Když jsem byl teenager, byl jsem – vím, že vím – hluboce nerdy. Na úmluvě o sci-fi jsem si koupil tlačítko, které zní: „186 282 mil/sekundu: nejen dobrý nápad, je to zákon.“
Od té doby to bylo zábavné zábavy na sloganu na rychlostní limit na dálnici; Uvedená rychlost je rychlost světla (odpusť mi, to bylo také dlouho předtím, než jsem osobně šel metrikou). Vtip je, že rychlost světla je skutečně kosmickým zákonem; Podle našeho nejlepšího porozumění nic nemůže cestovat rychleji než světlo.
Generace Star Trek Bez ohledu na to, toto omezení není jen nějaký inženýrský limit, jako je způsob, jakým byla rychlost zvuku nepředstavitelná pro letadla (věta „zvuková bariéra“ byla v sci-fi filmech populární, když jsem byl dítě). Rychlost světla je konečný limit fyzické rychlosti, parametr tkaný do struktury samotného vesmíru. Pravidla upravující způsob, jakým se chová prostor, způsob, jakým se čas chová, spoléhají na to, že se nic nedokáže dostat z bodu A do bodu B rychleji než foton. Je to zákon.
O podpoře vědecké žurnalistiky
Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceněné žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a myšlenkách, které dnes formují náš svět.
Takže si dokážete představit nepochopení astronomů v roce 1901, kdy viděli materiál v prostoru pohybující se rychleji než světlo –zřejmě.
Ten rok se hvězda v souhvězdí Perseuse brilantně vyžádala; Astronomové to dabovali. Je ironií, že se nazývá Nova – krátká pro Nova Stella nebo New Star – je to vlastně to, co se děje, když mrtvá bílá trpaslíka hromadí na svém povrchu dostatečnou hmotu, že se materiál katastroficky spojí. To vytváří nesmírně silnou explozi, která odtrhne záležitost velmi vysokými rychlostmi.
Nova byla velmi jasná a mnoho astronomové v té době pozorovalo. Jeden, německý výzkumník Jacobus Kapteyn, si všiml, že hvězda byla obklopena zářícím materiálem, který se zdál být rozšiřující se. Měření této expanze zjistil, že se pohybuje rychleji než světlo!
Bylo to ještě několik let, než Albert Einstein zveřejnil svou zvláštní teorii relativity, která prokázala, že nic nemůže cestovat rychleji než světlo. Ale i tak v té době byl takový rychlý pohyb neslýchaný. Kapteyn si rychle uvědomil, že by to mohla být iluzeačkoli. Měl pravdu. A ve skutečnosti je dnešní mnohem lepší dalekohledy a kamery obvykle vidět zdánlivě superluminální pohyb. Ale jak?
Nejjednodušší analogií je, že mnoho školníků pochopí: pokud si vezmete pár otevřených nůžků a zavřete je, zdá se, že špička, kde se obě čepele setkávají, se pohybuje velmi rychle. Jeho rychlost závisí na tom, jaký je úhel mezi lopatkami a jak rychle je zavřete. Přemýšlejte o tom tímto způsobem: Pokud jsou čepele téměř rovnoběžné, může se tento bod pohybovat neuvěřitelně rychle po délkách čepelí, když se blíží. Pokud jsou čepele přesně rovnoběžné, bod se bude pohybovat nekonečně rychle! To je určitě rychlejší než rychlost světla.
Řešení tohoto paradoxu spočívá v tom, že bod, kde vidíme, že se čepele protínáme, není fyzická věc; Je to jen místo ve vesmíru. Ve skutečnosti se nic fyzicky pohybuje rychleji než světlo; Zdá se, že to je.
Astronomové viděli v těch prvních letech 20. století lehké ozvěny: Světlo z Nova se odráželo zasahujícího mezihvězdného prachu. Jak jsem popsal v dřívějším sloupci vesmíruJe to podobně jako zvuková ozvěna v tom, že mezi viděním události a vidět ozvěnu je zpoždění. Objem prostoru, který můžeme vidět rozsvícené, je podivně tvarován jako a ParaboloidTvar následků, s centrální osou procházející zemskou linií dohledu, osvětlujícím předmětem a vrcholem na opačné straně předmětu. Postupem času se paraboloid rozšiřuje a rozsvítí materiál, jak prochází.
Nyní si představte streamer plynu, který je téměř, ale notquite rovnoběžně s povrchem tohoto paraboloidu. Část tohoto streameru se blíží, když se Nova nejprve rozsvítí, ale část dále je rozsvícena poměrně rychle – podobná nůžkovým čepelím jsou téměř rovnoběžné. Vlna světla, které vidíme, osvětlující streamer se bude pohybovat po jeho délce velmi rychle, a pokud je geometrie právě tak, uvidíme, že vypadá, jako by to bylo osvětleno vlnou světla pohybujícího se rychlejší než světlo. Čím blíže je streamer být rovnoběžný s povrchem paraboloidu, čím rychleji se vlna pohybuje.
Jak jsem poznamenal v tomto dřívějším sloupci, fantasticky tvarovaný materiál kolem Star V838 Monocerotis byl rozsvícen světelným ozvěním z hvězdy. Tento efekt také napodoboval rychlejší než lehké cestování.
Existuje i další způsob, jak získat zjevný superluminální pohyb, a opět geometrie a konečná rychlost světla jsou klíče.
Na konci šedesátých let začali astronomové s názvem vzdálené galaxie s vysokým rozlišením provádět mimořádně rozlišení kvasary. Poháněno hmotou spadací do Supermasivní černé díryTyto objekty mohou odstřelit kuličky plynu od galaxie rychlostí, které se blíží k rychlosti světla.
Pokud je materiál zaměřen víceméně na Zemi, dostáváme vtipnou iluzi. Řekněme, že blob je najednou odstřelena. O rok později je světlo, které vyzařovalo, když se vytvořilo, jeden světelný rok od černé díry. Samotná blob je však na patách horká, pohybuje se jen o něco pomalejší a stále vyzařuje světlo. Kvůli tomuto pohybu může světlo, které emituje o rok později, detekováno jen několik týdnů po počátečním výbuchu světla; Je to, jako bychom viděli, jak se události rozvíjejí při mnohokrát jejich skutečné rychlosti a sledují se s časem velmi komprimované záběry. Pokud je úhel v pořádku, vidíme, že blob se pohybuje po obloze od černé díry mnohem rychleji, než by jeho skutečný pohyb skrz prostor naznačoval, a mohlo by se zdát, že mnohokrát cestuje rychlostí světla.
Tento druh pohybu je běžný v galaxiích sportovních aktivních centrálních supermassive černých děr, jako ten v nedaleké eliptické galaxii M87. Astronomové měřili pohyb v ejektu M87 tak rychle jako šestkrát vyšší rychlost světlaA je to všechno iluzorní.
Svým způsobem je to příliš špatné. Přál bych si, aby superluminální cestování vesmírem bylo skutečně možné; Existuje mnoho astronomických jevů, které bych rád viděl osobně. Z tohoto důvodu to někdy vypadá, že se nás Cosmos zesměšňuje tím, že se zdá, že poruší zákon.
Studiem tohoto jevu se však můžeme dozvědět více o materiálu obklopujícím energetické události a černé díry, způsob, jakým se chová, a v některých případech způsob, jakým byl vytvořen. Pokud se chystáme na antropomorfizující kosmos, můžeme říci, že nás to škádlí – pomáhá nám to učit se. A jak jsme zjistili, vesmír neporušuje zákon natolik, že dobře, deformace to.
