist es einfacher, sich Licht als Energie vorzustellen statt als einen Strom von Teilchen, obwohl Licht in Wirklichkeit beides ist.

Allerdings breitet sich Licht viel langsamer aus, als wir vielleicht erwarten. Obwohl Internet-Technologen gerne davon sprechen, dass die Kommunikation in Glasfasern mit „Lichtgeschwindigkeit“ abläuft, breitet sich Licht in Glasfasern 40 % langsamer aus als im Vakuum.

In Wirklichkeit bewegen sich Photonen mit einer Geschwindigkeit von 300.000 km/s, stoßen jedoch beim Durchgang der Hauptlichtwelle auf eine gewisse Interferenz durch andere Photonen, die von Glasatomen emittiert werden. Das ist vielleicht nicht leicht zu verstehen, aber wir haben es zumindest versucht.

Ebenso gelang es im Rahmen spezieller Experimente mit einzelnen Photonen, diese eindrucksvoll zu verlangsamen. Aber in den meisten Fällen wären 300.000 ungefähr richtig. Wir haben noch nichts gesehen oder gebaut, das sich so schnell oder sogar schneller bewegen kann. Es gibt Besonderheiten, aber bevor wir darauf eingehen, wollen wir auf unsere andere Frage eingehen. Warum ist es so wichtig, dass die Lichtgeschwindigkeitsregel strikt eingehalten wird?

Die Antwort ist mit einer Person namens verbunden, wie es in der Physik häufig der Fall ist. Seine spezielle Relativitätstheorie untersucht die vielfältigen Auswirkungen seiner universellen Geschwindigkeitsbegrenzungen. Eines der wichtigsten Elemente der Theorie ist die Idee, dass die Lichtgeschwindigkeit konstant ist. Egal wo Sie sind oder wie schnell Sie sich bewegen, Licht bewegt sich immer mit der gleichen Geschwindigkeit.

Dies wirft jedoch mehrere konzeptionelle Probleme auf.

Stellen Sie sich das Licht vor, das von einer Taschenlampe auf einen Spiegel an der Decke eines stationären Raumschiffs fällt. Das Licht steigt auf, wird vom Spiegel reflektiert und fällt auf den Boden des Raumfahrzeugs. Nehmen wir an, er legt eine Strecke von 10 Metern zurück.

Stellen Sie sich nun vor, dass sich dieses Raumschiff mit einer kolossalen Geschwindigkeit von vielen tausend Kilometern pro Sekunde zu bewegen beginnt. Wenn Sie die Taschenlampe einschalten, verhält sich das Licht wie zuvor: Es scheint nach oben, trifft auf den Spiegel und wird auf den Boden reflektiert. Dazu muss das Licht jedoch eine diagonale Strecke zurücklegen, keine vertikale. Schließlich bewegt sich der Spiegel jetzt schnell mit Raumfahrzeug.

Dementsprechend vergrößert sich die Distanz, die Licht zurücklegt. Sagen wir 5 Meter. Das sind insgesamt 15 Meter, nicht 10.

Und trotzdem, auch wenn die Entfernung zugenommen hat, behaupten Einsteins Theorien, dass sich das Licht immer noch mit der gleichen Geschwindigkeit fortbewegt. Da die Geschwindigkeit die Distanz dividiert durch die Zeit ist, muss sich auch die Zeit erhöhen, da die Geschwindigkeit gleich bleibt und die Distanz zunimmt. Ja, die Zeit selbst muss sich dehnen. Und obwohl das seltsam klingt, wurde es experimentell bestätigt.

Dieses Phänomen wird Zeitdilatation genannt. Für Menschen, die in schnell fahrenden Fahrzeugen unterwegs sind, vergeht die Zeit langsamer als für Menschen, die stationär unterwegs sind.

Beispielsweise läuft die Zeit für Astronauten auf der Internationalen Raumstation 0,007 Sekunden langsamer. Raumstation, der sich im Vergleich zu den Menschen auf dem Planeten mit einer Geschwindigkeit von 7,66 km/s relativ zur Erde bewegt. Noch interessanter ist die Situation bei Teilchen wie den oben genannten Elektronen, die sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen können. Bei diesen Teilchen wird der Grad der Abbremsung enorm sein.

