Sztárhírek
Mi gyorsabb a mi világunkban a fénynél. Mi a gyorsabb, a fénysebesség vagy a hangsebesség?
A műszaki tudományok doktora A. GOLUBEV.
Tavaly év közepén szenzációs üzenet jelent meg a magazinokban. Amerikai kutatók egy csoportja felfedezte, hogy egy nagyon rövid lézerimpulzus egy speciálisan kiválasztott közegben százszor gyorsabban mozog, mint a vákuumban. Ez a jelenség teljesen hihetetlennek tűnt (a fénysebesség közegben mindig kisebb, mint vákuumban), sőt kételyeket ébresztett a speciális relativitáselmélet érvényességével kapcsolatban. Eközben egy szuperluminális fizikai objektumot - egy erősítő közegben lévő lézerimpulzust - először nem 2000-ben, hanem 35 évvel korábban, 1965-ben fedeztek fel, és a szuperluminális mozgás lehetőségét a 70-es évek elejéig széles körben vitatták. Ma újult erővel lobbant fel a vita e különös jelenség körül.
Példák a "szuperluminális" mozgásra.
A 60-as évek elején rövid, nagy teljesítményű fényimpulzusokat kezdtek előállítani úgy, hogy egy lézervillanást egy kvantumerősítőn (egy fordított populációjú közeg) vezettek át.
Erősítő közegben a fényimpulzus kezdeti tartománya stimulált atomkibocsátást okoz az erősítő közegben, a végső tartomány pedig az energia elnyelését. Ennek eredményeként a megfigyelőnek úgy tűnik, hogy az impulzus mozog gyorsabb a fénynél.
Lijun Wong kísérlete.
Az átlátszó anyagból (például üvegből) készült prizmán áthaladó fénysugár megtörik, azaz diszperziót tapasztal.
A fényimpulzus különböző frekvenciájú rezgések halmaza.
Valószínűleg mindenki - még a fizikától távol élők is - tudják, hogy az anyagi tárgyak mozgásának vagy bármilyen jel terjedésének maximális sebessége a fény sebessége vákuumban. A betűvel van jelölve Val velés csaknem 300 ezer kilométer per másodperc; pontos érték Val vel= 299 792 458 m/s. A fény sebessége vákuumban az egyik alapvető fizikai állandó. Képtelenség túllépni a sebességet Val vel, Einstein speciális relativitáselméletéből (STR) következik. Ha be lehetne bizonyítani, hogy a jelek szuperluminális sebességgel átvitele lehetséges, a relativitáselmélet bukna. Eddig ez nem történt meg, annak ellenére, hogy számos kísérletet próbáltak megcáfolni a nagyobb sebességek létezésének tilalmát Val vel. Azonban in kísérleti tanulmányok A közelmúltban nagyon érdekes jelenségeket fedeztek fel, amelyek arra utalnak, hogy speciálisan kialakított körülmények között lehetséges szuperluminális sebességek megfigyelése, ugyanakkor a relativitáselmélet elvei nem sérülnek.
Először is emlékezzünk vissza a fénysebesség problémájával kapcsolatos főbb szempontokra. Először is: miért lehetetlen (normál körülmények között) túllépni a fényhatárt? Mert akkor sérül világunk alaptörvénye - az oksági törvény, amely szerint az okozat nem előzheti meg az okot. Soha senki nem figyelte meg, hogy például egy medve először holtan esett le, majd a vadász lőtt. Túllépő sebességeknél Val vel, az események sorrendje megfordul, az időszalag visszateker. Ez könnyen ellenőrizhető a következő egyszerű érvelésből.
Tegyük fel, hogy valamiféle űrcsodahajón vagyunk, amely gyorsabban halad a fénynél. Ekkor fokozatosan utolérnénk a forrás által a korábbi és korábbi időpontokban kibocsátott fényt. Először utolérjük a kibocsátott fotonokat, mondjuk tegnap, majd a tegnapelőtt, majd egy héttel, egy hónappal, egy évvel ezelőtt és így tovább. Ha a fényforrás életet tükröző tükör lenne, akkor először a tegnapi eseményeket látnánk, majd a tegnapelőtt és így tovább. Láthattunk mondjuk egy idős embert, aki fokozatosan középkorúvá válik, majd fiatalemberré, ifjúvá, gyerekké... Vagyis visszafordulna az idő, a jelenből áttérnénk a a múlt. Az okok és következmények ekkor helyet cserélnének.
Noha ez a vita teljesen figyelmen kívül hagyja a fény megfigyelésének folyamatának technikai részleteit, alapvető szempontból egyértelműen megmutatja, hogy a szuperluminális sebességű mozgás olyan helyzethez vezet, amely a mi világunkban lehetetlen. A természet azonban ennél is szigorúbb feltételeket szabott: a mozgás nem csak szuper-luminális sebességgel, hanem nagy sebességgel is elérhetetlen. egyenlő sebességgel fény – csak megközelíteni lehet. A relativitáselméletből az következik, hogy a mozgás sebességének növekedésével három körülmény áll fenn: a mozgó objektum tömege nő, mozgás irányú mérete csökken, és az idő áramlása ezen a tárgyon lelassul (a ponttól egy külső „pihenő” megfigyelő látásmódja). Nál nél normál sebességgel ezek a változások elhanyagolhatóak, de ahogy közelednek a fénysebességhez, egyre észrevehetőbbé válnak, és a határértékben - olyan sebességgel, Val vel, - a tömeg végtelenül nagy lesz, a tárgy a mozgás irányában teljesen elveszíti méretét és megáll rajta az idő. Ezért egyetlen anyagi test sem érheti el a fénysebességet. Csak magának a fénynek van ekkora sebessége! (És egy „mindent átható” részecske - egy neutrínó, amely a fotonhoz hasonlóan nem tud kisebb sebességgel mozogni Val vel.)
Most a jelátviteli sebességről. Itt célszerű a fény elektromágneses hullámok formájában történő ábrázolását használni. Mi az a jel? Ez néhány információ, amelyet továbbítani kell. Az ideális elektromágneses hullám egy végtelen, szigorúan egyfrekvenciás szinusz, amely nem hordozhat semmilyen információt, mert egy ilyen szinusz minden periódusa pontosan megismétli az előzőt. A mozgás sebessége a fázis egy szinuszhullám - az úgynevezett fázissebesség - közegben bizonyos körülmények között meghaladhatja a vákuumban lévő fénysebességet. Itt nincs korlátozás, mivel a fázissebesség nem a jel sebessége - még nem létezik. A jel létrehozásához valamilyen „jelet” kell tenni a hullámon. Ilyen jel lehet például bármely hullámparaméter - amplitúdó, frekvencia vagy kezdeti fázis - változása. De amint megtörténik a jel, a hullám elveszti szinuszosságát. Modulálttá válik, és különböző amplitúdójú, frekvenciájú és kezdeti fázisú egyszerű szinuszhullámokból áll - egy hullámcsoportból. Az a sebesség, amellyel a jel mozog a modulált hullámban, a jel sebessége. Közegben terjedéskor ez a sebesség általában egybeesik a csoportsebességgel, amely a fent említett hullámcsoport terjedését összességében jellemzi (lásd "Tudomány és Élet" 2000. 2. sz.). Normál körülmények között a csoportsebesség, így a jel sebessége kisebb, mint a fény vákuumsebessége. Nem véletlenül használták itt a „normál körülmények között” kifejezést, mert bizonyos esetekben a csoportsebesség meghaladhatja Val vel vagy akár értelmét veszti, de akkor nem kapcsolódik a jelterjedéshez. A töltőállomás megállapítja, hogy lehetetlen jelet továbbítani ennél nagyobb sebességgel Val vel.
Miért van ez így? Mert akadálya van annak, hogy bármilyen jelet nagyobb sebességgel továbbítson Val vel Ugyanez az oksági törvény szolgál. Képzeljünk el egy ilyen helyzetet. Egy ponton A fényvillanás (1. esemény) bekapcsol egy bizonyos rádiójelet küldő eszközt, egy távoli B pontban pedig ennek a rádiójelnek a hatására robbanás következik be (2. esemény). Nyilvánvaló, hogy az 1. esemény (fellobbanás) az ok, és a 2. esemény (robbanás) a következmény, amely később következik be, mint az ok. De ha a rádiójel szuperluminális sebességgel terjedne, a B pont közelében lévő megfigyelő először robbanást látna, és csak ezután érné el olyan sebességgel. Val vel fényvillanás, a robbanás oka. Más szóval, ennél a megfigyelőnél a 2. esemény korábban következett volna be, mint az 1. esemény, vagyis a hatás megelőzte volna az okot.
Helyénvaló hangsúlyozni, hogy a relativitáselmélet „szuperluminális tilalma” csak az anyagi testek mozgására és a jelek továbbítására vonatkozik. Sok helyzetben bármilyen sebességű mozgás lehetséges, de ez nem anyagi tárgyak vagy jelek mozgása lesz. Például képzeljünk el két meglehetősen hosszú vonalzót ugyanabban a síkban, amelyek közül az egyik vízszintesen helyezkedik el, a másik pedig kis szögben metszi azt. Ha az első vonalzót lefelé mozgatjuk (a nyíllal jelzett irányba) a gombbal Magassebesség, a vonalak metszéspontja tetszőleges sebességgel futhat, de ez a pont nem anyagi test. Egy másik példa: ha veszel egy zseblámpát (vagy mondjuk egy keskeny sugarat adó lézert) és gyorsan leírsz vele egy ívet a levegőben, akkor a fényfolt lineáris sebessége a távolsággal nő, és kellően nagy távolságnál meghaladja Val vel. A fényfolt A és B pontok között szuperluminális sebességgel fog mozogni, de ez nem lesz jelátvitel A-ból B-be, mivel egy ilyen fényfolt nem hordoz információt az A pontról.
Úgy tűnik, hogy a szuperluminális sebesség kérdése megoldódott. De a huszadik század 60-as éveiben az elméleti fizikusok a tachionoknak nevezett szuperluminális részecskék létezésének hipotézisét terjesztették elő. Ezek nagyon furcsa részecskék: elméletileg lehetségesek, de a relativitáselmélettel való ellentmondások elkerülése érdekében képzeletbeli nyugalmi tömeget kellett hozzájuk rendelni. Fizikailag a képzeletbeli tömeg nem létezik, ez pusztán matematikai absztrakció. Ez azonban nem keltett nagy riadalmat, hiszen a tachionok nem lehetnek nyugalomban - csak a vákuumban lévő fénysebességet meghaladó sebességgel léteznek (ha vannak!), és ebben az esetben a tachion tömege valóságosnak bizonyul. Van itt némi analógia a fotonokkal: a foton nyugalmi tömege nulla, de ez egyszerűen azt jelenti, hogy a foton nem lehet nyugalomban – a fényt nem lehet megállítani.
