Электроника со скоростью света

Содержание

Сверхсветовое движение – возможно ли оно в принципе (Сверхсветовая Космофантастика и НФ)?

Электроника со скоростью света

Вот, случайно наткнулся в Сети и очень бы хотелось обсудить тему с коллегами-Авторами Твердой Научной Фантастики и Космофантастики на АТ…

А так же – данный пост является своеобразным продолжением и развитием моего предыдущего блогпоста: “Сверхсветовая Космофантастика: создана самая реалистичная модель Warp-двигателя для гиперпрыжков” -https://author.today/post/53087 и “Загадки скорости света – полезно-прикладная инфа для авторов Космофантастики” – https://author.today/post/51155

Итак – сам материал/контент по теме Сверхсветовых скоростей в Космосе (наука): 

Возможно ли сверхсветовое движение?

Этот вопрос является одним из рекордсменов по частоте задаваемости. Давайте разбираться вместе. Может ли что-то двигаться быстрее света? И почему свет является абсолютной скоростью?

Скорость света — это скорость передачи взаимодействия, она является фундаментальным свойством вселенной наравне с законами физики, она просто есть, без причины.

Если бы скорость света была другой весьма вероятно нас с вами просто не существовало бы.

Эйнштейн вывел абсолютность скорости света из уравнений Максвелла для электромагнитного поля. В результате их решения скорость света оказалась независимой от физических величин и систем отсчёта. О превышении скорости света есть много теорий, но ни одна из них в данный момент не имеет экспериментальных подтверждений. Я приведу основные:

Тахионы

Теория относительности не исключает возможность существования частиц, движущихся со сверхсветовой скоростью. Однако такие частицы должны не взаимодействовать с остальными частицами. Такие частицы условно называют тахионами, однако, они пока не были обнаружены на практике и научное сообщество очень сильно сомневается в их существовании.

Движение тахиона

Одна из причин, которые заставляют учёных сомневаться в существовании тахионов заключается в том, что тахионы если тахионы существуют то с их помощью можно было бы отправить сообщение в прошлое, что привело бы к нарушению принципа причинности.

Интересный мысленный пример приводит американский физик Ричард Мюллер в свой книге «Сейчас: Физика Времени». Мюллер описывает гипотетический пистолет стреляющий тахионными пулями. Человек выстреливший тахионной пулей в другого в суде мог бы отстаивать свою невиновность на основании того, что тахионная пуля попала бы в жертву раньше, чем стрелок нажал бы на спусковой крючок.

Редукция волновой функции частиц

C 2006 года показано, что в эффекте квантовой телепортации кажущееся взаимовлияние частиц распространяется быстрее скорости света. В 2008 г. исследовательская группа доктора Николаса Гизена, исследуя разнесённые на 18 км запутанные фотонные состояния, показала, что это кажущееся «взаимодействие между частицами осуществляется со скоростью, примерно в сто тысяч раз большей скорости света».

В частности сверхсветовые эффекты наблюдаются при редукции волновой функции частиц, то есть в определении их спина. При этом взаимодействии не происходит передача информации и не происходит движения ни одного реального физического объекта. Также стоит добавить, что сама квантовая телепортация требует классического канала для передачи информации и также ограничена скоростью света.

Парадокс Хартмана

Кроме того кажущееся превышения скорости света возникает при туннельном эффекте. Это кажующееся превышение скорости света туннелирующимися частицами получило название «парадокса Хартмана» по имени первооткрывателя.

Туннельный эффект

Однако эффект Хартмана известный учёным еще с 60-х годов также не может быть использован для сверхсветовой передачи информации или сверхсветового движения материи.

Ошибочные сообщения о превышении скорости света

В 2011-м году учёные работающие в рамках коллаборации OPERA опубликовали результаты, согласно которым в ходе нескольких экспериментов обнаружили небольшое превышение скорости света мюонными нейтрино. Другие группы учёных используя подобное оборудование не смогли повторить такие результаты поэтому заявление вызвало некоторый скепсис.

В скором времени сами учёные из OPERA дали опровержение. Как оказалось один из разъемов оптоволоконного кабеля был вставлен неплотно, а также обнаружилась рассинхронизация пары часов использованных в эксперименте, что и привело к неточному измерению скорости.

Детектор нейтрино OPERA

Несмотря на то, что сами учёные из OPERA исправили свою же ошибку, изначальная новость о превышении скорости света мюонными нейтрино успела разлететься по просторам интернета и нам до сих пор приходится чуть ли не раз в неделю слышать, что «учёные давно доказали, что скорость света можно превысить» со ссылкой на эту самую новость.

Анализ этих и подобных результатов показывает, что они не могут быть использованы для сверхсветовой передачи какого-либо несущего информацию сообщения или для перемещения вещества так что они не нарушают принцип причинности.

И так тоже (противоположная точка зрения с научными фактами): 

Во Вселенной обнаружены места, где время может идти вспять

Время — такое простое и, одновременно, такое малоизученное понятие, которое пытались постичь и философы, и физики всех времен и народов.

Знаменитый физик Стивен Хокинг считал, что существует как минимум три направления времени, которые способны отличить прошлое от будущего.

Так, по мнению ученого, существуют термодинамическая, космологическая и психологическая стрелы времени, описывающие единственность прошлого и невозможность его изменить.

Однако даже стрелы времени Стивена Хокинга не способны описать обнаруженные в гамма-всплесках процессы, поворачивающие время вспять.

Гамма-всплеск — колоссальная вспышка гамма-излучения, чья мощность в сто раз может превосходить мощность излучения нашей галактики

Что такое гамма-всплеск?

Масштабный и при этом узконаправленный выброс энергии, сопоставимый с излучением целой галактики и длящийся всего лишь от нескольких миллисекунд до часа, впервые удалось пронаблюдать в далеком 1967 году с помощью американских военных спутников.

