Скорость света © в вакууме составляет около 300 000 километров в секунду. Она считается непреодолимым пределом в нашей Вселенной. Ни один объект, обладающий массой, не может его превзойти, согласно специальной теории относительности Эйнштейна. Однако астрономические наблюдения постоянно подкидывают парадоксы — ученые обнаруживают явления, которые кажутся быстрее света.

Речь не идет о нарушении физических законов, все куда интереснее. Такие «сверхсветовые» скорости возникают не из-за разгона объектов выше скорости света, а из-за особенностей их движения, а также из-за восприятия этого движения в масштабах Вселенной. Ниже расскажем о пяти феноменах, которые, как кажется, бросают вызов фундаментальным ограничениям.

Некоторые объекты создают впечатление, что их скорость выше скорости света

Джеты квазаров — визуальная иллюзия сверхсветовой скорости

Один из самых ярких примеров — квазары, или активные ядра далеких галактик. Они выбрасывают узкие струи раскаленной плазмы (джеты) со скоростью, близкой к световой. Иногда кажется, что эти струи движутся быстрее света. Это происходит, когда струя направлена почти прямо на наблюдателя. Свет от ее разных участков доходит до нас с разной задержкой, создавая иллюзию сверхбыстрого перемещения.

Наиболее известный пример — галактика M87, где астрономы наблюдали джеты, движущиеся со скоростью 6-7 С. Разумеется, никакие частицы на самом деле не преодолевают световой барьер — это визуальный эффект, вызванный углом наблюдения и релятивистским искажением времени, то есть эффектом, предсказанным специальной теорией относительности. Суть его заключается в том, что время в движущейся системе отсчета течет медленнее, чем в системе отсчета наблюдателя.

Микроквазары — сверхсветовые струи в пределах нашей Галактики

Квазары — объекты, находящиеся в миллиардах световых лет от нас. Но в пределах нашей галактики тоже есть похожие источники — микроквазары. Это двойные системы, где одна из звезд — черная дыра или нейтронная звезда, захватывающая вещество с компаньона. Вещество разгоняется в аккреционном диске и выбрасывается в виде джетов — точно так же, как у квазаров, только в миниатюре.

Джеты квазаров и микроквазаров движутся со скоростью света, но не нарушают законов физики

У микроквазара GRS 1915+105 в 1990-х годах зафиксировали кажущееся движение струи со скоростью 1,25 С. Но и здесь все объясняется теми же эффектами. Эти объекты дают ученым уникальную возможность изучать поведение вещества в экстремальных условиях — буквально в “домашних” масштабах.

Результат слияния нейтронных звезд — сверхбыстрая струя после катастрофы

В 2017 году весь мир наблюдал историческое событие — слияние двух нейтронных звезд, зарегистрированное через гравитационные волны и электромагнитное излучение. Это было событие GW170817. В результате произошел мощный выброс материи, и спустя несколько месяцев радиоастрономы заметили движущийся объект, якобы перемещающийся со скоростью до 7 С.

Это был узкий джет, направленный под углом к Земле. Его наблюдали при помощи радиоинтерферометрии, что позволило точно измерить его перемещение. Опять же, реальная скорость не превышала световую, но из-за геометрии и времени распространения сигнала создавалась иллюзия сверхсветового движения.

Расстояние между галактиками в космосе увеличивается быстрее скорости света

Расширение Вселенной — галактики уходят от нас быстрее света

Скорость света — предел локальных движений, но во Вселенной возможны исключения, если учитывать не движение через пространство, а само расширение пространства. Согласно космологической модели, пространство между галактиками расширяется, и это расширение может происходить с любой скоростью.

На больших расстояниях это приводит к тому, что далекие галактики удаляются от нас с рецессионными скоростями, превышающими скорость света. Например, объекты с красным смещением z > 1,5 (далекие галактики, квазары и другие космические объекты, у которых спектральные линии сдвинуты в сторону красного конца спектра) уже могут быть за горизонтом Хаббла, то есть их свет больше не может достичь нас.

Это не противоречит теории относительности, потому что сами галактики не «летят» сквозь пространство — расстояние между ними и нами просто увеличивается.

Квантовая запутанность — мгновенные корреляции

Хотя это не “объект” в классическом смысле, квантовая запутанность заслуживает упоминания. Два запутанных фотона могут мгновенно влиять друг на друга, независимо от расстояния. Это явление использовалось в экспериментах, где сигнал между частицами “передавался” быстрее скорости света.

Квантовая запутанность — еще один феномен, который указывает на нарушение предельной скорости

Однако стоит уточнить, запутанность не позволяет передавать информацию, а лишь корреляции. Это не нарушает причинности и не дает способа послать сообщение мгновенно. Тем не менее, с точки зрения классической физики, подобная мгновенность может показаться нарушением предельной скорости.

Учитывая все вышесказанное, отметим, что несмотря на строгое ограничение скорости света, Вселенная полна явлений, которые заставляют нас пересматривать привычные представления о движении. От джетов квазаров до расширения самого пространства — все это демонстрирует, насколько сложна и удивительна реальность в больших масштабах.

источник