Што би виделе ако се приближиме до брзината на светлината? Ајде заедно да се качиме на вселенски брод кој забрзува далеку од Земјата, движејќи се побрзо и побрзо. Што би виделе кога постојано забрзуваме? Какви оптички ефекти би се случиле? И ако се обидеме да ја надминеме брзината на светлината со свиткување на простор-времето како во научно-фантастичните филмови, што ќе видиме? Одговорот на овие прашања ќе нè наведе да истражиме многу фасцинантни феномени на нашиот универзум и да се нурнеме во срцето на специјалната и општата релативност.
Нашето летало првично мирува. Откако ќе се лансираме, почнуваме да забрзуваме. Замислуваме дека неговиот погонски систем ни овозможува постојано да забрзуваме онолку колку што сакаме. Како што добиваме брзина, се оддалечуваме од Земјата со сè повеќе забрзување. Некој би помислил дека брзината на крајот ќе стане неподнослива. Сепак, тоа не е случај. Брзината нема никакво влијание врз нашето тело. Кога ќе се вкрстат два воза, невозможно е да се почувствува дали е нашиот воз или другиот што мирува. Слично на тоа, внатре во вселенскиот брод, не можеме да ја почувствуваме неговата брзина, туку само неговото забрзување, ударот на реакторите што не притискаат на нашите седишта. Ако овој потисок е разумен, ќе биде совршено поднослив цело време на нашето патување, дури и кога се приближуваме до брзината на светлината. Сепак, постои ризик поврзан со многу големи брзини: судир. При голема брзина, обична дамка прашина би предизвикала огромна штета ако нè удри. За среќа, нашиот брод е опремен со поле на сила што одбива опасни предмети и ни овозможува слободно да шетаме низ вселената.
Како што забрзуваме, се појавува првиот оптички ефект. Ѕвездите пред нас, до кои се приближуваме, како постепено да се оддалечуваат. Небото се собира пред нас. За да разберете, размислете за оваа вообичаена ситуација: се наоѓате во автомобил кој вози со голема брзина и почнува да врне. Дождот паѓа вертикално од врвот до дното, но додека автомобилот се движи напред, добивате капки дожд на шофершајбната од лицето нагоре. Се чини дека дождот не паѓа одозгора, туку од напред, како неговата траекторија да е навалена. И колку повеќе забрзувате, толку повеќе се чини дека дождот доаѓа од лице надолу. Во нашиот вселенски брод, оптичкиот ефект е совршено аналоген. Светлината на ѕвездите доаѓа од одредена насока, но како што забрзуваме, светлосните зраци се чини дека доаѓаат се повеќе и повеќе од напред. Нивната насока изгледа поинаква кога сме во движење. Ова е аберација на светлината. Како што светлината се фокусира пред нас, нејзиниот интензитет се зголемува. Додека е зад нас, небото се чини дека се шири и станува потемно. Аберацијата на светлината резултира со уште еден чуден феномен.
Ајде да замислиме дека се движиме низ огромна мрежа што ја претставува ткаенината на просторот. Вообичаено, би виделе права решетка составена од прави линии кои се спојуваат пред нас поради перспективата. Меѓутоа, со забрзувањето, феноменот на аберација ја искривува сликата на небото околу нас. Како што одминуваат деновите, се чини дека решетката се собира напред, а правите линии се наведнуваат. Ако поминеме покрај некој објект, тој ќе изгледа како да е малку под агол во нашата насока. Ова се нарекува ротација Терел-Пенроуз. Како што се движиме многу брзо, сликите на предмети изгледаат згрчени пред нас и перспективата е силно искривена.