Считается, что возникший в нашей галактике гамма-всплеск однажды спровоцировал массовое вымирание живых организмов на Земле около 500 миллионов лет назад. В настоящее время, к большому счастью для человечества, ближайший такой “луч смерти” находится на расстоянии в несколько миллиардов световых лет от Земли и не представляет какой-либо угрозы для нашей планеты.

Вместе с тем, гамма-всплески могут быть интересны по другой причине: они способны поворачивать время вспять в зоне своего действия.

Гамма-всплески могут обратить время вспять

Согласно исследованию Джона Хиккила и Роберта Немирова, опубликованному в издании Astrophysical Journal, обычно вспышки гамма-излучения длятся от нескольких миллисекунд до часа.

Короткие вспышки с продолжительностью жизни от одной секунды, как правило, образуются в результате столкновения нейтронных звезд, что приводит к высвобождению огромного количества энергии.

Длинные же гамма-всплески связаны со взрывом сверхновых.

Теория Хаккила и Немирова показывает, что гамма-всплеск любой длительности представляет из себя взрыв огромной мощности, который порождает своеобразную ударную волну в облаке вещества. Из-за того, что такая волна движется быстрее электромагнитного излучения, внутри ее области имеет место быть не только эффект замедления времени, но и буквально поворачивания его вспять.

Иногда движение в прошлое может не противоречить стандартным физическим законам

В любом случае, подобное явление совершенно не противоречит основным постулатам современной физики и теории относительности. Несмотря на то, что разработанная Альбертом Эйнштейном теория утверждает, что скорость движения вещества не может превысить скорость движения света в вакууме, она совсем не исключает возможность ее сверхсветового распространения в плотном облаке материи.

Эффект путешествия во времени, в данном случае возникает потому, что ударная волна несколько опережает возникшее гамма-излучение в скорости, что приводит к тому, что для стороннего наблюдателя подобная волна выглядит как послание из далекого прошлого.

************

А что думаете на этот счёт Вы, уважаемые Читатели и Коллеги-Авторы НФ и КФ на АТ?..

ПыСы: Кстати, подумалось, если кто из коллег уже участвует или планирует участвовать (как я сам) в конкурсе романов на АТ  «Технология чудес» – ИМХО, про суть Сверхсветовой Скорости (ССС) – может быть очень даже годное и полезное/своевременное фант.допущение? Почему нет?! 

Почему ток в розетке и проводах не бежит со скоростью света? Или все-таки..

Электроника со скоростью света

Любой человек, разбирающийся в физике, скажет, что скорость движения электрического тока равна скорости света и составляет 300 тысяч километров в секунду. С одной стороны он прав на 100%, но есть нюансы.

Со светом все просто и прозрачно: скорость полета фотона равна скорости распространения светового луча. С электронами сложнее. Электрический ток сильно отличается от видимого излучения.

Почему считается, что скорость полета фотонов в вакууме и скорость электронов в проводнике одинакова? Утверждение основано на фактических результатах.

В 1888 году немецкий ученый Генрих Герц экспериментально установил, что электромагнитная волна распространяется в вакууме так же быстро как свет.

Но можно ли говорить, что электроны в проводнике летят со скоростью света? Надо разобраться с природой электричества.

Что такое электрический ток?

Из школьного курса физики известно, что электричество – это поток электронов, упорядоченно перемещающихся в проводнике. Пока источника электричества нет, электроны движутся в проводнике хаотически, в разных направлениях. Если суммировать траектории всех заряженных частиц, получится ноль. Поэтому кусок металла не бьет током.

Если металлический предмет подсоединить к электрической цепи, все электроны в нем выстроятся в цепочку и потекут от одного полюса к другому. Насколько быстро произойдет упорядочение? Со скоростью света в вакууме.

Но это не означает, что электроны полетели от одного полюса к другому также стремительно. Это заблуждение.

Просто люди настолько привыкли к утверждению, что электричество распространяется так же быстро как свет, что не особо задумываются над деталями.

Популярные заблуждения о скорости света

Еще одним примером такого поверхностного восприятия можно назвать понятие о природе молнии. Многие ли задумываются, какие физические процессы происходят во время грозы? Какова, например, скорость молнии? Можно ли без приборов узнать, на какой высоте бушуют грозовые разряды? Разберемся со всем этим по порядку.

Кто-то может сказать, что молния бьет со скоростью света, и будет не прав. Настолько быстро распространяется вспышка, вызванная гигантским электрическим разрядом в атмосфере, но сама молния гораздо медленнее. Грозовой разряд – это не удар луча света наподобие лазера, хотя визуально похоже. Это сложная структура в насыщенной электричеством атмосфере.

Ступенчатый лидер или главный канал молнии формируется в несколько этапов. Каждая ступень в десятки метров образуется со скоростью около 100 км/сек вдоль разрядных нитей из ионизированных частиц. Направление меняется на каждом этапе, поэтому молния имеет вид извилистой линии. 100 километров в секунду – это быстро, но до скорости электромагнитной волны очень далеко. В три тысячи раз.

Что быстрее: молния или гром?

Этот детский вопрос имеет простой ответ – молния. Из того же школьного курса физики известно, что скорость звука в воздухе равна примерно 331 м/сек. Почти в миллион раз медленнее электромагнитной волны. Зная это, легко понять, как высчитать расстояние до молнии.

Свет вспышки доходит до нас в момент разряда, а звук летит дольше. Достаточно засечь промежуток времени между вспышкой и громом. Теперь просто считаем, насколько далеко от нас ударила молния, по простой формуле:

L =T × 331

Где T – это время от вспышки до грома, а L – это расстояние от нас до молнии в метрах.

