11 - brže od svetlosti

Mogućnost da će se život s vremenom raširiti po galaksiji i preko njenih granica zvuči sasvim prihvatljivo. Život, dakle, možda neće zauvek biti nevažan svemirski kontaminant u tragovima, iako je sad takav. Zapravo, ta ideja čini mi se prilično ugodnom.

- KRALJEVSKI ASTRONOM SER MARTIN RIS

Nemoguće je putovati brzinom većom od brzine svetlosti, a zasigurno nij poželjno, jer bi vam šešir stalno spadao s glave

- VUDI ALEN

Pošto svemirski brod Milenijumski soko u Zvezdanim ratovima uzleti s pustinjske planete Tatuin zajedno s našim herojima Lukom Skajvokerom i Hanom Solom, nailazi na eskadrilu pretećih imperijinih ratnih brodova u orbiti oko planete. Imperijini ratni brodovi zasipaju brod naših junaka baražom osvetničkih laserskih udara koji postojano probijaju polja sile. Milenijumski soko ne može da se nosi s takvom vatrenom moći. Sklanjajući se pred tom poražavajućem laserskom paljbom, Han Solo viče da im je jedina nada skok u hipersvemir. Motori za hiperpogon se u trenu aktiviraju. Sve zvezde oko njih iznenada implodiraju ka centru njihovih ekrana u konvergentnom, zaslepljujućem toku svetlosti. Otvara se rupa u koju će Milenijumski soko munjevito uleteti, dospevajući u hipersvemir i do slobode.

Naučna fantastika? Nesumnjivo. Ali da li bi to moglo da se zasniva na naučnoj činjenici? Možda. Putovanje brže od svetlosti oduvek je bilo hrana za naučnu fantastiku, ali nedavno su fizičari počeli ozbiljno da razmišljaju o ovoj mogućnosti.

Prema Ajnštajnu, brzina svetlosti je konačna granica brzine u svemiru. Čak i najmoćniji današnji ciklotroni koji mogu da generišu energije kakve se nalaze samo u središtima eksplodirajućih zvezda ili samog Velikog praska, ne mogu da ubrzaju subatomske čestice preko brzine svetlosti. Po svemu sudeći, brzina svetlosti je najmerodavniji saobraćajac u kosmosu. Ako je tako, čini se kako su propale sve naše nade da ćemo stići do udaljenih galaksija.

Ili možda i nisu...

Ajnštajn, gubitnik

Godine 1902. niko nije ni slutio da će mladi fizičar Albert Ajnštajn doživeti slavu najvećeg fizičara još od Isaka Njutna. Zapravo, ta godina bila je najgora u njegovom životu. Tek je bio upisao doktorske studije, a svaki univerzitet na koji se prijavio za posao predavača odbio ga je. (Kasnije je saznao kako mu je njegov profesor Hajnrih Veber napisao užasne preporuke, možda sveteći se zato što je Ajnštajn propustio toliko mnogo njegovih predavanja.) Povrh toga, Ajnštajnova majka nije podnosila njegovu devojku Milevu koja beše trudna. Njihova prva ćerka, Lizerl, rodila se kao vanbračno dete. Mladi Albert nije imao uspeha ni u usputnim poslovima koje je obavljao. Dobio je nenadano otkaz i kao predavač nižeg ranga. U pismima je, utučen, kazivao kako razmišlja da postane prodavac da bi zaradio za život. Porodici je čak pisao kako bi bilo bolje da se nije ni rodio, kad im je toliki teret i još je bez ikakvog izgleda da uspe u životu. Kada mu je otac preminuo, Ajnštajn je bio postiđen jer je umro misleći da mu je sin potpuni promašaj.

Ipak, Ajnštajnova sreća će se preokrenuti kasnije te godine. Prijatelj mu je sredio za činovnički posao u Švajcarskom zavodu za patente. S te pozicije daleko ispod njegovih kvaliteta, Ajnštajn će pokrenuti najveću revoluciju u modernoj istoriji. Ajnštajn je brzo pregledao predate patente, i onda satima razmišljao o problemima u fizici koji su ga zbunjivali još od malih nogu.

Gde se skrila tajna njegove genijalnosti? Možda je jedna od naznaka njegova sposobnost da ne razmišlja isključivo matematički nego u fizičkim slikama (na primer, pomažući se predstavama vozova u pokretu, satova koji ubrzavaju, rastegnutog tkanja). Ajnštajn je jednom rekao da je teorija koja se ne može objasniti detetu verovatno beskorisna: drugim rečima, suština teorije mora se iskazati fizičkom slikom. Toliko mnogo fizičara se izgubi u gustišu matematike koji nikud ne vodi. Ali, kao Njutn pre njega, Ajnštajn je bio opsednut fizičkom slikom, a matematika se kasnije nadovezivala. Njutnovu fizičku sliku činile su jabuka koja pada i Mesec. Jesu li sile zbog kojih pada jabuka iste one koje vode Mesec u njegovoj orbiti? Kad je Njutn zaključio da je odgovor potvrdan, napravio je matematičku arhitekturu za svemir koja je objasnila najveću od svih tajni svemira – kako se kreću nebeska tela.

