آیا تاکنون به این فکر کرده‌اید که سفر با سرعتی بیش از سرعت نور توسط یک فضاپیما امکان‌پذیر است یا خیر؟! برای درک بهتر امکان موضوع، مطلب را با مثالی شروع می‌کنیم که احتمالا با آن آشنایی دارید؛ شخصیت سوپرمن می‌توانست سریع‌تر از یک گلوله حرکت کند؛ در این صورت با حرکت او با نصف سرعت گلوله، میزان سرعت گلوله هنگام دور شدن از سوپرمن باید نصف شده باشد.
همچنین اگر او سریع‌تر از گلوله حرکت کرده باشد، می‌بایست از آن سبقت گرفته و جلو بیفتد. به عبارت دیگر حرکت‌های هوایی سوپرمن از دیدگاه نیوتن راجع به فضا زمان پیروی می‌کند؛ به این صورت موقعیت‌ها و حرکت اجسام در فضا باید نسبت به یک چارچوب مرجع مطلق و غیرمتحرک قابل اندازه‌گیری باشد.
در همین رابطه بخوانید: سال نوری چگونه محاسبه می‌شود؟
سفر با بیش از سرعت نور و نظریه اینشتین
در سال ۱۹۰۵ اینشتین نظریه نسبیت خاص (Special Relativity) خود را مطرح کرد که بر اساس آن همه چیز، حتی زمان، نسبی است. دو اصل مهم، زیربنای این نظریه را تشکیل می‌دهند. اصل اول بیان می‌کند که قوانین فیزیک به طور مساوی در حرکت‌های دائمی و پیوسته چارچوب مرجع اعمال می‌شوند.
دومین اصل نیز سرعت نور (تقریبا ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه) است و مستقل از دید ناظر یا منبع نور است. طبق گفته اینشتین، اگر سوپرمن پرتوی نوری را در نصف سرعت نور دنبال کند، سرعت پرتوی نوری که از او دور می‌شود نیز همان‌قدر خواهد بود.
از دیگر مفاهیم مربوطه، معادله معروف اینشتین E = mc² است که E انرژی، M جرم و C سرعت نور را نشان می‌دهد. با توجه به این معادله، جرم و انرژی دو ماهیت یکسان هستند که می‌توانند به جای یکدیگر به کار روند. به خاطر این هم‌بستگی، انرژی یک جسم به سبب حرکت آن جسم، جرم آن را افزایش می‌دهد؛ به عبارت دیگر هر چه یک جسم سریع‌تر حرکت کند، جرم آن بیشتر می‌شود.
البته این موضوع زمانی قابل توجه خواهد بود که یک شی واقعا به سرعت حرکت کند. اگر آن جسم تنها با سرعتی معادل ۱۰ درصد سرعت نور حرکت کند، جرم آن فقط ۰.۵ درصد از حد معمول خواهد شد، اما اگر سرعت آن ۹۰ درصد سرعت نور باشد، جرم آن نیز دو برابر می‌شود.
هر چه یک جسم سرعتش به سرعت نور نزدیک‌تر شود، جرم آن نیز سریع‌تر افزایش می‌یابد. اگر یک شی تلاش کند تا به سرعت نور برسد، جرم و انرژی مورد نیاز برای حرکت دادن آن بی‌نهایت خواهد شد. به همین خاطر است که هیچ جسم طبیعی نمی‌تواند با سرعت نور یا فراتر از آن سفر کند.
اگر با سرعت نور حرکت کنیم چه می‌شود؟
حال فرض می‌کنیم که سفر با سرعت نور ممکن است؛ آن‌گاه چه نتایجی حاصل می‌شوند؟ یکی از نتایج سفر در زمان، نظریه اتساع زمان (Time Dilation) است که توضیح می‌دهد چگونه زمان برای اجسام سریع به کندی می‌گذرد. برای مثال اگر شما در فضاپیمایی قرار داشته باشید که با ۹۰ درصد سرعت نور در حرکت است، گذر زمان برای شما نصف خواهد شد. ساعت شما ده دقیقه حرکت می‌کند، در حالی که ساعت ناظر زمینی، ۲۰ دقیقه جلو می‌رود. همچنین شما اثرات عینی و دیداری عجیبی را تجربه خواهید کرد.
یکی از این اثرات، اعوجاج رنگی (Chromatic Distortion) است و به این واقعیت اشاره می‌کند که چگونه کل میدان دید شما به سمت تونل پنجره‌ای شکل کوچک جلوی فضاپیما معطوف می‌شود. دلیل این رویداد این است که به نظر می‌رسد تمام فوتون‌ها از جمله فوتون‌های پشت سرتان از مسیر روبه‌روی شما حرکت می‌کنند. اعوجاج رنگی عبارت است از عدم انطباق رنگ‌های نور شکست‌یافته در محل همگرایی (تصویر) که باعث ایجاد تصویر غیر واضح می‌شود.
علاوه بر این شما با اثر دوپلر (Doppler Effect) نیز مواجه خواهید شد که باعث می‌شود امواج نور از ستاره‌ها در مقابل چشمان شما به یکدیگر متصل شده و اشیای آبی رنگی نیز مشاهده کنید. تغییر در فرکانس امواج صوتی که ناشی از سرعت نسبی منبع و دریافت‌کننده صوت است، اثر دوپلر نامیده می‌شود.
همچنین امواج نور ستاره‌ها از پشت سر شما از هم جدا می‌شوند و قرمز دیده خواهند شد. هر چه سرعت شما بیشتر شود، اشیا و رنگ‌هایی که از ستاره‌ها در جلو و پشت سر خود خواهید دید، کم نورتر می‌شوند و سرانجام تبدیل به نقاط سیاه و سفید رنگی خواهند شد.
فناوری سفر با سرعت نور
در نهایت برای سفر سریع‌تر از یک فوتون نور، به فناوری بیش از فناوری کنونی نیاز است؛ به عقیده اریک لنتز (Erik Lentz)، از محققان دانشگاه گوتینگن (University of Gottingen) آلمان، ساخت و پرتاب فضاپیمایی که بتواند فراتر از سرعت نور حرکت کند، امکان‌پذیر است.
برای ایجاد موتوری که به شما امکان می‌دهد سریع‌تر از سرعت نور حرکت کنید به مقدار زیادی ماده فرضی با ویژگی‌های عجیب مانند تراکم انرژی منفی نیاز است. تحقیقات جدید می‌تواند این مشکل را با ایجاد سالیتون‌های (Soliton) فوق سریع توسط انرژی دور بزند. سالیتون یک موج پایدار است که با سرعت ثابت حرکت می‌کند. بدین ترتیب سفر به پروکسیما قنطورس (Proxima Centauri)، نزدیک‌ترین ستاره به خورشید، در زمانی بسیار سریع‌تر فراهم می‌شود.
اگر این مقاله برای شما جذاب بوده است، می‌توانید مقاله ما درباره کاربرد پادماده در فضا را نیز مطالعه کنید. دیدگاه‌های خود را در قسمت نظرات مطرح کنید و سوالاتتان را از ما بپرسید؛ کارشناسان اسپاش به شما پاسخ می‌دهند.