A szuperluminális utazás az űrkutatás egyik alapja. Ugyanakkor valószínűleg mindenki - még a fizikától távol eső emberek is - tudja, hogy az anyagi tárgyak lehető legnagyobb mozgási sebessége vagy bármilyen jel terjedése a fénysebesség vákuumban. Ezt c betű jelöli és másodpercenként közel 300 ezer kilométer; a pontos érték c = 299 792 458 m / s.
A fénysebesség vákuumban az egyik alapvető fizikai állandó. A c-nél nagyobb sebesség elérése lehetetlen az Einstein speciális relativitáselméletéből (SRT). Ha sikerült bebizonyítani, hogy a jelek szuperluminális sebességgel továbbíthatók, a relativitáselmélet esik. Eddig nem történt meg, annak ellenére, hogy számos kísérlet megcáfolta a c-nél nagyobb sebesség meglétének tilalmát. A legújabb kísérleti tanulmányok során azonban néhány nagyon érdekes jelenséget fedeztek fel, amelyek arra utalnak, hogy speciálisan létrehozott körülmények között a szuperluminális sebességek megfigyelhetők, és a relativitáselmélet elveit nem sértik meg.
Először emlékezzünk vissza a fénysebesség problémájával kapcsolatos főbb szempontokra.
Először is: miért lehetetlen (normál körülmények között) túllépni a fényhatárt? Mert akkor megsértik világunk alaptörvényét - az okozati összefüggés törvényét, amely szerint a hatás nem haladhatja meg az okot. Soha senki nem figyelt például, hogy először egy medve meghalt, aztán vadász kirúgott. Az s-nál nagyobb sebességnél az események sorrendje megfordul, az időszalag visszakerül. Ezt könnyű ellenőrizni az alábbi egyszerű érvelés alapján.
Tegyük fel, hogy valamilyen űrcsoda-hajón vagyunk, gyorsabban haladunk, mint a fény. Ezután fokozatosan felzárkóznánk a forrás által a korábbi és a korábbi pontokban kibocsátott fényig. Először felzárkóznánk a kibocsátott fotonokhoz, mondjuk tegnap, aztán tegnap tegnap, majd egy hét, egy hónap, egy évvel ezelőtt, és így tovább. Ha a fényforrás az élet tükrözése lenne, akkor először a tegnapi, majd a tegnapi eseményeket láthatjuk, és így tovább. Láthatjuk például egy idős embert, aki fokozatosan középkorúvá, majd fiatalemberré, ifjúságmá és gyerekré válik … Vagyis az idő visszafordul, a jelenről a múltba mozdulunk. Az okok és a következmények megfordulnak.
Noha ez az érvelés teljesen figyelmen kívül hagyja a fény megfigyelésének folyamatának technikai részleteit, alapvető szempontból egyértelműen bizonyítja, hogy a superluminális sebességgel történő mozgás lehetetlen helyzethez vezet világunkban. A természet azonban még szigorúbb feltételeket állított fel: elérhetetlen nem csak a szuperluminális sebességgel, hanem a fénysebességgel megegyező sebességgel is mozogni - csak akkor lehet megközelíteni. A relativitáselméletből következik, hogy a mozgás sebességének növekedésével három körülmény merül fel: egy mozgó tárgy tömege növekszik, mérete csökken a mozgás irányában, és ezen az objektumon az idő áramlása lelassul (egy külső "pihenő" megfigyelő szempontjából). Normál sebességgel ezek a változások elhanyagolhatóak, de a fénysebességhez közeledve észrevehetőbbé válnak,és a határértéknél - c-vel megegyező sebességgel - a tömeg végtelenül nagymá válik, a tárgy teljes mértékben elveszíti méretét a mozgás irányában, és az idő megáll rajta. Ezért egyetlen anyagi test sem érheti el a fény sebességét. Csak a fénynek van ilyen sebessége! (És az "áthatoló" részecske - neutrino, amely, mint egy foton, nem tud mozgatni s-nál kisebb sebességgel.)
