Mi lehet gyorsabb a fénysebességnél. Találtak olyan részecskéket, amelyek gyorsabban mozognak, mint a fénysebesség? Az SS-mozgás nehéz esetei

Mint tudják, a fotonok, a fény részecskéi, amelyekből áll, fénysebességgel mozognak. Ebben segítségünkre lesz a speciális relativitáselmélet.

A sci-fi filmekben a csillagközi űrhajók kivétel nélkül szinte fénysebességgel repülnek. Általában ez a tudományos-fantasztikus írók úgynevezett hipersebessége. Írók és filmrendezők is nagyjából ugyanúgy írják le és mutatják meg nekünk. művészi technika. Leggyakrabban ahhoz, hogy a hajó gyorsan száguldjon, a hősök meghúzzák vagy megnyomják a vezérlőgombot, és jármű azonnal felgyorsul, fülsiketítő pukkanással szinte fénysebességre gyorsul. A csillagok, amelyeket a néző a hajó oldala fölött lát, először villognak, majd teljesen kinyúlnak vonalakban. De vajon tényleg így néznek ki a csillagok egy űrhajó ablakában hipersebességgel? A kutatók szerint nem. A valóságban a sorban elhelyezkedő csillagok helyett a hajó utasai csak egy fényes korongot látnának.

Ha a tárgy közel fénysebességgel mozog, akkor láthatja a Doppler-effektust működés közben. A fizikában így nevezik a frekvencia és a hullámhossz változását a vevő gyors mozgása miatt. A hajóról a néző előtt felvillanó csillagok fényének frekvenciája annyira megnő, hogy a látható tartományból a spektrum röntgensugara felé tolódik el. A csillagok eltűnni látszanak! Ugyanakkor az ereklye elektromágneses sugárzás hossza után marad nagy durranás. A háttérsugárzás láthatóvá válik, és fényes korongként jelenik meg, amely a széleken elhalványul.

De hogyan néz ki a világ egy olyan tárgy oldaláról, amely eléri a fénysebességet? Mint tudják, a fotonok, a fényrészecskék, amelyekből ez áll, ilyen sebességgel mozognak. Ebben segítségünkre lesz a speciális relativitáselmélet. Eszerint, ha egy tárgy tetszőlegesen hosszú ideig mozog fénysebességgel, akkor ennek a tárgynak a mozgására fordított idő nullával egyenlő. Egyszerűen fogalmazva, ha fénysebességgel mozogsz, akkor lehetetlen semmilyen műveletet végrehajtani, például megfigyelni, látni, látni stb. A fénysebességgel haladó tárgy valójában semmit sem lát.

A fotonok mindig fénysebességgel haladnak. Nem vesztegetik az idejüket a gyorsítással és lassítással, így számukra az egész életük nulla ideig tart. Ha fotonok lennénk, akkor születésünk és halálunk pillanatai egybeesnének, vagyis egyszerűen nem vennénk észre, hogy a világ egyáltalán létezik. Érdemes megjegyezni, hogy ha egy tárgy felgyorsul a fénysebességre, akkor sebessége minden vonatkoztatási rendszerben egyenlő lesz a fénysebességgel. Itt van egy ilyen fényképfizika. A speciális relativitáselmélet alkalmazásával arra a következtetésre juthatunk, hogy egy fénysebességgel mozgó tárgy esetében a teljes a világ végtelenül lapítottnak fog tűnni, és a benne előforduló összes esemény egy időpillanatban játszódik le.

De kiderült, hogy lehetséges; most azt hiszik, hogy soha nem leszünk képesek a fénynél gyorsabban utazni... "De valójában nem igaz, hogy valaki valaha azt hitte, hogy lehetetlen a hangnál gyorsabban utazni. Jóval a szuperszonikus repülőgépek megjelenése előtt már ismert volt hogy a golyók a hangnál gyorsabban repülnek. ellenőrzött szuperszonikus repülés, és ez volt a hiba. Az SS mozgalom teljesen más kérdés. Kezdettől fogva egyértelmű volt, hogy a szuperszonikus repülést technikai problémák nehezítik, amelyeket egyszerűen meg kell oldani. De teljesen tisztázatlan, hogy az SS-mozgalmat akadályozó problémák valaha is megoldhatók-e. A relativitáselmélet sokat mond erről. Ha lehetséges az SS-utazás vagy akár a jelátvitel, akkor az ok-okozati összefüggés sérül, és ebből teljesen hihetetlen következtetések származnak.

Először a CC mozgás egyszerű eseteit tárgyaljuk. Nem azért említjük őket, mert érdekesek, hanem azért, mert újra és újra felbukkannak az STS mozgalomról szóló vitákban, és ezért foglalkozni kell velük. Ezután megvitatjuk, mi az, amit az STS mozgalom vagy kommunikáció nehéz eseteinek tartunk, és megvizsgáljuk az ellenük szóló érveket. Végül megvizsgáljuk a valódi STS mozgalom legkomolyabb feltételezéseit.

Egyszerű SS lépés

1. A Cserenkov-sugárzás jelensége

A fénynél gyorsabb mozgás egyik módja, ha először magát a fényt lassítjuk! :-) Vákuumban a fény sebességgel halad c, és ez az érték egy világállandó (lásd a kérdést Állandó-e a fénysebesség), és sűrűbb közegben, például vízben vagy üvegben lelassul a sebességre c/n, Ahol n a közeg törésmutatója (levegőnél 1,0003; víznél 1,4). Ezért a részecskék gyorsabban mozoghatnak a vízben vagy a levegőben, mint a fény. Ennek eredményeként megjelenik a Vavilov-Cherenkov sugárzás (lásd a kérdést).

De amikor SS mozgásról beszélünk, akkor természetesen a fénysebesség vákuumban történő túllépését értjük c(299 792 458 m/s). Ezért a Cserenkov-jelenség nem tekinthető az SS-mozgás példájának.

2.Harmadik fél

Ha a rakéta A nagy sebességgel elrepül előlem 0,6c nyugat és a másik B- tőlem gyorsasággal 0,6c keletre, majd a közötti teljes távolságot AÉs B az én referenciakeretemben a sebességgel növekszik 1.2c. Így c-nél nagyobb látszólagos relatív sebesség figyelhető meg "harmadik féltől".

Ez a sebesség azonban nem az, amit általában relatív sebességen értünk. Valódi rakéta sebesség A a rakétával kapcsolatban B- ez a rakéták közötti távolság növekedési üteme, amelyet a megfigyelő a rakétában észlel B. Két sebességet kell összeadni a sebességek összeadásának relativisztikus képlete szerint (lásd a Hogyan adjunk össze sebességet konkrét relativitáselméletben) című kérdést. Ebben az esetben a relatív sebesség kb 0,88c, vagyis nem szuperluminális.

3. Árnyak és nyuszik

Gondolj bele, milyen gyorsan tud mozogni az árnyék? Ha árnyékot hoz létre egy távoli falon az ujjával egy közeli lámpával, majd mozgatja az ujját, akkor az árnyék sokkal gyorsabban mozog, mint az ujja. Ha az ujj párhuzamosan mozog a fallal, akkor az árnyék sebessége ez lesz D/d az ujj sebességének szorzata, hol d az ujj és a lámpa távolsága, és D- a lámpa és a fal közötti távolság. És még nagyobb sebességet érhet el, ha a fal ferdén helyezkedik el. Ha a fal nagyon távol van, akkor az árnyék mozgása elmarad az ujj mozgásától, mivel a fénynek továbbra is az ujjról a falra kell repülnie, de az árnyék sebessége még mindig annyi lesz nagyobb. Vagyis az árnyék sebességét nem korlátozza a fény sebessége.

