در این مطلب قصد داریم تا با 4 پدیده کیهانی جالبتوجه آشنا شویم که در کمال ناباوری، سریع تر از سرعت نور جابهجا میشوند و بدون نقض نسبیت انیشتین، دید ما به رفتار نور و ذرات کوانتومی را متحول میکنند.
زمانی که آلبرت انیشتین پیشبینی کرد که نور در هر جای جهان با سرعت یکسان حرکت میکند، عدد 299,792 کیلومتر در ثانیه را به عنوان سرعت این پدیده اعلام کرد و به تعبیری یک انقلاب را در دنیای فیزیک به راه انداخت.
تا پیش از این اتفاق، جرم (اتمهای سازنده بدن من، شما و هر آنچه که میبینیم) و انرژی از یکدیگر جدا تلقی میشدند، اما انیشتین با ارائه فرمول معروف E = mc2 علاوه بر ارتباط دادن این دو ماهیت به هم اثبات کرد که هر چیزی که جرم دارد، نمیتواند به اندازه نور و یا بیشتر، سرعت بگیرد.
تا به امروز هم که بیش از یک قرن از دستاورد شگفتانگیز انیشتین میگذرد، نزدیکترین سرعت ثبتشده در شتابدهندههای ذرات فیزیک کوانتوم بوده که ذرات زیر اتمی در آنها با فرآیندهای مخصوصی به چیزی در حدود 99.99 درصد سرعت نور رسیدهاند، اما همانطور که برنده جایزه نوبل، دیوید گراس (David Gross) گفته است، این ذرات هم هرگز به عدد 299,792 کیلومتر بر ساعت نخواهند رسید.
دلیل این اتفاق هم به زبان ساده این است که برای حرکت با سرعت مورد نظر میزان بینهایت انرژی مورد نیاز است و در چنین شرایط جرم ماده هم طبق فرمول انیشتین باید به بینهایت برسد که چنین اتفاقی عملا غیرممکن است. اگر هم ذرات فوتون که تشکیلدهنده نور هستند را در نظر بگیریم، خواهیم دید که چون این ذرات جرم ندارند، حرکت سریع آنها با عدد اعلام شده ممکن است.
با این تفاسیر، هستند پدیدههایی که بدون برهم زدن پایههای نسبیت خاص انیشتین و نقض قوانین ارائهشده، دید ما به فیزیک کوانتوم را بازتر کرده، شگفتیهای پدیده نور را آشکار میکنند و در کمال تعجب سریع تر از سرعت نور حرکت میکنند. در همین رابطه قصد داریم تا 4 ماهیت کیهانی از این دست پدیدهها را مورد بررسی قرار دهیم؛ با ما همراه باشد.
ماهیتهایی سریع تر از سرعت نور
1. شکستن دیوار نوری
به احتمال قوی تا به حال در مورد پدیده شکسته شدن دیوار صوتی و حرکت اجرام با سرعتی بیشتر از سرعت صوت شنیدهاید که باعث به وجود آمدن صدایی فوقالعاده مهیب میشود و به نام انفجار صوتی (Sonic boom) معروف است. با این وجود جالب است بدانیم که در حالت تئوری حرکت سریع تر از سرعت نور هم باید دیوار نوری را بشکند و نوعی انفجار نوری را به وجود بیاورد.
با وجود اینکه گفتیم حرکت ذرات دارای جرم با سرعت بیشتر از سرعت نور و یا حتی بیشتر امکانپذیر نیست، در شرایطی خاص و به صورت نسبی چنین اتفاقی رخ میدهد و حتی دیوار نوری هم شکسته میشود!
پدیده مورد نظر ما که با نام تابش چرنکوف (Cherenkov Radiation) شناخته میشود، اولین بار توسط دانشمندی روسی کشف شد و جایزه نوبل را هم در سال 1958 به خود اختصاص داد.
برای توضیح ارتباط این پدیده با شکستن دیوار نوری باید در نظر داشته باشیم که به صورت کلی در راکتورهای اتمی برای خنک نگهداشتن تجهیزات، هسته راکتور در زیر سطح آب قرار داده میشود و از طرف دیگر، میدانیم که نور در آب، با 75 درصد سرعت واقعی خود در شرایط خلا فضا، حرکت میکند.