A legnehezebbnek a tachion-hipotézis és az oksági törvény összeegyeztetése bizonyult. Az ezirányú próbálkozások, bár elég zseniálisak, nem vezettek szembetűnő sikerre. Senkinek sem sikerült kísérletileg tachionokat regisztrálnia. Ennek eredményeként a tachionok, mint szuperluminális elemi részecskék iránti érdeklődés fokozatosan elenyészett.
A 60-as években azonban kísérleti úton felfedeztek egy jelenséget, amely kezdetben megzavarta a fizikusokat. Ezt részletesen leírja A. N. Oraevsky „Superluminal waves in ampliifying media” (UFN No. 12, 1998) című cikkében. Itt röviden összefoglaljuk a dolog lényegét, utalva a részletek iránt érdeklődő olvasót a megadott cikkre.
Nem sokkal a lézerek felfedezése után - a 60-as évek elején - felmerült a probléma a rövid (körülbelül 1 ns = 10-9 s időtartamú) nagy teljesítményű fényimpulzusok előállításával. Ehhez egy rövid lézerimpulzust vezettek át egy optikai kvantumerősítőn. Az impulzust egy sugárosztó tükör két részre osztotta. Az egyik, erősebb, az erősítőhöz került, a másik pedig a levegőben terjedt, és referenciaimpulzusként szolgált, amellyel az erősítőn áthaladó impulzust összehasonlítani lehetett. Mindkét impulzus fotodetektorba került, és a kimenő jeleik vizuálisan megfigyelhetők az oszcilloszkóp képernyőjén. Várható volt, hogy az erősítőn áthaladó fényimpulzus némi késést tapasztal a referenciaimpulzushoz képest, vagyis az erősítőben a fény terjedési sebessége kisebb lesz, mint a levegőben. Képzeld el a kutatók csodálkozását, amikor felfedezték, hogy az impulzus nem csak a levegőnél nagyobb sebességgel terjed az erősítőn, hanem a vákuumban a fény sebességének többszöröse is!
Miután felépült az első sokkból, a fizikusok elkezdték keresni egy ilyen váratlan eredmény okát. A speciális relativitáselmélet alapelveivel kapcsolatban senkinek sem volt kétsége, és ez segített megtalálni a helyes magyarázatot: ha az SRT alapelvei megmaradnak, akkor a választ az erősítő közeg tulajdonságaiban kell keresni.
Anélkül, hogy itt részletekbe mennénk, csak rámutatunk erre részletes elemzés a fokozó közeg hatásmechanizmusa teljesen tisztázta a helyzetet. A lényeg a fotonok koncentrációjának változása volt az impulzusterjedés során - ez a változás, amelyet a közeg erősítésének változása okozott. negatív érték az impulzus hátsó részének áthaladása során, amikor a közeg már energiát nyel el, mert a fényimpulzusra való átadása miatt a saját tartaléka már elhasználódott. Az abszorpció nem az impulzus növekedését, hanem gyengülését okozza, így az elülső részen az impulzus erősödik, a hátsó részen gyengül. Képzeljük el, hogy egy impulzust figyelünk meg egy fénysebességgel mozgó eszköz segítségével az erősítő közegében. Ha a közeg átlátszó lenne, az impulzust mozdulatlanságba dermedve látnánk. Abban a környezetben, amelyben a fent említett folyamat végbemegy, az impulzus elülső élének erősödése és a hátulsó élének gyengülése úgy jelenik meg a megfigyelő számára, hogy a közeg úgy tűnik, előre mozdította az impulzust. De mivel az eszköz (megfigyelő) fénysebességgel mozog, és az impulzus utoléri, akkor az impulzus sebessége meghaladja a fénysebességet! Ezt a hatást rögzítették a kísérletezők. És itt tényleg nincs ellentmondás a relativitáselmélettel: az erősítési folyamat egyszerűen olyan, hogy a korábban kikerült fotonok koncentrációja nagyobbnak bizonyul, mint a később kikerülőké. Nem a fotonok mozognak szuperluminális sebességgel, hanem az oszcilloszkópon megfigyelhető impulzusburkológörbe, különösen annak maximuma.
Így míg a közönséges közegben a fény mindig gyengül és sebessége csökken, amit a törésmutató határozza meg, addig az aktív lézeres közegben nem csak a fény erősödik, hanem az impulzus szuperluminális sebességgel terjed.
Egyes fizikusok kísérleti úton próbálták bizonyítani a szuperluminális mozgás jelenlétét az alagúthatás során – ez a kvantummechanika egyik legcsodálatosabb jelensége. Ez a hatás abban áll, hogy egy mikrorészecske (pontosabban egy mikroobjektum, in különböző feltételek a részecske tulajdonságait és a hullám tulajdonságait egyaránt felmutató) képes áthatolni az úgynevezett potenciálgáton – ez a jelenség a klasszikus mechanikában teljesen lehetetlen (amiben az analóg a következő szituáció lenne: falnak dobott labda a fal túloldalára kerülne, vagy a falhoz kötött, hullámszerű mozgást kiváltó kötél a másik oldalon a falhoz kötött kötélre kerülne át). Az alagúthatás lényege a kvantummechanikában a következő. Ha egy bizonyos energiájú mikroobjektum olyan területtel találkozik helyzeti energia, meghaladja a mikroobjektum energiáját, ez a régió gátat jelent számára, melynek magasságát az energiakülönbség határozza meg. De a mikroobjektum „átszivárog” a sorompón! Ezt a lehetőséget a jól ismert Heisenberg-féle bizonytalansági reláció adja meg, amely az interakció energiájára és idejére íródott. Ha egy mikroobjektum kölcsönhatása egy gáttal meglehetősen meghatározott időn keresztül megy végbe, akkor a mikroobjektum energiáját éppen ellenkezőleg, bizonytalanság jellemzi, és ha ez a bizonytalanság az akadály magasságának nagyságrendje, akkor a ez utóbbi megszűnik leküzdhetetlen akadály lenni a mikroobjektum számára. A potenciális korláton való áthatolás sebessége számos fizikus kutatásának tárgyává vált, akik úgy vélik, hogy ez meghaladhatja Val vel.
1998 júniusában Kölnben nemzetközi szimpóziumot tartottak a szuperluminális mozgás problémáiról, ahol négy laboratóriumban – Berkeleyben, Bécsben, Kölnben és Firenzében – kapott eredményeket vitatták meg.
Végül 2000-ben két új kísérletről jelentek meg jelentések, amelyekben megjelentek a szuperluminális terjedés hatásai. Az egyiket Lijun Wong és kollégái adták elő a Princetoni Kutatóintézetben (USA). Ennek eredménye, hogy a céziumgőzzel teli kamrába belépő fényimpulzus 300-szorosára növeli a sebességét. Kiderült, hogy az impulzus fő része még korábban kilépett a kamra túlsó falából, mint az impulzus az elülső falon keresztül a kamrába. Ez a helyzet nemcsak a józan észnek mond ellent, hanem lényegében a relativitáselméletnek is.
L. Wong üzenete heves vitát váltott ki a fizikusok körében, akiknek többsége nem volt hajlandó a relativitáselmélet megsértését látni a kapott eredményekben. Úgy vélik, hogy a kihívás helyes magyarázata ennek a kísérletnek.
L. Wong kísérletében a céziumgőzzel a kamrába belépő fényimpulzus körülbelül 3 μs időtartamú volt. A céziumatomok tizenhat lehetséges kvantummechanikai állapotban létezhetnek, ezeket "az alapállapot hiperfinom mágneses részszintjeinek" nevezik. Optikai lézeres pumpálással szinte az összes atomot e tizenhat állapot közül csak egybe vitték, ami a Kelvin-skála szerinti szinte abszolút nulla hőmérsékletnek felel meg (-273,15 o C). A céziumkamra hossza 6 centiméter volt. Vákuumban a fény 0,2 ns alatt 6 centimétert tesz meg. Amint a mérések kimutatták, a fényimpulzus céziummal 62 ns-al rövidebb idő alatt haladt át a kamrán, mint a vákuumban. Más szóval, annak az időnek, amely alatt az impulzus áthalad a cézium közegen, mínusz előjele van! Valóban, ha 0,2 ns-ból kivonunk 62 ns-t, akkor „negatív” időt kapunk. Ez a "negatív késleltetés" a közegben - egy felfoghatatlan időugrás - egyenlő azzal az idővel, amely alatt az impulzus 310-szer áthaladna a kamrán vákuumban. Ennek az „időbeli fordulatnak” az lett a következménye, hogy a kamrából kilépő impulzus 19 méterrel távolodott tőle, mielőtt a bejövő impulzus elérte volna a kamra közeli falát. Mivel magyarázható egy ilyen hihetetlen szituáció (hacsak persze nem kételkedünk a kísérlet tisztaságában)?
A folyamatban lévő vita alapján pontos magyarázatot még nem találtak, de kétségtelen, hogy itt a közeg szokatlan diszperziós tulajdonságai játszanak szerepet: a lézerfénnyel gerjesztett atomokból álló céziumgőz anomális diszperziójú közeg. . Emlékezzünk vissza röviden, mi is ez.
