Gyorsabb, mint bárki más fénysebességgel. A neutrínók gyorsabban haladnak, mint a fénysebesség

2017. március 25

Az FTL utazás az űrsci-fi egyik alapja. Ezt azonban valószínűleg mindenki – még a fizikától távol állók is – maximálisan tudja lehetséges sebesség Az anyagi tárgyak mozgása vagy bármilyen jel terjedése 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. 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. C-t meghaladó sebességnél az események sorrendje megfordul, az időszalag visszatekerődik. Ez könnyen ellenőrizhető a következő egyszerű érvelésből.

Tegyük fel, hogy valamiféle űr-csodahajón vagyunk, és mozogunk gyorsabb 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 ezután 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 külső „pihenő” megfigyelő látásmódja). Nál nél normál sebességgel ezek a változások elhanyagolhatóak, de ahogy közeledünk a fénysebességhez, egyre észrevehetőbbé válnak, és a határban - c-vel egyenlő sebesség mellett - a tömeg végtelenül nagy lesz, a tárgy mozgási és időbeli irányában teljesen elveszíti méretét. 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 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 veszünk egy zseblámpát (vagy mondjuk egy keskeny sugarat adó 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 regisztrálni. 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 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. 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 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. Mint további terjesztése A térben a hullámok defázisúak, 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 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 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 25%-kal gyorsabban haladnak, mint a c.

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) lehetetlen c-nél nagyobb sebességgel jeleket továbbítani. 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

Mi a gyorsabb, a fénysebesség vagy a hangsebesség?

1. Fény sebessége. Példa: először villámlás, majd mennydörgés.
2. Úgy tűnik, a mi iskoláinkban nem tanítanak fizikát! A FÉNY sebessége, bébi, természetesen nagyobb.
3. Fény persze
4. Őszintén szólva nem tudom a helyes választ, de ha jobban belegondolunk, logikusabb, hogy a fénysebesség nagyobb.
5. Kopogási sebesség. Az egyik végén fingott, a másikon már azt mondják, hogy megszarta magát.
6. fénysebesség. mivel zivatarban először villámlást látunk, csak azután hallunk mennydörgést
7. hangsebesség (vákuumban)
   és így a fénysebesség... a fény 8 perc alatt ér el hozzánk a naptól
8. Sveta
9. Egy hajnali napsugár 17 másodperc alatt teszi meg a Föld távolságát, a hangsebesség pedig 300 km/s, így a matek
10. Ahogy szeretné
11. teknősök....
12. Sveta...
    Például amikor zivatar van... először villámlik, aztán mennydörgés következik... Na, nekem így magyarázták...: ^^
13. 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.

14. A fénysebesség, egy banális példa a zivatar: először villámlik, majd mennydörgés.
15. A medve nevetésének sebessége.
16. fénysebesség
17. 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...
18. Fénysebesség 300 000 000 m/s
    hangsebesség levegőben 340 m/s
    A fénysebesség milliószor nagyobb, és ennyi maximális 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
19. a fénysebesség. Valami történt az emlékezetemmel....
20. fénysebesség

A sebesség nagyobb, mint a fény sebessége vákuumban – ez a valóság. Einstein relativitáselmélete csak a szuperluminális információátadást tiltja. Ezért van jó néhány olyan eset, amikor a tárgyak gyorsabban tudnak mozogni, mint a fény, és nem törnek el semmit. Kezdjük az árnyékokkal és a napsugarakkal.

Ha árnyékot hoz létre egy távoli falon egy ujjból, amelyre zseblámpát világít, majd mozgatja az ujját, az árnyék sokkal gyorsabban mozog, mint az ujja. Ha a fal nagyon távol van, akkor az árnyék mozgása elmarad az ujj mozgásától, mivel a fénynek továbbra is az ujjtól a falig kell érnie, de az árnyék sebessége ugyanaz lesz. hányszor nagyobb. Vagyis az árnyék sebességét nem korlátozza a fény sebessége.

Az árnyékok mellett a napsugarak is gyorsabban mozoghatnak, mint a fény. Például egy folt egy lézersugárból, amely a Holdra irányult. A Hold távolsága 385 000 km. Ha enyhén mozgatja a lézert, alig 1 cm-rel, akkor lesz ideje átfutni a Holdon a fénynél körülbelül harmadával gyorsabb sebességgel.

Hasonló dolgok történhetnek a természetben. Például egy pulzárból, egy neutroncsillagból származó fénysugár átfésülhet egy porfelhőn. A fényes villanás táguló fényburkot vagy más sugárzást hoz létre. Amikor áthalad a felhő felszínén, fénygyűrűt hoz létre, amely növekszik gyorsabb sebesség Sveta.

Ezek mind példák a fénynél gyorsabban mozgó dolgokra, amelyek azonban nem voltak fizikai testek. Árnyék vagy nyuszi használata nem tud szuperluminális üzenetet továbbítani, így a fénynél gyorsabb kommunikáció nem működik.

És itt van egy példa, amely a fizikai testekhez kapcsolódik. A jövőre nézve azt mondjuk, hogy a szuperluminális üzenetek nem működnek.

Egy forgó testhez társított referenciakeretben a távoli objektumok szuperluminális sebességgel mozoghatnak. Például az Alpha Centauri, a Föld vonatkoztatási rendszerében, a fénysebesség több mint 9600-szorosával mozog, naponta körülbelül 26 fényév távolságot „átjárva”. És pontosan ugyanez a példa a Holddal. Álljon szembe vele, és néhány másodperc alatt forduljon meg a tengelye körül. Ez idő alatt körülbelül 2,4 millió kilométert forgott körülötted, vagyis 4-szer gyorsabban, mint a fénysebesség. Ha-ha, azt mondod, nem ő forgott, hanem én... És ne feledd, hogy a relativitáselméletben minden vonatkoztatási rendszer független, beleértve a forgókat is. Szóval melyik oldalról nézz...

Szóval mit kéne tennünk? Nos, valójában itt nincsenek ellentmondások, mert ez a jelenség ismét nem használható fel üzenetek szuperluminális továbbítására. Ezenkívül vegye figyelembe, hogy a Hold nem haladja meg a fénysebességet a közelében. Ugyanis az általános relativitáselmélet minden tilalmat előír a lokális fénysebesség túllépésére.