Например, гром прогремел через 7.2 секунды после вспышки. 331 × 7.2 = 2383. Получается, что молния ударила на высоте 2 километра 383 метра.

Скорость электромагнитной волны – это не скорость тока

Теперь будем более внимательны к цифрам и терминам. На примере молнии убедились, что маленькое неверное допущение может привести к большим промахам. Точно известно, что скорость распространения электромагнитной волны равна 300 000 километров в секунду. Однако это не означает, что электроны в проводнике перемещаются с такой же скоростью.

Представим, что две команды соревнуются, кто быстрее доставит мяч с одного края поля на другой. Обязательное условие – каждый член команды сделает несколько шагов с мячом в руках. В одной команде пять человек, а в другой – один.

Пятеро, выстроившись в цепочку, сыграют в пас, сделав каждый несколько шагов в направлении от старта к финишу. Одиночке придется бежать всю дистанцию. Очевидно, что победят пятеро, потому что мяч летит быстрее, чем человек бегает.

Так же и с электричеством. Электроны «бегают» медленно (собственная скорость элементарных частиц в направленном потоке исчисляется миллиметрами в секунду), но передают друг другу «мячик» заряда очень быстро. При отсутствии разности потенциалов на разноименных концах проводника все электроны движутся хаотично. Это тепловое движение, присутствующее в каждом веществе.

Если бы электроны двигались в проводах со скоростью света

Представим, что скорость электронов в проводнике все-таки близка к световой. В этом случае современная энергетика была бы невозможна в привычном для нас виде. Если бы электроны двигались по проводам, пролетая 300 000 километров в секунду, пришлось бы решать очень сложные технические задачи.

Самая очевидная проблема: на такой скорости электроны не смогут следовать за поворотами проводов. Разогнавшись на прямом участке, заряженные частицы будут вылетать по касательной как не вписавшиеся в вираж автомобили.

Чтобы удержать летящие на космических скоростях электроны внутри энергетических магистралей, придется снабжать провода электромагнитными ловушками. Каждый участок проводки станет похожим на фрагмент адронного коллайдера.

К счастью элементарные частицы предвигаются гораздо медленнее и для передачи энергии на дальние расстояния вполне пригодны неизолированные алюминиевые провода для ЛЭП

Надеемся, что ознакомившись с этим обзором, вы нашли ответ на вопрос почему ток не бежит по кабелям со скоростью света и вспомнили кое-что из школьного курса физики, а это, согласитесь, крайне полезно в любом возрасте.

Как измеряли скорость света и каково ее реальное значение

Электроника со скоростью света

Еще задолго до того, как ученые измерили скорость света, им пришлось изрядно потрудиться над определением самого понятия «свет». Одним из первых над этим задумался Аристотель, который считал свет некой подвижной субстанцией, распространяющейся в пространстве. Его древнеримский коллега и последователь Лукреций Кар настаивал на атомарной структуре света.

К XVII веку сформировались две основные теории природы света – корпускулярная и волновая. К приверженцам первой относился Ньютон. По его мнению, все источники света излучают мельчайшие частицы. В процессе «полета» они образуют светящиеся линии – лучи. Его оппонент, голландский ученый Христиан Гюйгенс настаивал на том, что свет – это разновидность волнового движения.

В результате многовековых споров ученые пришли к консенсусу: обе теории имеют право на жизнь, а свет – это видимый глазу спектр электромагнитных волн.

Немного истории. Как измеряли скорость света

Большинство ученых древности были убеждены в том, что скорость света бесконечна. Однако результаты исследований Галилея и Гука допускали ее предельность, что наглядно было подтверждено в XVII веке выдающимся датским астрономом и математиком Олафом Ремером.

Свои первые измерения он произвел, наблюдая за затмениями Ио – спутника Юпитера в тот момент, когда Юпитер и Земля располагались с противоположных сторон относительно Солнца.

Ремер зафиксировал, что по мере отдаления Земли от Юпитера на расстояние, равное диаметру орбиты Земли, изменялось время запаздывания. Максимальное значение составило 22 минуты.

В результате расчетов он получил скорость 220000 км/сек.

Через 50 лет в 1728 году, благодаря открытию аберрации, английской астроном Дж. Брэдли «уточнил» этот показатель до 308000 км/сек. Позже скорость света измерили французские астрофизики Франсуа Арго и Леон Фуко, получив на «выходе» 298000 км/сек. Еще более точную методику измерения предложил создатель интерферометра, известный американский физик Альберт Майкельсон.

Опыт Майкельсона по определению скорости света

Опыты продолжались с 1924 по 1927 год и состояли из 5 серий наблюдений. Суть эксперимента заключалась в следующем.

На горе Вильсон в окрестностях Лос-Анжелеса были установлены источник света, зеркало и вращающаяся восьмигранная призма, а через 35 км на горе Сан-Антонио – отражающее зеркало.

Вначале свет через линзу и щель попадал на вращающуюся с помощью высокоскоростного ротора (со скоростью 528 об/сек.) призму.

Участники опытов могли регулировать частоту вращения таким образом, чтобы изображение источника света было четко видно в окуляре. Поскольку расстояние между вершинами и частота вращения были известны, Майкельсон определил величину скорости света – 299796 км/сек.

Окончательно со скоростью света ученые определились во второй половине XX века, когда были созданы мазеры и лазеры, отличающиеся высочайшей стабильностью частоты излучения.

К началу 70-х погрешность в измерениях снизилась до 1 км/сек.

В результате по рекомендации XV Генеральной конференции по мерам и весам, состоявшейся в 1975 году, было решено считать, что скоростью света в вакууме отныне равна 299792,458 км/сек.

Достижима ли для нас скорость света?

Очевидно, что освоение дальних уголков Вселенной немыслимо без космических кораблей, летящих с огромной скоростью. Желательно со скоростью света. Но возможно ли такое?