Egy anyag diszperziója a fázis (közönséges) törésmutató függősége n a fény hullámhosszán l. Normál diszperzió esetén a törésmutató a hullámhossz csökkenésével növekszik, és ez a helyzet üvegben, vízben, levegőben és minden más, fény számára átlátszó anyagban. Azokban az anyagokban, amelyek erősen elnyelik a fényt, a törésmutató lefutása a hullámhossz változásával megfordul és sokkal meredekebbé válik: l csökkenésével (növekvő w frekvencia) a törésmutató meredeken csökken, és egy bizonyos hullámhossz-tartományban egységnél kisebb lesz. (fázissebesség V f > Val vel). Ez anomális diszperzió, amelyben az anyagban a fényterjedés mintája gyökeresen megváltozik. Csoport sebessége V gr nagyobb lesz, mint a hullámok fázissebessége, és vákuumban meghaladhatja a fénysebességet (és negatívvá is válhat). L. Wong erre a körülményre mutat rá, mint arra, hogy kísérlete eredményeit megmagyarázza. Meg kell azonban jegyezni, hogy a feltétel V gr > Val vel tisztán formális, hiszen a csoportsebesség fogalmát kis (normál) diszperzió esetén vezették be, transzparens közegekre, amikor egy hullámcsoport szinte nem változtatja meg alakját terjedés közben. Az anomális diszperziójú területeken a fényimpulzus gyorsan deformálódik, és a csoportsebesség fogalma értelmét veszti; ebben az esetben bevezetik a jelsebesség és az energiaterjedési sebesség fogalmát, amelyek átlátszó közegben egybeesnek a csoportsebességgel, abszorpciós közegben pedig kisebbek maradnak, mint a vákuumban mért fénysebesség. De Wong kísérletében ez az érdekes: a rendellenes diszperziójú közegen áthaladó fényimpulzus nem deformálódik - pontosan megőrzi alakját! És ez megfelel annak a feltételezésnek, hogy az impulzus csoportsebességgel terjed. De ha igen, akkor kiderül, hogy a közegben nincs abszorpció, pedig a közeg rendellenes szórása pontosan az abszorpciónak köszönhető! Maga Wong, bár elismeri, hogy sok minden továbbra is tisztázatlan, úgy véli, hogy a kísérleti elrendezésében zajló események első közelítéssel egyértelműen a következők szerint magyarázhatók.
A fényimpulzus sok összetevőből áll különböző hosszúságú hullámok (frekvenciák). Az ábrán három ilyen komponens látható (1-3. hullámok). Valamikor mindhárom hullám fázisban van (maximumuk egybeesik); itt összeadva erősítik egymást, és impulzust alkotnak. Ahogy tovább terjednek a térben, a hullámok defázisúvá válnak, és ezáltal „kioltják” egymást.
Az anomális diszperzió tartományában (a céziumcellán belül) a rövidebb hullám (1. hullám) hosszabbá válik. Ezzel szemben a három közül a leghosszabb hullám (3. hullám) lesz a legrövidebb.
Következésképpen a hullámok fázisai ennek megfelelően változnak. Miután a hullámok áthaladtak a cézium cellán, hullámfrontjaik helyreállnak. Miután szokatlan fázismoduláción ment keresztül egy rendellenes diszperziójú anyagban, a szóban forgó három hullám valamikor ismét fázisban találja magát. Itt ismét összeadódnak, és pontosan ugyanolyan alakú impulzust alkotnak, mint ami a cézium közegbe kerül.
Jellemzően levegőben, sőt bármely normál diszperziójú átlátszó közegben a fényimpulzus nem tudja pontosan megőrizni alakját távoli terjedéskor, vagyis minden komponense nem fázisozható a terjedési út bármely távoli pontján. És normál körülmények között egy ilyen távoli ponton egy idő után fényimpulzus jelenik meg. Mivel azonban rendellenes tulajdonságok a kísérletben használt közegben az impulzus egy távoli ponton ugyanúgy fázisozottnak bizonyult, mint ebbe a közegbe való belépéskor. Így a fényimpulzus úgy viselkedik, mintha egy távoli pont felé vezető úton negatív időkésleltetése lenne, vagyis nem később, hanem korábban érne oda, mint ahogy áthaladt a közegen!
A legtöbb fizikus hajlik arra, hogy ezt az eredményt egy alacsony intenzitású prekurzor megjelenésével hozza összefüggésbe a kamra diszpergáló közegében. A helyzet az, hogy egy impulzus spektrális felbomlásakor a spektrum tetszőleges összetevőket tartalmaz magas frekvenciák elhanyagolhatóan kis amplitúdóval, az úgynevezett prekurzorral, megelőzve az impulzus „fő részét”. A keletkezés természete és az előanyag alakja a közegben való diszperzió törvényétől függ. Ezt szem előtt tartva a Wong-kísérlet eseménysorát a következőképpen javasoljuk értelmezni. A bejövő hullám, „nyújtva” a hírnököt maga elé, közeledik a kamera felé. Mielőtt a beérkező hullám csúcsa elérné a kamra közeli falát, a prekurzor impulzus megjelenését indítja el a kamrában, amely eléri a túlsó falat, és onnan visszaverődik, „fordított hullámot” képezve. Ez a hullám 300-szor gyorsabban terjed Val vel, eléri a közeli falat és találkozik a bejövő hullámmal. Az egyik hullám csúcsai találkoznak a másik hullámvölgyeivel, így tönkreteszik egymást, és ennek következtében nem marad semmi. Kiderült, hogy a beérkező hullám „visszafizeti az adósságot” a céziumatomoknak, amelyek a kamra másik végében „kölcsönöznek” neki energiát. Bárki, aki csak a kísérlet elejét és végét nézte, csak egy fényimpulzust lát, amely "ugrott" előre az időben, gyorsabban haladva. Val vel.
L. Wong úgy véli, hogy kísérlete nincs összhangban a relativitáselmélettel. Elérhetetlenségi nyilatkozat szuperluminális sebesség szerinte csak nyugalmi tömegű tárgyakra alkalmazható. A fény vagy hullámok formájában ábrázolható, amelyekre a tömeg fogalma általában nem alkalmazható, vagy fotonok formájában, amelyek nyugalmi tömege, mint ismeretes, nulla. Ezért Wong szerint a fény sebessége vákuumban nem a határ. Wong azonban elismeri, hogy az általa felfedezett hatás nem teszi lehetővé az információ továbbítását a sebességnél gyorsabban Val vel.
„Az itt található információ már az impulzus élén van – mondja P. Milonni, az egyesült államokbeli Los Alamos National Laboratory fizikusa. „És azt a benyomást keltheti, mintha a fénynél gyorsabban küldené az információt, még akkor is, ha Ön nem küldik el."
A legtöbb fizikus ezt hiszi új Munka nem mér megsemmisítő csapást az alapvető elvekre. De nem minden fizikus hiszi el, hogy a probléma megoldódott. A. Ranfagni professzor, az olasz kutatócsoport tagja, amely 2000-ben egy másik érdekes kísérletet végzett, úgy véli, hogy a kérdés még nyitott. Ez a Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni és Rocco Ruggeri által végzett kísérlet felfedezte, hogy a centiméteres hullámú rádióhullámok normál légi körülmények között nagyobb sebességgel terjednek. Val vel 25%-kal.
Összefoglalva a következőket mondhatjuk. Művek utóbbi években azt mutatják, hogy bizonyos feltételek mellett valóban előfordulhat szuperluminális sebesség. De mi is mozog pontosan szuperluminális sebességgel? A relativitáselmélet, mint már említettük, tiltja az ilyen sebességet az anyagi testeknél és az információt hordozó jeleknél. Ennek ellenére egyes kutatók nagyon kitartóan próbálják bizonyítani a fénysorompó leküzdését kifejezetten a jelekre. Ennek az az oka, hogy a speciális relativitáselméletnek nincs szigorú matematikai igazolása (például Maxwell egyenletek alapján elektromágneses mező) a jelek átvitelének lehetetlensége nagyobb sebességgel, mint Val vel. Az STR ilyen lehetetlensége, mondhatni tisztán aritmetikailag, Einstein sebesség-összeadási képlete alapján megállapítható, de ezt alapvetően megerősíti az ok-okozati összefüggés elve. Maga Einstein a szuperluminális jelátvitel kérdésében azt írta, hogy ebben az esetben „... kénytelenek vagyunk egy olyan jelátviteli mechanizmust lehetségesnek tekinteni, amelyben az elért cselekvés megelőzi az okot. De bár ez pusztán logikai szempontból következik. A nézet nem tartalmazza önmagát, véleményem szerint nincsenek ellentmondások, mégis annyira ellentmond minden tapasztalatunk természetének, hogy lehetetlen feltételezni V > s kellőképpen bizonyítottnak tűnik." Az oksági elve az a sarokkő, amely a szuperluminális jelátvitel lehetetlenségének hátterében áll. És úgy tűnik, kivétel nélkül minden szuperluminális jelre irányuló keresés e kőbe botlik, bármennyire is szeretnék a kísérletezők észlelni az ilyen jeleket. jeleket, mert ilyen a mi világunk természete.
Végezetül hangsúlyozni kell, hogy a fentiek mindegyike kifejezetten a mi világunkra, az Univerzumunkra vonatkozik. Ez a záradék azért készült, mert Utóbbi időben Az asztrofizikában és a kozmológiában új hipotézisek jelennek meg, amelyek lehetővé teszik számos előlünk rejtett Univerzum létezését, amelyeket topológiai alagutak - jumperek - kötnek össze. Ezt a nézetet osztja például a híres asztrofizikus, N. S. Kardasev. Egy külső szemlélő számára ezen alagutak bejáratait rendellenes gravitációs mezők, például fekete lyukak jelzik. Az ilyen alagutakban történő mozgások, amint azt a hipotézisek szerzői sugallják, lehetővé teszik a hétköznapi térben a fénysebesség által megszabott sebességkorlátozás megkerülését, és ezáltal az időgép létrehozásának gondolatának megvalósítását. .. Lehetséges, hogy az ilyen Univerzumokban a számunkra szokatlan dolgok valóban megtörténhetnek. És bár az ilyen hipotézisek egyelőre túlságosan is emlékeztetnek a tudományos-fantasztikus történetekre, aligha kell kategorikusan elvetni az anyagi világ szerkezetének többelemes modelljének alapvető lehetőségét. A másik dolog az, hogy az összes többi Univerzum nagy valószínűséggel a mi Univerzumunkban élő elméleti fizikusok pusztán matematikai konstrukciói maradnak, és gondolataik erejével megpróbálnak megtalálni a számunkra zárt világokat...
Lásd az ugyanabban a témában megjelent számot
A Baylor Egyetem (USA) asztrofizikusai kidolgozták a hipertér-meghajtó matematikai modelljét, amely lehetővé teszi kozmikus távolságok a fénysebességnél 10³²-szer nagyobb sebességgel, ami lehetővé teszi a berepülést szomszédos galaxisés menj vissza.
Repülés közben az emberek nem érzik azt a túlterhelést, amelyet a modern utasszállító repülőgépekben éreznek, de egy ilyen motor csak néhány száz év múlva jelenhet meg a fémben.
A meghajtó mechanizmus a térdeformációs motor (Warp Drive) elvén alapul, amelyet 1994-ben Miguel Alcubierre mexikói fizikus javasolt. Az amerikaiaknak csak finomítaniuk kell a modellen, és részletesebb számításokat kell végezniük.