Az árnyékok mellett a nyuszik is képesek gyorsabban mozogni, mint a fény, például a Holdra irányított lézersugárból származó folt. Tudva, hogy a Hold távolsága 385 000 km, próbálja meg kiszámítani a nyuszi sebességét, ha kissé mozgatja a lézert. Arra is gondolhatunk, hogy a tenger hulláma ferdén éri a partot. Milyen sebességgel mozoghat az a pont, ahol a hullám megtörik?

Hasonló dolgok történhetnek a természetben. Például egy pulzár fénysugár átfésülheti a porfelhőt. A fényes villanás táguló fényburkot vagy más sugárzást generál. Amikor áthalad a felszínen, fénygyűrűt hoz létre, amely gyorsabban növekszik, mint a fénysebesség. A természetben ez akkor fordul elő, amikor a villámlás elektromágneses impulzusa eléri a felső légkört.

Ezek mind példák voltak a fénynél gyorsabban mozgó dolgokra, amelyek azonban nem fizikai testek. Árnyék vagy nyuszi segítségével nem tud CC üzenetet továbbítani, így a fénynél gyorsabb kommunikáció nem lehetséges. És még egyszer, valószínűleg nem ezt akarjuk megérteni a CC mozgással, bár világossá válik, milyen nehéz meghatározni, hogy pontosan mire van szükségünk (lásd az FTL-olló kérdést).

4. Merev testek

Ha veszel egy hosszú, kemény botot, és megnyomod az egyik végét, a másik vége azonnal megmozdul vagy nem? Lehetséges az üzenet SS továbbítása ilyen módon?

Igen, az volt lenne meg lehetne tenni, ha léteznének ilyen szilárd testek. A valóságban a pálca végét érő ütés hatása az adott anyagban hangsebességgel terjed végig rajta, a hangsebesség pedig az anyag rugalmasságától és sűrűségétől függ. A relativitáselmélet abszolút korlátot szab bármely test lehetséges keménységének, hogy a hangsebesség bennük ne haladja meg c.

Ugyanez történik, ha a vonzás területén tartózkodik, és először függőlegesen tartja a madzagot vagy rudat a felső végénél, majd engedje el. Az a pont, amelyet elengedsz, azonnal elkezd mozogni, és az alsó vége nem kezdhet el leesni, amíg az elengedés hatása hangsebességgel el nem éri.

Nehéz általános relativitáselméletet megfogalmazni a rugalmas anyagokról, de az alapgondolat a newtoni mechanika példáján is bemutatható. A tökéletesen rugalmas test hosszirányú mozgásának egyenlete a Hooke-törvényből adódik. Változókban: tömeg egységnyi hosszban pés Young-modulus Y, hosszirányú elmozdulás x kielégíti a hullámegyenletet.

A síkhullám-oldat hangsebességgel mozog s, és s 2 = I/p. Ez az egyenlet nem jelenti az ok-okozati hatás gyorsabb terjedésének lehetőségét s. Így a relativitáselmélet elméleti korlátot szab a rugalmasság mértékének: Y < pc2. Gyakorlatilag még a közelében sincsenek anyagok. Egyébként akkor is, ha az anyagban a hangsebesség közel van c, az anyagnak önmagában nem kell relativisztikus sebességgel mozognia. De honnan tudjuk, hogy elvileg nem létezhet olyan anyag, amely ezt a határt túllépi? A válasz az, hogy minden anyag részecskékből áll, amelyek kölcsönhatása az elemi részecskék standard modelljének engedelmeskedik, és ebben a modellben egyetlen kölcsönhatás sem terjedhet gyorsabban, mint a fény (lásd alább a kvantumtérelméletről).

5. Fázissebesség

Nézd meg ezt a hullámegyenletet:

Olyan megoldásai vannak, mint:

Ezek a megoldások sebességgel mozgó szinuszhullámok

De ez gyorsabb, mint a fény, tehát kezünkben van a tachionmező egyenlete? Nem, ez csak egy hatalmas skaláris részecske szokásos relativisztikus egyenlete!

A paradoxon megoldódik, ha megértjük a különbséget e sebesség között, amelyet fázissebességnek is neveznek vph egy másik sebességtől, amelyet csoportsebességnek neveznek v gr amelyet a képlet ad meg,

Ha a hullámmegoldás frekvencia szórású, akkor hullámcsomag formáját ölti, amely nem haladja meg a csoportsebességet. c. Csak a hullámhegyek mozognak fázissebességgel. Egy ilyen hullám segítségével csak csoportsebességgel lehet információt továbbítani, így a fázissebesség újabb példát ad a szuperluminális sebességre, amely nem tud információt hordozni.

7. Relativisztikus rakéta

Egy vezérlő a Földön egy 0,8-as sebességgel távozó űrhajót figyel c. A relativitáselmélet szerint a hajóról érkező jelek Doppler-eltolódásának figyelembevétele után is látni fogja, hogy a hajón lelassul az idő, és ott 0,6-szeresére lassulnak az órák. Ha kiszámítja a hajó által megtett út hányadosát osztva a hajó órájával mért eltelt idővel, akkor 4/3-át kapja c. Ez azt jelenti, hogy a hajó utasai olyan effektív sebességgel haladnak át a csillagközi térben, mint amennyi fénysebességük mérhető lenne. A hajó utasai szemszögéből a csillagközi távolságok Lorentzi-féle összehúzódásnak vannak kitéve, ugyanakkora 0,6-os tényezővel, ami azt jelenti, hogy nekik is el kell ismerniük, hogy ismert csillagközi távolságokat 4/3-os ütemben tesznek meg. c.

Ez egy valós jelenség, és elvileg az űrutazók felhasználhatják hatalmas távolságok leküzdésére életük során. Ha a Földön a szabadesés gyorsulásával megegyező állandó gyorsulással gyorsulnak, akkor nemcsak tökéletes mesterséges gravitációjuk lesz a hajón, de még lesz idejük átkelni a Galaxison mindössze 12 év alatt! (Lásd a kérdést: Mik a relativisztikus rakéta egyenletei?)

Ez azonban nem igazi SS-mozgalom. Az effektív sebességet az egyik referenciarendszerben a távolságból, a másikban az időből számítják ki. Ez nem igazi sebesség. Csak a hajó utasai profitálnak ebből a sebességből. A diszpécsernek például életében nem lesz ideje megnézni, hogyan repülnek el óriási távolságot.

Az SS-mozgás nehéz esetei

9. Einstein, Podolsky, Rosen paradoxona (EPR)

10. Virtuális fotonok

11. Kvantum alagút

Valódi jelöltek az SS-utazóknak

Ez a rész spekulatív, de komoly feltételezéseket tartalmaz az FTL utazás lehetőségével kapcsolatban. Ezek nem olyan dolgok, amelyeket általában a GYIK-be tesznek, mivel több kérdést vetnek fel, mint amennyit megválaszolnak. Ezeket itt elsősorban azért mutatjuk be, hogy megmutassák, komoly kutatások folynak ebben az irányban. Mindegyik irányban csak egy rövid bevezetőt adunk. Részletesebb információk az interneten találhatók.

