Чи можна рухатися швидше, ніж світло

Швидкість світла є абсолютною верхньою межею швидкості у всесвіті.
Згідно зі спеціальною теорією відносності ніщо не може рухатися крізь простір швидше ніж світло.
Але це не зупиняє людей від спроб.
Щодня я отримую повідомлення зі способами рухатися швидше світло.
Класичний спосіб — посвітити лазером на Місяць.
Якщо ви можете перетнути променем місячну поверхню менше ніж за одну соту секунди, що досить легко, то світлова пляма справді переміститься по поверхні Місяця зі швидкістю більшу за світлову.
Уявіть цю ситуацію з точки зору спостерігача на Місяці.
Ви побачили б, що світлова пляма рухається швидше ніж світло, яке виходить з вашого лазера.
Але, як таке можливо?
Ну, насправді ніщо тут не рухається швидше за світло.
Окремі частинки світла — фотони, що випускаються моїм лазером, рухаються до Місяця зі швидкістю, просто вони влучають у поверхню вздовж деякої лінії настільки швидко, що утворюють пляму, яка рухається швидше, ніж саме світло.
Та це ілюзія, нічого не рухається швидше за швидкість світла.
Ми не змогли б передати жодної інформації таким чином.
А що, як замість лазера ми б використали довгу жорстку жердину?
Тепер, здавалось би, кінчик жердини повинен переміститися по поверхні Місяця швидше за світло.
На жаль, це теж не спрацює.
Як показав експеримент з пружинкою слінкі, максимальна швидкість передачі імпульсу в об’єкті — це швидкість звуку, оскільки кожен атом повинен штовхнути наступний, щоб передати імпульс.
І в цьому процесі є втрати.
Тож нам би пощастило, якби хоч крихітна частинка енергії дійшла до кінця жердини.
Кінчик, найімовірніше, взагалі не зміститься.
А ось — цікава ідея.
Жерар пише: потрібно розробити особливий космічний двигун, здатний робити понад 10000 обертів на хвилину з дуже високим крутним моментом.
Проконсультуйтесь з Ілоном Маском.
Піл час обертання з протилежних боків повільно розгортаються два дуже довгі троси, виготовлені з вуглецевих нанотрубок.
У підсумку кожен трос досягає неймовірної довжини у 285 кілометрів.
У цей момент кінці тросів рухатимуться зі швидкістю світла.
Чи міг би ти вказати причини, чому це не спрацює?
Так, Жераре, я можу.
По-перше, для будь-якого об’єкта, що рухається по колу, потрібна сила, спрямована в бік центра цього кола.
Це називається доцентровою силою, і ви можете відчути її, коли крутите м'яч над головою.
Ця сила залежить від швидкості руху тіла у квадраті.
Тож, якщо швидкість стає надто великою, мотузка розривається.
Якби ви обертали один грам на швидкості 99% від світлової, сила, потрібна для обертання, становитиме 300 меганьютонів, а це вага 6000 дорослих африканських слонів.
Але ти маєш рацію — вуглецеві нанотрубки надзвичайно міцні.
З волокном, діаметром всього 8 сантиметрів ви змогли б отримати таку силу.
Але тепер проблема в тому, що кілька міліметрів цього волокна додає ще один грам до маси кінчика троса, тож вам потрібне товстіше волокно, щоб забезпечити додаткове зусилля, і відбуватиметься це аж до основи.
Отже, волокно буде все товстішим і товстішим при наближенні до двигуна.
Розрахунки показують, що в 30 метрах від кінця троса волокно повинно мати ширину спостережуваного всесвіту, щоб витримати силу, що виникатиме.
Це безумство.
Але далі все ще гірше.
Чим швидше рухається трос, тим більш помітна його інерція, тобто потрібно більше сили для його прискорення.
І одному граму на швидкості 99% від світлової потрібно в 7 разів більше сили, ніж ми вирахували раніше.
Тож волокна повинні бути суттєво товстішими.
Але ситуація стає ще проблематичнішою, якщо подути про прискорення кінчика троса на той відсоток швидкості, що лишився.
Оскільки інерція продовжує зростати, потрібно все більше і більше сили, щоб надати прискорення.
Насправді для прискорення майже до швидкості світла потрібна буда б майже нескінчена кількість енергії.
Гаразд, забудьмо про нескінчену енергію.
Скажімо, ми могли б створити неймовірний двигун і винайти матеріал набагато міцніший та легший ніж вуглецеві нанотрубки.
Чи можливо в принципі, що кінець троса зможе рухатися швидше ніж світло?
Ні.
Існує одна непереборна проблема, яка полягає в тому, що трос, як і все інше у світі, втримується разом електромагнітною взаємодією.
Тобто, притяганням між всіма крихітними зарядами, з яких утворена речовина.
Річ у тому, що електромагнітні взаємодії переносяться фотонами.
Тобто заряджені об’єкти притягуються шляхом обміну фотонами, частинками, які фактично переносять цю силу.
Так ось, фотони самі рухаються зі швидкістю світла.
Тож, навіть, якби ми могли створити цей неймовірний пристрій із надзвичайно міцних матеріалів, і розкрутити його, використавши нескінчену кількість енергії, він, як і раніше, не подолав би швидкість світла, тому що частинки, що переносять взаємодію, яка втримує все разом, рухаються лише зі швидкістю світла.
Швидкість світла справді є граничною швидкістю у всесвіті.