„Ha a hajó előtti teret összenyomjuk, és éppen ellenkezőleg, kiterítjük mögötte, akkor egy tér-idő buborék jelenik meg a hajó körül” – mondja a tanulmány egyik szerzője, Richard Obousi. „Beburkolja a hajót és kihúzza a hétköznapi világból a koordinátarendszerébe. A tér-idő nyomáskülönbség miatt ez a buborék bármilyen irányba képes elmozdulni, több ezer nagyságrenddel átlépve a fényküszöböt."
Feltehetően a hajó körüli tér deformálódni tud majd a még kevéssé vizsgált sötét energia miatt. "A sötét energia egy nagyon rosszul tanulmányozott anyag, viszonylag nemrég fedezték fel, és megmagyarázza, hogy a galaxisok miért repülnek el egymástól" - mondta Szergej Popov, a Moszkvai Állami Egyetem Sternberg Állami Csillagászati Intézetének relativisztikus asztrofizikai tanszékének vezető kutatója. Több modell is létezik belőle, de ami -még nincs általánosan elfogadott.Az amerikaiak egy további méreteken alapuló modellt vettek alapul, és azt mondják, hogy ezeknek a méreteknek a tulajdonságait lokálisan lehet változtatni. Aztán kiderül hogy be különböző irányokba különböző kozmológiai állandók lehetnek. És akkor a hajó a buborékban mozogni kezd."
Az Univerzumnak ez a „viselkedése” a „húrelmélettel” magyarázható, amely szerint egész terünket számos más dimenzió is áthatja. Egymással való kölcsönhatásuk taszító erőt generál, amely nemcsak az anyagot, például a galaxisokat képes kitágítani, hanem magát a tértestet is. Ezt a hatást "az Univerzum inflációjának" nevezik.
„Létezésének első másodperceitől kezdve az Univerzum nyúlik – magyarázza Ruslan Metsaev, a fizikai és matematikai tudományok doktora, a Lebegyev Fizikai Intézet Asztro-Űrközpontjának munkatársa. „Ez a folyamat a mai napig tart.” Mindezek ismeretében megpróbálhatja mesterségesen bővíteni vagy szűkíteni a teret. Ehhez más dimenziókat kell befolyásolnia, ezáltal világunk egy része a sötét energia erőinek hatására a megfelelő irányba indul el.
Ebben az esetben a relativitáselmélet törvényei nem sérülnek. A buborékban ugyanazok a törvények maradnak fizikai világ, és a fénysebesség korlátozó lesz. Ez a szituáció nem vonatkozik az úgynevezett ikereffektusra, amely azt mondja, hogy a fénysebességű űrutazás során a hajón belüli idő jelentősen lelassul, és a Földre visszatérő űrhajós nagyon öregként találkozik ikertestvérével. Férfi. A Warp Drive motor kiküszöböli ezt a problémát, mert a teret nyomja, nem a hajót.
Az amerikaiak már megtalálták a célpontot a leendő repüléshez. Ez a Gliese 581 (Gliese 581) bolygó, amelyen éghajlati viszonyokés a gravitáció közeledik a földiekhez. A távolság 20 fényév, és még akkor is, ha a Warp Drive billiószor gyengébb lesz. maximális teljesítmény, az utazási idő csak néhány másodpercig tart.
Referenciaként a Gliese 581 (bolygórendszer) Naprendszeren kívüli bolygó egy vörös törpecsillag, amely a Mérleg csillagképben található, 20,4 fényévre. évre a Földről. A csillag tömege körülbelül egyharmada a Nap tömegének. A Gliese 581 szerepel a Naprendszerünkhöz legközelebb eső száz csillag listáján. Teleszkópon keresztül a Gliese 581-et a β Mérlegtől két fokkal északra kell keresni.
Az anyagot a rian.ru szerkesztői készítették el a RIA Novosti és nyílt források információi alapján
2017. november 26
A sebesség felső határát még az iskolások is ismerik: a tömeget és az energiát a híres képlettel összekapcsolva Albert Einstein a huszadik század elején rámutatott arra, hogy alapvetően lehetetlen, hogy a tömeg a fénysebességnél gyorsabban mozogjon a térben. légüres térben. Ez a megfogalmazás azonban már tartalmaz olyan kiskapukat, amelyeket egyesek nagyon is képesek megkerülni. fizikai jelenségekés részecskék.
Által legalább, elméletben létező jelenségek.
Az első kiskapu a „tömeg” szóra vonatkozik: Einstein korlátozásai nem vonatkoznak a tömeg nélküli részecskékre. Nem vonatkoznak bizonyos meglehetősen sűrű közegekre sem, amelyekben a fénysebesség lényegesen kisebb lehet, mint a vákuumban. Végül, elegendő energia alkalmazásával maga a tér is lokálisan deformálható, lehetővé téve a mozgást úgy, hogy a külső szemlélő számára ezen az alakváltozáson kívül a mozgás a fénysebességnél gyorsabbnak tűnik.
A fizika ezen „nagy sebességű” jelenségeinek és részecskéinek egy részét rendszeresen rögzítik és reprodukálják laboratóriumokban, sőt a gyakorlatban is használják csúcstechnológiás műszerekben és eszközökben. A tudósok még mindig próbálnak felfedezni másokat, amelyeket elméletileg megjósoltak a valóságban, másoknak pedig nagy terveik vannak: talán egyszer ezek a jelenségek lehetővé teszik számunkra, hogy szabadon mozogjunk az Univerzumban, még a fénysebesség sem korlátozza.
Kvantum teleportáció
Egy élőlény teleportálása - jó példa olyan technológia, amely elméletileg megengedhető, de gyakorlatilag soha nem kivitelezhető. De ha arról beszélünk A teleportáció, vagyis a kis tárgyak, különösen a részecskék pillanatnyi mozgása egyik helyről a másikra, teljesen lehetséges. A feladat egyszerűsítése érdekében kezdjük valami egyszerűvel - a részecskékkel.
Úgy tűnik, szükségünk lesz olyan eszközökre, amelyek (1) teljesen megfigyelik a részecske állapotát, (2) ezt az állapotot a fénysebességnél gyorsabban továbbítják, (3) visszaállítják az eredeti állapotot.
Egy ilyen rendszerben azonban még az első lépés sem hajtható végre maradéktalanul. A Heisenberg-féle bizonytalansági elv leküzdhetetlen korlátokat szab a részecske „páros” paramétereinek mérési pontosságára. Például minél jobban ismerjük a lendületét, annál rosszabbul ismerjük a koordinátáit, és fordítva. A kvantumteleportáció fontos jellemzője azonban, hogy valójában nem kell részecskéket mérni, ahogyan semmit sem kell rekonstruálni - elég, ha kapunk egy pár összegabalyodott részecskét.
Például, hogy ilyen összegabalyodott fotonokat készítsünk, meg kell világítanunk egy nemlineáris kristályt lézersugárzás egy bizonyos hullám. Ekkor a bejövő fotonok egy része két összegabalyodó fotonra bomlik – megmagyarázhatatlan módon összekapcsolva, így az egyik állapotának bármilyen változása azonnal kihat a másik állapotára. Ez az összefüggés valóban megmagyarázhatatlan: a kvantumösszefonódás mechanizmusai ismeretlenek maradnak, bár magát a jelenséget folyamatosan kimutatták és kimutatják. De ez egy olyan jelenség, amelyben nagyon könnyű összezavarodni – elég hozzátenni, hogy mérés előtt ezeknek a részecskéknek egyike sem szükséges jellemzőket, és nem számít, milyen eredményt kapunk az első mérésével, a második állapota furcsa módon korrelál majd az eredményünkkel.
A kvantumteleportáció mechanizmusa, amelyet 1993-ban Charles Bennett és Gilles Brassard javasolt, csak egy további résztvevőt kíván hozzáadni az összegabalyodott részecskepárhoz – valójában ahhoz, amelyet teleportálni fogunk. A küldőket és a vevőket általában Alice-nek és Bobnak hívják, és ezt a hagyományt követjük úgy, hogy mindegyiküknek adunk egy-egy összegabalyodott fotont. Amint tisztes távolság választja el őket, és Alice úgy dönt, hogy elkezd teleportálni, elveszi a kívánt fotont, és megméri annak állapotát az első összegabalyodott foton állapotával együtt. Ennek a fotonnak a bizonytalan hullámfüggvénye összeomlik, és azonnal visszhangzik Bob második összegabalyodott fotonjában.
Sajnos Bob nem tudja pontosan, hogyan reagál a fotonja Alice fotonjának viselkedésére: ennek megértéséhez meg kell várnia, amíg a lány elküldi méréseinek eredményét hagyományos levélben, nem gyorsabban, mint a fénysebesség. Ezért egy ilyen csatornán semmilyen információt nem lehet továbbítani, de a tény tény marad. Egy foton állapotát teleportáltuk. Ha tovább akarunk térni az emberekhez, már csak annyi van hátra, hogy a technológiát úgy méretezzük, hogy a testünk mindössze 7000 billió billió atomjának minden részecskéjét lefedje – úgy tűnik, hogy csak egy örökkévalóság választ el bennünket ettől az áttöréstől.
A kvantumteleportáció és az összefonódás azonban továbbra is a modern fizika egyik legforróbb témája. Először is azért, mert az ilyen kommunikációs csatornák használata a továbbított adatok feltörhetetlen védelmét ígéri: ahhoz, hogy hozzáférjenek, a támadóknak nemcsak Alice Bobnak írt levelét kell birtokba venniük, hanem Bob összegabalyodott részecskéihez is hozzá kell férniük. , és ha sikerül is eljutniuk hozzá és mérésekhez, ez örökre megváltoztatja a foton állapotát, és azonnal kiderül.
Vavilov-Cserenkov hatás
A fénysebességnél gyorsabb utazás ezen aspektusa kellemes ok arra, hogy emlékezzünk az orosz tudósok eredményeire. A jelenséget 1934-ben Pavel Cserenkov fedezte fel, Szergej Vavilov vezetésével, három évvel később elméleti alapja Igor Tamm és Ilya Frank munkáiban, 1958-ban pedig a most elhunyt Vavilov kivételével ezeknek a munkáknak minden résztvevőjét fizikai Nobel-díjjal tüntették ki.
