۴ پدیده کیهانی که می توانند سریعتر از سرعت نور حرکت کنند

براساس تئوری نسبیت خاص اینیشتین هیچ جسم دارای جرم نمی تواند سریع تر از سرعت نور حرکت کند، اما نظریه های جدید فیزیک این ادعای اینیشتین را رد کرده اند. به گزارش جی پلاس؛ هنگامی که آلبرت اینیشتین برای اولین بار پیش بینی کرد که نور در همه جا سرعت یکسانی دارد، محدوده سرعت آن را نیز ۶۷۰.۶۱۶.۶۲۹ مایل در ساعت اعلام کرد؛ سرعتی که با آن می توان هشت بار در یک ثانیه به دور زمین چرخید.

اما این همه داستان نیست و تازه شروع داستان است. پیش از اینیشتین، جرم یا همان اتم هایی که ما انسان ها و همه چیز دیگر را تشکیل می دهد و انرژی به عنوان موجودیت های جداگانه شناخته می شدند. اما اینیشتین در سال ۱۹۰۵ برای همیشه نگاه فیزیک دانان را به جهان تغییر داد. تئوری نسبیت خاص اینیشتین دائماً جرم و انرژی را در معادله پایه ای و ساده E=mc2 در کنار یکدگیر قرار می داد. این معادله کوچک پیش بینی می کند هر چیزی که دارای حجم باشد نمی تواند سرعتی معادل سرعت نور یا بیشتر از آن داشته باشد.

نزدیک ترین سرعتی که تا کنون نوع بشر موفق شده به آن دست پیدا کند در درون شتاب های دهنده ذره ای "برخورد دهنده هاردونی بزرگ" و "تواترون" بوده است. این ماشین های غول پیکر ذرات زیر اتمی را تا بیش از ۹۹.۹۹% سرعت نور شتاب می دهند، اما همان گونه که "دیوید گروس"، برنده جایزه نوبل فیزیک توضیح می دهد، این ذرات هیچ گاه قادر نخواهند بود به محدوده سرعت کیهانی برسند. برای این کار مقدار بی نهایتی از انرژی لازم است و در این پروسه جرم اشیاء باید بی نهایت شود که غیر ممکن است. (دلیل این است که ذرات نور که فوتون نامیده می شوند به این خاطر که هیچ جرمی ندارند، می توانند با سرعت نور حرکت کنند.)

از زمان اینیشتین، فیزیک دانان دریافته اند موجودیت های خاصی وجود دارند که می توانند به سرعتی بیش از سرعت نور برسند و از قوانین کیهانی که توسط نسبیت خاص تنظیم شده نیز پیروی می کند. این کار نظریه اینیشتین را رد نمی کند و به ما بینش جدیدی نسبت به رفتار عجیب و غریب نور و قلمرو کوانتومی ارائه می دهد. معادل انفجار صوتی نور هنگامی که اجسام با سرعتی بیش از سرعت صوت حرکت می کنند، یک انفجار صوتی ایجاد می کنند.

بنابراین، به صورت تئوری، اگر چیزی بتواند سریع تر از سرعت نور حرکت کند، باید چیزی شبیه "انفجار نور" تولید کند. در واقع، این انفجار نوری هر روزه در وسایل جهان اطراف ما رخ می دهد و ما می توانیم آنها را با چشم مشاهده کنیم. این پدیده تابش چرنکوف نامیده می شود و همانند یک نور آبی رنگ در درون راکتورهای هسته ای دیده می شود. این تابش به این خاطر تابش چرنکوف نام گرفت که "پاول السییویچ چرنکوف" دانشمند اهل شوروری سابق، برای اولین بار آن را در سال ۱۹۳۴ اندازه گیری کرد و در سال ۱۹۵۸ به خاطر این یافته خود برنده جایزه نوبل فیزیک شد.

