Se poate mișca ceva mai repede decât viteza luminii?

Un fapt cunoscut frecvent în fizică este că nu te poți mișca mai repede decât viteza luminii. În timp ce asta este pe scurt adevărat, este, de asemenea, o simplificare excesivă. Conform teoriei relativității, există de fapt trei moduri prin care obiectele se pot mișca:

• La viteza luminii
• Mai lent decât viteza luminii
• Mai rapid decât viteza luminii

Deplasarea cu viteza luminii

Una dintre ideile cheie pe care Albert Einstein le-a folosit pentru a-și dezvolta teoria relativității a fost că lumina într-un vid se mișcă întotdeauna cu aceeași viteză. Particulele de lumină sau fotonii se deplasează prin urmare la viteza luminii. Aceasta este singura viteză cu care fotonii se pot mișca. Ei nu pot niciodată să accelereze sau să încetinească. (Notă: Fotonii schimbă viteza atunci când trec prin diferite materiale. Așa se face refracția, dar este viteza absolută a fotonului într-un vid care nu se poate schimba.) De fapt, toți bosonii se mișcă cu viteza luminii, așa cum putem spune.

Mai lent decât viteza luminii

Următorul set de particule (din câte știm, toate cele care nu sunt bosonii) se mișcă mai lent decât viteza luminii. Relativitatea ne spune că este fizic imposibil să accelerăm aceste particule suficient de rapid pentru a atinge viteza luminii. De ce asta? Ea se ridică de fapt la unele concepte matematice de bază.

Deoarece aceste obiecte conțin masă, relativitatea ne spune că ecuația energiei cinetice a obiectului, pe baza vitezei sale, este determinată de ecuația:

E_k = m₀(γ - 1)c²

E_k = m₀c² / rădăcină pătrată de (1 - v²/c²) - m₀c²

În ecuația de mai sus se întâmplă multe, deci haideți să despachetați acele variabile:

• γ este factorul Lorentz, care este un factor de scară care apare în mod repetat în relativitate. Indică schimbarea în cantități diferite, cum ar fi masa, lungimea și timpul, când obiectele se mișcă. De cand γ = 1 / / rădăcină pătrată de (1 - v²/c²), aceasta este ceea ce determină aspectul diferit al celor două ecuații prezentate.
• m₀ este masa de rest a obiectului, obținută atunci când are o viteză de 0 într-un cadru de referință dat.
• c este viteza luminii în spațiul liber.
• v este viteza cu care se mișcă obiectul. Efectele relativiste sunt semnificativ semnificative numai pentru valori foarte mari ale v, motiv pentru care aceste efecte ar putea fi ignorate cu mult timp înainte ca Einstein să apară.

Observați numitorul care conține variabila v (pentru viteză). Pe măsură ce viteza se apropie și se apropie de viteza luminii (c), acea v²/c² termenul se va apropia tot mai mult de 1 ... ceea ce înseamnă că valoarea numitorului ("rădăcina pătrată a lui 1 - v²/c²") se va apropia tot mai mult de 0.

Pe măsură ce numitorul devine mai mic, energia în sine devine din ce în ce mai mare, apropiindu-se de infinit. Prin urmare, atunci când încercați să accelerați o particulă aproape de viteza luminii, este nevoie de tot mai multă energie pentru a o face. Accelerarea efectivă la viteza luminii în sine ar necesita o cantitate infinită de energie, ceea ce este imposibil.

Prin acest raționament, nicio particulă care se mișcă mai lent decât viteza luminii nu poate atinge niciodată viteza luminii (sau, prin extensie, să meargă mai repede decât viteza luminii).

Mai repede decât viteza luminii

Deci, dacă am avea o particulă care se mișcă mai repede decât viteza luminii. Este chiar posibil?

Strict vorbind, este posibil. Astfel de particule, numite tahioane, au apărut în unele modele teoretice, dar aproape întotdeauna ajung să fie eliminate, deoarece reprezintă o instabilitate fundamentală a modelului. Până în prezent, nu avem dovezi experimentale care să indice faptul că tahionii există.

Dacă ar exista un tahion, acesta s-ar mișca întotdeauna mai repede decât viteza luminii. Folosind același raționament ca în cazul particulelor mai lente decât lumina, puteți dovedi că este nevoie de o cantitate infinită de energie pentru a încetini un tahion până la viteza luminii.