19. Tachionok

A tachionok olyan hipotetikus részecskék, amelyek helyileg gyorsabban haladnak, mint a fény. Ehhez képzeletbeli tömeggel kell rendelkezniük, de energiájuknak és lendületüknek pozitívnak kell lennie. Néha úgy gondolják, hogy az ilyen CC-részecskéket lehetetlen észlelni, de valójában nincs okunk ezt hinni. Árnyak és nyuszik azt mondják, hogy a lopakodás nem következik a mozgalom CC-jéből.

Tachionokat soha nem figyeltek meg, és a legtöbb fizikus kétségbe vonja létezésüket. Egyszer azt állították, hogy kísérleteket végeztek a trícium bomlása során kibocsátott neutrínók tömegének mérésére, és ezek a neutrínók tachionok. Ez erősen kétséges, de még mindig nem kizárt. Problémák vannak a tachion elméletekben, hiszen abból a szempontból esetleges jogsértések okozati összefüggést, destabilizálják a vákuumot. Lehetséges, hogy megkerüljük ezeket a problémákat, de akkor lehetetlen lesz tachionokat használni a szükséges SS-üzenetben.

Az igazság az, hogy a legtöbb fizikus úgy véli, hogy a tachionok a terepelméleti tévedés jelei, és a nagyközönség érdeklődését főként a tudományos-fantasztikus irodalom táplálja (lásd a Tachyons cikket).

20. Féreglyukak

Az STS utazás legismertebb feltételezett lehetősége a féreglyukak használata. A féreglyukak olyan alagutak a téridőben, amelyek összekötik az univerzum egyik helyét a másikkal. Gyorsabban tudnak mozogni e pontok között, mint ahogy a fény a szokásos útját járná. A féreglyukak a klasszikus általános relativitáselmélet egyik jelensége, de létrehozásukhoz meg kell változtatni a téridő topológiáját. Ennek lehetőségét a kvantumgravitáció elmélete tartalmazza.

Hatalmas mennyiségű negatív energiára van szükség a féreglyukak nyitva tartásához. MisnerÉs Tüske felvetette, hogy a nagyszabású Kázmér-effektus felhasználható negatív energia generálására és Visser kozmikus húrok felhasználásával javasolt megoldást. Mindezek az elképzelések erősen spekulatívak, és egyszerűen irreálisak lehetnek. Előfordulhat, hogy egy szokatlan negatív energiájú anyag nem létezik a jelenséghez szükséges formában.

Thorne úgy találta, hogy ha féreglyukakat lehetne létrehozni, akkor zárt időhurkokat hozhatnának létre, amelyek lehetővé tennék az időutazást. Azt is felvetették, hogy a kvantummechanika többváltozós értelmezése azt sugallja, hogy az időutazás nem okoz paradoxonokat, és az események egyszerűen másképp fognak kibontakozni, ha a múltba kerülünk. Hawking szerint a féreglyukak egyszerűen instabilok, ezért a gyakorlatban használhatatlanok. De maga a téma a gondolatkísérletek termékeny területe marad, amely lehetővé teszi, hogy kitaláljuk, mi lehetséges és mi nem lehetséges a fizika ismert és feltételezett törvényei alapján.
refs:
W. G. Morris és K. S. Thorne, American Journal of Physics 56 , 395-412 (1988)
W. G. Morris, K. S. Thorne és U. Yurtsever, Phys. Fordulat. leveleket 61 , 1446-9 (1988)
Matt Visser, Physical Review D39, 3182-4 (1989)
lásd még: "Fekete lyukak és időhúzódások" Kip Thorn, Norton & co. (1994)
A multiverzum magyarázatát lásd: "The Fabric of Reality" David Deutsch, Penguin Press.

21. Deformáló motorok

[Fogalmam sincs, hogyan kell ezt lefordítani! Az eredeti warp meghajtó. - kb. fordító
a membránról szóló cikk analógiájára fordítva]

A vetemedés olyan mechanizmus lehet, amely a téridőt úgy csavarja, hogy egy tárgy gyorsabban tudjon haladni, mint a fény. Miguel Alcabière arról vált híressé, hogy kifejlesztette az ilyen deformátort leíró geometriát. A tér-idő torzítás lehetővé teszi, hogy egy tárgy a fénynél gyorsabban haladjon, miközben egy időszerű görbén marad. Az akadályok ugyanazok, mint a féreglyukak létrehozásakor. A deformátor létrehozásához negatív energiasűrűségű anyagra van szükség u. Még ha lehetséges is egy ilyen anyag, még mindig nem világos, hogyan lehet beszerezni, és hogyan kell felhasználni a deformáló működéséhez.
ref M. Alcubierre, Klasszikus és kvantumgravitáció, 11 , L73-L77, (1994)

Következtetés

Először is, nem volt könnyű általánosságban meghatározni, mit jelent az SS utazás és az SS üzenet. Sok minden, például az árnyékok mozgásra készteti a CC-t, de úgy, hogy nem használható például információ továbbítására. De a valódi SS-mozgalomnak komoly lehetőségei is vannak, amelyeket a tudományos irodalom javasol, de megvalósításuk technikailag még mindig lehetetlen. A Heisenberg-féle bizonytalansági elv lehetetlenné teszi a látszólagos CC mozgás használatát kvantummechanika. Az általános relativitáselméletben léteznek lehetséges eszközök az SS-meghajtásra, de előfordulhat, hogy nem használhatók. Rendkívül valószínűtlennek tűnik, hogy a belátható jövőben, vagy egyáltalán, a technológia képes lesz SS-hajtóművekkel rendelkező űrhajók létrehozására, de érdekes, hogy a ma ismert elméleti fizika nem zárja be végleg az ajtót az SS-meghajtás előtt. . Az SS-mozgás a sci-fi regények stílusában láthatóan teljesen lehetetlen. A fizikusok számára érdekes a kérdés: "miért lehetetlen ez, és mit lehet ebből tanulni?"

A műszaki tudományok doktora A. GOLUBEV.

Tavaly év közepén szenzációs riport jelent meg a magazinokban. Amerikai kutatók egy csoportja felfedezte, hogy egy nagyon rövid lézerimpulzus több százszor gyorsabban halad egy speciálisan kiválasztott közegben, mint vákuumban. Ez a jelenség teljesen hihetetlennek tűnt (a fénysebesség közegben mindig kisebb, mint vákuumban), és még a speciális relativitáselmélet érvényességével kapcsolatban is kétségekre adott okot. 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.

Az 1960-as évek elején nagy teljesítményű rövid fényimpulzusokat kezdtek előállítani úgy, hogy egy lézervillanást egy kvantumerősítőn (egy inverz populációjú közeg) vezettek át.

Erősítő közegben a fényimpulzus kezdeti tartománya stimulált atomkibocsátást okoz az erősítő közegben, a végső tartománya pedig energiaelnyelést okoz. Ennek eredményeként a megfigyelő számára úgy tűnik, hogy az impulzus gyorsabban mozog, mint a fény.

Lijun Wong kísérlet.

Egy átlátszó anyag (például üveg) prizmáján áthaladó fénysugár megtörik, azaz diszperziót tapasztal.

A fényimpulzus különböző frekvenciájú rezgések halmaza.

Valószínűleg mindenki - még a fizikától távol állók is - tudják, hogy az anyagi tárgyak mozgásának vagy bármilyen jel terjedésének legnagyobb lehetséges sebessége a fény vákuumsebessége. 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. A sebesség túllépésének lehetetlensége Val vel, Einstein speciális relativitáselméletéből (SRT) következik. Ha be lehetne bizonyítani, hogy lehetséges szuperluminális sebességű jelátvitel, akkor 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 Mostanában néhány nagyon érdekes jelenségek, jelezve, hogy speciálisan kialakított körülmények között szuperluminális sebességek megfigyelhetők, ugyanakkor a relativitáselmélet elvei nem sérülnek.

