چرا هیچ چیزی نمی تواند سریع تر از نور حرکت کند؟

اگر بخواهیم به نظریه‌های نسبیت آلبرت اینشتین نگاهی بیاندازیم، چنین چیزی عملاً غیرممکن است؛ اما اگر واقعاً دانشمندان نشان دهند که نوترینوها سریع‌تر از نور حرکت کرده‌اند، آن‌گاه باید در تمام مفاهیم فیزیک تجدید نظر شود. آنتونیو اردیتاتو در آن زمان اعلام کرد که او و گروهش، نسبت به نتایج به‌دست آمده اطمینان بالایی دارند؛ اما او هیچ‌گاه نگفت که کاملاً از نتایج به‌دست آمده مطمئن است و هیچ شکی به آن‌ها ندارد. در واقع، وی از سایر دانشمندان درخواست کرد تا روی نتایج به‌دست آمده کار کنند تا ببینند واقعاً چه اتفاقی افتاده است. در نهایت، مشخص شد که نتایج به‌دست آمده از پروژه‌ی اُپرا اشتباه بوده‌اند. دانشمندان اعلام کردند اتصال ناقص کابلی که وظیفه‌ی انتقال سیگنال‌ها از ماهواره‌های GPS را بر عهده داشت، باعث به‌وجود آمدن یک مشکل زمان‌بندی شده بود.

مشکل زمان‌بندی باعث شده بود در دریافت سیگنال‌ها یک تأخیر جزئی به‌وجود آید. دانشمندان یک فاصله‌ی معین را در نظر گرفته بودند تا ببینند نوترینوها در چه زمانی می‌توانند این مسیر را بپیمایند؛ با توجه به مشکل زمان‌بندی که به‌وجود آمد، نوترینوها این مسیر را در مدت زمان ۷۳ نانوثانیه پیمودند که این سریع‌تر از نور بود و باعث شد دانشمندان از نتیجه‌ی آزمایش حیرت‌زده شوند.

دانشمندان برای چند ماه، آزمایش را بررسی کردند؛ حتی آن‌ها مجدداً داده‌ها را نیز مورد بررسی قرار دادند؛ اما دریافتند که یک اشتباه در این میان رخ داده است. آن‌ها اعلام کردند که مشکل اتصال کابل انتقال‌دهنده‌ی سیگنال، باعث شده است تا سیگنال‌ها با تأخیر از ماهواره‌های GPS دریافت شوند. این اشتباه بزرگ علمی از سوی دانشمندان رخ داده بود و فشار عمومی باعث شد تا آنتونیو اردیتاتو از سمت خود استعفا دهد. پس از این اشتباه علمی، بسیاری اعلام کردند که ممکن است اشتباهات این چنینی بارها در ماشین‌های بزرگ شتاب‌دهنده در هر زمانی رخ دهند.

چرا این مسئله تا این حد دشوار است؛ آیا در صورت امکان، اصلاً چیزی وجود دارد که توانسته باشد سریع‌تر از نور حرکت کند؟ آیا ما واقعاً اطمینان داریم که چیزی نمی‌تواند سریع‌تر از نور حرکت کند؟

بگذارید ابتدا به سؤال دوم پاسخ دهیم. سرعت نور در خلأ برابر است با ۲۹۹,۷۹۲,۴۵۸ متر بر ثانیه که برای سهولت در حل مسائل مرتبط، سرعت نور را همان ۳۰۰,۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه در نظر می‌گیرند. این سرعت سرسام‌آوری است؛ تصور کنید خورشید در فاصله‌ی ۱۵۰ میلیون کیلومتری از زمین قرار گرفته است و نور می‌تواند این فاصله را تنها در مدت زمان ۸ دقیقه و ۲۰ ثانیه بپیماید. با این تفاسیر، آیا بشر توانسته است چیزی را خلق کند که توانایی رقابت با نور را از نظر سرعت داشته باشد؟ یکی از سریع‌ترین اشیایی که انسان توانسته است خلق کند، کاوشگر فضایی افق‌های نو (New Horizons) است که در سال ۲۰۱۵ توانست بر فراز پلوتو و شارون (یکی از قمرهای پلوتو) پرواز کند و اکنون آن‌ها را پشت سر گذاشته است. با وجود این‌که افق‌های نو سریع‌ترین ساخته‌ی بشر محسوب می‌شود؛ اما سرعت آن تنها ۱۶ کیلومتر بر ثانیه است و این در مقابل سرعت ۳۰۰,۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه‌ای نور، تقریباً به حساب نمی‌آید؛ با این‌حال انسان توانسته است ذراتی را به‌وجود بیاورد که بتوانند بسیار سریع‌تر از فضاپیمای افق‌های نو حرکت کنند.