Most a jelátviteli sebességről. Helyénvaló itt a fény ábrázolását használni elektromágneses hullámok formájában. Mi a jel? Ez valamilyen továbbítandó információ. Az ideális elektromágneses hullám szigorúan egy frekvenciájú végtelen szinusz, és nem tartalmaz semmiféle információt, mivel egy ilyen szinuszos periódus pontosan megismétli az előzőt. A szinuszos hullám fázisának mozgási sebessége - az úgynevezett fázissebesség - közegben, bizonyos feltételek mellett, meghaladhatja a fénysebességet vákuumban. Nincs korlátozás, mivel a fázissebesség nem a jelsebesség - még nem létezik. A jel létrehozásához valamilyen "jelölést" kell készítenie a hullámon. Ilyen jel lehet például a hullámparaméterek bármelyikének - amplitúdó, frekvencia vagy kezdeti fázis - változása. De ha a jelölés megtörtént,a hullám elveszíti a szinuszosodást. Modulálódik, és egyszerű szinuszhullámokból áll, különböző amplitúdóval, frekvenciával és kezdeti fázisokkal - egy hullámcsoportból. A jel sebessége a modulált hullámban a jel sebessége. Ha egy közegben terjed, ez a sebesség általában egybeesik a csoportsebességgel, amely jellemzi a fent említett hullámcsoport egészének terjedését (lásd Science and Life, 2. szám, 2000). Normál körülmények között a csoportsebesség és ezáltal a jelsebesség kisebb, mint a fénysebesség vákuumban. Nem véletlen, hogy a "normál körülmények között" kifejezést használjuk, mert bizonyos esetekben a csoportsebesség meghaladhatja a c értéket, vagy akár el is veszítheti jelentését, de ez nem vonatkozik a jel terjedésére. Az SRT-ben megállapítást nyert, hogy lehetetlen s jelet továbbítani nagyobb sebességgel. Modulálódik, és egyszerű szinuszhullámokból áll, különböző amplitúdóval, frekvenciával és kezdeti fázisokkal - egy hullámcsoportból. A jel sebessége a modulált hullámban a jel sebessége. Ha közegben terjed, ez a sebesség általában egybeesik a csoportsebességgel, amely a fent említett hullámcsoport egészének terjedését jellemzi (lásd Science and Life No. 2, 2000). Normál körülmények között a csoportsebesség és ezáltal a jelsebesség kisebb, mint a fénysebesség vákuumban. Nem véletlen, hogy a "normál körülmények között" kifejezést használjuk, mert bizonyos esetekben a csoportsebesség meghaladhatja a c értéket, vagy akár el is veszítheti jelentését, de ez nem vonatkozik a jel terjedésére. Az SRT-ben megállapítást nyert, hogy lehetetlen s jelet továbbítani nagyobb sebességgel. Modulálódik, és egyszerű szinuszhullámokból áll, különböző amplitúdóval, frekvenciával és kezdeti fázisokkal - egy hullámcsoportból. A jel sebessége a modulált hullámban a jel sebessége. Ha közegben terjed, ez a sebesség általában egybeesik a csoportsebességgel, amely a fent említett hullámcsoport egészének terjedését jellemzi (lásd Science and Life No. 2, 2000). Normál körülmények között a csoportsebesség és ezáltal a jelsebesség kisebb, mint a fénysebesség vákuumban. Nem véletlen, hogy a "normál körülmények között" kifejezést használjuk, mert bizonyos esetekben a csoportsebesség meghaladhatja a c értéket, vagy akár el is veszítheti jelentését, de ez nem vonatkozik a jel terjedésére. Az SRT-ben megállapítást nyert, hogy lehetetlen s jelet továbbítani nagyobb sebességgel.egy egyszerű szinuszos hullám készletéből áll, különböző amplitúdójú, frekvenciájú és kezdeti fázisokkal - egy hullámcsoport. A jel sebessége a modulált hullámban a jel sebessége. Ha közegben terjed, ez a sebesség általában egybeesik a csoportsebességgel, amely a fent említett hullámcsoport egészének terjedését jellemzi (lásd Science and Life No. 2, 2000). Normál körülmények között a csoportsebesség és ezáltal a jelsebesség kisebb, mint a fénysebesség vákuumban. Nem véletlen, hogy a "normál körülmények között" kifejezést használják, mert bizonyos esetekben a csoportsebesség meghaladhatja a c értéket, vagy akár el is veszítheti jelentését, de ez nem vonatkozik a jel terjedésére. Az SRT-ben megállapítást nyert, hogy lehetetlen s jelet továbbítani nagyobb sebességgel.egy egyszerű szinuszos hullám készletéből áll, különböző amplitúdójú, frekvenciájú és kezdeti fázisokkal - egy hullámcsoport. A jel sebessége a modulált hullámban a jel sebessége. Ha közegben terjed, ez a sebesség általában egybeesik a csoportsebességgel, amely a fent említett hullámcsoport egészének terjedését jellemzi (lásd Science and Life No. 2, 2000). Normál körülmények között a csoportsebesség és ezáltal a jelsebesség