Először is emlékezzünk vissza a fénysebesség problémájával kapcsolatos főbb szempontokra. Először is: miért ne (mikor normál körülmények között) túllépi a fénykorlátot? Mert akkor sérül világunk alaptörvénye - az oksági törvény, amely szerint a hatás nem haladhatja meg az okot. Soha senki nem figyelte meg, hogy például egy medve először holtan zuhant le, majd egy vadász lelőtt. Túllépő sebességeknél Val vel, az események sorrendje megfordul, az időszalag visszateker. Ez könnyen belátható a következő egyszerű érvelésből.

Tegyük fel, hogy egy bizonyos kozmikus csodahajón vagyunk, amely gyorsabban halad a fénynél. Ekkor fokozatosan utolérjük a forrás által korábbi és korábbi időpontokban kibocsátott fényt. Először is utolérnénk a kibocsátott fotonokat, mondjuk tegnap, majd - 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, elmozdulnánk a jelenből a másikba. a múlt. Ekkor az ok és okozat felcserélődik.

Bár ez az érvelés teljesen figyelmen kívül hagyja a fény megfigyelésének folyamatának technikai részleteit, alapvető szempontból egyértelműen bizonyítja, 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 szuperfénysebességgel, hanem a fénysebességgel megegyező sebességgel is elérhetetlen - csak megközelíteni lehet. A relativitáselméletből következik, hogy a mozgási sebesség növekedésével három körülmény áll elő: a mozgó tárgy tömege nő, mérete a mozgás irányában csökken, és az idő múlása ezen a tárgyon lelassul (a külső „pihenő” szemlélő nézőpontja). Normál sebességnél ezek a változások elhanyagolhatóak, de ahogy közeledünk a fénysebességhez, egyre észrevehetőbbé válnak, és a határértékben - olyan sebességnél 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 a "mindent átható" részecske - a 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 továbbítandó információ. Az ideális elektromágneses hullám egy végtelen, szigorúan egyfrekvenciás szinusz, amely nem hordozhat semmilyen információt, mert egy ilyen szinusz minden periódusa pontosan megismétli az előzőt. Az a sebesség, amellyel a szinuszhullám fázisa mozog - az úgynevezett fázissebesség - vákuumban bizonyos körülmények között meghaladhatja a 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 szinuszos hullámokból áll - egy hullámcsoportból. A jel mozgási sebessége a modulált hullámban a jel sebessége. Közegben terjedéskor ez a sebesség általában egybeesik a fenti hullámcsoport egészének terjedését jellemző csoportsebességgel (lásd "Tudomány és Élet" 2000. 2. sz.). Normál körülmények között a csoportsebesség, és így a jel sebessége kisebb, mint a fény vákuumsebessége. Nem véletlenül használjuk itt a "normál körülmények között" kifejezést, mert esetenként a csoportsebesség is meghaladhatja Val vel vagy akár értelmet is veszítenek, de akkor ez nem vonatkozik a jel terjedésére. Az SRT-ben megállapították, hogy a jelet nem lehet nagyobb sebességgel továbbítani Val vel.

Miért van ez így? Mivel az akadály bármely jel átvitelének sebessége nagyobb, mint Val vel ugyanaz az oksági törvény érvényesül. Képzeljünk el egy ilyen helyzetet. Egy ponton A fényvillanás (1. esemény) bekapcsol egy olyan eszközt, amely egy bizonyos rádiójelet küld, és egy távoli B pontban ennek a rádiójelnek a hatására robbanás következik be (2. esemény). Nyilvánvaló, hogy az 1. esemény (villanás) az ok, a 2. esemény (robbanás) pedig az a hatás, 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 azután - az elérte őt olyan sebességgel. Val vel fényvillanás, a robbanás oka. Más szóval, ennél a megfigyelőnél a 2. esemény az 1. esemény előtt történt volna, 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 sebességgel lehet mozogni, de ez nem anyagi tárgyak és 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 vonalat nagy sebességgel lefelé mozgatjuk (a nyíllal jelzett irányba), akkor a vonalak metszéspontja tetszőlegesen gyorsra tehető, de ez a pont nem anyagi test. Egy másik példa: ha veszel egy zseblámpát (vagy mondjuk egy keskeny sugarat adó lézert), és gyorsan leírsz egy ívet a levegőben, akkor a fényfolt lineáris sebessége a távolsággal nő, és kellően nagy távolságnál meg fogja haladni 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 szuperluminális részecskék, az úgynevezett tachionok létezésének hipotézisét terjesztették elő. Ezek nagyon furcsa részecskék: elméletileg lehetségesek, de a relativitáselmélettel való ellentmondások elkerülése érdekében képzeletbeli nyugalmi tömeget kellett hozzájuk rendelni. Fizikailag képzeletbeli tömeg nem létezik, ez pusztán matematikai absztrakció. Ez azonban nem okozott különösebb aggodalmat, 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 legnehezebb volt, ahogy az várható volt, a tachion-hipotézist összeegyeztetni az okság törvényével. Az ilyen irányú próbálkozások, bár meglehetősen zseniálisak voltak, nem vezettek nyilvánvaló sikerre. Senkinek sem sikerült kísérletileg tachionokat regisztrálni. Ennek eredményeként a tachionok iránti érdeklődés szuperluminális elemi részecskék fokozatosan elhalványult.

A 60-as években azonban kísérleti úton felfedeztek egy jelenséget, ami eleinte zavarba hozta 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, az említett cikkre utalva a részletek iránt érdeklődő olvasót.

Nem sokkal a lézerek felfedezése után, az 1960-as évek elején felmerült a probléma a rövid (1 ns = 10-9 s nagyságrendű) 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 össze lehetett hasonlítani az erősítőn áthaladó impulzust. 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. Mi volt a kutatók megdöbbenése, amikor felfedezték, hogy az impulzus nemcsak a levegőben, hanem a vákuumban lévő fénysebességnél is többszörösen terjed az erősítőn!

Miután felépültek az első sokkból, a fizikusok elkezdték keresni a váratlan eredmény okát. A speciális relativitáselmélet alapelveivel kapcsolatban senkinek sem volt kétsége, és éppen ez segített megtalálni a helyes magyarázatot: ha az SRT alapelvei megmaradnak, akkor a választ az erősítő közeg tulajdonságaiban kell keresni. .

Anélkül, hogy a részletekbe mennénk, csak rámutatunk erre részletes elemzés az erősítő közeg hatásmechanizmusa teljesen tisztázta a helyzetet. A lényeg a fotonok koncentrációjának változása volt az impulzus terjedése során - a közeg erősítésének negatív értékig történő változása az impulzus hátsó részének áthaladása során, amikor a közeg már energiát elnyelő, mert a saját tartaléka a fényimpulzusra való átadása miatt már elhasználódott. A felszívódás nem növekedést, hanem csökkenést okoz az impulzusban, és így az impulzus elöl erősödik, hátul pedig gyengül. Képzeljük el, hogy az impulzust egy erősítő közegében fénysebességgel mozgó műszer segítségével figyeljük meg. Ha a közeg átlátszó lenne, mozdulatlanságba fagyott impulzust látnánk. Abban a közegben, amelyben a fent említett folyamat végbemegy, az impulzus bevezető élének erősödése és a hátsó élének gyengülése úgy jelenik meg a megfigyelő számára, hogy a közeg mintegy előremozdította az impulzust. . De mivel az eszköz (megfigyelő) fénysebességgel mozog, és az impulzus utoléri, akkor az impulzus sebessége meghaladja a fénysebességet! Ezt a hatást regisztrálták a kísérletezők. És itt tényleg nincs ellentmondás a relativitáselmélettel: csupán az erősítési folyamat olyan, hogy a korábban kikerült fotonok koncentrációja nagyobbnak bizonyul, mint a később kikerülőké. Nem a fotonok mozognak szuperluminális sebességgel, hanem az oszcilloszkópon az impulzus burkológörbéje, különösen annak maximuma.