Valójában a relativitáselmélet csak a fény vákuumban való sebességéről beszél. Más átlátszó közegekben a fény érezhetően lelassul, aminek következtében a levegő határán fénytörés figyelhető meg. Az üveg törésmutatója 1,49, ami azt jelenti, hogy a benne lévő fény fázissebessége 1,49-szer kisebb, és például a gyémánt törésmutatója 2,42, a fénysebesség pedig több mint felére csökken benne. Semmi sem akadályozza meg, hogy más részecskék gyorsabban repüljenek, mint a fényfotonok.
Pontosan ez történt az elektronokkal, amelyeket Cserenkov kísérletei során a nagy energiájú gamma-sugárzás kiütött a lumineszcens folyadék molekuláiban elfoglalt helyükről. Ezt a mechanizmust gyakran egy lökéshullám kialakulásához hasonlítják, amikor szuperszonikus sebességgel repülnek át a légkörön. De elképzelhető úgy is, hogy tömegben fut: a fénynél gyorsabban haladva az elektronok elszáguldanak más részecskék mellett, mintha vállával súrolnák őket – és útjuk minden centiméterére, amitől dühösen több-több száz fotont bocsátanak ki. .
Hamarosan ugyanezt a viselkedést fedezték fel az összes többi, meglehetősen tiszta és átlátszó folyadékban, és ezt követően a Cserenkov-sugárzást még az óceánok mélyén is rögzítették. Természetesen a felszínről érkező fényfotonok valóban nem érnek el ide. De az ultragyors részecskék, amelyek kis mennyiségű bomló radioaktív részecskékből kirepülnek, időről időre fényt keltenek, talán legalább a helyi lakosok számára.
A Cserenkov-Vavilov sugárzást a tudományban, az atomenergiában és a kapcsolódó területeken alkalmazták. Az atomerőművi reaktorok fényesen világítanak, tele vannak gyors részecskékkel. Ennek a sugárzásnak a jellemzőinek pontos mérésével és a munkakörnyezetünkben a fázissebesség ismeretében megérthetjük, hogy milyen részecskék okozták azt. A csillagászok Cserenkov-detektorokat is használnak a könnyű és energikus kozmikus részecskék észlelésére: a nehézeket hihetetlenül nehéz a szükséges sebességre felgyorsítani, és nem hoznak létre sugárzást.
Buborékok és lyukak
Itt egy hangya mászik egy papírlapon. Sebessége kicsi, szegénynek 10 másodpercbe telik, míg a gép bal szélétől jobbra jut, de amint megsajnáljuk és a papírt meghajlítjuk, összekötve a széleit, azonnal „teleportál” a kívánt pontot. Valami hasonlót meg lehet tenni natív téridőnkkel is, azzal az egyetlen különbséggel, hogy a hajlításhoz más, általunk nem észlelt dimenziók részvétele szükséges, a téridő alagutait képezve - a híres féreglyukakat vagy féreglyukakat.
Az új elméletek szerint egyébként az ilyen féreglyukak egyfajta tér-idő megfelelői a már megszokott kvantumjelenségnek, az összefonódásnak. Általánosságban elmondható, hogy létezésük nem mond ellent a modern fizika egyetlen fontos koncepciójának sem, beleértve az általános relativitáselméletet sem. De ahhoz, hogy az Univerzum szövetében egy ilyen alagút fennmaradjon, olyasmire lesz szükség, ami kevéssé hasonlít a valódi tudományhoz – egy hipotetikus „egzotikus anyagra”, amelynek negatív energiasűrűsége van. Más szóval, ez az a fajta anyag, ami gravitációs... taszítást okoz. Nehéz elképzelni, hogy ez az egzotikus faj valaha is megtalálható lesz, még kevésbé megszelídítve.
A féreglyukak egyedülálló alternatívája lehet a téridő még egzotikusabb deformációja – ennek a kontinuumnak a görbe szerkezetének buborékán belüli mozgása. Az ötletet 1993-ban Miguel Alcubierre fizikus fogalmazta meg, bár a tudományos-fantasztikus írók műveiben sokkal korábban hangzott el. Olyan, mint egy űrhajó, amely mozog, az orra előtt szorítja és zúzza a téridőt, mögötte pedig újra kisimítja. Maga a hajó és legénysége olyan helyi területen marad, ahol a téridő megtartja a normál geometriát, és nem tapasztal semmilyen kellemetlenséget. Ez jól látható az álmodozók körében népszerű tévésorozatból. Star Trek“, ahol egy ilyen „lánchajtómű” lehetővé teszi, hogy szerénység nélkül utazzunk az Univerzumban.
Tachionok
A fotonok tömeg nélküli részecskék, mint a neutrínók és mások: nyugalmi tömegük nulla, és annak érdekében, hogy ne tűnjenek el teljesen, kénytelenek mindig és mindig fénysebességgel mozogni. Egyes elméletek azonban sokkal egzotikusabb részecskék - tachionok - létezését sugallják. Tömegüket, amely kedvenc képletünkben E = mc2 jelenik meg, nem prímszámmal, hanem képzeletbeli számmal adjuk meg, benne egy speciális matematikai komponenssel, amelynek négyzete negatív szám. Ez nagyon hasznos ingatlan, szeretett „Star Trek” tévésorozatunk írói pedig pontosan a „tachionok energiájának hasznosításával” magyarázták fantasztikus motorjuk működését.
Valójában a képzeletbeli tömeg hihetetlen dolgot művel: a tachionoknak energiát kell veszteniük, ahogy felgyorsulnak, így számukra az életben minden teljesen más, mint amit korábban gondoltunk. Amikor atomokkal ütköznek, energiát veszítenek és felgyorsulnak, így a következő ütközés még erősebb lesz, ami még több energiát vesz el, és ismét a végtelenségig gyorsítja a tachionokat. Nyilvánvaló, hogy az ilyen önbevonás egyszerűen megsérti az alapvető ok-okozati összefüggéseket. Talán ez az oka annak, hogy eddig csak teoretikusok tanulmányozzák a tachionokat: a természetben még egyetlen példát sem látott az ok-okozati összefüggések bomlására, és ha látja, keressen egy tachiont, ill. Nóbel díj biztosítva neked.
A teoretikusok azonban továbbra is kimutatták, hogy a tachionok nem létezhetnek, de a távoli múltban igenis létezhettek, és egyes elképzelések szerint végtelen lehetőségeik játszottak szerepet fontos szerep V Nagy durranás. A tachionok jelenléte magyarázza annak a hamis vákuumnak a rendkívül instabil állapotát, amelyben az Univerzum születése előtt lehetett. Egy ilyen világképben a fénynél gyorsabban mozgó tachionok jelentik létezésünk valódi alapját, és az Univerzum létrejöttét úgy írják le, mint egy hamis vákuum tachionmezőjének átmenetét egy valódi inflációs mezőjébe. Érdemes hozzátenni, hogy mindezek teljesen tiszteletreméltó elméletek, annak ellenére, hogy az Einstein-törvények, sőt az ok-okozati összefüggés legfőbb megsértőiről is kiderül, hogy minden ok és okozat megalapozói benne.
A sötétség sebessége
Filozófiai értelemben a sötétség egyszerűen a fény hiánya, és sebességüknek azonosnak kell lennie. De gondolja meg alaposabban: a sötétség olyan formát ölthet, amely sokkal gyorsabban mozog. Ennek az alaknak a neve árnyék. Képzelje el, hogy ujjaival megmutatja egy kutya sziluettjét a szemközti falon. A zseblámpa sugara eltér, és a kezed árnyéka sokkal nagyobb lesz, mint maga a kéz. Egy ujj legkisebb mozdulata is elegendő ahhoz, hogy az árnyéka a falon észrevehető távolságra elmozduljon. Mi van, ha árnyékot vetünk a Holdra? Vagy egy képzeletbeli képernyőre, még tovább?
Egy alig észrevehető hullám - és bármilyen sebességgel fog futni, amit csak a geometria szab meg, így Einstein nem tudja megmondani neki. Az árnyékokkal azonban jobb nem flörtölni, mert könnyen megtévesztenek minket. Érdemes visszamenni a kezdetekhez, és emlékezni arra, hogy a sötétség egyszerűen a fény hiánya, tehát egyetlen fizikai tárgy sem közvetítődik ilyen mozgással. Nincsenek részecskék, információ, téridő deformációi, csak az az illúziónk, hogy ez egy külön jelenség. A való világban egyetlen sötétség sem érhet fel a fény sebességével.
források
naked-science.ru
Mit gyorsabb sebesség fény vagy hangsebesség?
- Fény sebessége. Példa: először villámlás, majd mennydörgés.
- Úgy tűnik, a mi iskoláinkban nem tanítanak fizikát! A FÉNY sebessége, bébi, természetesen nagyobb.
- Fény persze
- Őszintén szólva nem tudom a helyes választ, de ha jobban belegondolunk, logikusabb, hogy a fénysebesség nagyobb.
- Kopogási sebesség. Az egyik végén fingott, a másikon már azt mondják, hogy megszarta magát.
- fénysebesség. mivel zivatarban először villámlást látunk, csak azután hallunk mennydörgést
- hangsebesség (vákuumban)
és így a fénysebesség... a fény 8 perc alatt ér el hozzánk a naptól - Sveta
- Egy hajnali napsugár 17 másodperc alatt teszi meg a Föld távolságát, a hangsebesség pedig 300 km/s, így a matek
- Ahogy szeretné
- teknősök....
- Sveta...
Például amikor zivatar van... először villámlik, aztán mennydörgés következik... Na, nekem így magyarázták...: ^^ - Ezzel kapcsolatban van egy vicc: amikor bekapcsolod a tévét, először a hang jelenik meg, aztán a kép.
(A fentebb válaszolók láthatóan nem is hallották)A földi légkörben természetesen a fénysebesség nagyobb, mint a hangsebesség.
De általánosságban elmondható, hogy mindkét mennyiség attól függ, hogy milyen közegben terjednek a hullámok - az első esetben az elektromágneses hullámok, a második esetben a részecskekompressziós hullámok (akusztikus).
Tehát - bizonyos környezetben a fény észrevehetően lassabban terjedhet, mint vákuumban vagy levegőben. És egyes anyagokban a hang sokkal gyorsabban terjed, mint a levegőben.
Előfordul, hogy a részecskék a közegben a fény sebességénél nagyobb sebességgel terjednek. És ugyanakkor továbbra is bocsátanak ki. (Vavilov-Cserenkov-effektus). De általában nem beszélnek az elemi részecskék hanghullámairól...