در اوایل دهه‌ی ۶۰ میلادی، ویلیام برتوزی از دانشگاه MIT، توانست با شتاب دادن الکترون‌ها، سرعت‌های بیشتر و بیشتر را تجربه کند. از آن‌جایی که الکترون‌ها دارای بار منفی هستند، بنابراین می‌توان با وارد کردن همان میزان بار منفی به یک ماده، الکترون‌ها را به سمت جلو به حرکت درآورد؛ اگر به الکترون‌ها انرژی بیشتری داده شود، الکترون‌های سریع همچنان شتاب می‌گیرند؛ اما این شتاب گرفتن نیز حدی دارد. شاید با توجه به توضیحات داده شده تصور کنید که اگر ما بتوانیم انرژی داده شده به الکترون‌ها را همواره افزایش دهیم، می‌توانیم به سرعت ۳۰۰,۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه‌ای نور دست یابیم؛ اما آن‌طوری که ویلیام برتوزی نیز مشاهده کرد، الکترون‌ها نمی‌توانند با چنین سرعتی حرکت کنند. ویلیام برتوزی دریافت که اگر انرژی داده شده به الکترون‌ها را افزایش دهیم، این انرژی به طور مستقیم صرف افزایش سرعت الکترون‌ها نمی‌شود. وی پس از تکرار آزمایش‌ها، متوجه شد که برای ایجاد تغییری کوچک در سرعت الکترون‌ها، باید مقدار زیادی انرژی مصرف شود. سرعت الکترون‌ها زیاد و زیادتر می‌شود تا این‌که به نزدیکی سرعت نور می‌رسد؛ اما هیچ‌گاه سرعت آن‌ها دقیقاً برابر با سرعت نور نخواهد شد.

یک مسئله‌ی اساسی در ریاضیات وجود دارد و آن هم میل به سمت بی‌نهایت است. بگذارید فرآیند پرتاب یک توپ را از نظر ریاضی بررسی کنیم. فرض کنید یک توپ را در دست گرفته‌اید و آن را به سمت بالا پرتاب می‌کنید. این توپ پس از بالا رفتن، به سمت زمین می‌آید و بعد دوباره در اثر برخورد با زمین به بالا می‌رود؛ اما این‌بار به ارتفاع اولیه‌ی خود نمی‌رسد. دوباره توپ به زمین می‌خورد و باز هم به سمت بالا می‌رود و با هر بار بالا رفتن، به کسری از ارتفاع اولیه‌ی خود می‌رسد. از نظر ریاضی، فرآیند حرکت این توپ همواره در جریان است و هیچ‌گاه متوقف نمی‌شود؛ یعنی همواره توپ به زمین می‌خورد و بالا می‌رود و همواره ارتفاعش کسری از ارتفاع اولیه خواهد بود تا این‌که در بی‌نهایت، به صفر می‌رسد. از نظر فیزیکی شاید این توپ پس از ۱۰ بار برخورد، متوقف شود و ساکن به نظر برسد؛ اما از نظر ریاضی این‌گونه نیست. این دقیقاً همان مشکلی بود که ویلیام برتوزی با الکترون‌ها داشت. سرعت الکترون‌ها در بی‌نهایت به سرعت نور می‌رسید و از نظر فیزیکی نمی‌توان به یک چنین چیزی دست یافت.

