Если мы намерены исследовать отдаленные уголки космоса, то поиск возможностей оставаться на связи с Землей станет для нас насущной задачей. Существует ли способ сделать так, чтобы наши слова преодолевали пространство со скоростью, превышающей скорость света? Корреспондент BBC Future провел свое расследование, и вот его выводы.
Свет перемещается так быстро, что может пересечь Атлантику и покрыть расстояние от Лондона до Нью-Йорка более 50 раз за одну секунду. Зная это, вы можете задаться вопросом, почему никто не проявил интереса к изобретению способа коммуникации, который бы позволил передавать данные быстрее скорости света. На самом деле такой интерес существует.
Расстояния в дальнем космосе настолько огромны, что даже сообщениям, передающимся со скоростью света, там требуется значительное время, чтобы долететь до адресата. Плохая новость заключаются в том, что передавать сообщения быстрее, не нарушая установленных законов физики, невозможно. Однако есть и хорошая новость: предлагаются такие способы обойти это препятствие, которые сулят поражающие воображение перспективы, позволяющие осуществлять сверхсветовую коммуникацию.
До настоящего времени человечество не сталкивалось с необходимостью заниматься развитием «сверхсветовой» коммуникации для поддержания возможности общения. Самым дальним путешествием для человека стал полет на Луну, т. е. на расстояние примерно в 384 000 километров. Свет преодолевает этот путь за 1,3 секунды. Это сравнимо с задержкой, которую вы могли ощутить во время звонка в противоположную часть земного шара. Этого достаточно для возникновения неловких пауз в разговоре, что, однако, не содержит в себе ничего особо раздражающего.
Гнет расстояния
Если мы задумаем предпринять более далекое путешествие, например, на Марс, то тогда у нас уже начнутся проблемы. Марс, в среднем, находится на отдалении в 225 миллионов километров от Земли. Свет преодолевает это расстояние за 12,5 минуты. По этой причине разговор с человеком, находящимся на Марсе, будет крайне затрудненным. И с увеличением расстояния проблема будет только усугубляться. Космический корабль Voyager уже находится за пределами нашей Солнечной системы, на расстоянии 19,5 млрд километров от Земли. Несмотря на огромную дистанцию, мы все еще можем получать от него сообщения, однако на их доставку требуется 18 часов.
Для того чтобы осуществлять связь с ближайшей к нашей Солнечной системе галактикой Альфа Центавра, находящейся на расстоянии 40 триллионов километров, на доставку одного сообщения потребуется четыре года.
В соответствии со специальной теорией относительности (СТО) Эйнштейна, существующий порядок вещей останется неизменным. Ничто не может двигаться со сверхсветовой скоростью, как было доказано Эйнштейном, поскольку скорость света является фундаментальной физической константой. Она составляет в вакууме с = 299 792 458 м/с.
Если будут открыты какие-то способы преодолеть этот предел, «это нарушит законы теории информации и потребует переосмысления фундаментальных законов физики», утверждает Лес Дойч из Лаборатории реактивного движения в Калифорнийском технологическом институте. Дойч в течение десяти лет занимался созданием систем телекоммуникации в глубоком космосе для американского космического агентства NASA.
Сегодня для обычного общения в космосе используются радиоволны, которые передаются со скоростью света сквозь вакуум безвоздушного пространства. Сейчас уже внедряются технологии оптической (лазерной) коммуникации, однако они все еще находятся на стадии разработки.
Искривление кротовых нор
Возможно, нам так и не удастся увеличить скорость передачи данных; однако мы можем увеличить объем информации, передаваемой за секунду. «Одно из направлений нашей работы заключается в достижении максимальной несущей частоты передачи информации с 8 до 30 гигагерц», — говорит Дойч. Чем выше частота сигнала, тем больше пропускная способность и тем более значительный объем информации вы можете передать каждую секунду. Использование технологии сжатия данных и исправления ошибок позволяет нам и далее увеличивать объем передаваемой информации и массив данных, передаваемых в секунду.