kisebb, mint a fénysebesség vákuumban. Nem véletlen, hogy a "normál körülmények között" kifejezést használják, mert bizonyos esetekben a csoportsebesség meghaladhatja a c értéket, vagy akár el is veszítheti jelentését, de ez nem vonatkozik a jel terjedésére. Az SRT-ben megállapítást nyert, hogy lehetetlen s jelet továbbítani nagyobb sebességgel.frekvenciák és kezdeti fázisok - hullámcsoportok. A jel sebessége a modulált hullámban a jel sebessége. Ha közegben terjed, ez a sebesség általában egybeesik a csoportsebességgel, amely a fent említett hullámcsoport egészének terjedését jellemzi (lásd Science and Life No. 2, 2000). Normál körülmények között a csoportsebesség és ezáltal a jelsebesség kisebb, mint a fénysebesség vákuumban. Nem véletlen, hogy a "normál körülmények között" kifejezést használják, mert bizonyos esetekben a csoportsebesség meghaladhatja a c értéket, vagy akár el is veszítheti jelentését, de ez nem vonatkozik a jel terjedésére. Az SRT-ben megállapítást nyert, hogy lehetetlen s jelet továbbítani nagyobb sebességgel.frekvenciák és kezdeti fázisok - hullámcsoportok. A jel sebessége a modulált hullámban a jel sebessége. Ha egy közegben terjed, ez a sebesség általában egybeesik a csoportsebességgel, amely jellemzi a fent említett hullámcsoport egészének terjedését (lásd Science and Life, 2. szám, 2000). Normál körülmények között a csoportsebesség és ezáltal a jelsebesség kisebb, mint a fénysebesség vákuumban. Nem véletlen, hogy a "normál körülmények között" kifejezést használjuk, mert bizonyos esetekben a csoportsebesség meghaladhatja a c értéket, vagy akár el is veszítheti jelentését, de ez nem vonatkozik a jel terjedésére. Az SRT-ben megállapítást nyert, hogy lehetetlen s jelet továbbítani nagyobb sebességgel. Ha egy közegben terjed, ez a sebesség általában egybeesik a csoportsebességgel, amely jellemzi a fent említett hullámcsoport egészének terjedését (lásd Science and Life, 2. szám, 2000). Normál körülmények között a csoportsebesség és ezáltal a jelsebesség kisebb, mint a fénysebesség vákuumban. Nem véletlen, hogy a "normál körülmények között" kifejezést használjuk, mert bizonyos esetekben a csoportsebesség meghaladhatja a c értéket, vagy akár el is veszítheti jelentését, de ez nem vonatkozik a jel terjedésére. Az SRT-ben megállapítást nyert, hogy lehetetlen s jelet továbbítani nagyobb sebességgel. Ha egy közegben terjed, ez a sebesség általában egybeesik a csoportsebességgel, amely jellemzi a fent említett hullámcsoport egészének terjedését (lásd Science and Life, 2. szám, 2000). Normál körülmények között a csoportsebesség és ezáltal a jelsebesség kisebb, mint a fénysebesség vákuumban. Nem véletlen, hogy a "normál körülmények között" kifejezést használjuk, mert bizonyos esetekben a csoportsebesség meghaladhatja a c értéket, vagy akár el is veszítheti jelentését, de ez nem vonatkozik a jel terjedésére. Az SRT-ben megállapítást nyert, hogy lehetetlen s jelet továbbítani nagyobb sebességgel. Nem véletlen, hogy a "normál körülmények között" kifejezést használják, mert bizonyos esetekben a csoportsebesség meghaladhatja a c értéket, vagy akár el is veszítheti jelentését, de ez nem vonatkozik a jel terjedésére. Az SRT-ben megállapítást nyert, hogy lehetetlen s jelet továbbítani nagyobb sebességgel. Nem véletlen, hogy a "normál körülmények között" kifejezést használják, mert bizonyos esetekben a csoportsebesség meghaladhatja a c értéket, vagy akár el is veszítheti jelentését, de ez nem vonatkozik a jel terjedésére. Az SRT-ben megállapítást nyert, hogy lehetetlen s jelet továbbítani nagyobb sebességgel.
Promóciós videó:
Miért van ez így? Mivel ugyanaz az okozati összefüggés akadálya bármely c-nél nagyobb sebességű jel továbbításának. Képzeljük el a következő helyzetet. Az A pont valamelyikén egy villanófény (1. esemény) kapcsol be egy olyan készüléket, amely egy bizonyos rádiójelet küld, és egy távoli B ponton robbanás történik ennek a rádiójelnek a hatására (2. esemény). Nyilvánvaló, hogy az 1. esemény (villanás) oka, a 2. esemény (robbanás) következménye, amely később következik be, mint az ok. De ha a rádiójel szuperluminális sebességgel terjed, akkor a B pont közelében lévő megfigyelő először egy robbanást lát, majd csak azt - egy villanófény sebességgel elért vaku, amely a robbanás oka. Más szavakkal: e megfigyelő számára a 2. esemény korábban fordul elő, mint az 1. esemény, azaz a hatás megelőzi az okot.