تابش چرنکوف به این خاطر می درخشد که راکتور آزمایشی پیشرفته در آب قرار داده شده است تا خنک نگه داشته شود. نور در آب به میزان ۷۵% سرعت نور در خلاء فضای بیرونی حرکت می کند، اما الکترون هایی که توسط واکنش درون هسته ایجاد می شوند سریع تر از سرعت نور در آب حرکت می کنند. ذراتی مثل این الکترون ها که سرعت شان در آب یا برخی وسایل دیگر مثل شیشه، از سرعت نور فراتر می رود یک شوک موجی شبیه آنچه که در انفجار صوتی ایجاد می شود، تولید می کند. هنگامی که به عنوان مثال، یک موشک در هوا در حال حرکت است، امواج فشاری در جلوی خود ایجاد می کند که به اندازه سرعت صوت است و هر چه سرعت موشک به سرعت صوت نزدیک تر می شود، این موج ها زمان کمتری برای کنار رفتن از مسیر آن خواهند داشت.

به محض آن که موشک به سرعت صوت برسد، موج ها جمع شده و شوکی در مقابل شی ایجاد می کند که منجر به بلند شدن انفجار صوتی می شود. به طور مشابه، هنگامی که الکترون ها با سرعتی بیش از سرعت نور در آب حرکت می کنند، تولید یک موج شوک نوری می کند که گاهی به شکل نور آبی می درخشد، اما گاهی نیز می تواند به شکل اشعه های ماوراء بنفش بدرخشد. در حالی که این ذرات سریع تر از سرعت نور در آب حرکت می کنند، اما در واقع محدوده سرعت کیهانی ۶۷۰.۶۱۶.۶۲۹ مایل در ساعت را نمی شکنند. زمانی که قوانین کاربردی ندارند توجه داشته باشید که تئوری نسبیت خاص اینیشتین می گوید هر چیز فاقد جرم می تواند سریع تر از سرعت نور حرکت کند و تا زمانی که فیزیک دانان بتوانند این نظریه را رد کنند، جهان تابع این قانون خواهد بود. اما چه اتفاقی برای یک جسم فاقد جرم می افتد؟ فوتون ها به دلیل ماهیتی که دارند نمی توانند از سرعت نور تجاوز کنند، اما ذرات نور تنها موجودیت بدون جرم موجود در جهان نیستند. فضای تهی حاوی هیچ ماده ای نبوده و از این رو، طبق تعریف فاقد جرم است.

میچیو کاکو، نظریه پرداز فیزیک نجومی می گوید: "از آنجا که هیچ تنها فضای تهی یا خلاء است، از آنجایی که هیچ جسم مادی نمی تواند سد نور را بشکند می تواند سریع تر از سرعت نور گسترش یابد. بنابراین، فضای تهی می تواند سریع تر از نور گسترش یابد." این همان چیزی است که فیزیک دانان فکر می کنند بلافاصله پس از انفجار بزرگ و در طول دوره تورم اتفاق افتاده است. این فرضیه برای اولین بار توسط فیزیک دانانی چون "آلن گوث و "آندری لینده" در دهه ۱۹۸۰ مطرح شد. در عرض تریلیون ها تریلیونینوم ثانیه اندازه جهان بار ها و بارها رشد کرد و در نتیجه، لبه خارجی جهان بسیار سریع گسترش یافت، یعنی بسیار سریع تر از سرعت نور. در هم تنیدگی کوانتومی در هم تنیدگی کوانتومی بسیار پیچیده و ارعاب برانگیز به نظر می رسد اما در مرحله ابتدایی در هم تنیدگی تنها روشی است که ذرات زیر اتمی با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند. کاکو در برنامه "Big Think" می گوید: "اگر من دو الکترون نزدیک به یکدیگر داشته باشم، براساس نظریه کوانتوم آنها می توانند به طور هماهنگ به ارتعاش در بیایند. اکنون اگر این دو الکترون را از هم جدا کنم به گونه ای که صدها و حتی هزاران سال نوری از هم فاصله داشته باشند، پس این دو الکترون این پل ارتباطی لحظه ای را باز نگه خواهند داشت."