Често слушаме дека колку подалеку гледаме во вселената, толку подалеку гледаме во минатото. Навистина, светлината што ја добиваме од далечна ѕвезда мора да патува милијарди километри. Ова патување не е моментално и потребно е малку време за светлината да стигне до нас. Како резултат на тоа, ја гледаме ѕвездата како што била во минатото кога ја емитувала оваа светлина, можеби пред неколку илјади години. Кој знае како може да се промени оттогаш? Гледајќи од нашиот вселенски брод, функционира истиот феномен. Како што се оддалечуваме од Земјата, на светлината на планетата и треба подолго и подолго да стигне до нас. Кога би можеле да зумираме со телескоп, би ги виделе луѓето на Земјата како се развиваат во бавно движење. Ова е Доплер ефект. Секое отчукување на часовниците на Земјата му треба подолго и подолго за да стигне до нас. Добиваме светлосни зраци во бавно движење, а нивниот интензитет се чини дека слабее додека сликата на планетата се поместува кон црвената боја. Пред нас е спротивен ефект. Бродот ја достигнува светлината, а ѕвездите се чини дека стануваат посветли. Тие се префрлаат кон сината боја, а нивните часовници отчукуваат побрзо.
Со доволно прецизна опрема, можевме да ги измериме аберациите и доплеровите ефекти од почетокот на нашето забрзување во вселената. Меѓутоа, ако решивме да го завршиме нашето патување и да се вратиме на Земјата, овие ефекти нема да имаат никакво влијание. Тие се само оптички илузии поради начинот на кој примаме светлина додека се движиме. Меѓутоа, по неколку стотици дена, додека реакторите не туркаат сè побрзо, бродот почнува да се приближува до брзината на светлината. При такви брзини, некои феномени повеќе нема да бидат обични оптички илузии. Вистинските физички ефекти ќе започнат со неповратни последици. Специјалната релативност влегува во игра.
Првата последица на релативноста е позната како временско проширување. Нашиот универзум е огромна четиридимензионална ткаенина наречена простор-време, составена од три димензии на просторот и една димензија на времето. Внатре во простор-времето, сите тела трагаат по една траекторија бидејќи сите тие напредуваат кон својата иднина. Пред полетувањето, нашиот брод се движеше на ист начин како Земјата кон иднината. Но, со зголемувањето на брзината и оддалечувањето од Земјата побрзо и побрзо, нашата траекторија постепено отстапуваше од онаа на планетата. Оската што ја нарекуваме време повеќе не е усогласена со временската оска на луѓето на Земјата. Ако решивме да се свртиме и да се вратиме, нашите часовници ќе мереа поинакво време, а ние ќе остаревме помалку од земјаните бидејќи нашите траектории во простор-времето ќе беа поинакви.
Друга клучна последица на специјалната релативност се нарекува контракција на должината. Кога телото се движи со брзина блиску до светлината, неговата должина се собира во насока на неговото движење. Од перспектива на вселенскиот брод, целиот универзум се движи наназад. За нас, универзумот се собира по нашата насока на движење. Должината на патувањето до нашата дестинација е пократка од очекуваното. Веќе не зборуваме за оптички ефекти туку за физички и конкретен феномен. Ако се обидеме да стигнеме до некоја далечна ѕвезда, патувањето навистина би ни изгледало пократко. Ќе треба се помалку време колку побрзо се движиме. Така, спротивно на популарната заблуда, всушност е можно да се патуваат илјадници светлосни години за само неколку секунди. А во случај кога би се движеле речиси со светлосна брзина, патувањето дури би ни изгледало моментално. За луѓето на Земјата, сепак, би поминале неколку илјади години.
Контракцијата на должината е многу реален феномен. Сепак, визуелно би било тешко да се види. За да разберете зошто, замислете дека ја преминавме орбитата на планетата. Како што се движи многу брзо кон нас, должината на планетата е намалена. Но запомнете, колку подалеку гледаме во вселената, толку подалеку гледаме во минатото. И од наша перспектива, задниот дел на планетата се наоѓа подалеку во вселената од предниот дел на планетата. На сликата што ја добиваме од задниот дел на планетата и треба подолго време да стигне до нас, па ја гледаме како што била во минатото. Дури и ако е збиена, планетата не личи на неа бидејќи сликата на нејзиниот грб ја добиваме со задоцнување. Наместо да е збиена, се чини дека е ротирана. Ова е феномен што веќе го видовме: ротација Терел-Пенроуз. Кога се движиме многу брзо и гледаме на наша страна, рабовите на предметот околу нас изгледаат пократки во насока на движење. Ова може да се толкува или како контракција на должината или како ротација, како промена во перспективата. Од истата причина, личноста која нè гледа како прелетуваме, навистина нема да го види нашиот брод збиен, туку ротиран околу себе.