Helyénvaló hangsúlyozni, hogy a relativitáselmélet "szuperluminális tilalma" csak az anyagi testek mozgására és a jelek továbbítására vonatkozik. Sok helyzetben bármilyen sebességgel történő mozgás lehetséges, de ez nem az anyagi tárgyak vagy jelek mozgása. Képzeljen el például két ugyanabban a síkban fekvő, viszonylag hosszú vonalzót, amelyek közül az egyik vízszintes, a másik pedig egy kis szögben keresztezi azt. Ha az első vonalzót nagy sebességgel lefelé (a nyíl által jelzett irányba) mozgatják, akkor az vonalzók metszéspontját úgy állíthatják be, hogy a kívánt sebességgel futhassanak, de ez a pont nem anyagi test. Egy másik példa: ha egy zseblámpát (vagy mondjuk egy keskeny sugárzást adó lézert) veszünk fel, és gyorsan leírunk egy ívot a levegőben, akkor a fénypont lineáris sebessége a távolsággal növekszik, és egy elég nagy távolságon meghaladja a c értéket. A világos folt az A és B pont között szuperluminális sebességgel mozog, de ez nem jelenti az A és B közötti jelátvitelt, mivel egy ilyen világos folt nem tartalmaz információt az A pontról.
Úgy tűnik, hogy a szuperluminális sebesség kérdése megoldódott. A huszadik század 60-as éveiben azonban az elméleti fizikusok hipotézist állítottak fel a tachyonoknak nevezett szuperluminális részecskék létezéséről. Ezek nagyon furcsa részecskék: elméletileg lehetséges, de a relativitáselmélettel való ellentmondások elkerülése érdekében el kellett nevezniük egy képzeletbeli pihenőmasszát. Fizikailag képzeletbeli tömeg nem létezik, pusztán matematikai absztrakció. Ez azonban nem okozott sok riasztást, mivel a tachikonok nem lehetnek nyugalomban - léteznek (ha léteznek!) Csak a fénysebességet meghaladó sebességgel vákuumban, és ebben az esetben a tachyon tömege valósnak bizonyul. Van itt valamilyen analógia a fotonokkal: a foton nulla nyugalmi tömeggel rendelkezik, de ez egyszerűen azt jelenti, hogy a foton nem lehet nyugalomban - a fény nem állítható le.
A várakozások szerint a legnehezebb volt a tachyon hipotézis összehangolása az okozati összefüggés törvényével. Az ebben az irányban tett kísérletek, bár meglehetősen ötletesek, nem vezettek nyilvánvaló sikerhez. Senkinek sem sikerült kísérletileg regisztrálni a tachont. Ennek eredményeként fokozatosan elhalványult a tachikonok iránti érdeklődés mint a superluminalis elemi részecskék.
A 60-as években azonban kísérlettel fedezték fel egy olyan jelenséget, amely kezdetben zavarba hozta a fizikusokat. Ezt részletesen leírja A. N. Oraevsky "Superluminalis hullámok az erősítő közegben" című cikk (Phys. Phys. No. 12, 1998). Itt röviden összefoglaljuk az ügyet, a részletek iránt érdeklődő olvasónak a megadott cikkre hivatkozva.
Nem sokkal a lézerek felfedezése után - a 60-as évek elején - felmerült a probléma rövid (körülbelül 1 ns = 10-9 s) nagy teljesítményű fényimpulzusok elérésével. Ehhez egy rövid lézerimpulzust vezettek át egy optikai kvantumerősítőn. Az impulzust két részre osztottuk egy sugárirányú tükör segítségével. Az egyiket, amelyik erősebb, elküldték az erősítőhöz, a másik pedig a levegőben terjedt, és referenciaimpulzussal szolgált, amellyel összehasonlítható volt az erősítőn áthaladó impulzus. Mindkét impulzust fotodetektoroknak adtuk, és kimeneti jeleik vizuálisan megfigyelhetők voltak az oszcilloszkóp képernyőjén. Várták, hogy az erősítőn áthaladó fényimpulzus bizonyos késleltetést tapasztal abban, mint a referenciaimpulzusban, vagyis a fény terjedésének sebessége az erősítőben kisebb, mint a levegőben. Képzelje el a kutatók meglepetését, amikor rájöttek, hogy az impulzus nem csak a levegőnél nagyobb sebességgel terjed az erősítőn, hanem többször is meghaladja a fénysebességet vákuumban!
Az első sokk felépülése után a fizikusok elkezdték keresni egy ilyen váratlan eredmény okát. Senkinek sem volt semmiféle kétsége sem a speciális relativitáselmélet alapelveinek kérdésében, és ez segített megtalálni a helyes magyarázatot: ha a speciális relativitáselmélet alapelvei megmaradnak, akkor a választ az erõsítõ közeg tulajdonságaira kell keresni.
