Čo sa stane, ak kozmická loď prekročí rýchlosť svetla?

Keďže súčasné chápanie fyziky hovorí, že prekročenie rýchlosti svetla vo vákuu je nemožné, akákoľvek diskusia o tom, čo by sa stalo, je čisto špekulatívna a patrí do sféry sci-fi. Avšak, môžeme sa pozrieť na to, čo by to znamenalo, ak by takáto udalosť bola možná, a na základe nášho súčasného chápania vesmíru si predstaviť potenciálne dôsledky.

Z hľadiska súčasnej fyziky (Špekulatívne scenáre):

Súčasná fyzika, predovšetkým Einsteinova teória špeciálnej relativity, stanovuje rýchlosť svetla ($c\approx 299792458m/s$) ako absolútnu kozmickú rýchlosť, ktorú nemôže prekročiť žiadna častica s nenulovou pokojovou hmotnosťou. Aby sa teleso s hmotnosťou priblížilo k rýchlosti svetla, jeho energia by rástla do nekonečna, čo by si vyžadovalo nekonečné množstvo energie.

Ak by sa však napriek tomu podarilo prekročiť rýchlosť svetla, mohlo by to viesť k extrémne bizarným a potenciálne paradoxným javom:

• Fyzika a Astrofyzika:

  • Zrušenie kauzality: Najzásadnejší dôsledok by bolo narušenie princípu kauzality, teda príčiny a následku. Ak by sa kozmická loď pohybovala rýchlejšie ako svetlo, informácia (napríklad svetlo od lode) by dorazila do cieľa skôr, ako samotná loď = pozorovatelia by mohli vidieť loď doraziť do cieľa skôr, ako sa to naozaj stane. To by mohlo viesť k paradoxom, kde následok predchádza príčine.
  • Imaginárna hmotnosť a energia: Matematicky by v špeciálnej relativite objekt, ktorý prekročí rýchlosť svetla, získal imaginárnu pokojovú hmotnosť a energiu. Toto nemá v súčasnej fyzike žiadny zmysluplný výklad a poukazuje na to, že rovnice teórie relativity jednoducho neumožňujú takéto prechody.
  • Interakcie s poľami a časticami: Pri nadsvetelných rýchlostiach by loď interagovala s kozmickým mikrovlnným pozadím (CMB) a inými časticami úplne odlišne. Mohlo by dochádzať k emitovaniu Cherenkovovho žiarenia (podobne ako zvukový tresk pri prekonaní rýchlosti zvuku), ale vo forme fotónov alebo iných častíc.

• Čas a Priestor:

  • Dilatácia času: Podľa špeciálnej relativity, čím rýchlejšie sa objekt pohybuje, tým pomalšie plynie pre neho čas vzhľadom na pozorovateľa v pokoji. Pri rýchlosti svetla by sa čas úplne zastavil. Ak by sa prekročila rýchlosť svetla, matematicky by to naznačovalo, že čas by mohol plynúť dozadu (imaginárny čas).
  • Cestovanie do minulosti: Ak by čas plynul dozadu, kozmická loď by teoreticky mohla cestovať do minulosti. To by opäť viedlo k závažným kauzálnym paradoxom (napríklad "paradox starého otca", kde zmenou minulosti zabránite svojmu vlastnému narodeniu).
  • Skreslenie priestoru: Okrem dilatácie času by dochádzalo aj ku kontrakcii dĺžky v smere pohybu. Pri nadsvetelných rýchlostiach by priestorové dimenzie mohli byť skreslené spôsobmi, ktoré si nedokážeme predstaviť.

Pre ľudskú posádku a samotnú loď:

• Pre ľudskú posádku:

  • Okamžitá smrť (v rámci súčasnej fyziky): Ak by sme brali do úvahy energiu potrebnú na dosiahnutie takých rýchlostí, akékoľvek zrýchlenie by bolo pre ľudské telo absolútne deštruktívne. Sily G by boli nesmierne.
  • Nezrozumiteľná realita: Ak by pre nich čas začal plynúť inak alebo dozadu, vnímanie reality by bolo pre posádku úplne narušené. Nemohli by spracovať informácie, vnímať okolie alebo vôbec fungovať. Všetko by sa pre nich javilo v opačnom poradí alebo neexistujúco.
  • Paradoxy existencie: Ak by cestovali do minulosti, samotná ich existencia by bola ohrozená, pretože by mohli zmeniť udalosti, ktoré viedli k ich vlastnému pôvodu.
  • Izolácia: Boli by odrezaní od akejkoľvek komunikácie alebo vnímania vesmíru, ako ho poznáme. Svetlo a informácie zo Zeme by k nim dorazili s obrovským oneskorením alebo vôbec.

• Pre samotnú loď:

  • Deštrukcia: Podobne ako u posádky, sily a energie spojené s takýmto pohybom by roztrhali loď na atómy. Materiály, z ktorých je loď postavená, by jednoducho nevydržali.
  • Nekonečná energia: Potrebná energia na akceleráciu a udržanie nadsvetelných rýchlostí je podľa súčasnej fyziky nekonečná, čo by znamenalo, že žiadna loď nemôže byť skonštruovaná tak, aby to zvládla.
  • Neznáme interakcie: Ak by došlo k nadsvetelným interakciám, loď by bola vystavená neznámym formám žiarenia a energetických polí, ktoré by ju okamžite zničili.

Plynul by pre nich čas inak ako na Zemi? Mohol by plynúť dokonca dozadu?

Áno, podľa extrapolácií špeciálnej relativity by čas pre nich plynul inak.

• Pomalšie: Ak by sa blížili k rýchlosti svetla, čas by pre nich plynul oveľa pomalšie v porovnaní s pozorovateľmi na Zemi. Pri rýchlosti svetla by sa čas pre nich zastavil.
• Dozadu (špekulatívne): Ak by prekročili rýchlosť svetla, matematické riešenia naznačujú, že by čas mohol plynúť dozadu. Toto je však čisto hypotetické a vedie k paradoxom. V praxi by to znamenalo, že by videli udalosti odvíjajúce sa v opačnom smere – rozbité poháre by sa skladali, stromy by sa zmenšovali na semienka atď. To je úplne v rozpore s našou realitou.

Alternatívne teórie (ktoré však nie sú všeobecne prijaté):

Niektoré teórie a hypotézy, ktoré sa snažia obísť limity rýchlosti svetla, zahŕňajú:

• Červie diery (Wormholes): Teoretické "skratky" v priestore-čase, ktoré by umožnili prekonať obrovské vzdialenosti bez prekročenia rýchlosti svetla lokálne. Loď by sa pohybovala pomalšie ako svetlo, ale efektívne by dosiahla cieľ rýchlejšie.
• Pohony Warp (Warp drives): Koncepty ako Alcubierreho warpový pohon, ktorý by komprimoval priestor pred loďou a rozťahoval ho za ňou, čím by loď zostala v lokálnej oblasti časopriestoru, kde by sa nepohybovala rýchlejšie ako svetlo, ale samotný priestor by sa pohyboval.
• Tachyóny: Hypotetické častice, ktoré vždy cestujú rýchlejšie ako svetlo. Mali by však imaginárnu pokojovú hmotnosť a ich existencia nebola nikdy experimentálne potvrdená. Ak by existovali, správali by sa úplne odlišne od bežnej hmoty.

Záverom, hoci predstava prekročenia rýchlosti svetla je fascinujúca a bežná v sci-fi, v rámci súčasného chápania fyziky je to nemožné a ak by sa to aj stalo, dôsledky by boli katastrofálne a viedli by k narušeniu základných princípov nášho vesmíru, ako ich poznáme.