Eddig nem találtam információt olyan anyagról, amelyben a hangsebesség meghaladná a fénysebességet, de arról sincs információ, hogy ez elméletileg lehetetlen lenne.
Tehát általában a fénysebesség nagyobb, de ez alól talán vannak nagyon konkrét kivételek.
- A fénysebesség, egy banális példa a zivatar: először villámlik, majd mennydörgés.
- A medve nevetésének sebessége.
- fénysebesség
- Nos, azt hiszem, nincs értelme egy banális választ 100. alkalommal megismételni, de szeretném kifejezni tiszteletemet Alekszandr Korotejev iránt. Amikor elolvastam a válaszodat, eszembe jutott egy példa. A Nap belsejében (a héliummag zónájában és a sugárzási egyensúlyi zónában) az anyag sűrűsége olyan kolosszális, hogy másodpercenként több CENTIMÉTER sebességgel terjed benne a fény... Nos, a hanghullám terjedési sebessége a tengervízben valamivel kevesebb, mint 1500 m/s...
- Fénysebesség 300 000 000 m/s
hangsebesség levegőben 340 m/s
A fénysebesség milliószor gyorsabb, és ez a legnagyobb sebesség a természetben.
A fény terjedhet vákuumban (levegőtlen térben), de a hangnak közegre van szüksége – minél sűrűbb a közeg, annál gyorsabb a hangsebesség. Például eső után jobban és tisztábban hallja a hangokat. Az ókorban, hogy hallják, milyen messze van az ellenséges sereg, a fülüket a földre tették.
Ha szeretné hallani a közeledő vonat hangját, tegye a fülét a sínekre - mert sűrűbb környezetben nagyobb a hangsebesség - a fénysebesség. Valami történt az emlékezetemmel....
- fénysebesség
2017. március 25
Az FTL utazás az űrsci-fi egyik alapja. Azt azonban valószínűleg mindenki - még a fizikától távol állók is - tudja, hogy az anyagi tárgyak mozgásának vagy bármilyen jel terjedésének maximális sebessége a fény sebessége vákuumban. C betűvel van jelölve, és csaknem 300 ezer kilométer per másodperc; pontos érték c = 299 792 458 m/s.
A fény sebessége vákuumban az egyik alapvető fizikai állandó. A c-t meghaladó sebesség elérésének lehetetlensége Einstein speciális relativitáselméletéből (STR) következik. Ha be lehetne bizonyítani, hogy a jelek szuperluminális sebességgel átvitele lehetséges, a relativitáselmélet bukna. Eddig ez nem történt meg, annak ellenére, hogy számos kísérletet próbáltak cáfolni a c-nél nagyobb sebességek létezésének tilalmát. A közelmúltban végzett kísérleti tanulmányok azonban nagyon érdekes jelenségeket tártak fel, amelyek arra utalnak, hogy speciálisan kialakított körülmények között szuperluminális sebességek figyelhetők meg a relativitáselmélet elveinek megsértése nélkül.
Először is emlékezzünk vissza a fénysebesség problémájával kapcsolatos főbb szempontokra.
Először is: miért lehetetlen (normál körülmények között) túllépni a fényhatárt? Mert akkor sérül világunk alaptörvénye - az oksági törvény, amely szerint az okozat nem előzheti meg az okot. Soha senki nem figyelte meg, hogy például egy medve először holtan esett le, majd a vadász lőtt. C-t meghaladó sebességnél az események sorrendje megfordul, az időszalag visszatekerődik. Ez könnyen ellenőrizhető a következő egyszerű érvelésből.
Tegyük fel, hogy valamiféle űrcsodahajón vagyunk, amely gyorsabban halad a fénynél. Ekkor fokozatosan utolérnénk a forrás által a korábbi és korábbi időpontokban kibocsátott fényt. Először utolérjük a kibocsátott fotonokat, mondjuk tegnap, majd a tegnapelőtt, majd egy héttel, egy hónappal, egy évvel ezelőtt és így tovább. Ha a fényforrás életet tükröző tükör lenne, akkor először a tegnapi eseményeket látnánk, majd a tegnapelőtt és így tovább. Láthattunk mondjuk egy idős embert, aki fokozatosan középkorúvá válik, majd fiatalemberré, ifjúvá, gyerekké... Vagyis visszafordulna az idő, a jelenből áttérnénk a a múlt. Az okok és következmények ekkor helyet cserélnének.
Noha ez a vita teljesen figyelmen kívül hagyja a fény megfigyelésének folyamatának technikai részleteit, alapvető szempontból egyértelműen megmutatja, hogy a szuperluminális sebességű mozgás olyan helyzethez vezet, amely a mi világunkban lehetetlen. A természet azonban ennél is szigorúbb feltételeket szabott: nemcsak a szuperluminális sebességgel való mozgás elérhetetlen, hanem a fénysebességgel megegyező sebességgel is – csak megközelíteni lehet. A relativitáselméletből az következik, hogy a mozgás sebességének növekedésével három körülmény áll fenn: a mozgó objektum tömege nő, mozgás irányú mérete csökken, és az idő áramlása ezen a tárgyon lelassul (a ponttól egy külső „pihenő” megfigyelő látásmódja). Közönséges sebességnél ezek a változások elhanyagolhatóak, de a fénysebességhez közeledve egyre észrevehetőbbé válnak, és a határban - c-vel egyenlő sebességnél - a tömeg végtelenül nagy lesz, a tárgy irányában teljesen elveszíti méretét. a mozgás és az idő megáll rajta. Ezért egyetlen anyagi test sem érheti el a fénysebességet. Csak magának a fénynek van ekkora sebessége! (És egy „mindent átható” részecske - egy neutrínó, amely a fotonhoz hasonlóan nem tud c-nél kisebb sebességgel mozogni.)
Most a jelátviteli sebességről. Itt célszerű a fény elektromágneses hullámok formájában történő ábrázolását használni. Mi az a jel? Ez néhány információ, amelyet továbbítani kell. Az ideális elektromágneses hullám egy végtelen, szigorúan egyfrekvenciás szinusz, amely nem hordozhat semmilyen információt, mert egy ilyen szinusz minden periódusa pontosan megismétli az előzőt. A szinuszhullám fázisának mozgási sebessége - az úgynevezett fázissebesség - bizonyos körülmények között meghaladhatja a fény sebességét vákuumban, közegben. Itt nincs korlátozás, mivel a fázissebesség nem a jel sebessége - még nem létezik. A jel létrehozásához valamilyen „jelet” kell tenni a hullámon. Ilyen jel lehet például bármely hullámparaméter - amplitúdó, frekvencia vagy kezdeti fázis - változása. De amint megtörténik a jel, a hullám elveszti szinuszosságát. Modulálttá válik, és különböző amplitúdójú, frekvenciájú és kezdeti fázisú egyszerű szinuszhullámokból áll - egy hullámcsoportból. Az a sebesség, amellyel a jel mozog a modulált hullámban, a jel sebessége. Közegben terjedéskor ez a sebesség általában egybeesik a csoportsebességgel, amely a fent említett hullámcsoport terjedését összességében jellemzi (lásd "Tudomány és Élet" 2000. 2. sz.). Normál körülmények között a csoportsebesség, így a jel sebessége kisebb, mint a fény vákuumsebessége. Nem véletlenül használják itt a „normál körülmények között” kifejezést, mert esetenként a csoportsebesség meghaladhatja a c-t, vagy akár jelentését is elveszítheti, de akkor nem utal a jel terjedésére. A töltőállomás megállapítja, hogy lehetetlen c-nél nagyobb sebességgel jelet továbbítani.
Miért van ez így? Mivel bármely jel c-nél nagyobb sebességű átvitelének akadálya ugyanaz az oksági törvény. Képzeljünk el egy ilyen helyzetet. Egy ponton A fényvillanás (1. esemény) bekapcsol egy bizonyos rádiójelet küldő eszközt, egy távoli B pontban pedig ennek a rádiójelnek a hatására robbanás következik be (2. esemény). Nyilvánvaló, hogy az 1. esemény (fellobbanás) az ok, és a 2. esemény (robbanás) a következmény, amely később következik be, mint az ok. De ha a rádiójel szuperluminális sebességgel terjedne, a B pont közelében lévő megfigyelő először egy robbanást látna, és csak azután annak a robbanásnak az okát, amely fényvillanás sebességével érte el. Más szóval, ennél a megfigyelőnél a 2. esemény korábban következett volna be, mint az 1. esemény, vagyis a hatás megelőzte volna az okot.
Helyénvaló hangsúlyozni, hogy a relativitáselmélet „szuperluminális tilalma” csak az anyagi testek mozgására és a jelek továbbítására vonatkozik. Sok helyzetben bármilyen sebességű mozgás lehetséges, de ez nem anyagi tárgyak vagy jelek mozgása lesz. Például képzeljünk el két meglehetősen hosszú vonalzót ugyanabban a síkban, amelyek közül az egyik vízszintesen helyezkedik el, a másik pedig kis szögben metszi azt. Ha az első vonalzót nagy sebességgel lefelé (a nyíllal jelzett irányba) mozgatjuk, akkor a vonalzók metszéspontja tetszőleges sebességgel futhat, de ez a pont nem anyagi test. Egy másik példa: ha veszünk egy zseblámpát (vagy mondjuk egy keskeny sugarat kibocsátó lézert) és gyorsan leírunk egy ívet a levegőben, akkor a fényfolt lineáris sebessége a távolsággal nő, és kellően nagy távolságban meghaladja a c-t. . A fényfolt A és B pontok között szuperluminális sebességgel fog mozogni, de ez nem lesz jelátvitel A-ból B-be, mivel egy ilyen fényfolt nem hordoz információt az A pontról.
Úgy tűnik, hogy a szuperluminális sebesség kérdése megoldódott. De a huszadik század 60-as éveiben az elméleti fizikusok a tachionoknak nevezett szuperluminális részecskék létezésének hipotézisét terjesztették elő. Ezek nagyon furcsa részecskék: elméletileg lehetségesek, de a relativitáselmélettel való ellentmondások elkerülése érdekében képzeletbeli nyugalmi tömeget kellett hozzájuk rendelni. Fizikailag a képzeletbeli tömeg nem létezik, ez pusztán matematikai absztrakció. Ez azonban nem keltett nagy riadalmat, hiszen a tachionok nem lehetnek nyugalomban - csak a vákuumban lévő fénysebességet meghaladó sebességgel léteznek (ha vannak!), és ebben az esetben a tachion tömege valóságosnak bizonyul. Van itt némi analógia a fotonokkal: a foton nyugalmi tömege nulla, de ez egyszerűen azt jelenti, hogy a foton nem lehet nyugalomban – a fényt nem lehet megállítani.