Anélkül, hogy itt részletekbe mennénk, csak arra mutatunk rá, hogy az erősítő közeg működési mechanizmusának részletes elemzése teljesen tisztázta a helyzetet. Az anyag abban állt, hogy a fotonok koncentrációja megváltozott az impulzus terjedése során - az a változás, amelyet a közeg nyereségének negatív értékre történő változása okoz, az impulzus hátuljának áthaladásakor, amikor a közeg már elnyeli az energiát, mert a saját tartalékát már felhasználták a fényimpulzusba történő átvitel miatt. Az abszorpció nem az amplifikációt, hanem az impulzus gyengülését okozza, és így az impulzus elõre növekszik, a hátul pedig gyengül. Képzeljük el, hogy egy erősítő közegben fénysebességgel mozgó eszköz segítségével figyeljük meg az impulzust. Ha a közeg átlátszó lenne, akkor az impulzust mozdulatlanná válhatnánk. A környezetbenahol a fent említett folyamat megtörténik, akkor a megfigyelőnek úgy jelenik meg a vezető él erősítése és az impulzus hátsó élének gyengülése, hogy a közeg mintha az impulzust előre mozgatta volna. Mivel azonban az eszköz (megfigyelő) a fény sebességével mozog, és az impulzus meghaladja azt, akkor az impulzus sebessége meghaladja a fény sebességét! Ezt a hatást regisztrálták a kísérletezők. És itt valójában nincs ellentmondás a relativitáselmélettel: csak az amplifikációs folyamat olyan, hogy a korábban megjelent fotonok koncentrációja nagyobb, mint a később kiderült. Nem a fotonok mozognak a szuperluminális sebességgel, hanem az impulzus burkolója különösen annak maximuma, amelyet az oszcilloszkópon megfigyelnek. Mivel azonban az eszköz (megfigyelő) a fény sebességével mozog, és az impulzus meghaladja azt, akkor az impulzus sebessége meghaladja a fény sebességét! Ezt a hatást regisztrálták a kísérletezők. És itt valójában nincs ellentmondás a relativitáselmélettel: csak az amplifikációs folyamat olyan, hogy a korábban megjelent fotonok koncentrációja nagyobb, mint a később kiderült. Nem a fotonok mozognak a szuperluminális sebességgel, hanem az impulzus burkolója különösen annak maximuma, amelyet az oszcilloszkópon megfigyelnek. Mivel azonban az eszköz (megfigyelő) a fény sebességével mozog, és az impulzus meghaladja azt, akkor az impulzus sebessége meghaladja a fény sebességét! Ezt a hatást regisztrálták a kísérletezők. És itt valójában nincs ellentmondás a relativitáselmélettel: csak az amplifikációs folyamat olyan, hogy a korábban megjelent fotonok koncentrációja nagyobb, mint a később kiderült. Nem a fotonok mozognak a szuperluminális sebességgel, hanem az impulzus burkolója különösen annak maximuma, amelyet az oszcilloszkópon megfigyelnek. Nem a fotonok mozognak a szuperluminális sebességgel, hanem az impulzus burkolója különösen annak maximuma, amelyet az oszcilloszkópon megfigyelnek. Nem a fotonok mozognak a szuperluminális sebességgel, hanem az impulzus burkolója különösen annak maximuma, amelyet az oszcilloszkópon megfigyelnek.
Így, míg a normál közegekben az aktív lézeres közegekben a fénycsillapítás és a sebesség csökkenése, amelyet a törésmutató határoz meg, mindig megfigyelhető, nemcsak a fényerősítést, hanem a szuperluminális sebességgel történő impulzusterjedést is megfigyeljük.