Így, míg a közönséges közegben a fény mindig gyengül és a törésmutató által meghatározott sebessége csökken, addig az aktív lézeres közegben nemcsak a fény erősödése figyelhető meg, hanem az impulzus szuperluminális sebességű terjedése is.

Egyes fizikusok kísérleti úton próbálták bizonyítani a szuperluminális mozgás jelenlétét az alagúthatásban, amely a kvantummechanika egyik legcsodálatosabb jelensége. Ez a hatás abban áll, hogy egy mikrorészecske (pontosabban egy olyan mikroobjektum, amely a részecske tulajdonságait és a hullám tulajdonságait is mutatja különböző körülmények között) képes áthatolni az úgynevezett potenciálgáton - ez a jelenség teljesen lehetetlen. ban ben klasszikus mechanika(amiben a hasonlat a következő lenne: a falnak dobott labda a fal másik oldalára kerülne, vagy a falhoz kötött kötél hullámzó mozgása a másik oldalon a falhoz kötött kötélre kerülne oldal). 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 "kiszivárog" a sorompón! Ezt a lehetőséget a jól ismert Heisenberg-féle bizonytalansági reláció adja meg, amely az energia- és interakciós időre íródott. Ha a mikroobjektum kölcsönhatása a korláttal kellően meghatározott ideig megy végbe, akkor a mikroobjektum energiáját ezzel szemben bizonytalanság jellemzi, és ha ez a bizonytalanság a gát magasságának nagyságrendje, akkor ez utóbbi megszűnik leküzdhetetlen akadálya lenni a mikroobjektumnak. Számos fizikus kutatásának tárgyává vált a potenciális gáton való behatolás sebessége, akik úgy vélik, hogy ez meghaladhatja Val vel.

1998 júniusában Kölnben nemzetközi szimpóziumot tartottak a szuperluminális mozgások problémáiról, ahol négy laboratóriumban - Berkeleyben, Bécsben, Kölnben és Firenzében - kapott eredményeket vitatták meg.

És végül 2000-ben két új kísérletről számoltak be, amelyekben megjelentek a szuperluminális terjedés hatásai. Az egyiket Lijun Wong adta elő alkalmazottaival Kutatóintézet Princetonban (USA). Eredménye az, hogy a céziumgőzzel teli kamrába belépő fényimpulzus 300-szorosára növeli a sebességét. Kiderült, hogy az impulzus fő része elhagyja a kamra túlsó falát még azelőtt, hogy az impulzus az elülső falon keresztül belépne a kamrába. Egy ilyen helyzet nemcsak a józan észnek mond ellent, hanem lényegében a relativitáselméletnek is.

L. Wong jelentése heves vitát váltott ki a fizikusok körében, akik többsége nem hajlandó a relativitáselmélet megsértését látni a kapott eredményekben. Úgy vélik, hogy a kihívás helyes magyarázata ennek a kísérletnek.

L. Wong kísérletében a kamrába céziumgőzzel belépő fényimpulzus körülbelül 3 μs időtartamú volt. A céziumatomok tizenhat lehetséges kvantummechanikai állapotban lehetnek, ezeket "alapállapotú hiperfinom mágneses részszinteknek" nevezik. Optikai lézerpumpa segítségével szinte az összes atomot e tizenhat állapot közül csak egybe vitték, ami majdnem megfelel abszolút nulla hőmérséklet a Kelvin-skálán (-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, az impulzus cézium közegen való áthaladási ideje "mínusz" előjelű! 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 "idő-visszafordításnak" az lett a következménye, hogy a kamrát elhagyó impulzus 19 méterrel távolodott el tőle, mire a bejövő impulzus elérte a kamra közeli falát. Mivel magyarázható egy ilyen hihetetlen szituáció (kivéve persze, ha kétségtelen a kísérlet tisztasága)?

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: az l csökkenésével (a w frekvencia növekedésével) a törésmutató meredeken csökken és bizonyos hullámhossz-tartományban egységnél kisebb lesz (a fázissebesség V f > Val vel). Ez az anomális diszperzió, amelyben az anyagban a fényterjedés mintája gyökeresen megváltozik. csoport sebessége V cp 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. 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 azonban 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, míg abszorpciós közegben 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 a csoportsebességgel terjed. De ha igen, akkor kiderül, hogy a közegben nincs abszorpció, pedig a közeg rendellenes szórása pontosan az abszorpciónak köszönhető! Maga Wong is felismerve, hogy sok minden továbbra is tisztázatlan, úgy véli, hogy a kísérleti rendszerében zajló események első közelítésként 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 a hullámok tovább terjednek a térben, fázison kívül vannak, és így "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 is ennek megfelelően változnak. Amikor a hullámok áthaladtak a cézium cellán, hullámfrontjaik helyreállnak. Miután egy szokatlan fázismoduláción ment keresztül egy rendellenes diszperziójú anyagban, a három vizsgált hullám valamikor ismét fázisban találja magát. Itt ismét összeadódnak, és pontosan ugyanolyan alakú impulzust alkotnak, mint ami a cézium közegbe kerül.

A fényimpulzusok jellemzően levegőben, sőt bármely normálisan diszperzív átlátszó közegben nem tudják pontosan megőrizni alakját, amikor távoli távolságra terjednek, vagyis nem lehet minden összetevője fázisban a terjedési út egyetlen távoli pontjában sem. És normál körülmények között egy ilyen távoli ponton egy idő után fényimpulzus jelenik meg. A kísérletben használt közeg rendellenes tulajdonságai miatt azonban a távoli pontban az impulzus ugyanolyan fázisúnak 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 érkezett volna 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 tény, hogy az impulzus spektrális felosztása során a spektrum tetszőlegesen magas frekvenciájú, elhanyagolható amplitúdójú összetevőket tartalmaz, az úgynevezett prekurzort, amely megelőzi az impulzus "fő részét". A megalakulás jellege és a prekurzor formája a közegben uralkodó diszperziós törvénytől függ. Ezt szem előtt tartva a Wong-kísérlet eseménysorát a következőképpen javasoljuk értelmezni. A bejövő hullám a hírnököt maga elé "feszítve" 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 távoli 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 hullámaival, így kioltják egymást, és semmi sem marad. Kiderült, hogy a beérkező hullám "visszaadja az adósságot" a céziumatomoknak, amelyek a kamra másik végén "kölcsönöztek" energiát. Valaki, aki csak a kísérlet elejét és végét figyelte, csak egy fényimpulzust lát, amely "ugrott" előre az időben, gyorsabban haladva. Val vel.

L. Wong úgy véli, hogy kísérlete nincs összhangban a relativitáselmélettel. A szuperluminális sebesség elérhetetlenségére vonatkozó kijelentés szerinte csak 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. Mindazonáltal Wong elismeri, hogy az általa felfedezett hatás nem teszi lehetővé az információ átvitelét nagyobb sebességgel, mint Val vel.