A legnehezebbnek a tachion-hipotézis és az oksági törvény összeegyeztetése bizonyult. Az ezirányú próbálkozások, bár elég zseniálisak, nem vezettek szembetűnő sikerre. Senkinek sem sikerült kísérletileg tachionokat regisztrálnia. Ennek eredményeként a tachionok, mint szuperluminális elemi részecskék iránti érdeklődés fokozatosan elenyészett.
A 60-as években azonban kísérleti úton felfedeztek egy jelenséget, amely kezdetben megzavarta a fizikusokat. Ezt részletesen leírja A. N. Oraevsky „Superluminal waves in ampliifying media” (UFN No. 12, 1998) című cikkében. Itt röviden összefoglaljuk a dolog lényegét, utalva a részletek iránt érdeklődő olvasót a megadott cikkre.
Nem sokkal a lézerek felfedezése után - a 60-as évek elején - felmerült a probléma a rövid (kb. 1 ns = 10-9 s-ig tartó) nagy teljesítményű fényimpulzusok előállítása. Ehhez egy rövid lézerimpulzust vezettek át egy optikai kvantumerősítőn. Az impulzust egy sugárosztó tükör két részre osztotta. Az egyik, erősebb, az erősítőhöz került, a másik pedig a levegőben terjedt, és referenciaimpulzusként szolgált, amellyel az erősítőn áthaladó impulzust összehasonlítani lehetett. Mindkét impulzus fotodetektorba került, és a kimenő jeleik vizuálisan megfigyelhetők az oszcilloszkóp képernyőjén. Várható volt, hogy az erősítőn áthaladó fényimpulzus némi késést tapasztal a referenciaimpulzushoz képest, vagyis az erősítőben a fény terjedési sebessége kisebb lesz, mint a levegőben. Képzeld el a kutatók csodálkozását, amikor felfedezték, hogy az impulzus nem csak a levegőnél nagyobb sebességgel terjed az erősítőn, hanem a vákuumban a fény sebességének többszöröse is!
Miután felépült az első sokkból, a fizikusok elkezdték keresni egy ilyen váratlan eredmény okát. A speciális relativitáselmélet alapelveivel kapcsolatban senkinek sem volt kétsége, és ez segített megtalálni a helyes magyarázatot: ha az SRT alapelvei megmaradnak, akkor a választ az erősítő közeg tulajdonságaiban kell keresni.
Anélkül, hogy itt részleteznénk, csak arra hívjuk fel a figyelmet, hogy az erősítő közeg hatásmechanizmusának részletes elemzése teljesen tisztázta a helyzetet. A lényeg a fotonok koncentrációjának változása volt az impulzus terjedése során - az a változás, amelyet a közeg erősítésének negatív értékig történő változása okozott az impulzus hátsó részének áthaladása során, amikor a közeg már elnyeli. energiát, mert a saját tartaléka a fényimpulzusra való átadása miatt már elhasználódott. Az abszorpció nem az impulzus növekedését, hanem gyengülését okozza, így az elülső részen az impulzus erősödik, a hátsó részen gyengül. Képzeljük el, hogy egy impulzust figyelünk meg egy fénysebességgel mozgó eszköz segítségével az erősítő közegében. Ha a közeg átlátszó lenne, az impulzust mozdulatlanságba dermedve látnánk. Abban a környezetben, amelyben a fent említett folyamat végbemegy, az impulzus elülső élének erősödése és a hátulsó élének gyengülése úgy jelenik meg a megfigyelő számára, hogy a közeg úgy tűnik, előre mozdította az impulzust. De mivel az eszköz (megfigyelő) fénysebességgel mozog, és az impulzus utoléri, akkor az impulzus sebessége meghaladja a fénysebességet! Ezt a hatást rögzítették a kísérletezők. És itt tényleg nincs ellentmondás a relativitáselmélettel: az erősítési folyamat egyszerűen olyan, hogy a korábban kikerült fotonok koncentrációja nagyobbnak bizonyul, mint a később kikerülőké. Nem a fotonok mozognak szuperluminális sebességgel, hanem az oszcilloszkópon megfigyelhető impulzusburkológörbe, különösen annak maximuma.
Így míg a közönséges közegben a fény mindig gyengül és sebessége csökken, amit a törésmutató határozza meg, addig az aktív lézeres közegben nem csak a fény erősödik, hanem az impulzus szuperluminális sebességgel terjed.
Egyes fizikusok kísérleti úton próbálták bizonyítani a szuperluminális mozgás jelenlétét az alagúthatás során – ez a kvantummechanika egyik legcsodálatosabb jelensége. Ez a hatás abban áll, hogy egy mikrorészecske (pontosabban egy olyan mikroobjektum, amely különböző körülmények között a részecske tulajdonságait és a hullám tulajdonságait is felmutatja) képes áthatolni az úgynevezett potenciálgáton – ez a jelenség teljesen lehetetlen a klasszikus mechanikában (amiben egy ilyen helyzet analóg lenne: a falnak dobott labda a fal másik oldalára kerülne, vagy a falhoz kötött kötélnek adott hullámszerű mozgás átkerülne a falra a másik oldalon a falhoz kötött kötél). Az alagúthatás lényege a kvantummechanikában a következő. Ha egy bizonyos energiájú mikroobjektum útközben olyan területtel találkozik, amelynek potenciális energiája meghaladja a mikroobjektum energiáját, ez a terület gátat jelent számára, amelynek magasságát az energiakülönbség határozza meg. De a mikroobjektum „átszivárog” a sorompón! Ezt a lehetőséget a jól ismert Heisenberg-féle bizonytalansági reláció adja meg, amely az interakció energiájára és idejére íródott. Ha egy mikroobjektum kölcsönhatása egy gáttal meglehetősen meghatározott időn keresztül megy végbe, akkor a mikroobjektum energiáját éppen ellenkezőleg, bizonytalanság jellemzi, és ha ez a bizonytalanság az akadály magasságának nagyságrendje, akkor a ez utóbbi megszűnik leküzdhetetlen akadály lenni a mikroobjektum számára. Számos fizikus kutatásának tárgyává vált a potenciális korláton való áthatolás sebessége, amely szerint ez meghaladhatja a c.
1998 júniusában Kölnben nemzetközi szimpóziumot tartottak a szuperluminális mozgás problémáiról, ahol négy laboratóriumban – Berkeleyben, Bécsben, Kölnben és Firenzében – kapott eredményeket vitatták meg.
Végül 2000-ben két új kísérletről jelentek meg jelentések, amelyekben megjelentek a szuperluminális terjedés hatásai. Az egyiket Lijun Wong és kollégái adták elő a Princetoni Kutatóintézetben (USA). Ennek eredménye, hogy a céziumgőzzel teli kamrába belépő fényimpulzus 300-szorosára növeli a sebességét. Kiderült, hogy az impulzus fő része még korábban kilépett a kamra túlsó falából, mint az impulzus az elülső falon keresztül a kamrába. Ez a helyzet nemcsak a józan észnek mond ellent, hanem lényegében a relativitáselméletnek is.
L. Wong üzenete heves vitát váltott ki a fizikusok körében, akiknek többsége nem volt hajlandó a relativitáselmélet megsértését látni a kapott eredményekben. Úgy vélik, hogy a kihívás helyes magyarázata ennek a kísérletnek.
L. Wong kísérletében a céziumgőzzel a kamrába belépő fényimpulzus körülbelül 3 μs időtartamú volt. A céziumatomok tizenhat lehetséges kvantummechanikai állapotban létezhetnek, ezeket "az alapállapot hiperfinom mágneses részszintjeinek" nevezik. Optikai lézeres pumpálással szinte az összes atomot a tizenhat állapot közül csak egybe vitték, ami a Kelvin-skála szerinti szinte abszolút nulla hőmérsékletnek felel meg (-273,15 °C). A céziumkamra hossza 6 centiméter volt. Vákuumban a fény 0,2 ns alatt 6 centimétert tesz meg. Amint a mérések kimutatták, a fényimpulzus céziummal 62 ns-al rövidebb idő alatt haladt át a kamrán, mint a vákuumban. Más szóval, annak az időnek, amely alatt az impulzus áthalad a cézium közegen, mínusz előjele van! Valóban, ha 0,2 ns-ból kivonunk 62 ns-t, akkor „negatív” időt kapunk. Ez a "negatív késleltetés" a közegben - egy felfoghatatlan időugrás - egyenlő azzal az idővel, amely alatt az impulzus 310-szer áthaladna a kamrán vákuumban. Ennek az „időbeli fordulatnak” az lett a következménye, hogy a kamrából kilépő impulzus 19 méterrel távolodott tőle, mielőtt a bejövő impulzus elérte volna a kamra közeli falát. Mivel magyarázható egy ilyen hihetetlen szituáció (hacsak persze nem kételkedünk a kísérlet tisztaságában)?
A folyamatban lévő vita alapján pontos magyarázatot még nem találtak, de kétségtelen, hogy itt a közeg szokatlan diszperziós tulajdonságai játszanak szerepet: a lézerfénnyel gerjesztett atomokból álló céziumgőz anomális diszperziójú közeg. . Emlékezzünk vissza röviden, mi is ez.