یک پرسش اساسی در این میان وجود دارد: همه‌ی ما می‌دانیم که نور از ذراتی به نام فوتون تشکیل شده است؛ اما چرا این ذرات می‌توانند با سرعت نور حرکت کنند و الکترون‌ها نمی‌توانند به این سرعت دست یابند؟

راجر راسول که یک فیزیکدان از دانشگاه ملبورن استرالیا است، در این خصوص می‌گوید:

هرچه که اجرام سریع‌تر و سریع‌تر حرکت می‌کنند، سنگین‌تر و سنگین‌تر می‌شوند و هرچه که سنگین‌تر می‌شوند، شتاب گرفتن آن‌ها دشوارتر می‌شود؛ پس با این تفاسیر شما هرگز نمی‌توانید به سرعت نور دست یابید. یک فوتون در واقع وزنی ندارد؛ اگر فوتون هم وزن داشت (حتی یک مقدار بسیار ناچیز)، نمی‌توانست با سرعت نور حرکت کند.

فوتون‌ها ذراتی بسیار ویژه هستند. فوتون‌ها هیچ وزنی ندارند و این یعنی آزادند و اگر قرار باشد در محیط‌های خلأ، مانند فضا حرکت کنند، نیازی نیست که برای افزایش سرعت کاری انجام دهند. فوتون‌ها ذاتاً دارای انرژی طبیعی هستند و این یعنی از وقتی که به‌وجود می‌آیند، با بالاترین سرعت ممکن حرکت می‌کنند. گاهی اوقات، نور از خود رفتاری را نشان می‌دهد که باعث می‌شود ما به فکر فرو رویم و به نور، بیشتر به عنوان انرژی نگاه کنیم تا جریانی از فوتون‌ها. نور در واقع جریانی از فوتون‌ها است؛ اما تغییر در سرعت نور باعث شده که ما فکر کنیم نور یک انرژی است. شاید کمی سردرگم شوید؛ اما نور، هم جریانی از ذرات و هم انرژی است.

گاهی اوقات نور با سرعتی پایین‌تر از انتظار ما حرکت می‌کند. متخصصان اینترنت و شبکه می‌گویند که به صحبت در مورد انتقال اطلاعات با سرعت نور در رشته‌های فیبر نوری علاقه دارند؛ اما در واقع سرعت نور در رشته‌های شیشه‌ای و پلاستیکی فیبر نوری، ۴۰ درصد کم‌تر از سرعت آن در محیط خلأ است. با توجه به توضیحات بالا دانستیم که فوتون‌ها، همواره با سرعت ۳۰۰,۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کنند؛ اما وقتی که می‌خواهند از رشته‌های شیشه‌ای فیبر نوری عبور کنند، فوتون‌های آزاد شده توسط اتم‌های شیشه، در مسیر حرکت آن‌ها اختلال ایجاد می‌کنند و از سرعت حرکت آن‌ها می‌کاهند. این توضیح تنها در حد یک فرضیه است؛ اما احتمال آن بسیار بالا است و دانستن آن خالی از لطف نیست.

به جز مواردی خاص، سرعت نور همواره بر روی ۳۰۰,۰۰۰ کیلومتر بر ثانیه ثابت است و ما نیز موارد خاص را در نظر نمی‌گیریم. انسان تا به این لحظه نتوانسته است چیزی را خلق یا مشاهده کند که توانایی حرکت با سرعتی برابر یا فراتر از سرعت نور را داشته باشد. چند مورد خاص هستند که در ادامه نیز به آن‌ها اشاره می‌کنیم؛ اما اکنون وقت آن است که به این پرسش پاسخ دهیم: چرا دستیابی به سرعت نور که آن را به عنوان یک حد فرض می‌کنیم، دشوار است؟

پاسخ این سؤال در علم فیزیک نهفته شده است و تنها یک مرد به نام آلبرت اینشتین آن را می‌داند. اینشتین در نظریه‌ی نسبیت خاص، به بررسی بسیاری از محدودیت‌های موجود در سرعت عالم پرداخته است. در نظریه‌ی نسبیت خاص، سرعت نور همواره ثابت فرض شده است؛ یعنی فرقی نمی‌کند که شما کجا هستید و تا چه اندازه سریع حرکت می‌کنید، باید این را بدانید که نور همواره با سرعت ثابت خود حرکت می‌کند.