Быть может, в будущем мы сможем найти способы увеличить скорость передачи информации. «Теория относительности допускает существование так называемых «кротовых нор». Их можно представить себе, как искривление в пространстве, благодаря чему расстояние между точками сокращается«,- говорит Дойч. Один из простых способов представить себе «кротовую нору», она же «червоточина» или «туннель между двумя плоскостями пространства, заключается в том, чтобы нарисовать на листке бумаги две точки. Вы можете прочертить между ними прямую линию, и она будет кратчайшим расстоянием между этими точками на листе бумаги. Однако если бумагу сложить так, чтобы эти две точки оказались рядом друг с другом, то можно будет одной булавкой проткнуть обе точки. „Кротовые норы“ в космосе редко будут располагаться подобным образом, но, тем не менее, с их помощью можно будет увеличить скорость передачи информации. Но и такой способ коммуникации все равно не будет моментальным.
Сейчас рассматриваются и другие варианты сверхсветовой связи. Один из них включает в себя так называемую квантовую запутанность — странное качество, благодаря которому две частицы могут обмениваться содержимым вне зависимости от того, на каком расстоянии друг от друга они находятся.
„В условиях квантовой запутанности, когда вы имеете две запутанные частицы, отделенные друг от друга, если вы меняет состояние одной из них, то вы меняете и состояние другой“, — говорит Эд Троллоп, инженер по операциям с космическими кораблями компании Telespazio VEGA Deutschland. — И очень соблазнительно сделать вывод, что, используя запутанные частицы, мы сможем осуществлять мгновенную коммуникацию».
Квантовая путаница и тахионы
Однако все не так просто. Если у вас есть пара запутанных частиц, одна которых находится на космическом корабле, бороздящем пространство в дальних уголках Вселенной, а другая на Земле, то действительно изменения частицы на космическом корабле вызовет изменения в частице на Земле. Но, как объясняет Троллоп, человек, отслеживающий состояние частицы на Земле, не сможет истолковать произошедшие с ней перемены, не получив поясняющего сообщения с космического корабля, а подобные сообщения нельзя доставить быстрее, чем со скоростью света. Иными словами, квантовая запутанность далека от того, чтобы обеспечить возможность осуществления сверхсветовой коммуникации.
Существуют также гипотетические частицы, столь любимые авторами и героями телесериала «Стар Трек», он же «Звездный путь», известные как тахионы или сверхсветовые частицы. Теория относительности не отрицает их существования, и если так, то они всегда будут передвигаться со скоростью, превышающей скорость света. Впрочем, они тоже не способны обеспечить средства для сверхсветовой коммуникации.
«Они могут передвигаться быстрее, чем со скоростью света, но сверхсветовые частицы, предположительно, не взаимодействуют», — объясняет Троллоп. Это отсутствие взаимодействия означает, что сверхсветовые частицы нельзя использовать для связи, поскольку мы полагаем, что создать или обнаружить их невозможно.
Если бы сверхсветовая коммуникация была возможна, это оказало бы мощное воздействие на развитие космических экспедиций. «В ходе работ по проекту „Розетта“ (миссия Европейского космического агентства, во время которой в прошлом году была осуществлена посадка зонда „Филы“ на комету Чурюмова — Герасименко) у нас было 30-40 минут светового времени. Следовательно, это действительно оказывает влияние на то, как происходит планирование и проведение миссии, — говорит Троллоп. — Если у вас есть спутник на орбите Земли, вы можете общаться с ним в режиме реального времени. Если же ваше общение со спутником происходит с 30-минутной задержкой, это означает, что вы сейчас узнаете о проблеме, которая произошла 30 минут назад. К тому моменту, как вы отправите ответное сообщение, пройдет уже [как минимум] полчаса после происшествия, и только через час вы получите обратно сообщение о результатах».
При всех многообещающих посулах, связанных с гипотезой об их существовании, сверхсветовые частицы-тахионы и квантовая запутанность не являются каким-то надежно реализуемым средством сверхсветовой коммуникации. «Кротовые норы», если они на самом деле существуют и если через них можно посылать сигналы, способны как минимум создать впечатление связи со скоростью, превышающей скорость света. Однако на данный момент сверхсветовая коммуникация находится за пределами возможного с точки зрения науки.
