Nam nekoč morda lahko uspe potovati s svetlobno hitrostjo?

8. 4. 2015
Deli
Nam nekoč morda lahko uspe potovati s svetlobno hitrostjo? (foto: shutterstock)
shutterstock

Visokohitrostni delci nam lahko veliko povedo o delovanju vesolja; toda ali bomo kdaj presegli največjo možno hitrost?

V začetku leta 2012 so znanstveniki zadrževali dih med potekom raziskave, ki naj bi pokazala, ali je ogroženo eno izmed najpomembnejših načel sodobne fizike.

Paniko so zagnali zaradi poročil iz laboratorija Gran Sasso pod italijanskimi Apenini. Po teh naj bi nevtrini (drobni subatomski delci skoraj brez mase), ki jih je bruhal pospeševalnik delcev Evropske organizacije za jedrske raziskave (CERN) na 730 kilometrov oddaljeni švicarsko-francoski meji blizu Ženeve potovali hitreje od svetlobne hitrosti. V fiziki že dobro stoletje velja, da je svetlobna hitrost, ki v vakuumu znaša 299.792,458 kilometrov na sekundo, največja možna hitrost v vesolju. Noben objekt z maso ne more doseči tako velike hitrosti, kar je s svojim izjemnim znanstvenim delom poudaril tudi Albert Einstein.

Pri objektih, ki potujejo pri tako imenovani relativistični hitrosti, se pojavijo nenavadni učinki, ki jih je Einstein predvidel v okviru svoje posebne teorije relativnosti. Med drugim se takrat čas upočasni, dolžine teles se skrčijo, masa pa poveča (zato je telesa vse težje pospeševati). Le fotoni svetlobe in drugih elektromagnetnih valovanj, ki so brez mase, lahko dosežejo svetlobno hitrost. Vsi, ki so leta 2012 pričakovali revolucijo na področju fizike, so bili razočarani. Temeljito preverjanje procesov v Gran Sassu je namreč izsledilo napake pri časovnem merjenju izbruhov nevtrinov. Potrdili so, da ti niso presegli svetlobne hitrosti. Vsaj začasno so si fiziki lahko oddahnili. Seveda ni nujno, da superhitrost ogroža temeljne zakone fizike.

Objekti, ki se premikajo hitreje, kot bi pričakovali, četudi se ne gibljejo z relativistično hitrostjo, lahko kljub temu pomenijo izredno zanimivo uganko. Naše vesolje, na primer, je polno superhitrih fenomenov, od nenavadnih delcev, ki potujejo s skoraj svetlobno hitrostjo, pa do planetov, zvezd in celo umetnih sond, ki se premikajo mnogo hitreje, kot se na primer giblje iz puške izstreljena krogla.

Posebna teorija relativnosti in skrajna hitrostna omejitev

Albert Einstein je teorijo relativnosti razvil zato, da bi prekinil krizo, ki jo je fizika doživljala konec 19. stoletja. Medtem ko so metode za merjenje svetlobne hitrosti postajale vse natančnejše, je postalo jasno, da se ta obnaša povsem drugače kot drugi fenomeni. Njena hitrost je bila vedno enaka, ne glede na relativno gibanje vira ali opazovalca.

Fiziki so se tej težavi poskušali izogniti z različnimi zvijačami, Einstein pa je bil edini, ki se je odločil spopasti z njo ter posledično spremeniti zakone fizike na podlagi dveh preprostih načel: načela hitrosti svetlobe (to pravi, da je hitrost svetlobe ali elektromagnetnega valovanja v praznem prostoru v vseh inercialnih opazovalnih sistemih − sistemih, ki se gibljejo enakomerno, torej ne pospešujejo ali zavirajo − konstantna) in načela relativnosti (po njem imajo zakoni narave v vseh inercialnih opazovanih sistemih enako obliko, pri čemer so vsi inercialni opazovalni sistemi med seboj enakovredni).

Einstein je pokazal, da se za objekte, ki se gibljejo z relativistično hitrostjo (superhitrost, primerljiva s hitrostjo svetlobe), v očeh zunanjega opazovalca popači njihova masa, dolžina in celo časovni tok. Ta popačenja postanejo neskončna, ko se objekt poskuša gibati s svetlobno hitrostjo, to pa je Einsteina prepričalo, da je hitrost svetlobe najskrajnejša hitrostna omejitev.

Lahko presežemo svetlobno hitrost?

Einsteinova posebna teorija relativnosti dokazuje, da snov ne more potovati s svetlobno hitrostjo.

Kako pa je s hitrostmi onkraj svetlobne hitrosti?

Poročila o nevtrinih in njihovem morebitnem hitrejšem gibanju od svetlobne hitrosti so matematika Jima Hilla in Barryja Coxa z univerze v Adelaidu navdihnila, da sta si spet ogledala enačbe posebne teorije relativnosti. Njune ugotovitve so bile presenetljive. Odkrila sta, da bi lahko enačbe še razširili, tako da bi veljale tudi onkraj svetlobne hitrosti, proti neskončno veliki hitrosti, in z zrcalnimi značilnostmi (na primer masa objekta, ki se približuje neskončni hitrosti, bi se zmanjšala proti ničli).

Njuno odkritje ponuja matematične temelje za obstoj tahionov, delcev, za katere znanstveniki že dolgo sklepajo, da se gibljejo hitreje kot svetloba. Toda Hill in Cox poudarjata, da njune zamisli temeljijo na matematiki.

"Sva matematika, ne fizika, zato sva se problemu približala s teoretičnega matematičnega vidika," razlaga Cox, "najini zapisi ne pojasnjujejo, kako je to možno doseči, temveč le, kako bi se enačbe lahko obnesle onkraj svetlobne hitrosti."

Enačbe še vedno niso definirane pri svetlobni hitrosti (kjer ustvarijo matematične neskončnosti, ki jih ne moremo uporabiti za fizikalne napovedi), zato se še dolgo ne bomo približali potovanju onkraj svetlobne hitrosti.

Novo na Metroplay: Alya o trenutkih, ki so jo izoblikovali, odraščanju in ljubezni do mnogih stvari v življenju