این در حالیست که الکترونهای ایجادشده توسط راکتور در زیر آب از ذرات نور سبقت میگیرند و عملا به طور نسبی، سریع تر از سرعت نور حرکت میکنند؛ همانطور که در مورد شکسته شدن دیوار صوتی، پدیده مورد نظر آثار فیزیکی قابل رویتی به جا میگذارد، تابش چرنکوف هم به صورت نور آبی رنگ تصویر بالا دیده میشود.
البته این پدیده همیشه به صورت درخشش آبی رنگ نیست و گاهی اوقات امواج ایجادشده با حرکت سریع الکترونها به صورت نور ماورا بنفش ظاهر میشوند. همچنین، در حالی که ذرات الکترونِ دارای جرم در زیر آب سریع تر از نور حرکت میکنند، به صورت کلی سرعت آنها از میزان 299,792 کیلومتر بر ثانیه بیشتر نمیشود و هیچ بخشی از نظریه انیشتین هم زیر سوال نمیرود.
2. ماهیتهای بدون جرم
همانطور که اشاره شد، بر طبق نسبیت خاص انیشتین هر چیزی که جرم داشته باشد نمیتواند سریع تر از سرعت نور حرکت کند؛ فیزیکدانان میدانند که این قاعده تا این لحظه در هیچ کجای کیهان نقض نشده است، اما با این حال اگر ماهیتی جرم نداشته باشد چه اتفاقی خواهد افتاد؟
فوتونها در حالی که جرم ندارند، ذرات تشکیل دهنده نور هستند و به همین دلیل نمیتوانند از نور سریع تر جابهجا شوند؛ با این حال ماهیت دیگری در جهان که جرم ندارد، فضای خالی یا همان خلا است و اینطور که به نظر میرسد، امکان شکستن دیوار نوری برای آن وجود دارد؛ اختر فیزیکدان معروف، میچیو کاکو (Michio Kaku) در همین رابطه میگوید که خلا میتواند با سرعتی بیشتر از نور در فضا گسترش یابد و به واسطه اینکه در آن جرمی وجود ندارد، شکسته شدن محدودیت سرعت نوری توسط این ماهیت امکانپذیر خواهد بود.
فیزیکدانان هم معتقدند که اتفاقی مشابه این پدیده بلافاصله پس از انفجار بزرگ یا همان بیگ بنگ رخ داده است و بعد از آغاز هستی در جهان، رویدادی که با نام تورم کیهانی شناخته میشود، در زمانی فوقالعاده کوتاه در فضای خالی سریع تر از نور گسترده شده است.
همانطور که دو دانشمند به نامهای آلن گات (Alan Guth) و آندره لیند (Andrei Linde) برای اولین بار در دهه 80 میلادی تئوری مربوط به تورم کیهانی را ارائه دادند، بعد از بیگ بنگ در مدت زمان یک تریلیونمِ یک تریلیونم ثانیه، ابعاد دنیا دو برابر شده است و به همین دلیل فضای خالی لبههای جهان بسیار سریع تر از سرعت نور جابهجا شدهاند.
3. درهمتنیدگی کوانتومی
همانطور که در پاراگرافهای قبل مشاهده کردیم، پدیدههای فیزیکی مورد بحث ما به میزان قابلتوجهی پیچیده هستند و درک صحیح آنها برای ما کاربران عادی به راحتی ممکن نیست؛ در همین رابطه مورد بعدی از لیست به ماهیت درهمتنیدگی کوانتومی (Quantum entanglement) مربوط میشود و مانند سایر مباحث فیزیک کوانتوم نوعی ابهام و پیچیدگی با آن همراه است.
کاکو در این رابطه اظهار کرده که بر طبق نظریه کوانتوم، با نگهداشتن دو الکترون در کنار هم ارتعاشات این دو ذره با هم هماهنگ میشود؛ حال اگر این الکترونها را در فاصلهای معادل چند صد و یا حتی چند هزار سال نوری از هم قرار دهیم، پل ارتباطی بین دو ذره همچنان باقی خواهد ماند.
حال اگر یکی از الکترونها را تکان دهیم، الکترون دیگر این اتفاق را به سرعت حس کرده و در مدت زمانی کوتاهتر از زمان لازم برای حرکت نور بین دو نقطه، واکنش مورد انتظار در الکترون دوم دیده میشود.