Egy anyag diszperziója az n fázis (közönséges) törésmutatónak az l fényhullámhossztól való függése. Normál diszperzió esetén a törésmutató a hullámhossz csökkenésével növekszik, és ez a helyzet üvegben, vízben, levegőben és minden más, fény számára átlátszó anyagban. Azokban az anyagokban, amelyek erősen elnyelik a fényt, a törésmutató lefutása a hullámhossz változásával megfordul, és sokkal meredekebbé válik: l csökkenésével (növekvő w frekvencia) a törésmutató meredeken csökken, és egy bizonyos hullámhossz-tartományban egységnél kisebb lesz ( fázissebesség Vf > s ). Ez anomális diszperzió, amelyben az anyagban a fényterjedés mintája gyökeresen megváltozik. A Vgr csoportsebesség nagyobb lesz, mint a hullámok fázissebessége, és meghaladhatja a fény sebességét vákuumban (és negatívvá is válhat). L. Wong erre a körülményre mutat rá, mint arra, hogy kísérlete eredményeit megmagyarázza. Megjegyzendő azonban, hogy a Vgr > c feltétel tisztán formális, mivel a csoportsebesség fogalmát kis (normál) diszperzió esetén vezették be, átlátszó közegekre, amikor egy hullámcsoport szinte nem változtatja meg alakját. a szaporítás során. Az anomális diszperziójú területeken a fényimpulzus gyorsan deformálódik, és a csoportsebesség fogalma értelmét veszti; ebben az esetben bevezetik a jelsebesség és az energiaterjedési sebesség fogalmát, amelyek átlátszó közegben egybeesnek a csoportsebességgel, abszorpciós közegben pedig kisebbek maradnak, mint a vákuumban mért fénysebesség. De Wong kísérletében ez az érdekes: a rendellenes diszperziójú közegen áthaladó fényimpulzus nem deformálódik - pontosan megőrzi alakját! És ez megfelel annak a feltételezésnek, hogy az impulzus csoportsebességgel terjed. De ha igen, akkor kiderül, hogy a közegben nincs abszorpció, pedig a közeg rendellenes szórása pontosan az abszorpciónak köszönhető! Maga Wong, bár elismeri, hogy sok minden továbbra is tisztázatlan, úgy véli, hogy a kísérleti elrendezésében zajló események első közelítéssel egyértelműen a következők szerint magyarázhatók.
A fényimpulzus sok különböző hullámhosszú (frekvenciájú) komponensből áll. Az ábrán három ilyen komponens látható (1-3. hullámok). Valamikor mindhárom hullám fázisban van (maximumuk egybeesik); itt összeadva erősítik egymást, és impulzust alkotnak. Ahogy tovább terjednek a térben, a hullámok defázisúvá válnak, és ezáltal „kioltják” egymást.
Az anomális diszperzió tartományában (a céziumcellán belül) a rövidebb hullám (1. hullám) hosszabbá válik. Ezzel szemben a három közül a leghosszabb hullám (3. hullám) lesz a legrövidebb.
Következésképpen a hullámok fázisai ennek megfelelően változnak. Miután a hullámok áthaladtak a cézium cellán, hullámfrontjaik helyreállnak. Miután szokatlan fázismoduláción ment keresztül egy rendellenes diszperziójú anyagban, a szóban forgó három hullám valamikor ismét fázisban találja magát. Itt ismét összeadódnak, és pontosan ugyanolyan alakú impulzust alkotnak, mint ami a cézium közegbe kerül.
Jellemzően levegőben, sőt bármely normál diszperziójú átlátszó közegben a fényimpulzus nem tudja pontosan megőrizni alakját távoli terjedéskor, vagyis minden komponense nem fázisozható a terjedési út bármely távoli pontján. És normál körülmények között egy ilyen távoli ponton egy idő után fényimpulzus jelenik meg. A kísérletben használt közeg rendellenes tulajdonságai miatt azonban az impulzus egy távoli pontban ugyanúgy fázisosnak bizonyult, mint ebbe a közegbe való belépéskor. Így a fényimpulzus úgy viselkedik, mintha egy távoli pont felé vezető úton negatív időkésleltetése lenne, vagyis nem később, hanem korábban érne oda, mint ahogy áthaladt a közegen!
A legtöbb fizikus hajlik arra, hogy ezt az eredményt egy alacsony intenzitású prekurzor megjelenésével hozza összefüggésbe a kamra diszpergáló közegében. Az a helyzet, hogy egy impulzus spektrális felbomlásakor a spektrum tetszőlegesen magas frekvenciájú, elhanyagolhatóan kis amplitúdójú komponenseket tartalmaz, az úgynevezett prekurzort, amely megelőzi az impulzus „fő részét”. A keletkezés természete és az előanyag alakja a közegben való diszperzió törvényétől függ. Ezt szem előtt tartva a Wong-kísérlet eseménysorát a következőképpen javasoljuk értelmezni. A bejövő hullám, „nyújtva” a hírnököt maga elé, közeledik a kamera felé. Mielőtt a beérkező hullám csúcsa elérné a kamra közeli falát, a prekurzor impulzus megjelenését indítja el a kamrában, amely eléri a túlsó falat, és onnan visszaverődik, „fordított hullámot” képezve. Ez a c-nél 300-szor gyorsabban terjedő hullám eléri a közeli falat és találkozik a bejövő hullámmal. Az egyik hullám csúcsai találkoznak a másik hullámvölgyeivel, így tönkreteszik egymást, és ennek következtében nem marad semmi. Kiderült, hogy a beérkező hullám „visszafizeti az adósságot” a céziumatomoknak, amelyek a kamra másik végében „kölcsönöznek” neki energiát. Bárki, aki csak a kísérlet elejét és végét figyelte, csak egy fényimpulzust lát, amely "ugrott" előre az időben, gyorsabban haladva, mint c.
L. Wong úgy véli, hogy kísérlete nincs összhangban a relativitáselmélettel. A szuperluminális sebesség elérhetetlenségére vonatkozó állítás szerinte csak a nyugalmi tömegű tárgyakra vonatkozik. A fény vagy hullámok formájában ábrázolható, amelyekre a tömeg fogalma általában nem alkalmazható, vagy fotonok formájában, amelyek nyugalmi tömege, mint ismeretes, nulla. Ezért Wong szerint a fény sebessége vákuumban nem a határ. Wong azonban elismeri, hogy az általa felfedezett hatás nem teszi lehetővé c-nél nagyobb sebességű információ továbbítását.
„Az itt található információ már az impulzus élén van – mondja P. Milonni, az egyesült államokbeli Los Alamos National Laboratory fizikusa. „És azt a benyomást keltheti, mintha a fénynél gyorsabban küldené az információt, még akkor is, ha Ön nem küldik el."
A fizikusok többsége úgy véli, hogy az új munka nem mér megsemmisítő csapást az alapvető elvekre. De nem minden fizikus hiszi el, hogy a probléma megoldódott. A. Ranfagni professzor, az olasz kutatócsoport tagja, amely 2000-ben egy másik érdekes kísérletet végzett, úgy véli, hogy a kérdés még nyitott. Ez a Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni és Rocco Ruggeri által végzett kísérlet felfedezte, hogy a centiméteres hullámú rádióhullámok normál légi körülmények között 25%-kal gyorsabban haladnak, mint a c.
Összefoglalva a következőket mondhatjuk.
Az elmúlt évek munkája azt mutatja, hogy bizonyos feltételek mellett valóban előfordulhat szuperluminális sebesség. De mi is mozog pontosan szuperluminális sebességgel? A relativitáselmélet, mint már említettük, tiltja az ilyen sebességet az anyagi testeknél és az információt hordozó jeleknél. Ennek ellenére egyes kutatók nagyon kitartóan próbálják bizonyítani a fénysorompó leküzdését kifejezetten a jelekre. Ennek az az oka, hogy a speciális relativitáselméletben nincs szigorú matematikai indoklás (például Maxwell elektromágneses mezőre vonatkozó egyenletek alapján) a c-nél nagyobb sebességű jelek átvitelének lehetetlenségére. Az STR ilyen lehetetlensége, mondhatni tisztán aritmetikailag, Einstein sebesség-összeadási képlete alapján megállapítható, de ezt alapvetően megerősíti az ok-okozati összefüggés elve. Maga Einstein a szuperluminális jelátvitel kérdésében azt írta, hogy ebben az esetben „... kénytelenek vagyunk egy olyan jelátviteli mechanizmust lehetségesnek tekinteni, amelyben az elért cselekvés megelőzi az okot. De bár ez pusztán logikai szempontból következik. A nézet nem tartalmazza önmagát, véleményem szerint nincsenek ellentmondások, mindazonáltal annyira ellentmond egész tapasztalatunk természetének, hogy a V > c feltevés lehetetlensége kellőképpen bizonyítottnak tűnik." Az oksági elv az a sarokkő, amely a szuperluminális jelátvitel lehetetlenségének hátterében áll. És úgy tűnik, kivétel nélkül minden szuperluminális jelre irányuló keresés megbotlik e kőben, bármennyire is szeretnék a kísérletezők észlelni az ilyen jeleket, mert ilyen a mi világunk.
De mégis, képzeljük el, hogy a relativitáselmélet matematikája még mindig szuperluminális sebességgel fog működni. Ez azt jelenti, hogy elméletileg még mindig megtudhatjuk, mi történne, ha egy test túllépné a fénysebességet.
Képzeljünk el kettőt űrhajó, a Földről egy csillag felé tart, amely 100 fényévnyire van a bolygónktól. Az első hajó a fénysebesség 50%-ával hagyja el a Földet, így 200 évbe telik az út befejezése. A második, hipotetikus lánchajtással felszerelt hajó 200%-os fénysebességgel fog haladni, de 100 évvel az első után. Mi fog történni?
A relativitáselmélet szerint a helyes válasz nagyban függ a megfigyelő nézőpontjától. A Földről úgy tűnik, hogy az első hajó már jelentős utat megtett, mielőtt a négyszer gyorsabban haladó második hajó utolérte. De az első hajó emberei szempontjából minden kicsit más.
A 2-es számú hajó gyorsabban mozog, mint a fény, ami azt jelenti, hogy még az általa kibocsátott fényt is felülmúlhatja. Ez egyfajta „fényhullámot” eredményez (hasonlóan a hanghullámhoz, de a levegő rezgései helyett fényhullámok rezegnek), ami több érdekes hatást eredményez. Emlékezzünk vissza, hogy a 2-es hajó fénye lassabban mozog, mint maga a hajó. Az eredmény vizuális megduplázódás lesz. Vagyis először az 1-es számú hajó legénysége látja majd, hogy a második hajó mintha a semmiből bukkant volna fel mellettük. Ekkor a második hajó fénye kis késéssel éri el az elsőt, és az eredmény egy látható másolat lesz, amely kis késéssel ugyanabba az irányba mozog.
Valami hasonló látható benne számítógépes játékok amikor egy rendszerhiba következtében a motor gyorsabban tölti be a modellt és annak algoritmusait a mozgás végpontjában, mint ahogy maga a mozgásanimáció véget ér, így többszörös felvétel történik. Valószínűleg ez az oka annak, hogy tudatunk nem érzékeli az Univerzumnak azt a hipotetikus aspektusát, amelyben a testek szuperluminális sebességgel mozognak – talán ez a legjobb.
P.S. ... de az utolsó példában valamit nem értettem, hogy a hajó valós helyzetét miért társítják az „által kibocsátott fényhez”? Nos, még ha rossz helyen látják is, a valóságban meg fogja előzni az első hajót!
források
