Вперед в прошлое. Возможность путешествия «быстрее» света

12:44 22/04/2018
👁 234

пространство

Одно из самых интригующих предсказаний в космологии и общей теории относительности — это существование космических струн, одномерных топологических дефектов нашего пространства, которые теоретически могли образоваться в ранней Вселенной.

Если представить, что мы живем на плоскости, то струна представляет собой точку (или перпендикулярную к плоскости прямую), из-за наличия которой часть пространства словно выкидывается, а пространство склеивается обратно по границе выкинутой части (рис. 1). В результате такого дефекта два луча, которые вышли из одного объекта (скажем, далекого квазара) в разных направлениях, могут сойтись обратно. При этом они будут двигаться по прямым, пройдут по разные стороны от струны и создадут два разных изображения квазара.

Рис. 1. Схематическое изображение влияния космической струны на пространство и эффекта «линзирования».

Рис. 1. Схематическое изображение влияния космической струны на пространство и эффекта «линзирования».

Здесь надо быть несколько осторожным в словах, так как такой эффект — это не совсем гравитационное линзирование в понимании общей теории относительности, возникающее из-за искривления пространства массой. На самом деле пространство вокруг струны абсолютно плоское, и никакой эффективной массы и, соответственно, гравитационной силы статичные наблюдатели не почувствуют. Этот эффект — чисто топологический, связанный с геометрическим дефектом пространства.

Одним из удивительных следствий эффекта «линзирования» является возможность путешествия «быстрее» света. На рис. 1 изображены два пути от одного и того же квазара к Земле, причем один из путей короче другого.

Давайте для определенности предположим, что один более длинный путь равен 10 световым годам, а более короткий — 5. Тогда наблюдатель, который движется по второму пути со скоростью, скажем, 0,8 скорости света (что вполне возможно) придет к Земле раньше (через 6,25 лет), чем свет, который двигался по первому пути (10 лет). Несмотря на всю парадоксальность, такой эффект не просто возможен, он наблюдался (подробнее об этом в послесловии)!

Получается, что ракета может «вылететь» из квазара позже светового пучка, но, выбрав более короткий путь, тем не менее долететь до Земли раньше этого самого пучка. Такие «сверхсветовые» траектории называются пространственно-подобными. В обычной геометрии движение по таким траекториям невозможно, так как оно предполагает движение быстрее скорости света.

Обычно говорят, что два события отделены пространственно-подобным отрезком, если эти события никак теоретически не могут повлиять друг на друга (сигнал не может идти быстрее света по пространственно-подобной траектории). К примеру, два взрыва на расстоянии 10 световых лет друг от друга произошедшие с разницей в 5 лет: такие два события никак не могут повлиять друг на друга в обычном пространстве без дефектов. Замечательным свойством таких событий является то, что всегда можно найти такого наблюдателя (движущегося с определенной скоростью), для которого эти два события происходят одновременно.

Если вам этот факт не знаком, не беспокойтесь, в послесловии будут даны все пояснения. А пока примите это как данность.

В частности, в случае с космической струной, так как траектория по короткому пути №2 «быстрее», чем движение света по длинному пути №1, этот путь будет пространственно-подобным. И поэтому, для некоторого наблюдателя, движущегося с определенной скоростью (которая меньше скорости света, естественно) относительно струны по пути №1, вылет космического корабля из квазара и прилет на Землю будут одновременными событиями!

Можно ли использовать такой красивый эффект космических струн в наших корыстных целях? Давайте несколько усложним геометрию: пусть есть две космические струны (рис. 2). В таком случае есть два коротких маршрута №1 и №3 (они оба короче чем прямой путь №2).

Рис. 2. Геометрия пространства с двумя космическими струнами.

Рис. 2. Геометрия пространства с двумя космическими струнами.

Источник

Добавить комментарий