Барьер скорости света – одно из следствий теории относительности. Как известно, увеличение скорости требует увеличения энергии. Скорость света потребует практически бесконечной энергии.

Увы, но законы физики категорически против этого. При скорости космического корабля в 300000 км/сек летящие навстречу ему частицы, к примеру, атомы водорода превращаются в смертельный источник мощнейшего излучения, равного 10000 зивертов/сек. Это примерно то же самое, что оказаться внутри Большого адронного коллайдера.

По мнению ученых Университета Джона Хопкинса, пока в природе не существует адекватной защиты от столь чудовищной космической радиации. Довершит разрушение корабля эрозия от воздействия межзвездной пыли.

Еще одна проблема световой скорости – замедление времени. Старость при этом станет намного более продолжительной. Также подвергнется искривлению зрительное поле, в результате чего траектория движения корабля будет проходить как бы внутри тоннеля, в конце которого экипаж увидит сияющую вспышку. Позади корабля останется абсолютная кромешная тьма.

Так что в ближайшем будущем человечеству придется ограничить свои скоростные «аппетиты» 10 % от скорости света. Это означает, что до ближайшей к Земле звезды – Проксимы Центавра (4,22 св. лет) придется лететь примерно 40 лет.

Проект звездолёта, способного двигаться быстрее скорости света

Электроника со скоростью света

Открыв себе дорогу к звездам, человечество практически сразу начало мечтать о межзвездных и межпланетных полетах. Однако время идет, а дальше Луны человек так и не слетал. Чтобы преодолевать огромные межпланетные расстояния, человечеству нужны более совершенные двигатели и космические корабли, которые смогли бы передвигаться со скоростью света.

Пока что такие аппараты можно встретить лишь в трудах писателей-фантастов, но время не стоит на месте. Самые смелые идеи фантастов часто находят свое графическое и научное воплощение. Так произошло и с концепцией космического корабля, который мог бы путешествовать по просторам Вселенной со скоростью, превышающей скорость света.

Проект был представлен ученым НАСА Харольдом Уайтом и графическим дизайнером Марком Рэйдмэйкером.

Теоретически путешествие с такой скоростью возможно при помощи использования так называемого двигателя искривления, который генерирует вирп-поле, искривляющее пространственно-временной континуум. Именно это и приводит такой космический корабль в движение.

Харольд Уайт — это физик, который на протяжении многих лет работает над вопросами преодоления скорости света с помощью космических кораблей. Еще в 2011 году он опубликовал свой научный доклад, в котором впервые представляет общественности свою концепцию перемещений в пространстве со сверхсветовой скоростью.

Однако теперь работающая с ним команда единомышленников представила проект космического корабля, который на практике воплощает обозначенную концепцию.

Стоит отметить, что голландский художник Марк Рэйдмэйкер уже достаточно хорошо известен. Он стал знаменитым благодаря серии своих графических работ, сделанных по мотивам телевизионного сериала «Звездный путь».

Рэйдмэйкер рассказал журналистам телеканала NBC News о том, что он внимательно познакомился с работами Харольда Уайта, которые были сделаны в космическом центре NASA Johnson.

По словам художника, работа над графическим воплощением идей физика из НАСА заняла у него 3 месяца.

Согласно представленной концепции, пространство за звездолетом будет со стремительной скоростью расширяться, толкая корабль вперед по прямой. Используя такой метод перемещения в пространстве, можно будет добраться до Альфы Центавра всего за 14 дней.

Альфа Центавра — это ближайшая к Земле звездная система, но даже она удалена от нашей планеты на огромное расстояние — 4,3 световых года (1 световой год — это примерно 9,5 триллиона километров).

Сам Уайт говорит, что то, что было возможным в сериале «Звездный путь», возможно, не является настолько отдаленной перспективой, как многие думают.

Работа над аппаратом, который мог бы передвигаться по Вселенной со скоростью, превышающей скорость света (299 792 458 м/с), увлекает Уайта достаточно давно.

Исследованиями в этом направлении он занимается совместно с членами специальной научной группы Космического центра НАСА им. Джонсона. Здесь исследуются возможности ворп-двигателей.

При помощи такого двигателя космический корабль, получивший обозначение IXS Enterprise, получил бы возможность осуществлять космические путешествия со скоростью, превышающей скорость света.

Исходя из концепции Уайта, которую тот мечтает воплотить в реальность, Марк Рэдмэйкер представил трехмерный графический концепт будущего межзвездного космического корабля. После довольно длительного изучения работ Уайта художник представил на суд общественности космической корабль сравнительно небольших размеров, который находится внутри двух достаточно крупных колец.

Данные кольца на бескрайних просторах космоса должны служить для правильной деформации времени и пространства. При этом работа в данном направлении не заканчивается созданием графического концепта космического корабля.

Исследовательская группа американского космического агентства недавно представила сразу 12 инновационных технологий, которые планируется реализовать в самое ближайшее время — в течение 2-х лет.

И хотя проект IXS Enterprise в настоящее время находится по большей части на стадии теоретической проработки, проведения экспериментов и исследований, группа исследований искренне верит в то, что подобный корабль можно будет запустить в межпланетное путешествие. Исследователи считают, что такой полет может состояться скорее, чем многие думают.

Амбициозная, а в чем-то и фантастическая, программа по проектированию космических кораблей, способных передвигаться со скоростью, превышающей скорость света, известна также как проект «Скорость».

Цель проекта — разработка двигателей, которые позволили бы человеку путешествовать со сверхсветовой скоростью. В основу этого амбициозного проекты была помещена концепция деформации пространства, которая вытекает из уравнения известного физика Мигеля Алькубьере.

Данное уравнение предусматривает создание такого механизма, который был бы в состоянии «деформировать» пространство. Речь идет о космическом двигателе искривления, который расширял бы пространство впереди корабля, а сзади наоборот — сжимал.