فرض کنید شما در یک فضاپیما هستید که ثابت بوده و هیچ‌گونه حرکتی ندارد و یک آینه نیز به سقف آن چسبیده است و شما تصویر خود را در آن می‌بینید. حال یک چراغ قوه را در دست گرفته و نور آن را به صورت عمودی آینه می‌تابانید؛ اکنون نور به آینه برخورد می‌کند و به سمت پایین بازتاب می‌شود. در این حالت فرض می‌کنیم که نور مسافتی برابر با ۱۰ متر را پیموده است. اکنون فضاپیما شروع به حرکت می‌کند و سرعت آن به چند هزار کیلومتر بر ثانیه می‌رسد. شما مجدداً چراغ قوه را روشن می‌کنید و آزمایش قبل را تکرار می‌کنید؛ اما باز هم همان نتیجه را مشاهده می‌کنید؛ یعنی نور اول به آینه برخورد می‌کند و به سمت پایین بازتاب می‌شود. در آزمایش دوم، در واقع نور علاوه بر این‌که به صورت عمودی حرکت کرده است، حرکت مورب نیز داشته است؛ اما چطور؟

در آزمایش دوم، آینه‌ به همراه فضاپیما با سرعت چندین هزار کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کند و مسافتی که نور در مقایسه با آزمایش اول طی کرده، بیشتر شده است. یعنی اگر در آزمایش اول نور مسافتی ۱۰ متری را به صورت عمودی پیمود، در آزمایش دوم این مسافت فرضاً به ۱۵ متر رسیده که ۵ متر آن به صورت مورب بوده است. اگرچه مسافت طی شده افزایش یافته است؛ اما با توجه به قانون نسبیت خاص اینشتین، نور همچنان با سرعت ثابت خود حرکت می‌کند.

در این‌جا یک نتیجه‌ی بسیار جالب خواهیم داشت. همه‌ی ما می‌دانیم که سرعت، از تقسیم فاصله بر زمان به‌دست می‌آید. در نظریه‌ی نسبیت خاص، سرعت نور ثابت فرض شده است و در آزمایش دوم ما مشاهده کردیم که مسافت طی شده توسط نور افزایش یافته است؛ بنابراین برای آن‌که سرعت نور با توجه به افزایش فاصله، همچنان ثابت بماند، باید زمان افزایش یابد. در این آزمایش است که مشخص می‌شود زمان در سرعت‌های بالا کشیده‌تر می‌شود. این ساده‌ترین آزمایش برای اثبات این قضیه است؛ البته روش‌های دیگری نیز برای اثبات آن وجود دارند.

این پدیده‌ای است که با نام «اتساع زمان» شناخته می‌شود؛ یعنی زمان برای افرادی که با سرعت بالا حرکت می‌کنند، در مقایسه با افرادی که حرکتی ندارند، آهسته‌تر می‌گذرد. به عنوان مثال، ایستگاه فضایی بین‌المللی با سرعت ۷.۶۶ کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کند و زمان برای افرادی که در ایستگاه هستند، در مقایسه با ساکنین زمین، حدود ۰.۰۰۷ ثانیه آهسته‌تر می‌گذرد. این پدیده در ذرات بیشتر دیده می‌شود. الکترون‌هایی که در بالا نیز به آن‌ها اشاره کردیم، با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند؛ بنابراین درجه‌ی اتساع زمان برای این ذرات بسیار زیاد خواهد بود.

استیو کُلتهَمر، فیزیکدان تجربی از دانشگاه آکسفورد انگلستان، در مثال خود به ذره‌ای بنیادی به نام میون (Muon) اشاره می‌کند. میون‌ها به شدت ناپایدار هستند و به فروپاشی تمایل دارند؛ بنابراین سعی می‌کنند از یکدیگر جدا شده و به ذرات ساده‌تری تبدیل شوند. در واقع فرآیند فروپاشی میون‌ها خیلی سریع رخ می‌دهد، به‌طوری که بسیاری از میون‌ها وقتی خورشید را ترک می‌کنند تا زمانی که به زمین می‌رسند، تقریباً از بین رفته‌اند؛ اما تعداد زیادی از میون‌ها با حفظ فرم اولیه‌ی خود، به زمین می‌رسند و طبق تعریفی که داشتیم، نباید این چنین باشد؛ درک این موضوع بسیار دشوار است و دانشمندان را به چالش می‌کشد.

