Ще можем ли да… говорим със свръхсветлинна скорост?

Ако искаме да изследваме далечните ъгълчета на Космоса, то търсенето на възможности да останем във връзка със Земята ще стане насъщна задача за нас.

Съществува ли начин да направим така, че нашите думи да преодоляват пространството със скорост, превишаваща светлинната? BBC Future е провело разследване и ето изводите.

Светлината се движи толкова бързо, че може да пресече Атлантика и да измине разстоянието от Лондон до Ню Йорк повече от 50 пъти за една секунда.

Знаейки това, вие можете да си зададете въпроса, защо никой не е проявил интерес към изобретяването на начин за комуникация, който да позволи да се предават данни по-бързо от скоростта на светлината. Всъщност обаче такъв интерес съществува.

Разстоянията в Далечния космос са толкова огромни, че дори съобщения, предавани със светлинна скорост, изискват значително време, за да долетят до адреса. Лошата новина е, че предаването на съобщения по-бързо, без да се нарушават установените физични закони, е невъзможно.

Но има и добра новина – предлагат се начини за заобикаляне на това препятствие, които вещаят поразяващи въображението перспективи, позволяващи да се осъществява свръхсветлинна комуникация.

Досега човечеството не се е сблъсквало с необходимостта да се занимава с развиването на „свръхсветлинна“ комуникация за поддържане на възможността за общуване.

Най-далечното пътешествие за човека е бил полетът на Луната, тоест на разстояние около 384 000 километра. Светлината преодолява този път за 1,3 секунди, което е сравнимо със задръжката, която бихте могли да усетите по време на позвъняване в противоположната част на земното кълбо. Това е достатъчно за възникването на неловки паузи в разговора, което обаче не съдържа в себе си нищо дразнещо.

Гнетът на разстоянията

Ако замисляме да предприемем по-далечно пътешествие, например до Марс, то тогава вече ще започнат нашите проблеми. Марс средно се намира на 225 млн. километра от Земята. Светлината преодолява това разстояние за 12,5 минути. Поради тази причина разговорът с човек, намиращ се на Марс, ще бъде изключително затруднено. И с увеличаване на разстоянието проблемът само ще се задълбочава.

Космическият кораб „Вояджър 1“ вече се намира извън пределите на хелиосферата, на около 19,5 млрд. км от Земята. Независимо от огромната дистанция ние все още можем да получаваме съобщения, но за тяхното пристигане са необходими 18 часа.

За да осъществим връзка с близката до нас система Алфа Центавър, намираща се на около 40 трилиона километра, за пристигането на едно съобщение са необходими четири години.

В съответствие със специалната теория на относителността (СТО) на Айнщайн съществуващото положение на нещата остава неизменно. Нищо не може да се движи със свръхсветлинна скорост, както е било доказано от Айнщайн, тъй като скоростта на светлината се явява фундаментална физична константа. Във вакуум тя е 299 792 458 м/с.

Ако бъдат открити някакви начини да се преодолее този предел, „това ще наруши законите на теорията на информацията и ще изисква преосмисляне на фундаменталните закони на физиката“, твърди Лес Дойч от лабораторията за реактивно движение в Калифорнийския технологичен институт.

От десет години Дойч се занимава със създаването на системи за телекомуникации в Дълбокия космос за НАСА.

Днес за обичайното общуване в Космоса се използват радиовълни, които се предават със скоростта на светлината през вакуум. Сега вече се внедряват технологии за оптична (лазерна) комуникация, но те още са на стадий разработка.

Изкривяване с червееви дупки

Възможно е така и да не успеем да увеличим скоростта на предаването на данни, но можем да увеличим обема информация, предавана за секунда.

„Една от насоките на нашата работа се заключава в постигането на максимална носеща честота на предаване на информация от 8 до 30 гигахерца“, казва Дойч. Колкото по-висока е честотата на сигнала, толкова повече е пропускната способност и толкова по-значителен обем информация можете да предавате всяка секунда.

Използването на технологии за компресиране на данни и поправка на грешките ни позволява още да увеличаваме обема на предаваната информация и масива данни, предавани в секунда.