Благодаря этому вокруг космического корабля образовывался бы пространственно-временной «пузырь Алькубьере». Внутри этого «пузыря» корабль и смог бы передвигаться в пространстве со сверхсветовой скоростью.

Предполагается, что данный двигатель будет иметь сферическую форму. Воздействовать на время и пространство планируется при помощи очень сильных электростатических полей. В настоящее время ученые измеряют степень деформации пространственно-временного континуума в ходе опытов при помощи лазерного интерферометра.

Их главная задача на ближайшую перспективу — это разработка в лабораторных условиях микроскопического «пузыря». В будущем в качестве энергии, используемой для манипуляций с пространством, ученые собираются использовать темную энергию Вселенной.

По словам Харольда Уайта, космический корабль будущего будет напоминать формой мяч для игры в американский футбол, опоясанный тором.

Варп-двигатель Алькубьерре

Физик Гарольд Уайт

Несколько месяцев назад физик Гарольд Уайт (Harold White) ошеломил мир аэронавтики. Он объявил, что команда в НАСА, под его непосредственным руководством, приступила к работе над развитием двигателя искривления пространства.

Предложенный им дизайн – это гениальное переосмысливание Двигателя Алькубьерре (Alcubierre Drive), может, в конечном итоге, привести к созданию двигателя, который будет передвигать ракеты со скоростью, гораздо выше скорости света, не нарушая при этом законов относительности Эйнштейна.

Идея Уайту пришла в то время, как он рассматривал весьма примечательные уравнения, сформулированые физиком Мигелем Алькубьерре.

В докладе, под названием “Варп двигатель: сверх-быстрые перемещения в рамках общей теории относительности,” составленном в 1994 году, Алькубьерре предложил механизм, посредством которого пространство и время могут быть “искревлены” спереди и сзади космического корабля.

Мичио Каку, один из главных сподвижников струнной теории, назвал теорию Алькубьерре так – “паспорт к Вселенной». Метод использует космологической код, который позволяет расширять и сжимать пространство и время, что позволило бы сверхбыстрые межзвездные путешествия.

По сути, пустое пространство позади звездолета будет быстро расширяться, толкая корабль в прямом направлении. Пассажиры воспримут это как движение, несмотря на полное отсутствие ускорения.

Примечателен так же тот факт, что подобное явление постоянно наблюдается во вселенной – пространство между галактиками может расширяться с неограниченной скоростью, которая часто превышает скорость света.

Уайт предполагает, что такой двигатель может развить скорость, которая могла бы позволить космическому кораблю достичь наше ближайшее созвездие всего за две недели, несмотря даже на тот факт, что оно находится в 4,3 световых лет от Земли.

С точки зрения механики двигателя, сфероидый объект будет помещен между двумя областями пространственно-временного (расширения и сужения).

Затем сгенерируется “Варп сфера,” которая будет двигать пространство вокруг объекта, репозиционируя его – конечным результатом будет движение со скоростью, превышающей скорость света, без движения по отношению к локальной системе отсчета корабля.

Уайт объяснил:

Помните – ничто локально не превышает скорость света, но пространство может расширяться и сжиматься при любой скорости. Тем не менее, пространство и время сложно поддаются манипулированию, поэтому для искривления пространства и достижения межзвездных пространств в разумные периоды времени потребуется много энергии.

И в самом деле – ранние оценки, опубликованные в научной литературе, называли громадное количество энергии, которое вполне сопоставимо с массой планеты Юпитер (что составляет 1,9 × 1027 кг, или 317 масс Земли). В результате идея была забыта из-за непрактичности. Хотя природа теоретически позволяет построить Варп Двигатель, мы никогда не смогли бы соорудить работающий аналог при настолько недостижимых условиях.

“Однако,” сказал Уайт, “основываясь на анализе последних 18 месяцев, у нас может быть надежда.” Ключ, говорит исследователь, может быть в изменении геометрической структуры Варп Двигателя.

Новый дизайн двигателя искривления пространства

В октябре прошлого года Уайт готовился к лекции, которую он должен был дать для проекта Столетний космический корабль (100 Year Starship) в Орландо, Флорида. Во время повтора материалов по двигателям искривления пространства, Уайт выполнил анализ нескольких уравнений – больше из любопытства, чем по необходимости.

“Я открыл закономерность, которая все время была у нас перед глазами, – вспоминает он – Я вдруг понял, что если мы сделаем толщину кольца отрицательной энергии вакуума больше, при этом раскачивая варп сферу, то можно значительно уменьшить необходимые затраты энергии. Это значит, что создание двигателей искривления пространства возможно не только в теории.” Уайт скорректировал форму кольца Алькубьерре, сделав его более широким и покатым.

Он представил результаты Двигателя Алькубьерре через год, на конференции в Атланте, где заявил о своем новом подходе. Как объяснил учений, деформация диска позволит затраты энергии до числа, сравнимого с массой космического аппарата Вояджер-1.

Это очень существенное изменение в расчетах. Снижение массы от размеров Юпитера до объекта, который весит всего 725 килограмм, заставили НАСА полностью переосмыслить варп двигатели.

Создание варп двигателя

Теоретическая возможность – это, конечно, здорово, но теперь Уайту нужно практическое ее доказательство.

Мы используем модифицированный интерферометр Майкельсона-Морли, что позволяет нам измерить микроскопические искривления в пространстве и времени. Говоря проще – это попытка сделать одну из ножек интерферометра казаться короче другой при запуске устройства.

Уайт и его коллеги пытаются смоделировать оптимальный привод Алькубьерре в миниатюре, используя лазеры для искривления пространства-времени на фактор один к 10 миллионам.

