Ученые выяснили, что произойдет с человеком на скорости, близкой к световой

В научной фантастике космические корабли, способные перемещаться со скоростью света или быстрее, открывают перед нами безграничные возможности для межзвездных путешествий. Однако в реальности, ограниченной нашей планетой, путешествие со скоростью света (299 792 458 метров в секунду в вакууме) на обычном космическом корабле — это нечто невозможное с точки зрения физики.

— Это предельная скорость, которую могут развить объекты, не имеющие массы. Следовательно, все, что имеет массу, не может достичь этой скорости. Даже частицы без массы ограничены скоростью света. Это часто называют космическим пределом скорости, поскольку ничто не может двигаться быстрее, — говорит Герд Кортемейер, почетный доцент кафедры физики в Университете штата Мичиган.

Путешествие на скорости, близкой к световой, невозможно и нецелесообразно из-за огромных энергетических затрат. Для разгона 10-тонного корабля до 99% скорости света понадобится более чем в 200 раз больше энергии, чем потребляется на Земле за год, при условии идеального топлива без тепловых потерь, что нарушает второй закон термодинамики. Сегодня мы достигаем подобных скоростей только для атомных частиц в Большом адронном коллайдере. Если представить, что это возможно, понадобится совершенный источник топлива, тонна его, прочный корабль и смелость.

Что особенного в скорости света?

Скорость света — это одна из основополагающих констант природы. Уже в 1600-х годах наблюдения позволяли предположить ее существование, а в 1865 году Джеймс Клерк Максвелл рассчитал ее, определив свет как электромагнитную волну.

В 1905 году Альберт Эйнштейн в своей теории специальной относительности доказал, что пространство и время взаимосвязаны с этой константой, известной как уравнение E=mc^2. Согласно теории, скорость света остается постоянной, однако время искажается в зависимости от движения объектов, что приводит к явлению замедления времени. Скорость света не зависит от скорости наблюдателя, что отличает ее от других скоростей.

Путешествие со скоростью света

Цвета и яркость искажаются и выглядят совершенно иначе, как это было продемонстрировано в моделировании 2012 года, разработанном Кортемейером и его коллегами из Массачусетского технологического института. Эта простая игра служит наглядным примером релятивистских эффектов, возникающих при движении со скоростью, близкой к скорости света. Она основана на вселенной, где свет движется гораздо медленнее и постоянно замедляется по мере вашего перемещения в пространстве. Хотя человек не может достичь скорости света или превысить ее, вы могли бы приблизиться к ней быстрым шагом.

Если бы вы это сделали, то испытали бы визуальный эффект Доплера, подобный тому, как кажется, что сирена скорой помощи, проезжая мимо с включенной мигалкой, меняет мелодию по мере движения. При приближении к объекту он будет казаться более синим, так как его длина волны визуально сокращается. При удалении от объекта он будет казаться более красным.

Если вы приближаетесь к чему-то на высокой скорости, то усиливаете восприятие яркости этого объекта, как в эффекте прожектора. Кортемейер сравнивает это явление с бегом под проливным дождем. Если вы бежите под проливным дождем, то на вас попадает больше капель, и ваша рубашка быстрее промокает. В симуляционной игре условные капли воды представляют собой фотоны. Если вы бежите в луче света со скоростью, близкой к скорости света, то на ваши глаза одновременно попадает больше световых частиц.

Замедление времени

Путешествия со скоростью, близкой к скорости света, вызывают замедление времени, что иллюстрируется парадоксом близнецов, где космонавт стареет медленнее, чем люди на Земле. Если достичь скорости 299 792 450 м/с, две минуты полета станут эквивалентны шести дням на Земле. Эта концепция используется для объяснения сверхсветового путешествия. Несмотря на увлечение «Звездным путем», Кортемейер признает, что сверхсветовые скорости в сериале — это выдумка, а искривление пространства реально, но пока не поддается управлению.

— В физике нет такого понятия, как варп-двигатель, и я не знаю, какой физический принцип мог бы сделать это возможным, — говорит Кортемейер.

Возвращение на Землю и перегрузки

Достижение скорости света (299 782 450 м/с) является сложной задачей из-за необходимости ускорения. На Земле мы уже движемся вокруг Солнца со скоростью около 107 000 км/ч, но не ощущаем этого из-за постоянства скорости. А при попытке достигнуть скорости света возникает опасность перегрузок. Люди могут выдерживать 1 g, а кратковременно — 4–6 g. Ускорение до скорости света за год при 3 g в теории возможно, но длительное воздействие такой силы может оказать непредсказуемое влияние на организм.

Наша теория о расширении Вселенной предполагает одно, но наблюдения говорят о другом. Данные телескопа «Хаббл» не совпадают с расчетами. Подробности в материале 56orb.