Скорость больше скорости света в вакууме - это
реальность. Теория относительности Эйнштейна запрещает лишь сверхсветовую
передачу информации. Поэтому есть довольно много случаев, когда объекты могут
двигаться быстрее света и ничего при этом не нарушать. Начнем с теней и
солнечных зайчиков.
Если создать на далекой стене тень от пальца, на
который светите фонариком, а потом пальцем пошевелите, то тень задвигается
гораздо быстрее пальца. Если стена расположена очень далеко, то движение тени
будет отставать от движения пальца, так как свет должен будет еще долететь от
пальца до стены, но все равно скорость движения тени будет во столько же раз
больше. То есть, скорость движения тени не ограничена скоростью света.
Кроме теней быстрее света могут двигаться и
«солнечные зайчики». Например, пятнышко от лазерного луча, направленного на
Луну. Расстояние до Луны 385 000 км. Если слегка поводить лазером сдвинув его
едва лишь на 1 см, то он успеет пробежать Луну со скоростью примерно на треть
больше световой.
Подобные вещи могут происходить и в природе.
Например, световой луч от пульсара, нейтронной звезды, может прочесывать облако
пыли. Яркая вспышка порождает расширяющееся оболочку из света или другого
излучения. Когда она пересекает поверхность облака, то создается световое
кольцо, увеличивающееся быстрее скорости света.
Все это примеры вещей, движущихся быстрее света,
но которые не являлись физическими телами. При помощи тени или зайчика нельзя
передать сверхсветовое сообщение, так что и общение быстрее света не
получается.
А вот уже пример, который связан с физическими
телами. Забегая вперед, скажем, что опять же сверхсветовых сообщений не
получится.
В системе отсчёта, связанной с вращающимся
телом, удалённые объекты могут двигаться со сверхсветовой скоростью. Например,
Альфа Центавра в системе отсчёта, связанной с Землёй, движется со скоростью,
более чем в 9600 раз превышающей скорость света, «проходя» расстояние около 26
световых лет в сутки. И точно такой же пример с Луной. Встаньте к ней лицом и
повернитесь вокруг своей оси за пару секунд. За это время она повернулась
вокруг вас на примерно на 2,4 миллиона километров, то есть в 4 раза быстрее
скорости света. Ха-ха, скажете вы, так это ж не она вертелась, а я…А вспомните,
что в теории относительности все системы отсчета независимы, включая и
вращающиеся. Так что, с какой стороны еще посмотреть…
И что же делать? Ну на самом деле, никаких
противоречий здесь нет, ведь опять же, это явление не может быть использовано
для сверхсветовой передачи сообщений. Кроме того заметьте, в своей окрестности
Луна не превышает скорости света. А именно на превышение локальной скорости
света все запреты и накладываются в общей теории относительности.
Один из ключевых парадоксов нашей Вселенной,
тесно завязанный на сверхсветовые скорости - это разбегание галактик.
Из-за расширения Вселенной астрономические
объекты удаляются друг от друга. Согласно закону Хаббла, удалённые галактики, находящиеся на достаточно
большом расстоянии друг от друга, удаляются друг от друга со скоростью,
превышающей скорость света. Хотя их локальная скорость не превышает скорости
света, скорость взаимного разбегания даже локально неподвижных удалённых
объектов может превышать скорость света. Возраст Вселенной оценивается в
примерно четырнадцать миллиардов лет, но отдалённость некоторых астрономических
объектов достигает двухсот миллиардов световых лет. Обычно этот парадокс
обходят в общей теории относительности, запрещая распространять систему отсчёта
на космологические расстояния. Расширение Вселенной невозможно использовать для
ускорения межзвёздных путешествий. Также оно не позволяет нарушать принцип
причинности в общей теории относительности и передавать информацию со скоростью
больше скорости света.
А вот пример из квантовой теории.
В соответствеии с принципом неопределённости Гейзенберга, движущаяся с субсветовой скоростью частица с
некоторой вероятностью может быть обнаружена в любой точке на некотором
интервале вдоль направления движения. Это означает, что наблюдаемая скорость
частицы может варьировать в некоторых пределах и даже превышать скорость света.
Это явление можно объяснить также обнаружением виртуальной частицы несколько
впереди распространяющейся частицы и последующей аннигиляцией её виртуального
партнёра и первоначальной частицы. Любопытно, что именно этот мысленный эксперимент
натолкнул Поля Дирака на мысль о
существовании античастиц. Явление носит
вероятностный характер и не может быть использовано для передачи информации со
сверхсветовой скоростью.
И завершим мы эту тему очень интересным примером
из одной из самых модных на сей день областей физики. Речь идет об эффекте
Казимира и энергии вакуума. (Подробнее об эффекте Казимира читайте в статье на сайте Фестиваля науки)
Скорость волн зависит от свойств среды, в
которой они распространяются. Специальная теория относительности утверждает,
что разогнать массивное тело до скорости, превышающей скорость света в вакууме
невозможно. В то же время теория не постулирует какое-то конкретное значение
для скорости света. Она измеряется экспериментальным путём и может различаться
в зависимости от свойств вакуума. Для вакуума, энергия которого меньше энергии
обычного физического вакуума,
скорость света теоретически должна быть выше. Одним из примеров такого вакуума
является вакуум Казимира,
возникающий в тонких щелях и капиллярах размером (диаметром) до десятка нанометров (примерно в сто раз больше размеров типичного
атома). Этот эффект можно также объяснить уменьшением количества виртуальных частиц в вакууме Казимира, которые подобно частицам
сплошной среды замедляют распространение света. Вычисления, сделанные Шарнхорстом, говорят о превышении скорости света в вакууме
Казимира по сравнению с обычным вакуумом на 1/1024 для щели шириной
1 нм. Превышение скорости света в вакууме Казимира по сравнению со скоростью
света в обычном вакууме экспериментально пока не подверждено из-за
черезвычайной сложности измерения данного эффекта.