کاکو می گوید: "اگر من یک الکترون را به آرامی تکان دهم، الکترون دیگر خیلی سریع این ارتعاش را سریع تر از سرعت نور احساس خواهد کرد. اینیشتین بدین خاطر نطریه کوانتوم را رد کرد که فکر می کرد هیچ چیز نمی تواند سریع تر از سرعت نور حرکت کند. در واقع، اینیشتین، بوریس پودولسکی و ناتان روزن به وسیله یک تجربه ذهنی که از آن به عنوان "اقدامات شبح وار در فاصله" یاد می کردند، اقدام به رد نظریه کوانتوم کردند. جالب اینجاست که مقاله آنها به پایه و اساسی برای آنچه که امروز با عنوان پارادوکس اینیشتین-پودولسکی-روزن یاد می شود، تبدیل شد. پارادوکسی که ارتباط آنی درهم تنیدگی کوانتومی را توصیف می کند. رویای کرم چاله ها اگر چه اینیشتین با مطرح کردن تئوری نسبیت خاص خود، آرزوهای ما را برای سفر به اعماق فضا پایمال کرد، اما تئوری نسبیت عام او در سال ۱۹۱۵ در ما این امید را ایجاد کرد تا بتوانیم درباره سفر بین ستارگان هنوز رویاپردازی کنیم.

درحالی که تئوری نسبیت خاص جرم و انرژی را با هم پیوند می دهد، نسبیت عام فضا و زمان را با یکدیگر یکی می کند. کاکو معتقد است: "تنها راه عملی شکست سد نور می تواند از طریق تئوری نسبیت عام و انحراف فضا زمان باشد. این انحراف چیزی است که در مفهوم عامیانه از آن به عنوان «کرم چاله» یاد می کنیم که به لحاظ نظری سفر جسمی را در مسافت های بیکران به صورت آنی ممکن می سازد. براساس این نظریه، این امکان برای ما فراهم می شود که بتوانیم محدوده سرعت کیهانی را شکسته و مسافت های طولانی را در یک بازه زمانی بسیار کوتاه طی کنیم. "کیپ تورن"، فیزیکدان نظری (و مشاور علمی و مدیر اجرایی فیلم «Interstellar»)، در سال ۱۹۸۸ با استفاده از نسبیت عام اینیشتین برای پیش بینی امکان ایجاد کرم چاله هایی که برای همیشه برای انجام مسافرت های فضایی باز خواهند بود، استفاده کرد. اما برای اینکه این کرم چاله ها قابل عبور باشند، به یک ماده ناشناخته و عجیب نیاز دارند که آنها را باز نگه دارد.

تورن در کتاب "علم بین ستارگان" خود می نویسد: " اکنون واقعیت شگفت انگیز این است که این ماده عجیب و غریب به لطف عجیب و غریب بودن قوانین فیزیک کوانتوم وجود دارد." همچنین این ماده عجیب و غریب حتی در آزمایشگاه های روی کره زمین نیز ساخته شده است، اما در حجم های بسیار ناچیز. هنگامی که تورن نظریه کرم چاله های پایدار خود را در سال ۱۹۸۸ مطرح کرد، وی از جامعه فیزیکدانان خواست تا به او در کشف این موضوع کمک کنند که آیا به اندازه کافی ماده عجیب و غریب در جهان وجود دارد که بتواند امکان ایجاد کرم چاله ها را پشتیبانی کند. تورن می گوید: "این درخواست پژوهش های متعددی را توسط فیزیک دانان به دنبال داشت؛ اما تا به امروز که نزدیک به ۳۰ سال از آن اتفاق می گذرد، این پرسش هنوز بی پاسخ باقی مانده است. این نمی تواند خبر خوبی باشد، اما ما هنوز با پاسخ نهایی فاصله زیادی داریم."

برگرفته از: businessinsider