Egyes fizikusok megkíséreltek kísérletileg bebizonyítani, hogy létezik-e a szuperluminális mozgás az alagúthatásban - ez a kvantummechanika egyik legcsodálatosabb jelensége. Ez a hatás abban áll, hogy egy mikrorészecske (pontosabban egy mikroobjektum, amely mind a részecske tulajdonságait, mind a hullám tulajdonságait különböző körülmények között megmutatja) képes áthatolni az úgynevezett potenciálgáton - ez a jelenség teljesen lehetetlen a klasszikus mechanikában (amelyben az analóg ilyen helyzet lenne): A falba dobott labda a fal másik oldalán lenne, vagy a falhoz kötött kötélnek a hullámos mozgása a másik oldalon a falhoz kötött kötélre kerülne). Az alagúthatás lényege a kvantummechanikában a következő. Ha egy bizonyos energiájú mikroobjektum találkozik egy újabb potenciális energiájú területtel,ha meghaladja a mikroobjektum energiáját, ez a terület számára akadály, amelynek magasságát az energiakülönbség határozza meg. De a mikroobjektum "kiszivárog" a gáton! Ezt a lehetőséget a jól ismert Heisenberg bizonytalanságkapcsolat adja, amelyet az energia- és interakciós időre írtak. Ha a mikroobjektum és a gát kölcsönhatása kellően határozott ideig zajlik, akkor a mikroobjektum energiáját ellenkezőleg bizonytalanság jellemzi, és ha ez a bizonytalanság a gátmagasság nagyságrendjének felel meg, akkor az utóbbi megszünteti a mikro-objektum felülmúlhatatlan akadályát. Itt egy olyan fizikus kutatásának tárgya a potenciális akadályon keresztüli áthatolás sebessége, amelyek úgy vélik, hogy az meghaladhatja az s értéket. De a mikroobjektum "kiszivárog" a gáton! Ezt a lehetőséget a jól ismert Heisenberg bizonytalanságkapcsolat adja, amelyet az energia- és interakciós időre írtak. Ha a mikroobjektum és a gát kölcsönhatása kellően határozott ideig zajlik, akkor a mikroobjektum energiáját ellenkezőleg bizonytalanság jellemzi, és ha ez a bizonytalanság a gátmagasság nagyságrendjéhez tartozik, akkor az utóbbi megszünteti a mikro-objektum felülmúlhatatlan akadályát. Itt egy olyan fizikus kutatásának tárgya a potenciális akadályon keresztüli áthatolás sebessége, amelyek úgy vélik, hogy az meghaladhatja az s értéket. De a mikroobjektum "kiszivárog" a gáton! Ezt a lehetőséget a jól ismert Heisenberg bizonytalanságkapcsolat adja, amelyet az energia- és interakciós időre írtak. Ha a mikroobjektum és a gát kölcsönhatása kellően határozott ideig zajlik, akkor a mikroobjektum energiáját ellenkezőleg bizonytalanság jellemzi, és ha ez a bizonytalanság a gátmagasság nagyságrendjéhez tartozik, akkor az utóbbi megszünteti a mikro-objektum felülmúlhatatlan akadályát. Itt egy olyan fizikus kutatásának tárgya a potenciális akadályon keresztüli áthatolás sebessége, amelyek úgy vélik, hogy az meghaladhatja az s értéket. Ha a mikroobjektum és a gát kölcsönhatása kellően határozott ideig zajlik, akkor a mikroobjektum energiáját ellenkezőleg bizonytalanság jellemzi, és ha ez a bizonytalanság a gátmagasság nagyságrendjéhez tartozik, akkor az utóbbi megszünteti a mikro-objektum felülmúlhatatlan akadályát. Itt egy olyan fizikus kutatásának tárgya a potenciális akadályon keresztüli áthatolás sebessége, amelyek úgy vélik, hogy az meghaladhatja az s értéket. Ha a mikroobjektum és a gát kölcsönhatása kellően határozott ideig zajlik, akkor a mikroobjektum energiáját ellenkezőleg bizonytalanság jellemzi, és ha ez a bizonytalanság a gátmagasság nagyságrendjének felel meg, akkor az utóbbi megszünteti a mikro-objektum felülmúlhatatlan akadályát. Itt egy olyan fizikus kutatásának tárgya a potenciális akadályon keresztüli áthatolás sebessége, amelyek úgy vélik, hogy az meghaladhatja az s értéket.
1998 júniusában Kölnben került sor az FTL problémáira vonatkozó nemzetközi szimpóziumra, ahol négy laboratórium - Berkeley, Bécs, Köln és Firenze - eredményeit vitatták meg.
És végül, 2000-ben, két új kísérletről számoltak be, amelyekben megjelent a szuperluminális terjedés hatása. Az egyiket Lijun Wong és munkatársai végezték el a Princetoni (USA) kutatóintézetben. Ennek eredményeként a céziumgőzzel megtöltött kamrába belépő fényimpulzus 300-szor megnöveli a sebességét. Kiderült, hogy az impulzus fő része még a korábban a távolabbi falától elhagyja, mint amikor az impulzus az első falon keresztül jut a kamrába. Ez a helyzet nemcsak a józan észvel, hanem lényegében a relativitáselmélettel ellentmond.
L. Wong üzenete intenzív vitát váltott ki a fizikusok között, akiknek többsége nem hajlandó látni az eredményekben a relativitáselmélet megsértését. Szerintük a kihívás ennek a kísérletnek a helyes magyarázata.
