Запрет сверхсветовых скоростей – бесспорно, одно из самых удивительных и впечатляющих положений современной физики и в то же время – обстоятельство, существенно ограничивающее наши возможности познания и освоения Вселенной, окружающего мира.
В частности, благодаря этому запрету, информация об астрономических явлениях и событиях поступает к нам на Землю с большим опозданием. В зависимости от расстояния до того или иного космического объекта это опоздание может составлять тысячи, десятки и сотни тысяч, миллионы и миллиарды лет. Даже радиосигналам, поступающим с межпланетных космических станций, требуются многие часы, чтобы достичь до Земли. Ведь переносчиками этих сигналов являются электромагнитные волны, которые хотя и распространяются в пространстве с огромной скоростью, но эта скорость «всего лишь» равна скорости света. Невозможность перемещения вещественных объектов со сверхсветовыми скоростями делает практически нереальными и полеты человека к другим космическим мирам.
Но, может быть, запрет сверхсветовых скоростей существует лишь на уровне наших современных знаний?
Сюрпризы Вселенной
Итак, физика не только объясняет причины различных явлений природы, но и устанавливает своеобразные «запреты», то есть выявляет явления, которые происходить не могут. Однако революция в естествознании продемонстрировала, что любые научные теории и положения имеют вполне определенные границы применения, и на явления и процессы, происходящие за этими границами, их запреты могут не распространяться. Таким образом, запреты современной физики носят в известной степени относительный характер.
В последние десятилетия был обнаружен ряд фактов, как будто бы свидетельствующих о том, что движения со сверхсветовыми скоростями в районе некоторых космических объектов все-таки происходят…
Около двадцати лет назад американский астроном Т. Метьюз обнаружил на сделанной им фотографии далекого квазара, то есть очень мощного компактного источника энергии – ЗС 286 туманность, окружающую центральное яркое ядро. Однако на фотографии того же объекта трехлетней давности этой туманности не было. Предположив, что туманность, открытая Метьюзом, была выброшена квазаром не более трех лет назад, и определив ее размеры, наблюдаемые на втором снимке, астрономы, к своему величайшему удивлению, обнаружили, что ее расширение происходило со скоростью, превосходящей скорость света в… несколько сотен раз.
И хотя спустя некоторое время Метьюз сообщил, что его сенсационное открытие оказалось следствием фотографической ошибки, положения это в целом не спасло. Радиоастрономы выяснили, что сверхсветовые движения наблюдаются и в целом ряде космических радиоисточников.
После соответствующей обработки на ЭВМ зарегистрированных радиоданных были получены очень точные радио карты различных компактных радиоисточников. Изучение этих радиокарт показало, что структура и размеры у многих таких источников с течением времени заметно изменяются и скорости подобных изменений значительно превосходят скорость света. Более того, выяснилось, что в одном и том же радиоисточнике могут происходить одновременно несколько сверхсветовых движений радиокомпонент, перемещающихся с разными скоростями примерно в одном направлении.
Что это – реальные сверхсветовые движения или своего рода иллюзия? Было предложено несколько остроумных объяснений. Например, процесс, чем-то напоминающий поочередное зажигание лампочек в гирлянде на новогодней елке. Иными словами, эффект сверхсветового движения создается благодаря последовательному «радиозагоранию» участков радиоструктуры, расположенных в виде цепочки и возникающих независимо друг от друга. Однако объяснить с помощью подобной модели, почему такие «радиовспышки» происходят в строгой последовательности по мере удаления от центра «радиоядра», не представляется возможным. Для этого понадобился бы специальный коммутатор.
Разобраться в сути дела помогло одно любопытное явление. Дело в том, что под запретом теории относительности находится только сверхсветовое перемещение вещества. А, например, световой «зайчик» может двигаться с какой угодно скоростью. Так, если вращать прожектор с угловой скоростью 10 тысяч оборотов в секунду, то зайчик от его луча будет бежать по облакам, расположенным на расстоянии около 5 километров, со скоростью, превосходящей скорость света.
Нечто подобное, видимо, происходит и при наблюдении сверхсветовых движений в радиоисточниках. Скорее всего, наблюдаемый эффект объясняется тем, что из центрального ядра радиоисточника выбрасываются две противоположно направленные струи плазмы, состоящие из высокоэнергичных частиц, магнитных полей и горячего газа. И если такая струя направлена мимо «луча зрения» радиотелескопа, то ее радиоизлучение он может регистрировать лишь в том случае, если оно рассеивается неоднородностями окружающей среды, например, плотными межзвездными облаками, случайно попадающимися на их дороге. В результате струя плазмы заставляет светиться в радиодиапазоне встречающиеся на ее пути облака и создает тем самым уже знакомый нам эффект «светового зайчика», бегущего по «экрану» и способного, с точки зрения наблюдателя, перемещаться со скоростью, превосходящей скорость света.
За световым порогом
Но если сверхсветовые движения в радиоисточниках представляют собой всего лишь своеобразную иллюзию, то возникает вопрос: а не могут ли со сверхсветовыми скоростями реально двигаться отдельные элементарные частицы? Подобные гипотетические сверхсветовые частицы получили в современной физике наименование «тахионов».
Таким образом, в принципе можно предположить, что наряду с миром досветовых взаимодействий существует нигде не пересекающийся с ним мир сверхсветовых скоростей, в котором скорость света является не верхней, а нижней границей возможных скоростей течения физических процессов. В последние годы появился целый ряд работ, авторы которых рассматривают возможность существования «сверхсветовых» частиц, тахионов.
Подобное предположение, как мы только что отметили, не только не противоречит специальной теории относительности, но, наоборот, делает эту теорию более симметричной и внутренне согласованной, распространяя ее на мир, лежащий за световым барьером. Как заметил однажды известный физик-теоретик доктор физико-математических наук B.C. Барашенков, гипотеза тахионов может быть верной или неверной, но она очень естественно вписывается в специальную теорию относительности, создавая цельную замкнутую картину. Разумеется, добавил при этом Барашенков, справедливость этой гипотезы может доказать только эксперимент, но сама естественность обобщения производит весьма сильное впечатление.
Впрочем, далеко не все физики-теоретики разделяют подобную точку зрения. Другой известный физик-теоретик доктор физико-математических наук Я.А. Смородинский, отвечая на вопрос о том, как он относится к идее тахионов, скептически улыбнувшись, заметил, что он воспринимает теоретические исследования в этой области как чисто умозрительные упражнения, не имеющие ничего общего с реальной действительностью, своего рода «теоретическую игру»…
проваливающейся в саму себя, останавливает все движение. Даже движение молекул и атомов. И время тоже остановилось. А звезды, наоборот, кипящий котел. И оттуда идет огромный выброс времени. Причем оно течет то быстрее, то медленнее, в зависимости от условий».
Заметим, что в отношении черных дыр Козырев несколько ошибался, поскольку их теоретическое исследование в те годы (во второй половине XX века) только начиналось. В действительности внутри черных дыр какие-то физические процессы все же, по-видимому, протекают, и что там происходит со временем, сказать пока трудно. Но на границе черной дыры время в самом деле должно останавливаться, поскольку с увеличением тяготения течение времени замедляется, а на границе черной дыры гравитация может достигать практически бесконечной величины.