Stephen Kolthammer, Experimentalphysiker an der Universität Oxford im Vereinigten Königreich, verweist auf das Beispiel von Teilchen namens Myonen.

Myonen sind instabil: Sie zerfallen schnell in einfachere Teilchen. So schnell, dass die meisten Myonen, die die Sonne verlassen, zerfallen sollten, wenn sie die Erde erreichen. Aber in Wirklichkeit kommen Myonen in riesigen Mengen von der Sonne auf die Erde. Physiker haben lange versucht zu verstehen, warum.

„Die Antwort auf dieses Rätsel ist, dass Myonen mit einer solchen Energie erzeugt werden, dass sie sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegen“, sagt Kolthammer. „Ihr Zeitgefühl, sozusagen ihre innere Uhr, läuft langsam.“

Myonen „bleiben“ im Vergleich zu uns länger am Leben als erwartet, dank einer echten, natürlichen Zeitschleife. Wenn sich Objekte relativ zu anderen Objekten schnell bewegen, verringert sich auch ihre Länge und zieht sich zusammen. Diese Konsequenzen, Zeitdilatation und Längenverkürzung, sind Beispiele dafür, wie sich die Raumzeit abhängig von der Bewegung von Dingen – mir, Ihnen oder einem Raumschiff – verändert, die Masse haben.

Wichtig ist, wie Einstein sagte, dass Licht nicht beeinträchtigt wird, weil es keine Masse hat. Deshalb gehen diese Grundsätze Hand in Hand. Wenn sich Dinge schneller als Licht fortbewegen könnten, würden sie den Grundgesetzen gehorchen, die beschreiben, wie das Universum funktioniert. Das sind die Grundprinzipien. Jetzt können wir über ein paar Ausnahmen und Ausnahmen sprechen.

Obwohl wir noch nichts gesehen haben, was schneller als das Licht ist, heißt das einerseits nicht, dass dieses Tempolimit unter ganz bestimmten Bedingungen theoretisch nicht unterboten werden kann. Nehmen Sie zum Beispiel die Expansion des Universums selbst. Galaxien im Universum bewegen sich mit Geschwindigkeiten voneinander weg, die deutlich über der Lichtgeschwindigkeit liegen.

Eine weitere interessante Situation betrifft Teilchen, die gleichzeitig die gleichen Eigenschaften haben, egal wie weit sie voneinander entfernt sind. Dies ist die sogenannte „Quantenverschränkung“. Das Photon dreht sich auf und ab und wählt zufällig zwischen zwei möglichen Zuständen, aber die Wahl der Spinrichtung wird sich genau in einem anderen Photon an anderer Stelle widerspiegeln, wenn sie verschränkt sind.

Zwei Wissenschaftler, die jeweils ihr eigenes Photon untersuchen, würden gleichzeitig zum gleichen Ergebnis kommen, und zwar schneller, als es die Lichtgeschwindigkeit erlauben könnte.

In beiden Beispielen ist jedoch zu beachten, dass keine Informationen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zwischen zwei Objekten übertragen werden. Wir können die Ausdehnung des Universums berechnen, aber wir können darin keine Objekte beobachten, die schneller als Licht sind: Sie sind aus dem Blickfeld verschwunden.

Was zwei Wissenschaftler mit ihren Photonen betrifft, so könnten sie zwar gleichzeitig ein Ergebnis erzielen, es sich aber nicht schneller gegenseitig mitteilen, als das Licht zwischen ihnen wandert.

„Das bereitet uns keine Probleme, denn wenn man Signale schneller als Licht senden kann, entstehen seltsame Paradoxien, durch die Informationen irgendwie in die Vergangenheit zurückreichen können“, sagt Kolthammer.

Es gibt einen anderen möglicher Weg Machen Sie Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit technisch möglich: Risse in der Raumzeit, die es dem Reisenden ermöglichen, den Regeln des normalen Reisens zu entkommen.

Gerald Cleaver von der Baylor University in Texas glaubt, dass wir eines Tages ein Raumschiff bauen können, das schneller als Licht ist. Was sich durch ein Wurmloch bewegt. Wurmlöcher sind Schleifen in der Raumzeit, die perfekt in Einsheins Theorien passen. Sie könnten es einem Astronauten ermöglichen, über eine Anomalie in der Raumzeit, eine Art kosmische Abkürzung, von einem Ende des Universums zum anderen zu springen.