L. Wong kísérletében a kamrába céziumgőzzel belépő fényimpulzus időtartama körülbelül 3 μs volt. A cézium-atomok tizenhat lehetséges kvantummechanikai állapotban lehetnek, "mágneses hiperfinom alapállapot-alszinteknek" hívva. Az optikai lézerszivattyú segítségével szinte az összes atomot a tizenhat állapot közül csak az egyikre állítottuk be, ami Kelvin-skála (-273,15 ° C) szinte abszolút nulla hőmérsékletének felel meg. A céziumkamra hossza 6 centiméter volt. Vákuumban a fény 6 centiméterre mozog 0,2 ns-ben. A mérések azt mutatták, hogy a fényimpulzus céziummal halad át a kamrában 62 ns-rel rövidebb idő alatt, mint vákuumban. Más szavakkal, az impulzus átváltási ideje a cézium közegen mínuszjelet mutat! Valójában, ha a 62 ns-t levonjuk a 0,2 ns-ből, akkor "negatív" időt kapunk. Ez a közegben a "negatív késleltetés" - érthetetlen időugrás - megegyezik azzal az idővel, amely alatt az impulzus 310-es impulzus áthaladt volna a kamrán vákuumban. Ennek az "ideiglenes puccs" következménye az volt, hogy a kamrát elhagyó impulzusnak 19 méterrel el kellett távolodnia tőle, mielőtt a beérkező impulzus eljutott a kamra közeli falához. Hogyan lehet megmagyarázni egy ilyen hihetetlen helyzetet (ha természetesen nincs kétség a kísérlet tisztaságában)?nem kételkedik a kísérlet tisztaságában)?nem kételkedik a kísérlet tisztaságában)?
A kibontakozó vita alapján pontos magyarázatot még nem találtak, ám kétségtelen, hogy a közeg szokatlan diszperziós tulajdonságai játszanak szerepet: a céziumgőzök, amelyek lézerfény által gerjesztett atomokból állnak, rendellenes diszperzióval rendelkeznek. Röviden emlékezzünk rá, mi az.
Az anyag diszperziója az n fázis (szokásos) törésmutató függése az l fény hullámhosszától. Normál diszperzió mellett a törésmutató a hullámhossz csökkenésével növekszik, és ez az üvegben, vízben, levegőben és minden egyéb, fényre átlátszó anyagban fordul elő. Azokban az anyagokban, amelyek erősen elnyelik a fényt, a fénytörési mutató ellentétes irányba változik a hullámhossz változásával, és sokkal meredekebbé válik: l csökkenésével (a w frekvencia növekedésével) a törésmutató hirtelen csökken, és egy hullámhossz-tartományban kisebb, mint egység (fázissebesség Vph> s).). Ez a rendellenes diszperzió, amelyben az anyag terjedésének képe radikálisan megváltozik. A Vgr csoportsebesség nagyobb lesz, mint a hullámok fázissebessége, és meghaladhatja a fénysebességet vákuumban (és negatív is lehet). L. Wong erre a körülményre utal, mint a kísérlet eredményeinek magyarázatának oka. Meg kell azonban jegyezni, hogy a Vgr> c feltétel pusztán formális, mivel a csoportsebesség fogalmát bevezették kis (normál) diszperzió esetén, átlátszó közegeknél, amikor a hullámcsoport szinte nem változtatja meg alakját a terjedés során. A rendellenes diszperzió régióiban ezzel szemben a fényimpulzus gyorsan deformálódik, és a csoportsebesség fogalma elveszíti jelentését; ebben az esetben bevezetjük a jelsebesség és az energiaterjedési sebesség fogalmait, amelyek átlátszó közegben egybeesnek a csoportsebességgel, és az abszorpcióval rendelkező közegben kisebb, mint a fénysebesség vákuumban. De itt van az, ami érdekes Wong kísérletében: egy anomális diszperzióval rendelkező közegen áthaladó fényimpulzus nem deformálódik - pontosan megtartja alakját!És ez megegyezik az impulzus csoportsebességgel történő terjedésének feltételezésével. De ha igen, akkor kiderül, hogy a közegben nincs abszorpció, bár a közeg rendellenes eloszlása pontosan az abszorpciónak köszönhető! Maga Wong, elismerve, hogy sok minden még mindig nem egyértelmű, úgy véli, hogy a kísérleti felépítésében zajló események első megközelítésében az alábbiakban világosan magyarázhatók.
A fényimpulzus sok különféle hullámhosszú (frekvencia) komponensből áll. Az ábra ezeknek az elemeknek a háromját mutatja (1-3. Hullám). Egy ponton mind a három hullám fázisban van (maximumaik egybeesnek); itt összeadva megerősítik egymást és impulzust képeznek. Ahogy a hullámok tovább terjednek az űrben, a hullámok fázison kívül vannak, és így "kioltják" egymást.
A rendellenes diszperzió területén (a cézium cellában) a rövidebb hullám (1. hullám) hosszabb lesz. Ezzel szemben a három közül a leghosszabb (3. hullám) hullám a legrövidebb lesz.