Со текот на времето, нашето видно поле продолжува да се намалува. Се засилува пред нас додека станува потполно црно зад нас. Со сè повеќе забрзување, можеби би очекувале во одреден момент да ја достигнеме брзината на светлината. Што би виделе тогаш? Ова прашање можеби е едно од најфундаменталните во релативноста. Одговорот е не. Дури и ако бродот постојано забрзува, ние никогаш нема да ја достигнеме брзината на светлината. Тоа е затоа што брзината на светлината е апсолутна. Можеби ќе се обидете да фатите светлосен зрак, но од ваша гледна точка, тој секогаш ќе избега со иста брзина: брзината на светлината. Може да забрзате колку што сакате. Дури и ако од Земјата се чини дека се приближувате до брзината на светлината, од ваша гледна точка вие сте сè уште неподвижни, а светлината незапирливо бега.
Накратко, невозможно е да се надмине или да се достигне брзината на светлината. Во најдобар случај, нашиот брод ќе продолжи да забрзува засекогаш, а нашето видно поле ќе продолжи да се намалува уште повеќе додека не формираме бескрајно светла точка пред нас, опкружена со целосно црно небо. Речиси при брзина на светлината, сите оптички ефекти би станале екстремни. Додека ги фаќаме светлосните зраци пред нас, се чини дека сите тие доаѓаат од напред. Во меѓувреме, зраците зад нас никогаш не можат да допрат до нас. Во нашата референтна рамка, универзумот би бил екстремно згрчен, како тенка ткаенина што ќе ја преминеме од страна на страна за дел од секундата. За човек на Земјата, ние би се движеле со брзина на светлината, но за нас, патувањето изгледа моментално. Се движиме бескрајно брзо.
Да заклучиме, ништо не може да се движи побрзо од светлината низ вселената. Но, можеби постои начин да се заобиколи ова правило. Всушност, ништо не го забранува самиот простор да се движи побрзо од светлината. Навистина, теоријата на општата релативност не учи дека структурата на простор-времето е динамична. Може да се свиткува на повеќе начини. Така, би можеле да замислиме создавање меур околу нашиот вселенски брод кој би го придвижиле побрзо од светлината. Ова се нарекува warp drive во однос на научната фантастика. Веќе нема да се работи за прелетување на возило низ вселената, туку за придвижување на ткаенината од самиот простор. Нашиот брод би останал неподвижен, сурфајќи на бранот простор-време кој е побрз од светлото.
Таквата структура може да изгледа апсурдно, и навистина во моментов се смета дека е невозможно да се постигне. За да се произведе warp drive би било потребно свиткување на простор-времето со огромни количини негативна маса, форма на материја која се чини дека не постои во нашиот универзум.
Сепак, математиката сè уште ни дозволува да моделираме и пресметаме што би виделе во таква ситуација. Ако погледнеме однадвор, warp drive ќе изгледа како да се појавува од никаде. Заобленоста на простор-времето ја отстапува траекторијата на светлосните зраци, формирајќи движечка леќа која се дели на два дела, еден дел се движи напред, а другиот се повлекува во спротивна насока. Светлината патува побавно од самиот warp drive. Кога се приближува, светлината сè уште немала време да стигне до нас, а откако ќе нè прекрсти, ја примаме и светлината што сè уште не стигнала до нас и зраците што биле емитувани подоцна. Гледајќи од внатрешноста на warp drive, ќе го видиме небото згрчено пред нас и многу светло. Зад нас, универзумот би изгледал крајно мрачен, а небото би исчезнало од нашиот поглед. Светлината што се емитува од таму е премногу бавна за да не стигне. Конусот на универзумот останува трајно невидлив.