Конечно, интерферометр – это не то, что НАСА бы присоединило к космическому кораблю. Скорее, это часть большого научного преследования.

Наше первоначальное испытательное устройство имитирует кольца огромного энергетического потенциала за счет использования колец керамических конденсаторов, которые заряжаются до десятков тысяч вольт.

Мы увеличим точность наших приборов и продолжим повышать чувствительность интерферометра деформации поля – в конечном итоге станет возможно использовать устройства для прямой генерации отрицательной энергии вакуума.

С помощью этих экспериментов, как надеется Уайт, НАСА сможет перейти от теории к практике.

Ожидание доказательства возможности технологии

Учитывая то, насколько фантастически это все звучит, возникает вопрос – действительно ли Уайт думает, что варп двигатель когда-нибудь будет построен.

Математически это возможно, но еще предстоит увидеть, сможем ли мы когда-либо добиться этого на практике.

То, чего ждет Уайт, это появления доказательств – то, что он зовет момент “Чикаго Pile” – термин, ссылающийся на большой практический пример.

“В конце 1942 года человечество активировало первый ядерный реактор в Чикаго, способный генерировать аж целую половину Вт – чего даже недостаточно для питания лампочки,” – объяснил исследователь.

“Тем не менее, год спустя мы активировали реактор в 4 МВт – это достаточно уже для питания небольшого города. Доказательство возможности технологии это очень важно.

” Не делая громких заявлений, Уайт признал, что варп двигатель открыл бы для человечества некоторые интересные возможности для космических путешествий – и, конечно, сбросил бы наше чувство необъятности космоса.

Эта дыра в общей теории относительности позволила бы нам преодолеть расстояния действительно быстро, с точки зрения наблюдателей с земли и на корабле – путешествия будут измеряться неделями или месяцами, а не десятилетиями и веками.

Но пока разработка двигателя находится в теоретической фазе. “Я не готов обсуждать эту технологию за пределами математики и руководствуясь очень скромными подходами в лаборатории,” сказал Уайт.

И это трезвый подход. Но, благодаря Уайту, у нас теперь есть новая надежда и перспектива освоения космоса. Пока рано ставить крест на полетах быстрее скорости света.

[источники]

источники

http://russian.rt.com/article/36267http://www.techcult.ru/space/1736-nasa-sozdaet-zvezdolet-kotoryj-doletit-do-alfa-centavra-za-dve-nedeli

http://joinfo.ua/hitech/space/940774_Kosmicheskiy-korabl-NASA-mezhzvezdnih-poletov.html#

http://yvek.ru/%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F-%D0%BA%D0%BE%D1%81%D0%BC%D0%BE%D1%81%D0%B0/%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%BF-%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C-%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%B0/

Вот еще несколько околофантастических космических новостей : вот например Каким будет город в космосе, а вот Загадка гибели Фаэтона. Вот еще кстати, Странности пяти реальных планет, до которых не додумалась и научная фантастика, а например Разработка в России ядерного буксира продолжается и возможно Первым искусственным спутником была крышка люка ? Оригинал статьи находится на сайте ИнфоГлаз.рф Ссылка на статью, с которой сделана эта копия – http://infoglaz.ru/?p=49390

Электроника со скоростью света

Электроника со скоростью света

Команда исследователей из Университета Констанца нашла способ переноса электронов в поры быстрее фемтосекундного диапазона, манипулируя ими с помощью света. Это может иметь серьезные последствия для будущего обработки данных и вычислений.

Современные электронные компоненты, которые традиционно основаны на технологии кремниевых полупроводников, могут включаться или выключаться в течение пикосекунд (т.е. 10 -12 секунд).

Стандартные мобильные телефоны и компьютеры работают на максимальных частотах в несколько гигагерц (1 ГГц = 10 9 Гц), в то время как отдельные транзисторы могут приближаться к одному терагерцу (1 ТГц = 10 12 Гц).

Дальнейшее увеличение скорости, с которой электронные переключающие устройства могут открываться или закрываться с использованием стандартной технологии, оказалось сложной задачей.

Будущее электроники

  • Вопрос об управлении светом и материей
  • Сверхбыстрый электронный переключатель

Недавняя серия экспериментов, проведенных в Университете Констанца и опубликованных в недавней публикации в журнале «Nature Physics», демонстрирует, что электроны можно заставить двигаться с субфемтосекундными скоростями, т.е. быстрее, чем 10 -15 секунд, манипулируя ими с помощью специально разработанных световых волн.

«Вполне возможно, это отдаленное будущее электроники», – говорит Альфред Лейтенсторфер, профессор сверхбыстрых явлений и фотоники в Университете Констанца (Германия) и соавтор исследования. «Наши эксперименты с одноцикловыми световыми импульсами привели нас в аттосекундный диапазон переноса электронов».

Свет колеблется на частотах, по крайней мере, в тысячу раз превышающих частоты, достигаемые чисто электронными цепями: одна фемтосекунда соответствует 10 -15 секунд, что является миллионной частью миллиардной доли секунды.

Лейтенсторфер и его команда из Департамента физики и Центра прикладной фотоники (CAP) в Университете Констанца считают, что будущее электроники заключается в интегрированных плазмонных и оптоэлектронных устройствах, которые работают в одноэлектронном режиме на оптических, а не на микроволновых длинах волн.

«Однако это очень фундаментальное исследование и на его реализацию могут уйти десятилетия», – предупреждает он.