استیو کُلتهَمر، در خصوص میون‌ها این چنین می‌گوید:

ما بر این باوریم که میون‌ها توسط یک انرژی بسیار عظیم به‌وجود می‌آیند و همین انرژی باعث می‌شود آن‌ها بتوانند مسافت‌های طولانی را با سرعتی بسیار نزدیک به سرعت نور بپیمایند. ما می‌دانیم که میون‌ها علاقه‌ی بسیاری به فروپاشی دارند و روی کاغذ، امکان ندارد که مقادیر زیادی از آن‌ها به زمین برسند؛ اما ما در آزمایشگاه متوجه شده‌ایم که حجم عظیمی از میون‌ها می‌توانند به زمین برسند، چگونه می‌شود ذره‌ای که به سرعت فرو پاشیده می‌شود، این مسافت طولانی را بدون تغییر طی کند؟همان‌طوری که گفتم، میون‌ها حاصل انرژی عظیمی هستند و با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند و پاسخ معمای ما نیز در همین جمله نهفته است. میون‌ها با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند و زمان برای آن‌ها به حدی آهسته می‌شود که آن را احساس نمی‌کنند. یعنی گذر زمان به حدی آهسته می‌شود که فرآیند فروپاشی را به تأخیر می‌اندازد.

با توجه به گفته‌های استیو کُلتهَمر، می‌توان فهمید که حرکت با سرعت بالا باعث شده است که این ذرات همچنان زنده بمانند و تمام این‌ها به لطف پدیده‌ی اتساع زمان در سرعت‌های بالا است؛ به عبارت دیگر، با سرعت بالا حرکت کنید تا بیشتر زنده بمانید!

وقتی که برخی اجرام در مقایسه با اجرام دیگر، سریع‌تر حرکت می‌کنند، طول آن‌ها نیز انقباض می‌یابد. این پدیده، اتساع زمان و انقباض طول نام دارد و نشان می‌دهد که چگونه فضا-زمان می‌تواند با توجه به حرکت چیزهایی که جرم دارند، مانند شما، من، فضاپیماها و... دچار تغییر شود؛ اما همان‌طوری که اینشتین نیز گفت، هیچ‌کدام از این قوانین برای نور صدق نمی‌کنند؛ زیرا نور اصلاً جرم ندارد. این قوانین بسیار مهم هستند و میان اهل علم، نسل به نسل و سینه به سینه منتقل می‌شوند؛ این قوانینی که ما می‌شناسیم چگونگی عملکرد عالم را توصیف می‌کنند. اگر چیزی وجود داشته باشد که بتواند سریع‌تر از نور حرکت کند، با تمام قوانین شناخته شده در جهان مغایرت خواهد داشت و هر آن‌چه را که آموخته‌ایم، زیر سؤال می‌برد.

به یاد داشته باشیم که همیشه در این جهان استثنا وجود دارد؛ بنابراین وقتی می‌گوییم چیزی را مشاهده نکرده‌ایم که بتواند سریع‌تر از نور حرکت کند به این معنی نیست که واقعاً هیچ چیزی نمی‌تواند از محدودیت سرعت نور عبور کند. به عنوان مثال، به دلیل پدیده‌ی انبساط عالم، کهکشان‌هایی وجود دارند که با سرعتی بسیار بیشتر از سرعت نور از یکدیگر فاصله می‌گیرند. یکی دیگر از استثناهای موجود، به ذراتی مانند فوتون‌ها و الکترون‌ها باز می‌گردد. گاهی اوقات، دو ذره (فوتون) هیچ‌گاه در یک زمان وجود نداشته‌اند؛ یعنی ممکن است یک فوتون در زمانی به وجود آمده باشد و فوتونی دیگر، در زمان متفاوتی به وجود آمده باشد؛ اما بر هم اثر متقابل می‌گذارند و امکان ارتباط با یکدیگر را دارند. به این پدیده، «درهم‌تنیدگی کوانتومی» گفته می‌شود.