Може би в бъдеще ще можем да открием начини да увеличим скоростта на предаване на информация. „Теорията на относителността допуска съществуването на така наречените червееви дупки. Можем да си ги представим като изкривяване в пространството, благодарение на което разстоянието между точките се съкращава“, казва Дойч.

Един от простите начини да си представим червеева дупка, или тунел между две плоскости на пространството, е като нарисуваме две точки на лист хартия. Можем да прокараме права линия между тях и тя ще бъде най-краткото разстояние между тези точки на листа. Но ако хартията се сгъне тага, че тези две точки да се окажат една върху друга, то можем да ги свържем с една карфица.

Червеевите дупки в Космоса рядко се разполагат по подобен начин, но все пак с тяхна помощ може да се увеличи скоростта на предаване на информация. Но и такъв начин за комуникация така или иначе няма да е моментален.

Сега се разглеждат и други варианти за свръхсветлинна връзка. Един от тях включва в себе си т.нар. квантово заплитане – странно качество, благодарение на което две частици могат да обменят съдържанието си независимо на какво разстояние се намират една от друга.

„В условията на квантово заплитане, когато имате две заплетени частици, отдалечени една от друга, ако промените състоянието на едната от тях, то променяте и състоянието на другата“, казва Ед Тролъп, инженер по операции с космически кораби от компанията Telespazio VEGA Deutschland. – И е много съблазнително да направите извод, че използвайки заплетени частици, можем да осъществим мигновена комуникация.“

Заплитане и тахиони

Но нещата не са толкова прости. Ако имате двойка заплетени частици, едната от които се намира на космически кораб, летящ през пространството в далечни ъгълчета на Вселената, а другата – на Земята, то действително измененията на частицата на космическия кораб ще предизвикат изменения в частицата на Земята.

Но както обяснява Тролъп, човек, проследяващ състоянието на частицата на Земята, няма да може да тълкува случилите се с нея промени, без да получи поясняващо съобщение от космическия кораб, а подобни съобщения не може да се доставят по-бързо от скоростта на светлината.

С други думи, квантовото заплитане е далече от това да осигури възможност за осъществяване на свръхсветлинна комуникация.

Съществуват също хипотетични частици, толкова любими на авторите и героите на сериала „Стар Трек“, известни като тахиони, или свръхсветлинни частици. Теорията на относителността не отрича тяхното съществуване и ако е така, то те винаги ще се движат със скорост, превишаваща светлинната. Впрочем те също не са способни да осигурят средства за свръхсветлинна комуникация.

„Те могат да се движат по-бързо от скоростта на светлината, но свръхсветлинните частици вероятно не взаимодействат“, обяснява Тролъп. Това отсъствие на взаимодействие означава, че свръхсветлинните частици не могат да се използват за връзка, тъй като ние смятаме, че създаването или откриването им е невъзможно.

Ако свръхсветлинната комуникация беше възможна, това би оказало мощно въздействие върху развитието на космически експедиции.

„В хода на работата по проекта „Розета“ (мисия на Европейската космическа агенция, по време на която миналата година беше осъществено кацането на сондата „Фила“ на кометата Чурюмов-Герасименко), ние имахме 30-40 минути светлинно време.

Следователно това действително оказва влияние върху планирането и провеждането на мисията – казва Тролъп. – Ако имате спътник на земна орбита, можете да общувате с него в реално време. Ако общуването ви със спътника протича с 30-минутна задръжка, това означава, че вие сега разбирате за проблем, който се е случил преди 30 минути. Към момента, в който ще изпратите ответно съобщение, ще измине вече [минимум] половин час след произшествието и чак след час ще поучите обратно съобщение за резултатите.“

При всички многообещаващи хипотези, свързани с тяхното съществуване, свръхсветлинните частици тахиони и квантовото заплитане не се явяват надеждно средство за свръхсветлинна комуникация. Червеевите дупки, ако те наистина съществуват и ако през тях може да се изпращат сигнали, са способни минимум да създадат впечатление за връзки със скорост, превишаваща скоростта на светлината.

Но в този момент свръхсветлинната комуникация се намира извън пределите на възможното от гледна точка на науката.