"Az itt található információ már benne van az impulzus élén" - mondja P. Milonni, az Egyesült Államok Los Alamos Nemzeti Laboratóriumának fizikusa.

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, azt mondja, a kérdés még nyitott. Ez a Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni és Rocco Ruggeri által végzett kísérlet azt találta, hogy a centiméteres hullámú rádióhullámok a közönséges levegőben nagyobb sebességgel terjednek. Val vel 25%-kal.

Összefoglalva a következőket mondhatjuk. Művek utóbbi években mutatják, hogy bizonyos feltételek mellett valóban létrejöhet szuperluminális sebesség. De pontosan mi is mozog szuperluminális sebességgel? A relativitáselmélet, mint már említettük, tiltja az ilyen sebességet az anyagi testek és az információt hordozó jelek számára. Mindazonáltal néhány kutató nagyon kitartóan próbálja bemutatni a fénysorompó leküzdését kifejezetten a jelekre. Ennek oka abban rejlik, hogy a speciális relativitáselméletben nincs szigorú matematikai indoklás (például Maxwell elektromágneses térre vonatkozó egyenleteire alapozva) arra vonatkozóan, hogy a jelek átvitelének lehetetlensége nagyobb, mint Val vel. Az SRT ilyen lehetetlensége, mondhatnánk, tisztán aritmetikailag, a sebességek összeadásának Einstein-képlete alapján, de alapvetően ezt erősíti meg az ok-okozati összefüggés elve. Maga Einstein a szuperluminális jelátvitel kérdését vizsgálva azt írta, hogy ebben az esetben "... kénytelenek vagyunk egy olyan jelátviteli mechanizmust lehetségesnek tekinteni, amelynek használatakor az elért cselekvés megelőzi az okot. Ez azonban pusztán logikai következménye. A nézőpont nem tartalmaz önmagát, véleményem szerint nincs ellentmondás, mégis olyannyira ellentmond minden tapasztalatunk jellegének, hogy lehetetlen feltételezni V > cúgy tűnik, kellően bizonyított. "Az oksági elve az a sarokkő, amely a szuperluminális jelátvitel lehetetlenségének hátterében áll. És ez a kő, úgy tűnik, kivétel nélkül megbotlik minden szuperluminális jelek keresését, bármennyire is szeretnék a kísérletezők ilyen jeleket észlelni mert világunk természete az.

Végezetül hangsúlyozni kell, hogy a fentiek mindegyike kifejezetten a mi világunkra, az Univerzumunkra vonatkozik. Azért tettek ilyen fenntartást, mert a közelmúltban új hipotézisek jelentek meg az asztrofizikában és a kozmológiában, amelyek lehetővé teszik számos előlünk rejtett Univerzum létezését, amelyeket topológiai alagutak - jumperek - kötnek össze. Ezt a nézetet osztja például a jól ismert asztrofizikus, N. S. Kardasev. Egy külső szemlélő számára ezen alagutak bejáratait rendellenes gravitációs mezők jelzik, hasonlóan a fekete lyukakhoz. Az ilyen alagutakban a hipotézisek szerzői által javasolt mozgások lehetővé teszik a hétköznapi térben a fénysebesség által megszabott sebességkorlátozás megkerülését, és ennek következtében az időgép létrehozásának gondolatának megvalósítását. dolgok. És bár ez idáig az ilyen hipotézisek túlságosan emlékeztetnek a történetekre tudományos-fantasztikus, aligha kell kategorikusan elvetni az anyagi világ szerkezetének többelemes modelljének alapvető lehetőségét. A másik dolog az, hogy ezek a többi Univerzum nagy valószínűséggel a mi Univerzumunkban élő elméleti fizikusok pusztán matematikai konstrukciói maradnak, akik gondolataik erejével próbálják megtalálni a számunkra bezárt világokat...

Lásd egy szobában ugyanabban a témában

A Baylor Egyetem (USA) asztrofizikusai kifejlesztettek egy matematikai modellt a hiperűr-meghajtóról, amely lehetővé teszi, hogy a fénysebességnél 10³²-szer nagyobb sebességgel leküzdje az űrtávolságokat, ami lehetővé teszi, hogy néhány órán belül egy szomszédos galaxisba repüljön. és térjen vissza.

Repülés közben az emberek nem fogják érezni azt a túlterhelést, amit a modern utasszállítókban éreznek, fémben azonban csak néhány száz év múlva jelenhet meg ilyen motor.

A meghajtó mechanizmus a térdeformációs motor (Warp Drive) elvén alapul, amelyet 1994-ben Miguel Alcubierre mexikói fizikus javasolt. Az amerikaiaknak csak finomítaniuk kellett a modellen és részletesebb számításokat kellett végezniük.
„Ha a hajó előtt összenyomjuk a teret, mögötte pedig kitágulunk, ellenkezőleg, 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 saját koordinátarendszerébe.a téridő nyomáskülönbsége miatt ez a buborék bármilyen irányba képes elmozdulni, több ezer nagyságrenddel átlépve a fényküszöböt.

Feltehetően a hajó körüli tér deformálódni tud majd a sötét energia hatására, amit eddig nem vizsgáltak. "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 melyik "Általánosan elfogadott még nincs. Az amerikaiak egy extra méretekre épülő modellt vettek alapul, és azt mondják, hogy ezeknek a méreteknek a tulajdonságait helyben lehet változtatni. Akkor Kiderül, hogy különböző irányokban különböző kozmológiai állandók lehetnek. És akkor a buborékban lévő hajó elkezd mozogni."

Az Univerzum ilyen "viselkedése" a "húrelmélettel" magyarázható, amely szerint egész terünket sok 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 felfújásának" nevezik.

"Létezésének első másodperceitől kezdve az Univerzum nyúlik" - magyarázza Ruslan Metsaev, a fizikai és matematikai tudományok doktora, a Lebegyev Fizikai Intézet Asztro-Űrközpontjának alkalmazottja. - És ez a folyamat a mai napig tart. " Mindezek ismeretében megpróbálhatja mesterségesen bővíteni vagy szűkíteni a teret. Ehhez más dimenziókat kell befolyásolnia, ezáltal világunk terének egy darabja a sötét energia erőinek hatására a megfelelő irányba indul el.

Ebben az esetben a relativitáselmélet törvényei nem sérülnek. A buborék belsejében a fizikai világ ugyanazok a törvényei maradnak, és a fénysebesség lesz a határ. Ez a helyzet nem vonatkozik az úgynevezett ikerhatásra, amely megmondja, hogy mikor űrutazás fénysebességgel a hajón belüli idő jelentősen lelassul, és a Földre visszatérő űrhajós találkozik ikertestvérével, aki már nagyon öreg. A Warp Drive motor kiküszöböli ezt a gondot, mert a teret nyomja, nem a hajót.

Az amerikaiak már megtalálták a célpontot a leendő repüléshez. Ez a Gliese 581 (Gliese 581) bolygó, amelyen az éghajlati viszonyok és a gravitáció megközelíti a Földét. A távolság 20 fényév, és még ha a Warp Drive a maximális teljesítménynél billiószor gyengébben működik is, az utazási idő csak néhány másodperc lesz.

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 legnagyobb lehetséges 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 (SRT) következik. Ha be lehetne bizonyítani, hogy lehetséges szuperluminális sebességű jelátvitel, akkor a relativitáselmélet bukna. Eddig ez nem történt meg, annak ellenére, hogy számos kísérletet próbáltak megcáfolni 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 lehetséges szuperluminális sebességek megfigyelése anélkül, hogy megsértenék a relativitáselmélet alapelveit.