در ابتدای مطرح شدن صحبتها در مورد این پدیده انیشتین گفته بود که از آنجایی که هیچ چیز سریع تر سرعت نور حرکت نمیکند، چنین اتفاقی نقضکننده نظریههای فیزیک کوانتوم است؛ در سال 1935 این فیزیکدان افسانهای به همراه دو دانشمند دیگر به نامها برویس پودولسکی (Boris Podolsky) و ناتان روزن (Nathan Rosen)، با توجه پدیده مربوط به الکترونها و در تلاش برای نقض تئوری کوانتوم مقالهای را حاضر کرد.
جالب است بدانیم که بعدها این کار تحقیقاتی به نام پارادوکس انیشتین-پودولسکی-روزن شناخته شد و برای توصیف ارتباط آنی مورد نظر استفاده شد؛ این ارتباط که درهمتنیدگی کوانتومی هم نامگذاری شده، بخش جداییناپذیری از برخی از پیشرفتهترین تکنولوژیهای جهان مانند رمزگذاری کوانتومی به شمار میرود.
4. کرم چالهها
انیشتین با ارائه نظریه نسبیت خاص و اعلام این موضوع که هیچ ماهیت دارای جرمی نمیتواند سریع تر از سرعت نور جابهجا شود، هرگونه امید برای انجام سفرهای بین ستارهای به کمک تجهیزات هوافضای مورد استفاده در حال حاضر را از بین برد.
با این حال در سال 1915 این دانشمند بزرگ با ارائه تئوری نسبت عام، اطلاعاتی از ماهیتی به نام کرم چاله (Wormhole) را ارائه کرد و همانطور که با نسبیت خاص دو مفهوم انرژی و جرم به هم پیوند داده شد، در این نظریه هم انیشتین فضا و زمان را با یکدیگر مرتبط کرد.
این مفهوم شگفتانگیز در ادامه نسبیت خاص امید به انجام جابهجایی در مسافتهای فوقالعاده بزرگ را مجددا زنده کرد و همانطور که کاکو در این رابطه گفته، پیچیدگی فضا زمان که به نام کرم چاله هم شناخته میشود، احتمالا تنها راه قابلاعتماد برای شکستن دیوار نوری و انجام سفرهای بین ستارهای و حتی بین کهکشانی است.
کرم چاله بیشتر از همه در داستانهای علمی تخیلی به عنوان نوعی میانبر کیهانی در نظر گرفته میشود و هنوز شواهدی از وجود آن مستقیما دیده نشده است؛ همانطور که اشاره شد قرارگیری در چنین ماهیتی امکان رسیدن به سرعتی بالاتر از سرعت نور را فراهم میکند.
البته برای واقعی بودن کرم چاله باید نوعی ماده نامتعارف (Exotic matter) وجود داشته باشد که از فروپاشی این ماهیت به دلیل گرانش فوقالعاده زیاد آن جلوگیری کرده و اصطلاحا میانبر مورد نظر را باز نگه دارد. در سال 1988 فیزیکدانی به نام کیپ تورن (Kip Thorne) با استفاده از معادلات نسبیت عام انیشتین احتمال بازماندن همیشگی کرم چاله را مطرح کرد، اما نظریه او به وجود ماده نامتعارف وابسته بود.
تورن در همین رابطه گفته است که به لطف عجایب قوانین نظریه کوانتوم، امکان واقعی بودن ماده نامتعارف وجود دارد و حتی دانشمندان مقدار فوقالعاده اندکی از این ماهیت را در محیط آزمایشگاهی ساختهاند.
تورن در سال 1988 از دانشمندان جهان خواست که تحقیقات خود را بر روی مشخص کردن امکان وجود مقدار کافی از ماده نامتعارف، برای به حقیقت پیوستن ایده کرم چاله، متمرکز کنند؛ با اینکه از آن زمان تاکنون تحقیقات بسیار گستردهای در مورد درخواست تورن انجام شده، پس از گذشت سی سال هنوز نمیتوان با اطمینان گفت که آیا ماهیت کرم چاله واقعا وجود دارد یا خیر!
بالاتر از سرعت نور هم وجود دارد . سرعت حرکت ذهن . شاید در زمانی نه چندان دور . انسان توانست بدون . نیاز به جسم فیزیکی . ارتباط خودش رو با جهان ماده با کمک فنآوری حفظ کنه . شاید روزی فرا برسد بشر بتواند . نحوه ارتباط خود با جهان ماده را بدون نیاز به وجود خود ماده برقرار کند . شاید . انسان های آینده از جنس ماده تاریک سازنده فضا تکامل پیدا کردند . شاید .
