Túl a fénysebességen – Einstein mindig nyer?

Túllépjük valaha a fénysebességet? Lehetséges lesz teleportálni, vagy ez örökké a sci-fi szerzők agyszüleménye marad? Keresse a válaszokat az MNO-val.

Tavaly nyáron egy kisebb európai neutrínókísérlet, az úgynevezett OPERA kutatói az egész világot megdöbbentették előzetes bejelentésükkel, melyben közölték: egyes neutrinók túllépték a fénysebességet. A hír egy kis időre még a Higgs-bozon utáni „hajtóvadászatot” is háttérbe szorította.

A tudósok állandó kertelése és visszakozása ellenére az emberek szárnyaló képzelete a neutrínókról rögtön egy csillagközi utazásra is képes űrhajóra vándorolt. Végtére is a sci-fikben évtizedek óta népszerű a téma a fénysebességnél gyorsabban utazni. Erre többféle változatot is kidolgoztak: egyes sci-fikben féreglyukak segítségével, másokban pedig térhajtóművel vagy más néven görbületi hajtóművel utaztak a fénynél gyorsabban.

Még mindig nem értünk oda?! Az ünneprontó Einstein ismét nyert

Az OPERA csapata 2011. szeptember 22-én jelentette be, hogy a neutrínók átlépték a korábban meghaladhatatlannak hitt határt, a vákuumbeli fénysebességet (közel 300 ezer km/s). Az OPERA-kísérlet eredményei független kísérletek során nem igazolódtak. A CERN közleménye szerint a 60 nanoszekundumos eltérés a jelkábel meglazulásával vagy hibás mérésekkel magyarázható. Az eset után Antonio Ereditato, az OPERA-kísérletet koordináló olasz professzor lemondott tisztségéről.

A CERN azóta a Granadai Egyetem kutatóival együttműködve pontosabb mérési rendszert dolgozott ki.

A jelenleg rendelkezésünkre álló technológiákkal évekig, évtizedekig, sőt akár évszázadokig tartana „keresztülszelni az űrt” – így egy ilyen utazás reális ábrázolása egy filmben valószínűleg csupán egy unott sóhajt váltana ki a nézőből: „még mindig nem értünk oda?”

Így érthető, sőt szinte rendeltetésszerű volt az OPERA-bejelentést követő izgalom, még úgy is, hogy a neutrínók csupán néhány nanomásodperccel voltak gyorsabbak a fénysebességnél – vagyis aligha lehetne így lehagyni a Star Trek (Űrszekerek) főhőseit –, de mégiscsak gyorsabb, mint a „c” kozmikus sebesség, melyet Albert Einstein 1905-ben meghatározott.

Sajnálatos módon korai volt az euforikus öröm: kiderült, az OPERA mérése téves, a fénysebességnél nagyobb érték csupán egy kalibrációs hibának tudható be. A felelős egy, a GPS rendszerben meghibásodott kábel volt, ami a neutrínók „menetidejét” mérte, vagyis az ünneprontó Einstein ismét nyert.

De egyvalamire mindenképpen rávilágított az „OPERA-saga”: az ötlet, hogy a fénynél gyorsabban utazhatunk még mindig magával ragadja a képzeletünket. Ahogy azt a hollywoodi forgatókönyvíró Zack Stentz kifejtette: a hit, hogy egy emberéleten belül kijuthatunk a Naprendszerből minden sci-fi író és rajongó számára roppant fontos. Ez a hit alapozza meg a történetmesélést és tartja ébren a közönség érdeklődését.

„Az egyenletek nem hazudnak”

A „hit” szót mindenképpen hangsúlyozni kell, mivel a fizika jelen állása szerint soha nem leszünk képesek túllépni a fénysebességet. Ugyanis a törvény szerint a gyorsuláshoz minden tömeggel rendelkező tárgynak – például egy protonnak a nagy hadronütköztetőben (LHC) – energiára van szüksége, és mindig egy kicsit még többre ahhoz, hogy tovább gyorsulhasson. Az LHC a fénysebességhez lehető legközelebbi sebességre gyorsítja a protonokat, de azok azt sohasem érik el pontosan. Ahhoz, hogy egy protont fénysebességre tudjunk gyorsítani, végtelen mennyiségű energiára volna szükségünk, amivel nem rendelkezünk.

Az egyenletekre nem jellemző, hogy hazudnak, különösen azok, amelyeket már újra és újra teszteltek számtalan kísérletben, több mint egy évszázadon keresztül. Jelenleg a fénysebesség egy leküzdhetetlen határérték.

A cikk folytatódik.

---- Térhajtómű és teleportálás ----

Nem dobják be a törülközőt

Ugyanakkor a fizikusok sohasem jutnának előrébb, ha ilyen könnyen „bedobnák a törülközőt”, és senki sem hiheti, hogy örökké Einsteiné lesz az utolsó szó. Ráadásul sok tudós boldogan veszi fontolóra a relativitási elvek megsértésének lehetőségét, bár eddig még nem jártak sikerrel.