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 a hatás nem haladhatja meg az okot. Soha senki nem figyelte meg, hogy például egy medve először holtan zuhant le, majd egy vadász lelőtt. A c sebességet meghaladó sebességnél az események sorrendje megfordul, az időszalag visszatekerődik. Ez könnyen belátható a következő egyszerű érvelésből.

Bár ez az érvelés teljesen figyelmen kívül hagyja a fény megfigyelésének folyamatának technikai részleteit, alapvető szempontból egyértelműen bizonyítja, 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 szuperfénysebességgel, hanem a fénysebességgel megegyező sebességgel is elérhetetlen - csak megközelíteni lehet. A relativitáselméletből következik, hogy a mozgási sebesség növekedésével három körülmény áll elő: a mozgó tárgy tömege nő, mérete a mozgás irányában csökken, és az idő múlása ezen a tárgyon lelassul (a külső „pihenő” szemlélő nézőpontja). Közönséges sebességnél ezek a változások elhanyagolhatóak, de ahogy közeledünk a fénysebességhez, egyre jobban észrevehetővé válnak, és a határban - c-vel egyenlő sebesség mellett - a tömeg végtelenül megnő, a tárgy teljesen elveszíti méretét a mozgás iránya 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 továbbítandó információ. 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 szinuszos hullám fázisának mozgási sebessége - az úgynevezett fázissebesség - közegben bizonyos körülmények között meghaladhatja a vákuumban lévő fény sebességét. 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 szinuszos hullámokból áll - egy hullámcsoportból. A jel mozgási sebessége a modulált hullámban a jel sebessége. Közegben terjedéskor ez a sebesség általában egybeesik a fenti hullámcsoport egészének terjedését jellemző csoportsebességgel (lásd "Tudomány és Élet" 2000. 2. sz.). Normál körülmények között a csoportsebesség, és 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 értelmét is elveszítheti, de akkor nem vonatkozik a jel terjedésére. Az SRT-ben megállapították, hogy lehetetlen c-nél nagyobb sebességgel jelet továbbítani.

Miért van ez így? Mert minden c-nél nagyobb sebességű jel átvitelének akadálya ugyanaz az oksági törvény. Képzeljünk el egy ilyen helyzetet. Egy ponton A fényvillanás (1. esemény) bekapcsol egy olyan eszközt, amely egy bizonyos rádiójelet küld, és egy távoli B pontban ennek a rádiójelnek a hatására robbanás következik be (2. esemény). Nyilvánvaló, hogy az 1. esemény (villanás) az ok, a 2. esemény (robbanás) pedig az a hatás, amely később következik be, mint az ok. De ha a rádiójel szuperluminális sebességgel terjedt, a B pont közelében lévő megfigyelő először robbanást lát, és csak ezután - egy fényvillanást, amely fényvillanás sebességével érte el, a robbanás okát. Más szóval, ennél a megfigyelőnél a 2. esemény az 1. esemény előtt történt volna, 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 sebességgel lehet mozogni, de ez nem anyagi tárgyak és 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 vonalat nagy sebességgel lefelé mozgatjuk (a nyíllal jelzett irányba), akkor a vonalak metszéspontja tetszőlegesen gyorsra tehető, de ez a pont nem anyagi test. Egy másik példa: ha veszel egy zseblámpát (vagy mondjuk egy keskeny sugarat adó lézert), és gyorsan leírsz egy ívet a levegőben, akkor a fényfolt lineáris sebessége a távolsággal nő, és kellően nagy távolságnál 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.

A legnehezebb volt, ahogy az várható volt, a tachion-hipotézist összeegyeztetni az okság törvényével. Az ilyen irányú próbálkozások, bár meglehetősen zseniálisak voltak, nem vezettek nyilvánvaló sikerre. Senkinek sem sikerült kísérletileg tachionokat regisztrálni. Ennek eredményeként a tachionok, mint szuperluminális elemi részecskék iránti érdeklődés fokozatosan elenyészett.

Nem sokkal a lézerek felfedezése után - az 1960-as évek elején - felmerült a probléma a rövid (1 ns = 10-9 s nagyságrendű) 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 össze lehetett hasonlítani az erősítőn áthaladó impulzust. 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. Mi volt a kutatók megdöbbenése, amikor felfedezték, hogy az impulzus nemcsak a levegőben, hanem a vákuumban lévő fénysebességnél is többszörösen terjed az erősítőn!

Anélkül, hogy itt részleteznénk, csak azt emeljük ki, hogy az erősítő közeg hatásmechanizmusának részletes elemzése teljesen tisztázta a helyzetet. A lényeg a fotonok koncentrációjának változása volt az impulzus terjedése során - a közeg erősítésének negatív értékig történő változása az impulzus hátsó részének áthaladása során, amikor a közeg már energiát elnyelő, mert a saját tartaléka a fényimpulzusra való átadása miatt már elhasználódott. A felszívódás nem növekedést, hanem csökkenést okoz az impulzusban, és így az impulzus elöl erősödik, hátul pedig gyengül. Képzeljük el, hogy az impulzust egy erősítő közegében fénysebességgel mozgó műszer segítségével figyeljük meg. Ha a közeg átlátszó lenne, mozdulatlanságba fagyott impulzust látnánk. Abban a közegben, amelyben a fent említett folyamat végbemegy, az impulzus bevezető élének erősödése és a hátsó élének gyengülése úgy jelenik meg a megfigyelő számára, hogy a közeg mintegy előremozdította az impulzust. . De mivel az eszköz (megfigyelő) fénysebességgel mozog, és az impulzus utoléri, akkor az impulzus sebessége meghaladja a fénysebességet! Ezt a hatást regisztrálták a kísérletezők. És itt tényleg nincs ellentmondás a relativitáselmélettel: csupán az erősítési folyamat olyan, hogy a korábban kikerült fotonok koncentrációja nagyobbnak bizonyul, mint a később kikerülőké. Nem a fotonok mozognak szuperluminális sebességgel, hanem az oszcilloszkópon az impulzus burkológörbéje, különösen annak maximuma.

Egyes fizikusok kísérleti úton próbálták bizonyítani a szuperluminális mozgás jelenlétét az alagúthatásban, amely a kvantummechanika egyik legcsodálatosabb jelensége. Ez a hatás abban áll, hogy egy mikrorészecske (pontosabban egy olyan mikroobjektum, amely a részecske tulajdonságait és a hullám tulajdonságait is mutatja különböző körülmények között) képes áthatolni az úgynevezett potenciálgáton - ez a jelenség teljesen lehetetlen. a klasszikus mechanikában (amiben egy ilyen szituáció analóg lenne: a falnak dobott labda a fal másik oldalára kerülne, vagy a falhoz kötött kötél hullámzó mozgása átkerülne egy kötélre. a fal a másik oldalon). 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 "kiszivárog" a sorompón! Ezt a lehetőséget a jól ismert Heisenberg-féle bizonytalansági reláció adja meg, amely az energia- és interakciós időre íródott. Ha a mikroobjektum kölcsönhatása a korláttal kellően meghatározott ideig megy végbe, akkor a mikroobjektum energiáját ezzel szemben bizonytalanság jellemzi, és ha ez a bizonytalanság a gát magasságának nagyságrendje, akkor ez utóbbi megszűnik leküzdhetetlen akadálya lenni a mikroobjektumnak. Számos fizikus kutatásának tárgyává vált a potenciális gáton való behatolás sebessége, amely szerint ez meghaladhatja a c.

