Чи можливі подорожі зі швидкістю світла?
Навчання
Людям, які трохи знають фізику, відомо, що чим сильніше прискорюється будь-який матеріальний об'єкт, тим більше енергії потрібно для цього прискорення. І щоб розігнати будь-яке тіло до швидкості світла, або навіть близько до неї, у нас просто не вистачить палива!
Але припустимо, що ми знайшли якесь невичерпне джерело енергії. І прикрутили його до задньої частини нашого космічного корабля. Найближча до нас зірка - Альфа Центавра. Якби ми полетіли туди зі швидкістю світла, нам би знадобилося більше чотирьох років, щоб дістатися до точки призначення!
Можливо, це не так страшно для безпілотних місій. Але як бути з людьми? Чи зможуть вони витримати чотири роки в крихітному космічному кораблі, надані самі собі? Навіть якщо вченим вдасться побудувати надшвидкі космічні кораблі (що безсумнівно вимагатиме використання революційних нових технологій), люди поки не готові мешкати в замкнутих просторах такі інтервали часу.
До того ж, все що потрібно людині для виживання, займає багато місця. І багато важить. Якби ми змогли виробляти нові матеріали, які були б набагато легше, ніж сьогодні, можливо люди з далекого майбутнього могли б досягати інших зірок зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Але це точно не можна зробити в наші дні.
Дослідження космосу буде постійно кидати виклик вченим. Тому що цей процес вимагає від нас подолання безлічі перешкод. Однак це не означає, що ми повинні перестати мріяти про подорожі зі швидкістю світла! Адже хто знає! Можливо, в далекому майбутньому люди все ж зможуть це зробити.
Але сьогодні теоретично неможливо подорожувати зі швидкістю світла. Але чому?
На цьому перша частина статті закінчена. Далі буде фізика і математика.
Чому навіть теоретично неможливо подорожувати зі швидкістю світла?
Давайте все ж докладніше розберемося, чому ж неможливо рухатися швидше швидкості світла. І для початку згадаємо досить знамените і добре відоме рівняння: E = mc². Його вивів Альберт Ейнштейн. Я думаю, що цей відомий вчений не потребує представлення. Теорія відносності, особливо спеціальна теорія відносності, ключова формула якої всім відома, є важливою віхою в цій галузі фізики. З чого ж складається це рівняння?
E = mc 2
Де
E: енергія.
м: маса об'єкта.
c: швидкість світла, яка у формулі зведена в квадрат
Швидкість світла у вакуумі має значення 299 792 458 метрів на секунду (приблизно 300 000 км/с).
Що ми можемо корисного витягти з цієї формули? Вона каже нам, що повну енергію можна вирахувати, помноживши масу тіла на квадрат швидкості світла. Тобто нам стає ясно, що коли є маса, тобто і енергія. І навіть у маленькій піщинці міститься її колосальна кількість!
У русі
Наведена вище формула враховує енергію тільки в стані спокою. Тому вона не є вичерпною. До цієї формули необхідно додати ще один фактор, щоб повністю зрозуміти, чому ми не можемо подорожувати зі швидкістю світла.
Цю енергію, пов'язану з імпульсом, можна описати наступною формулою:
E2 = (mc2) 2 + (pc) 2 де:
E: енергія.
m: маса
c: швидкість світла.
p: імпульс об'єкта, який виходить шляхом множення маси об'єкта на його швидкість (p = mv).
Іншими словами, повна енергія тіла складається з його енергії спокою (mc 2) 2 та енергії, пов'язаної з рухом (pc 2) 2. Підвищення швидкості призведе до збільшення значення «p», що означає, що чим більше енергії знаходиться в русі, тим більше це призводить до збільшення маси. А чим більше стає маси, тим більше потрібно енергії, щоб продовжувати прискорюватися.
Поки виконується це рівняння, маса та енергія взаємозамінні як фізичні сутності. У результаті цієї еквівалентності маса об'єкта буде стрімко зростати в міру збільшення його енергії через триваюче прискорення.
Отже, ми з'ясували, що чим швидше рухається об'єкт, тим більше його маса. Але стає це очевидно тільки тоді, коли об'єкт рухається з дуже високою швидкістю. Якщо він рухається зі швидкістю в 10 відсотків від швидкості світла, його маса буде всього на 0,5 відсотка більше звичайної. Але якщо він рухатиметься зі швидкістю в 90 відсотків від швидкості світла, його маса подвоїться. А коли об'єкт спробує досягти швидкості світла, його маса та енергія, необхідна для руху, стануть нескінченними.
Саме тому будь-якому тілу, що має масу спокою, рухатися зі швидкістю світла не вийде ні при яких розкладах.