یک فوتون می‌تواند بین دو حالت دلخواه، روبه عقب یا جلو حرکت کند؛ اما این تغییرات مکان، دقیقاً توسط فوتون دیگری در جای دیگری تقلید می‌شود. در اصل، این دو فوتون پیش‌تر بر یکدیگر اثر متقابل گذاشته‌اند؛ اما به هر دلیلی از یکدیگر جدا شده‌اند. طبق پدیده‌ی درهم‌تنیدگی کوانتومی، این دو ذره حتی پس از جدایی نیز مواردی مشترک خواهند داشت که عیناً توسط هر یک تقلید می‌شود. از جمله‌ی این کیفیت‌های مشترک می‌توان به قطبی شدن یا چرخش دو ذره اشاره کرد. به طور کلی، سرعت تبادل اطلاعات بین این دو ذره جدا شده، بیشتر از سرعت نور خواهد بود.

به عنوان مثال، دو دانشمند را در نظر بگیرید که در دو نقطه‌ی دور از هم، روی دو فوتونی که پیش‌تر بر یکدیگر اثر متقابل گذاشته‌اند، مطالعه می‌کنند. این دو دانشمند هم‌زمان، یک نتیجه را مشاهده خواهند کرد و فرقی نمی‌کند تا چه اندازه با یکدیگر فاصله داشته باشند، در هر حال سرعت تبادل اطلاعات بین این دو فوتون بیشتر از سرعت نور خواهد بود.

مثال‌ها و توضیحات ارائه شده برای این پدیده، همه را سردرگم می‌کنند؛ اما شاید بتوان گفت تنها نکته‌ای که با توجه به توضیحات بالا می‌توان فهمید این است که سرعت تبادل اطلاعات بین دو چیزی که همزمان وجود دارند، بیشتر از سرعت نور نخواهد بود، مگر آن‌که شرایطی را که در بالا گفته شد، داشته باشند. ما اکنون می‌توانیم سرعت انبساط عالم را محاسبه کنیم؛ اما نمی‌توانیم در این عالم چیزهایی را مشاهده کنیم که با سرعتی فراتر از سرعت نور حرکت می‌کنند، زیرا آن‌ها از نظر ما همواره پنهان هستند و دیده نمی‌شوند.

دو دانشمندی را که روی دو فوتون کار می‌کردند، در نظر بگیرید. شاید آن‌ها به صورت هم‌زمان به یک نتیجه‌ی مشابه رسیده باشند؛ اما آن‌ها هرگز نمی‌توانند با یکدیگر به توافق برسند که چیزی با سرعتی فراتر از سرعت نور بین این دو ذره جابه‌جا شده است؛ زیرا آن‌ها اصلاً نمی‌توانند متوجه این قضیه شوند.

استیو کُلتهَمر در این خصوص می‌گوید:

ببینید، ما در عالم حدودی را برای خود تعیین کرده‌ایم که ممکن است درست یا غلط باشند. ما طبق نظریه‌ی نسبیت می‌دانیم هرچه به سرعت نور نزدیک‌تر می‌شویم، زمان آهسته‌تر می‌گذرد و در سرعت نور، زمان به حدی آهسته شده است که تقریباً متوقف می‌شود؛ اما وقتی که ما از سرعتی فراتر از سرعت نور صحبت می‌کنیم، در واقع قوانین زمان را زیر پا گذاشته‌ایم. در سرعت نور، زمان متوقف می‌شود؛ اما وقتی سرعت از حد سرعت نور بالاتر می‌رود، زمان به عقب باز می‌گردد. فرض می‌کنیم شما همانند اطلاعات جابه‌جا شده بین دو فوتون، توانسته‌اید سیگنال‌هایی با سرعتی فراتر از سرعت نور را ارسال کنید، در این صورت مشکلات بسیاری در مقابل شما قد علم می‌کنند و با پارادوکس‌های بسیاری مواجه می‌شوید. شما توانسته‌اید اطلاعات را با سرعتی فراتر از سرعت نور ارسال کنید؛ در این صورت با توجه به گفته‌های قبلی، بخشی از اطلاعات ارسال شده توسط شما در زمان به عقب باز می‌گردند؛ زیرا در سرعت فراتر از سرعت نور زمان به عقب باز می‌گردد.