Ein Objekt, das sich durch ein Wurmloch bewegt, wird die Lichtgeschwindigkeit nicht überschreiten, könnte aber theoretisch sein Ziel schneller erreichen als Licht, das einen „normalen“ Weg nimmt. Aber Wurmlöcher sind möglicherweise völlig unzugänglich Raumfahrt. Könnte es eine andere Möglichkeit geben, die Raumzeit aktiv zu verzerren, um sich im Vergleich zu jemand anderem schneller als 300.000 km/s zu bewegen?

Cleaver untersuchte 1994 auch die Idee eines „Alcubierre-Motors“. Es beschreibt eine Situation, in der sich die Raumzeit vor dem Raumschiff zusammenzieht und es nach vorne treibt, und sich hinter dem Raumschiff ausdehnt und es ebenfalls nach vorne treibt. „Aber dann“, sagt Cleaver, „stellten sich die Probleme: wie man das macht und wie viel Energie dafür nötig wäre.“

2008 berechneten er und sein Doktorand Richard Obouzi, wie viel Energie benötigt würde.

„Wir stellten uns ein Schiff mit den Maßen 10m x 10m x 10m vor – 1000 Kubikmeter – und berechneten, dass die zum Starten des Prozesses erforderliche Energiemenge der Masse des gesamten Jupiters entsprechen würde.“

Danach muss ständig Energie „hinzugefügt“ werden, damit der Prozess nicht endet. Niemand weiß, ob dies jemals möglich sein wird oder wie die notwendige Technologie aussehen wird. „Ich möchte nicht jahrhundertelang zitiert werden, als hätte ich etwas vorhergesagt, das niemals passieren würde“, sagt Cleaver, „aber ich sehe noch keine Lösungen.“

Schneller als mit Lichtgeschwindigkeit zu reisen, bleibt also vorerst eine Fantasie. dieser Moment. Im Moment besteht die einzige Möglichkeit darin, in eine tief schwebende Animation einzutauchen. Und doch ist nicht alles schlecht. Meistens haben wir über sichtbares Licht gesprochen. Doch in Wirklichkeit ist Licht viel mehr. Von Radiowellen und Mikrowellen bis hin zu sichtbarem Licht, ultravioletter Strahlung, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen, die von Atomen beim Zerfall emittiert werden, bestehen diese wunderschönen Strahlen alle aus demselben Ding: Photonen.

Der Unterschied liegt in der Energie und damit in der Wellenlänge. Zusammen bilden diese Strahlen das elektromagnetische Spektrum. Die Tatsache, dass sich beispielsweise Radiowellen mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, ist für die Kommunikation unglaublich nützlich.

In seiner Forschung erschafft Kolthammer einen Schaltkreis, der Photonen verwendet, um Signale von einem Teil des Schaltkreises zu einem anderen zu übertragen. Daher ist er gut qualifiziert, die Nützlichkeit der unglaublichen Lichtgeschwindigkeit zu kommentieren.

„Allein die Tatsache, dass wir beispielsweise die Infrastruktur des Internets und davor des Radios auf der Grundlage von Licht aufgebaut haben, hat mit der Leichtigkeit zu tun, mit der wir es übertragen können“, bemerkt er. Und er fügt hinzu, dass Licht als Kommunikationskraft des Universums fungiert. Wenn die Elektronen in einem Mobiltelefon zu zittern beginnen, werden Photonen freigesetzt, die die Elektronen in einem anderen Mobiltelefon ebenfalls zum Zittern bringen. So entsteht ein Telefonanruf. Das Zittern der Elektronen in der Sonne sendet auch Photonen aus riesige Mengen- die natürlich Licht bilden und dem Leben auf der Erde Wärme und, ähm, Licht verleihen.

Licht ist die universelle Sprache des Universums. Seine Geschwindigkeit – 299.792,458 km/s – bleibt konstant. Inzwischen sind Raum und Zeit formbar. Vielleicht sollten wir nicht darüber nachdenken, wie wir uns schneller als das Licht bewegen können, sondern wie wir uns schneller durch diesen Raum und diese Zeit bewegen können? Sozusagen an die Wurzel gehen?