Ajnštajn i relativnost

Albert Ajnštajn je obznanio svoju čuvenu specijalnu teoriju relativnosti 1905. godine. U srcu teorije bila je slika razumljiva čak i detetu. Ova teorija izrasla je iz sna koji ga nije napuštao još od njegove šesnaeste godine, kad je postavio ključno pitanje: šta se dešava ako prestignete svetlosni zrak? Kao mladić, znao je da njutnovska mehanika opisuje kretanje objekata na Zemlji i na nebu, i da Maksvelova teorija svetlosti opisuje svetlost. To su bila dva noseća stuba fizike.

Suština Ajnštajnove genijalnosti beše to što je uvideo da su ova dva stuba međusobno oprečna. Jedan je morao da padne.

Prema Njutnu, svetlosni zrak biste mogli uvek da preteknete, jer brzina svetlosti nije ni po čemu posebna. To je značilo da je svetlosni zrak nepomičan dok se krećete kraj njega. Ali Ajnštajn je kao mladić uviđao da niko nikada nije video svetlosni zrak u potpunom mirovanju, kao da je zamrznut. Dakle, Njutnova teorija nije imala smisla.

Proučavajući Maksvelovu teoriju na fakultetu u Cirihu, Ajnštajn je otkrio nešto što ni Maksvel nije znao: brzina svetlosti je konstantna, koliko god brzo se kretali. Ako idete u susret svetlosnom zraku ili od njega, on će se i dalje kretati istom brzinom. Ali ta osobina protivi se zdravom razumu. Ajnštajn je doznao odgovor na svoje pitanje iz detinjstva: nikada nećete moći da se utrkujete sa svetlosnim zrakom, jer ma koliko brzo se kretali, on uvek odmiče konstantnom brzinom.

Ali njutnovska mehanika je bila gusto istkan sistem: unesete li i najmanju izmenu u pretpostavke na kojima počiva, mogla bi se oparati kao kada povučete slobodan kraj iz tkanja. U Njutnovoj teoriji protok vremena je ujednačen u kosmosu. Sekunda na Zemlji bila je identična sekundi na Veneri ili na Marsu. Slično tome, metar na Zemlji bio je iste dužine kao metar na Plutonu. Ali ako je brzina svetlosti uvek ista bez obzira na vašu brzinu, morali bismo drastično da izmenimo naše poimanje prostora i vremena. Da bi se očuvala nepromenljivost brzine svetlosti, neophodan je korenit preobražaj prostora i vremena.

Evo šta sledi iz Ajnštajnovih razmatranja: ako biste se nalazili u raketi koja se kreće određenom brzinom, protok vremena unutar rakete morao bi da se uspori u odnosu na vreme na Zemlji. Brzina protoka vremena zavisi od toga koliko brzo se krećete. Povrh toga, prostor u raketi bi se sabio, te bi i metar promenio dužinu, u skladu s vašom brzinom. I masa rakete bi se povećala. Ako bismo kroz teleskop gvirnuli u raketu, videli bismo kako satovi sporije otkucavaju, a ljudi bi se kretali usporeno i izgledali spljošteno.

Zapravo, ako bi raketa putovala brzinom svetlosti, vreme u njoj bi se zaustavilo, bila bi sabijena toliko da dužine više ne bi imala, a masa bi joj bila beskonačna. Pošto nijedan od ovih zaključaka nema smisla, Ajnštajn je izjavio da ništa ne može da probije svetlosnu barijeru. Pošto objekti s povećanjem brzine postaju teži, energija kretanja se konvertuje u masu. Lako je precizno izračunati količinu energije koja se pretvara u masu – u samo nekoliko redova stižemo do čuvene jednačine E = mc2.

Otkad je Ajnštajn izveo svoju proslavljenu jednačinu, doslovno milioni eksperimenata potvrdili su njegove revolucionarne ideje. Na primer, sistem GPS kojim se vaša pozicija na Zemlji može locirati do tačnosti od otprilike jednog metra bio bi neuspešan bez korekcija na relativističke efekte. (Pošto vojska zavisi od sistema GPS, fizičari o Ajnštajnovog teoriji relativnosti preslišavaju čak i generale iz Pentagona.) Satovi na sistemu GPS menjaju se u skladu s brzinom dok se kreću nad Zemljom, kao što je Ajnštajn predvideo.

Najubedljivija ilustracija ovog koncepta može se naći u ciklotronima u kojima se čestice ubrzavaju gotovo do brzine svetlosti. Džinovski CERN-ov akcelerator, Veliki hadronski sudarač čestica, instaliran u blizini Ženeve u Švajcarskoj, ubrzava protone do energije reda veličine biliona elektron-volti, tako da se oni kreću brzinom vrlo bliskom svetlosnoj.

Svetlosna barijera još uvek ne predstavlja važan problem raketnim inženjerima, pošto rakete jedva da premašuju brzine od nekoliko desetina do nekoliko hiljada kilometara na sat. Ali za koji vek, kada raketni inženjeri budu ozbiljno razmatrali slanje sondi do najbliže zvezde (udaljene preko četiri svetlosne godine od Zemlje), problem sa svetlosnom barijerom mogao bi postati ozbiljan.

< | 1 | 2 | 3 | 4 | >

U nastavku: Rupe u Ajnštajnovoj teoriji

Prikaz knjige Fizika nemogućeg

Mičio Kaku

Fizika nemogućeg

304 strana

Cena u knjžarama: 1296 dinara Cena kod izdavača: 990 dinara + poštarina 100 dinara

Cena preko AM: 890 dinara + 100 dinara poštarina