Вопрос об управлении светом и материей

Задача для международной команды физиков-теоретиков и экспериментаторов из Университета Констанца, Университета Люксембурга, CNRS – Университета Париж-Юг, Центра физики материалов (CFM-CSIC) и Международного физического центра Доностия (DIPC) в Сан-Себастьяне (Испания), была разработка экспериментальной установки для манипуляции сверхкороткими световыми импульсами в фемтосекундных масштабах ниже одного колебательного цикла, с одной стороны, и создать наноструктуры, подходящие для высокоточных измерений и управления электроникой с другой. «К счастью для нас, у нас есть первоклассные объекты прямо здесь, в Констанце», – говорит Лейтенсторфер, чья команда проводила эксперименты. «Центр прикладной фотоники является мировым лидером в области разработки сверхбыстрых лазерных технологий».

Сверхбыстрый электронный переключатель

Экспериментальная установка, разработанная командой Лейтенсторфера и ее координирующим автором Даниэлем Брида, включала наноразмерные золотые антенны, а также сверхбыстрый лазер, способный излучать сто миллионов одноцикловых световых импульсов в секунду для генерации измеряемого тока. Конструкция оптической антенны в виде бабочки учитывала субволновую и субциклическую пространственно-временную концентрацию электрического поля лазерного импульса в зазоре шириной 6 нм (1 нм = 10 -9 метров).

В результате весьма нелинейного характера туннелирования электронов металла и ускорения в зазоре оптического поля, исследователи смогли переключать электронные токи со скоростью примерно 600 атосекунд (то есть менее одной фемтосекунды , 1 при = 10 -18 секунд).

«Этот процесс происходит только во временных масштабах, составляющих менее половины периода колебаний электрического поля светового импульса», – объясняет Лейтенсторфер – наблюдение, которое партнеры проекта в Париже и Сан-Себастьяне смогли подтвердить и детально отобразить с помощью зависящей от времени обработки электронной квантовой структуры, связанной со световым полем.

Исследование открывает совершенно новые возможности для понимания того, как свет взаимодействует с конденсированной средой, позволяя наблюдать квантовые явления в беспрецедентных временных и пространственных масштабах.

Опираясь на новый подход к динамике электронов, управляемый на наноразмерном уровне оптическими полями, который дает это исследование, ученые перейдут к исследованию переноса электронов в атомном масштабе времени и длины в еще более сложных твердотельных устройствах с пикометрическими размерами. опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление – мы вместе изменяем мир! © econet

Что такое скорость света, чему она равна и как её измеряют? Фото, видео

Электроника со скоростью света

Что такое скорость света и как её измеряют?

О существовании такого понятия как «скорость света» многие знают еще с раннего детства. Большому количество людей известно, что свет движется очень быстро. Но не все знают подробно о явлении.

Многие обращали внимание на то, что во время грозы существует задержка между вспышкой молнии и звуком грома. Вспышка, как правило, доходит до нас быстрее. Это значит, что она имеет большую быстроту, чем звук. С чем это связано? Что такое скорость света и как её измеряют?

Что такое скорость света?

Давайте для начала разберемся, что такое скорость света. По-научному, это такая величина, которая показывает, насколько быстро перемещаются лучи в вакууме или в воздухе. Также нужно знать, что такое свет. Это излучение, которое воспринимается человеческим глазом. От условий окружения зависит быстрота, а также другие свойства, например, преломление.

Интересный факт: свету требуется 1,25 секунды, чтобы добраться от Земли до спутника — Луны.

Свет от Луны до Земли

Если объяснять простыми словами, скорость света — это временной промежуток, за который световой луч проходит какое-нибудь расстояние. Время принято измерять в секундах.

Однако некоторые ученые используют другие единицы измерения. Расстояние тоже измеряется по-разному. В основном — это метр. То есть, эту величину считают в м/с.

Физика объясняет это следующим образом: явление, которое движется с определенной скоростью (константой).

Чтобы легче понять, давайте рассмотрим следующий пример. Велосипедист движется с быстротой 20 км/ч. Хочет догнать водителя автомобиля, скорость которого равна 25 км/ч. Если посчитать, то авто едет на 5 км/час быстрее велосипедиста. С лучами света дела обстоят по-другому. Как быстро бы ни двигался первый и второй человек, свет, относительно них, движется с постоянной быстротой.

Чему равна скорость света?

При нахождении не в вакууме, на свет влияют различные условия. Вещество, через которое проходят лучи, в том числе. Если без доступа кислорода количество метров в секунду не меняется, то в среде с доступом воздуха значение изменяется.

Свет проходит медленнее через различные материалы, такие как стекло, вода и воздух. Этому явлению дан показатель преломления, чтобы описать, насколько они замедляют движение света.

Стекло имеет показатель преломления 1,5, это означает, что свет проходит через него со скоростью около 200 тысяч километров в секунду.

Показатель преломления воды равен 1,3, а показатель преломления воздуха — немного больше 1, это означает, что воздух лишь слегка замедляет свет.

Следовательно, после прохождения через воздух или жидкость, скорость замедляется, становится меньшей, чем в вакууме. Например, в различных водоемах скорость передвижения лучей равна 0.75 от быстроты в космосе. Также при стандартном давлении в 1.01 бар, показатель замедляется на 1.5-2%. То есть при земных условиях скорость света варьируется в зависимости от условий окружающей среды.

Интересно:

Почему трава зеленая? Описание, фото и видео

Для такого явление придумали специальное понятие — рефракция. То есть преломление света. Это широко используется в различных изобретениях. К примеру, рефрактор — телескоп с оптической системой. Также с помощью этого также создают бинокли и другую технику, суть работы которой заключается в использовании оптики.

Телескоп рефрактор – схема

В общем, меньше всего луч поддается рефракции, проходя через обычный воздух. При прохождении через специально созданное оптическое стекло, скорость равняется примерно 195 тысячам километров в секунду. Это практически на 105 тыс км/сек меньше константы.

Самое точное значение скорости света

Ученые-физики за многие года накопили опыт исследований скорости световых лучей. На текущий момент самое точное значение скорости света — 299 792 километра в секунду. Константу установили в 1933 году. Число актуально до сих пор.