És végül 2000-ben két új kísérletről számoltak be, amelyekben megjelentek a szuperluminális terjedés hatásai. Az egyiket Lijun Wong és munkatársai végezték el egy Princetoni (USA) kutatóintézetben. Eredménye az, hogy a céziumgőzzel teli kamrába belépő fényimpulzus 300-szorosára növeli a sebességét. Kiderült, hogy az impulzus fő része elhagyja a kamra túlsó falát még azelőtt, hogy az impulzus az elülső falon keresztül belépne a kamrába. Egy ilyen helyzet nemcsak a józan észnek mond ellent, hanem lényegében a relativitáselméletnek is.

L. Wong kísérletében a kamrába céziumgőzzel belépő fényimpulzus körülbelül 3 μs időtartamú volt. A céziumatomok tizenhat lehetséges kvantummechanikai állapotban lehetnek, ezeket "alapállapotú hiperfinom mágneses részszinteknek" nevezik. Optikai lézeres pumpálással szinte az összes atomot e tizenhat állapot közül csak egybe hozták, 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, az impulzus cézium közegen való áthaladási ideje "mínusz" előjelű! 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 "idő-visszafordításnak" az lett a következménye, hogy a kamrát elhagyó impulzus 19 méterrel távolodott el tőle, mire a bejövő impulzus elérte a kamra közeli falát. Mivel magyarázható egy ilyen hihetetlen szituáció (kivéve persze, ha kétségtelen a kísérlet tisztasága)?

Egy anyag diszperziója az n fázis (szokásos) törésmutatónak az l fény hullámhosszától 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 (w frekvencia növekedésével) a törésmutató meredeken csökken, és egy bizonyos hullámhossz-tartományban csökken. mint egység (fázissebesség Vf > s ). Ez az 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, hiszen a csoportsebesség fogalmát kis (normál) diszperzió esetére vezették be, átlátszó közegekre, amikor egy hullámcsoport szinte nem változtatja meg alakját a folyamat során. szaporítás. Az anomális diszperziójú területeken azonban 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, míg abszorpciós közegben 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 a csoportsebességgel terjed. De ha igen, akkor kiderül, hogy a közegben nincs abszorpció, pedig a közeg rendellenes szórása pontosan az abszorpciónak köszönhető! Maga Wong is felismerve, hogy sok minden továbbra is tisztázatlan, úgy véli, hogy a kísérleti rendszerében zajló események első közelítésként egyértelműen a következők szerint magyarázhatók.

A legtöbb fizikus hajlik arra, hogy ezt az eredményt egy alacsony intenzitású prekurzor megjelenésével hozza összefüggésbe a kamra diszpergáló közegében. Az a tény, hogy az impulzus spektrális felosztása során a spektrum tetszőlegesen magas frekvenciájú, elhanyagolható amplitúdójú összetevőket tartalmaz, az úgynevezett prekurzort, amely megelőzi az impulzus "fő részét". A megalakulás jellege és a prekurzor formája a közegben uralkodó diszperziós törvénytől függ. Ezt szem előtt tartva a Wong-kísérlet eseménysorát a következőképpen javasoljuk értelmezni. A bejövő hullám a hírnököt maga elé "feszítve" 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 távoli 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 hullámaival, így kioltják egymást, és semmi sem marad. Kiderült, hogy a beérkező hullám "visszaadja az adósságot" a céziumatomoknak, amelyek a kamra másik végén "kölcsönöztek" energiát. Bárki, aki csak a kísérlet kezdetét és végét figyelte meg, csak egy fényimpulzust lát, amely "ugrott" előre az időben, és gyorsabban halad, mint c.

L. Wong úgy véli, hogy kísérlete nincs összhangban a relativitáselmélettel. A szuperluminális sebesség elérhetetlenségére vonatkozó kijelentés szerinte csak 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 lehetetlenné teszi az információ gyorsabb továbbítását, mint c.

"Az itt található információ már benne van az impulzus élén" - mondja P. Milonni, az Egyesült Államok Los Alamos Nemzeti Laboratóriumának fizikusa.

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, azt mondja, a kérdés még nyitott. Ez a Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni és Rocco Ruggeri által végzett kísérlet azt találta, hogy a centiméteres hullámú rádióhullámok normál levegőben 25%-kal gyorsabban terjednek, mint c.

Összefoglalva a következőket mondhatjuk.

Az elmúlt évek munkái azt mutatják, hogy bizonyos feltételek mellett valóban létrejöhet szuperluminális sebesség. De pontosan mi is mozog szuperluminális sebességgel? A relativitáselmélet, mint már említettük, tiltja az ilyen sebességet az anyagi testek és az információt hordozó jelek számára. Mindazonáltal néhány kutató nagyon kitartóan próbálja bemutatni a fénysorompó leküzdését kifejezetten a jelekre. Ennek oka abban rejlik, hogy a speciális relativitáselméletben nincs szigorú matematikai igazolás (például Maxwell elektromágneses térre vonatkozó egyenletek alapján) a c-nél nagyobb sebességű jelek átvitelének lehetetlenségére. Az SRT ilyen lehetetlensége, mondhatnánk, tisztán aritmetikailag, a sebességek összeadásának Einstein-képlete alapján, de alapvetően ezt erősíti meg az ok-okozati összefüggés elve. Maga Einstein a szuperluminális jelátvitel kérdését vizsgálva azt írta, hogy ebben az esetben "... kénytelenek vagyunk egy olyan jelátviteli mechanizmust lehetségesnek tekinteni, amelynek használatakor az elért cselekvés megelőzi az okot. Ez azonban pusztán logikai következménye. A nézőpont nem tartalmaz önmagát, véleményem szerint nincs ellentmondás, mégis olyan mértékben ellentmond minden tapasztalatunknak, hogy a V > c feltevés lehetetlensége kellően igazoltnak tűnik. Az oksági elve az a sarokkő, amely a szuperluminális jelzés lehetetlenségének hátterében áll. És úgy tűnik, kivétel nélkül minden szuperluminális jelre irányuló keresés megbotlik e kőben, bármennyire is szeretnének ilyen jeleket észlelni a kísérletezők, 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 a test véletlenül túllépné a fénysebességet.

Képzelj el kettőt űrhajó, a Földről egy csillag felé tart, amely 100 fényévnyire van 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 indul, de 100 évvel az első után. Mi fog történni?

A relativitáselmélet szerint a helyes válasz nagymértékben 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 túlszárnyalja. Ez egyfajta "fényhullámhoz" vezet (a hanghoz hasonlóan itt csak a fényhullámok rezegnek a levegő rezgései helyett), ami több érdekes hatást is eredményez. Emlékezzünk vissza, hogy a 2-es hajó fénye lassabban mozog, mint maga a hajó. Az eredmény vizuális megduplázódás lesz. Más szóval, az 1-es hajó legénysége először azt fogja látni, hogy a második hajó mintha a semmiből bukkant volna fel mellettük. Ezután a második hajó fénye kis késéssel éri el az első hajót, és az eredmény egy látható másolat lesz, amely kis késéssel ugyanabba az irányba mozog.

Valami hasonlót tapasztalhatunk számítógépes játékokban, amikor egy rendszerhiba következtében a motor gyorsabban tölti be a modellt és annak algoritmusait a mozgás végpontján, 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, miért kapcsolódik a hajó valós helyzete az "által kibocsátott fényhez"? Nos, bár valahogy rossz helyen fogják látni, de a valóságban meg fogja előzni az első hajót!

források