اقا از کجا میدونن اونی ک باز شده سیاه چالس یا کرم چاله باو هر دوش سرعتشون خیلی زیاده نور رو میکشن و نقطه و صفحه سیاه دیده میشه وسلام یا اینکه کرمچاله خرطومی چیزی داشته باشه😂
با عرض سلام و ادب خسته نباشید
با توجه به فرمول اینشتاین ک E=mc²
فرض کنیم یک سفینه به جرم 1 بسازیم
و بخواهیم بسرعت نور برسونیم
و برای اینکه به این سرعت برسونیم
باید 10¹⁴×10²×9 ژول انرژی نیاز داریم تا به سرعت نور برسه اما خود سفینه ما به این سرعت نمی رسه به علت افزایش شدید جرم
اما این افزایش شدید جرم ، خود جرم اتم افزایش یافته یا اینکه ماده تاریک یا هر نوع ماده هست ک جلوی حرکت سفینه به سرعت نور گرفته
و اگر افزایش جرم خود اتمها بوده میشه به صورت علمی یعنی بدون استفاده از فرمول مثلا در خود اتمها چه چیز تغییر شده یا بوجود آمده تا جرم آنها به بینهایت رسیده
و اگر جوابتون این بود ک یک عامل هست جلوی حرکت سفینه گرفته آن چی هستش !!!
انرژی جنبشی یک جسم برابر با نصف حاصلضرب جرم در مجذور سرعت نیست. این رابطه فقط برای سرعت های خیلی کمتر از سرعت نور درست است. انرژی جنبشی جسم برابر با کار انجام شده (انرژی داده شده) روی جسم است. چیزی به نام «جرم» وجود ندارد که بگوییم کم یا زیاد می شود. جرم فقط یک مفهوم است که در سرعت های کم مفهوم پیدا کرده است (به کمک قانون دوم نیوتن) و اگر بپرسیم که این جرم چیست؟ پاسخ روشنی وجود ندارد. در واقع نیرو برابر است با جرم ضربدر شتاب ضرب در یک ضریب دیگر که در سرعتهای کم آن ضریب بسیار نزدیک ۱ است ولی با زیاد شدن سرعت آن ضریب هم بزرگ می شود و نیازی نیست که فکر کنید جرم زیاد شده است.
البته تمام اینها مطابق فیزیکی است که امروزه می شناسیم و اگر چند روز دیگر مفهوم جدیدی ارایه شود ممکن است بسیاری از تصورات امروز را برهم بزند.
اینجوری میشه که شتاب وزن اجسام رو تعیین میکنه,اگه جرم اندازه سفینه در شتاب صفر باشه وزنش صفر و در فضا معلق میمونه,روی زمین شتاب تقریبا 10 هست و همین باعث شده تا ما همشه وزن خودمنو رو احساس میکنیم, اگه هر جسمی با شتاب معادل حدود 300.000 کیلومتر بر ثانیه /مثلا من با 80 کیلوگرم وزن/, وزنی معادل 180000000000 رو احاساس میکنم و این باعث میشه تموم ساختار اتمی بدنم تقصیر کنه و مثه انفجار هسته ای نابود و به انرژی تبدیل بشم,این فشار تموم اتم های هیدروژن و هر چیز دیگه ای که در بدن من بوده رو به اتم های سنگینتر تبدیل میکنه
بنظر من اشتباه هس که میگن سرعت نور رو نمیشه شکست, بله حد نهایی همین سرعته ولی راه هایی برای دور زدن سرعت نور هس, که این فشار جسم وارد نشه
سلام
یک روز تمام گفته های انیشتن درباره علم میشه
بچه بازی و بشر به اندازه ای پیشرفت کرد که نمیتوانید فکرش رو بکنید
البته بزرگتر از انیشتن هم داشتیما…
موفق باشید
جلل خالق
مگه نورم دیوار داره؟؟ که بخاد بشکنه
جالب بود خسته نباشید
فوق العاده بود عجعب اطلاعات عمومی
مگه سریع تر از سرعت نورم داریم
از من بشنوی بسیار بیشتر از اینا (تا بینهایت) هم داریم اما قدرت ما دیگه بیشتر کشش نمیده تا بهش برسیم..
گیج شدم باااااا
تو هی نفهمی بری بمیری بهتره