Однако в дальнейшем появились сложности с определением показателя. Это произошло из-за погрешностей в измерении метра. Сейчас само значение метра напрямую зависит от скорости света. Оно равняется расстоянию, которое лучи проходят за определенное количество секунд — 1/скорость света.

Чему равна скорость света в вакууме?

Поскольку в вакууме на свет не влияют различные условия, то его скорость не меняется так, как на Земле. Скорость света в вакууме равна 299 792 километрам в секунду. Такой показатель является предельным. Считается, что ничто в мире не может двигаться быстрее, даже космические тела, которые движутся довольно быстро.

Интересно:

Интересные факты о животных

К примеру, истребитель, Боинг Х-43, который превышает скорость звука практически в 10 раз (более 11 тысяч км/ч), летит медленнее, чем луч. Последний движется более, чем на 96 тысяч километров в час быстрее.

Как измеряли скорость света?

Самые первые ученые пытались измерить эту величину. Использовались разные методы. В период античности, люди науки считали, что она бесконечная, поэтому невозможно ее измерить. Это мнение осталось надолго, вплоть до 16-17 века. В те времена появились другие ученые, которые предположили, что луч имеет конец, а скорость можно измерить.

Измерение скорости света

Известный астроном из Дании Олаф Рёмер вывел знания о скорости света на новый уровень. Он заметил, что затмение спутника Юпитера опаздывает. Ранее на это никто не обращал внимание. Следовательно, он решил посчитать скорость.

Он выдвинул приблизительную скорость, которая была равна около 220 тысячам километров в секунду. Позже за исследования взялся ученый из Англии Джеймс Брэдли. Он хоть и не был прав полностью, но слегка приблизился к текущим результатам исследований.

Через некоторое время большинство ученых заинтересовались этой величиной. В исследованиях принимали участие люди науки из разных стран.

Однако до 70-х годов 20 века каких либо грандиозных открытий не было. С 1970-х, когда придумали лазеры и мазеры (квантовые генераторы), ученые провели исследования и получили точную скорость.

Текущее значение актуально с 1983 года. Исправляли лишь небольшие погрешности.

Интересно:

Что такое пульсары и как они образовались? Описание, фото и видео

Опыт Галилея

Ученый из Италии удивил всех исследователей тех годов простотой и гениальностью своего опыта. Ему удалось провести измерение скорости света с помощью обычных инструментов, которые находились у него под рукой.

Он и его помощник взобрались на соседние холмы, предварительно рассчитав расстояние между ними. Они взяли зажженные фонари, оборудовали их заслонками, которые открывают и закрывают огни. Поочередно, открывая и закрывая свет, они пытались рассчитать скорость света. Галилео и помощник заранее знали, с какой задержкой будут открывать и закрывать свет. Когда один открыл, то же делает и другой.

Однако эксперимент был провальным. Чтобы все получилось, ученым пришлось бы стоять на расстоянии в миллионы километров друг от друга.

Как измеряли скорость света?

Опыт Рёмера и Брэдли

Об этом исследовании уже было кратко написано выше. Это один из самых прогрессивных опытов того времени. Рёмер использовал знания в астрономии для измерения скорости передвижения лучей. Происходило это в 76 году 17 века.

Исследователь наблюдал за Ио (спутником Юпитера) через телескоп. Он обнаружил следующую закономерность: чем больше наша планета удаляется от Юпитера, тем большая задержка в затмении Ио. Самая большая задержка составляла 21-22 минуты.

Предположив, что спутник отдаляется на расстояние равное длине диаметра орбиты, ученый разделил расстояние на время. В результате он получил 214 тысячи километров в секунду. Хоть это исследование считается очень примерным, потому что расстояние было примерным, он приблизился к текущему показателю.

Интересно:

Почему падают звезды?

В 18-м веке Джеймс Брэдли дополнил исследование. Для этого он использовал аберрацию — изменение положение космического тела из-за движения Земли вокруг солнца. Джеймс измерил угол аберрации, и, зная скорость движения нашей планеты, он получил значение в 301 тысячу километров в секунду.

Опыт Физо

Исследователи и обычные люди отнеслись скептически к опыту Рёмера и Джеймса Брэдли. Несмотря на это, результаты были самыми близкими к истине и актуальными на протяжении более века.

В 19 столетии Арман Физо — ученый из столицы Франции, Парижа, внес вклад в измерение этой величины. Он использовал способ вращающегося затвора.

Также, как и Галилео Галилей со своим помошником, Физо не наблюдал за небесными телами, а исследовал в лабораторных условиях.

Опыт Физо

Принцип опыта прост. Луч света был направлен на зеркало. Отражаясь от него, свет проходил через зубцы колеса. Затем попадал на еще одну отражающую поверхность, которая была расположена на расстоянии в 8.6 км. Колесо вращали, увеличивая скорость, пока луч не будет видно в следующем зазоре. После подсчетов, ученый получил результат 313 тыс. км/сек.

Позже исследование повторил французский физик и астроном Леон Фуко, получив результат 298 тыс. км/сек. Самый точный результат на то время. Позже измерения проводились при помощи лазеров и мазеров.

Возможна ли сверхсветовая скорость?

Существуют объекты быстрее скорости света. Например, солнечные зайчики, тень, колебания волн. Хотя теоретически они могут развить сверхсветовую скорость, энергия, которую они выделяют не будет совпадать с вектором их движения.

Интересно:

Названия галактик – описание, фото и видео

Если световой луч проходит, к примеру, через стекло или воду, то его могут обогнать электроны. Они не ограничены в скорости передвижения. Следовательно, в таких условиях свет не движется быстрее всех.

Этот феномен назван эффектом Вавилова — Черенкова. Чаще всего встречается в глубоких водоемах и реакторах.

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.