Az FTL (az angol „faster-than-light”, azaz a gyorsabban a fénynél kifejezés rövidítése) utazásról alkotott egyik legkorábbi elképzelés fontos eleme egy hipotetikus részecske, az úgynevezett tachyon, amely az elmélet szerint képes átlépni a fénysebességet. Ez a részecske végül megmaradt az egyenletekben használt matematikai eszköznek, a „hipotetikus” tachyon ugyanis sohasem került elő a fizikai valóságban.

Az OPERA-bejelentés körül kialakult izgalom másik oka ebben az elméletben és a tachyonokban keresendő. 1985-ben a fizikusok azt vetették fel, hogy néhány nagy energiájú neutrínó igazából tachyon, amely képes kölcsönhatásba lépni egy „eddig ismeretlen területtel”, így csak a megfelelő méretű „energialöketre” van szüksége ahhoz, hogy áttörje a „határt” a fénysebesség felé. Vagyis az ilyen tachyonszerű neutrínók elvennék „az univerzum leggyorsabb részecskéi” címet a fotonoktól.

Térhajtómű

Végül a kalibrálási hiba eloszlatta ezeket a reményeket, de még mindig rengeteg potenciális kiskapu van, amit meg kell vizsgálni, így például a Star Trek ihlette térhajtóműves elmélet, amit Miguel Alcubierre mexikói fizikus bontott ki még 1994-ben. Az általános relativitáselmélet szerint a téridő dinamikus és nem statikus, a tömeg vagy energia jelenlétére reagálva csavarodik és hajlik. Alcubierre úgy képzelte, hogy lehetséges volna egy, „a téridőben elgörbült buborékba” helyezni az űrhajót. Ebben a buborékban a jármű előtt összehúzódik tér, majd mögötte kitágul, ezzel lehetővé téve, hogy a „fénynél gyorsabban” utazzon az eszköz. De ezen a buborékon belül, a téridő lényegében stabil maradna, és így a jármű technikailag mégiscsak „engedelmeskedne” a kozmikus sebességhatárnak.

Ezenkívül ismét szembe kell néznünk az energia kérdésének problémájával: a szükséges görbület eléréséhez hatalmas mennyiségű energiára volna szükség – és ráadásul negatív energiára – a Jupiter tömegével egyenértékű mennyiségben. Egy olyan űrhajó meghajtásához, ami „keresztülszelné” az egész Tejútrendszert, több energia kellene, mint amennyi az egész univerzum tömegében fellelhető. Nemrégiben egy csillagközi űrhajózásról tartott szimpóziumon a térhajtóművek jobb energiahatékonyságú, „gyűrű alakú” változatának ötletével álltak elő, szemernyi reményt hagyva, hogy a jövő generációi számára a térhajtómű valósággá válhat.

Kevin Grazier tudós – aki korábban a NASA-nál dolgozott, és a Battlestar Galactica technikai tanácsadója volt – elmesélte, hogy Alcubierre térhajtómű elmélete ihlette a sorozatban használt „térugrásos” ötletet. Az elképzelés azon a feltételezésen alapult, hogy ebben a fiktív világban, a „telepesek” már egyesítették az elektromágnesesség és a gravitáció elméletét oly módon, hogy az elektromágneses mező létrehozása funkcionálisan egyenértékű egy intenzív gravitációs mező előállításával, amely képes előidézni a szükséges téridőelhajlást. Valóra váltani ezt a zseniális fikciót viszont már egy egészen más kérdés.

Szuperhúrelmélet és „teleportálás”

Ha mindenképpen spekulálni szeretnénk, Ken Olum kozmológus szerint az FTL utazás úgy is valóra válhatna, ha olyan egzotikus elméletek, mint a szuperhúrelmélet helyesnek bizonyulnak.

Mi egy négydimenziós téridőben élünk, de a szuperhúrelmélet szerint univerzumunk csak egy a sok párhuzamosan létező „buborék” közül az ötdimenziós téridőben, az úgynevezett bulkban (magyarul: halmaz, tömeg). Ezen belül az univerzumunk a többivel párhuzamosan helyezkedik el, mint az oldalak egy könyvben. Olum elmagyarázta, hogy a feltételezés szerint a „bulkon” keresztül le lehet rövidíteni az utat egy adott célhoz ahhoz képest, mintha a hagyományos négydimenziós felületünkön vagy membránunkon utaznánk oda.

De még ennek az elképzelésnek is van egy hátulütője. A membránelméletekben csak gravitonok tudnak a „bulkon” keresztülutazni” – magyarázta Olum. Tehát fel kellene találni egy gépet, ami letapogatja az utaztatásra szánt tárgyat és továbbítja gravitonok formájában az információt egy második gépnek, amely majd rekonstruálja azt a tárgyat a túloldalon – a teleportáláshoz hasonlóan, csak gravitonokkal.

Tekintve, hogy a gravitonok alaposabb vizsgálata az LHC-ban még előttünk áll, és jelenleg a kvnatumteleportálás rekordja is csupán 143 kilométer, valószínűleg a teleportálás forgatókönyve is a sci-fik birodalmában marad, legalábbis egyelőre. A tudomány halad előre, de csak apró léptekkel, közel sem fénysebességgel.