یک راه دیگر نیز وجود دارد که بتوان از آن بهره گرفت و با سرعتی فراتر از سرعت نور حرکت کرد. شکاف‌هایی که در فضا-زمان وجود دارند، به صورت خودکار به یک کاوشگر اجازه می‌دهند قوانین عادی حرکت در عالم را زیر پا بگذارد.

جرالد کِلیور از دانشگاه بیلور تگزاس، می‌گوید شاید روزی فرا رسد که ما بتوانیم فضاپیمایی را بسازیم که بتواند با سرعتی فراتر از سرعت نور حرکت کند. یکی از راه‌های انجام این کار، سفر از درون یک کرم‌چاله است. کرم‌چاله‌ها، حلقه‌هایی در فضا-زمان هستند و کاملاً با نظریه‌های اینشتین سازگاری دارند. کرم‌چاله‌ها، گونه‌ای ناهنجاری در فضا-زمان هستند که از آن‌ها به عنوان میانبرهای کیهانی نیز یاد می‌شود، به فضانورد این امکان را می‌دهند که از یک نقطه‌ی جهان، به نقطه دیگری برود.

اگر همه چیز عادی باشد، وقتی که یک جرم از میان کرم‌چاله عبور می‌کند، سرعتش به سرعت نور نزدیک نمی‌شود؛ اما خیلی سریع‌تر از نور به مقصد خود می‌رسد! به عنوان مثال فرض می‌کنیم که شما یک کرم‌چاله در نزدیکی زمین دارید و مقصد خود را نیز یک کهکشان بسیار دوردست تعیین کرده‌اید. شما وارد کرم‌چاله می‌شوید و با سرعتی معمولی به حرکت خود ادامه می‌دهید؛ اما ظرف چند ثانیه یا چند دقیقه به مقصد خود می‌رسید و این در حالی است که طی کردن این مسیر برای نور، میلیون‌ها سال به طول می‌انجامد!

کرم‌چاله‌ها در حال حاضر فرضیه هستند و نمی‌توان برای سفرهای فضایی از آن‌ها استفاده کرد؛ اما چه می‌شود که ما در عوض بتوانیم فضا-زمان را تحریف کنیم و با سرعتی فراتر از سرعت نور در مقایسه با دیگر پدیده‌ها حرکت کنیم؟

جرالد کِلیور یک ایده‌ی خاص، نوین و عجیب را توسعه داده و آن را «ماشین آلکوبیر» نامیده است. ایده‌ی ساخت این ماشین برای نخستین بار در سال ۱۹۹۴ میلادی توسط یک فیزیکدان نظری مکزیکی به نام میگوئل آلکوبیر ارائه شد. اما ماشین آلکوبیر چگونه عمل می‌کند؟

فرض کنید که شما در یک فضاپیما هستید و می‌خواهید در فضا-زمان حرکت کنید. این ماشین بدون آن‌که توپولوژی فضا را تغییر دهد، فضای مقابل شما را منقبض می‌کند و فضای پشت‌سر شما را گسترش داده و از هم باز می‌کند؛ این کار باعث ایجاد یک اثر پیشرانه می‌شود و فضاپیما را به جلو می‌برد. جرالد کِلیور می‌گوید که هنوز بر سر راه اجرایی کردن این ایده مشکلاتی وجود دارد و یکی از این مشکلات این است که ما نمی‌دانیم انجام این کار دقیقاً چقدر انرژی لازم دارد.

در سال ۲۰۰۸، جرالد کِلیور به همراه یکی از دانشجویان خود، موفق شدند تا برخی انرژی‌هایی را که در این فرآیند دخیل هستند، محاسبه کنند. وی در خصوص محاسبات می‌گوید:

ما روی این مسئله به مدت زیادی کار کردیم. اگر شما بخواهید یک سفینه به حجم ۱۰۰۰ متر مکعب را در فضا به کمک ماشین آلکوبیر جابه‌جا کنید، برای حرکت اولیه به مقدار زیادی انرژی نیاز دارید. طبق محاسبات ما، برای کسب انرژی اولیه‌ی شروع این حرکت، باید تمام جرم سیاره مشتری را به خدمت گرفت!

پس از حرکت اولیه نیز باید انرژی داده شده همچنان ادامه داشته باشد تا فرآیند حرکت با سرعت بالا متوقف نشود. هنوز کسی نمی‌داند که آیا اصلاً چنین چیزی امکان‌پذیر است یا خیر؛ ما حتی نمی‌دانیم فناوری ماشین آلکوبیر به چه شکل خواهد بود!

جرالد کِلیور در این خصوص می‌گوید:

من در حال حاضر در مورد این فناوری هیچ‌گونه ادعایی ندارم و نمی‌خواهم که پیش‌بینی من در مورد چیزی که هرگز قرار نیست به مرحله‌ی اجرا برسد، تا قرن‌ها توسط افراد مختف نقل شود. واقعیت این است که در حال حاضر من راهی برای اجرایی کردن این ایده نمی‌بینم.

ماشین آلکوبیر روی کاغذ با سرعتی فراتر از سرعت نور حرکت می‌کند؛ اما واقعیت این است که در حال حاضر، سرعت فراتر از سرعت نور در حد یک آرزوی دست نیافتنی است. شاید ناامید شده باشید، اما صبر کنید؛ زیرا نور بسیار شگفت‌انگیز است. در تمام بخش‌های مقاله، ما در مورد نور مرئی صحبت کردیم؛ اما نور جنبه‌ی نامرئی نیز دارد که بسیار جالب است و جای تفکر دارد.

همه چیز، از امواج رادیویی و مایکروویو و نور مرئی گرفته تا اشعه‌های ایکس و گاما، همگی حاصل فروپاشی اتم‌ها هستند؛ اما از یک ذره‌ی مشترک به نام فوتون تشکیل شده‌اند. این‌ها همگی تنها در طول موج و میزان انرژی تفاوت دارند و طیف الکترومعناطیسی را تشکیل داده‌اند. به عنوان مثال، امواج رادیویی، با سرعت نور حرکت می‌کنند و از این رو برای برقراری ارتباط بسیار مفید هستند.

استیو کُلتهَمر، یک مدار خاص را طراحی کرد و برای ارسال سیگنال‌ها از یک طرف مدار به طرف دیگر، از فوتون‌ها استفاده کرد و گفت که سرعت خارق‌العاده‌ی نور به اندازه‌ای مفید است که نمی‌توان آن را توصیف کرد. وی می‌گوید:

زیربنای اینترنت بر پایه‌ی نور است؛ حتی ما پیش از به‌وجود آمدن اینترنت، رادیو را داشتیم که بر پایه‌ی نور بود و به همین دلیل است که ما می‌توانیم با این سرعت بالا اطلاعات را انتقال دهیم. نور در عالم به عنوان وسیله‌ای برای ارتباط استفاده می‌شود.

وقتی که در یک دکل تلفن همراه، الکترون‌ها شروع به جنبش می‌کنند، فوتون‌ها خارج می‌شوند و باعث می‌شوند که الکترون‌های موجود در موبایل شما نیز جنبش کنند؛ این فرآیندی است که به شما اجازه می‌دهد یک تماس تلفنی ساده را برقرار کنید.

جنبش الکترون‌ها در خورشید نیز باعث تابش فوتون‌ها می‌شود؛ نرخ خارق‌العاده‌ی تابش فوتون‌های خورشید، نور را تولید می‌کند؛ همان نوری که باعث تداوم حیات روی زمین می‌شود.

نور در عالم پخش است و میان بخش‌های مختلف آن ارتباط برقرار کرده است. سرعت خارق‌العاده‌ی ۲۹۹,۷۹۲,۴۵۸ متر بر ثانیه‌ای نور همچنان ثابت باقی می‌ماند و به یکه‌تازی خود ادامه می‌دهد؛ اما فضا-زمان ثابت نیست و تغییر می‌کند و به همه اجازه می‌دهد که بتوانند قوانین یکسان فیزیک را بدون در نظر گرفتن موقعیت یا حرکتشان تجربه کنند.

چه کسی می‌خواهد با سرعتی فراتر از سرعت نور حرکت کند؟