Következésképpen a hullámok fázisa ennek megfelelően megváltozik. Amikor a hullámok áthaladtak a céziumcellán, hullámaik visszaállnak. Miután szokatlan fázismodulást hajtottak végre egy anomális diszperzióval rendelkező anyagban, a három vizsgált hullám ismét fázisban van egy adott ponton. Itt újra összehajtogatnak, és pontosan ugyanolyan alakú impulzust képeznek, mint a cézium táptalaj.
Általában a levegőben és gyakorlatilag bármilyen átlátszó közegben, normál diszperzióval, a fényimpulzus nem képes pontosan megőrizni alakját, amikor egy távoli távolságon terjed, vagyis az összes alkotóeleme nem terjedhet a terjedési út bármely távoli pontján. És normál körülmények között egy ilyen távoli ponton egy idő után egy fényimpulzus jelenik meg. A kísérletben alkalmazott táptalaj rendellenes tulajdonságai miatt azonban a távoli pont pulzusa ugyanúgy fázissá vált, mint amikor ebbe a közegbe jutottunk. Így a fényimpulzus úgy viselkedik, mintha negatív késleltetése lenne egy távoli pont felé vezető úton, vagyis nem később érkezik rá, de korábban, mint amennyit átadta a környezetnek!
A legtöbb fizikus hajlamos arra, hogy ezt az eredményt az alacsony intenzitású prekurzor megjelenésével társítsa a kamra diszpergáló közegében. Az a tény, hogy egy impulzus spektrális bomlásakor a spektrum tetszőlegesen magas frekvenciájú elemeket tartalmaz elhanyagolható amplitúdóval, az úgynevezett prekurzort, amely megelőzi az impulzus "fő részét". A letelepedés jellege és az előd formája a közegben elterjedt törvénytől függ. Ezt szem előtt tartva javasoljuk, hogy Wong kísérletében az események sorrendjét a következőképpen értelmezzék. A bejövő hullám, amely "elé nyújtja" a jelzőt maga előtt, megközelíti a kamerát. Mielőtt a bejövő hullám csúcsa eléri a kamra közeli falát, a prekurzor impulzust kezdeményez a kamrában, amely eléri a távoli falat, és visszaverődik tőle, és így "hátrahullámot" alkot. Ez a hullám300-szor gyorsabban terjed, mint ac, eléri a közeli falat és megfelel a bejövő hullámnak. Az egyik hullám csúcsai találkoznak a másik vályúival, tehát elpusztítják egymást, és ennek eredményeként semmi sem marad. Kiderült, hogy a bejövő hullám "visszaadja az adósságot" a cézium-atomoknak, amelyek energiát adtak neki a kamra másik végében. Bárki, aki csak a kísérlet elejét és végét figyeli, csak egy olyan fényimpulzust fog látni, amely "előreugrott" az idő előrehaladásával, gyorsabban haladva. Csak egy olyan fényimpulzust látnék, amely "előreugrott" előre az időben, gyorsabban mozogva. Csak egy olyan fényimpulzust látnék, amely "előreugrott" előre az időben, gyorsabban mozogva.
L. Wong úgy véli, hogy kísérlete nem ért egyet a relativitáselmélettel. A szuperluminális sebesség elérhetetlenségére vonatkozó állítás, szerinte csak a nyugalmi tömegű tárgyakra alkalmazható. A fény reprezentálható olyan hullámok formájában, amelyekre a tömeg fogalma általában nem alkalmazható, vagy olyan fotonok formájában, amelyek nyugalmi tömegével, amint ismert, nullával egyenlő. Ezért a fénysebesség vákuumban - Wong szerint - nem a határ. Ennek ellenére Wong elismeri, hogy a felfedezett hatás nem teszi lehetővé az információ továbbítását s-nál nagyobb sebességgel.
„Az itt található információk már a pulzus élén vannak” - mondja P. Milonny, az amerikai Los Alamos Nemzeti Laboratórium fizikusa. És benyomást kelthet arról, hogy az információt a fénynél gyorsabban küldi el, még akkor is, ha nem küldi el.
A legtöbb fizikus úgy gondolja, hogy az új munka nem ütközik az alapvető elvekbe. De nem minden fizikus hiszi a probléma megoldását. A 2000-ben újabb érdekes kísérletet végrehajtó olasz kutatócsoport A. Ranfagni professzora úgy véli, hogy a kérdés nyitott marad. Ez a kísérlet, amelyet Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni és Rocco Ruggeri készített, megállapította, hogy a centiméteres sávú rádióhullámok normál légi közlekedésben 25% -kal nagyobb c sebességgel járnak.
Összegzésképpen elmondhatjuk a következőket
Az utóbbi évek munkája megmutatta, hogy bizonyos körülmények között valóban megtörténhet a szuper-luminális sebesség. De mi pontosan utazik szuperluminális sebességgel? A relativitáselmélet, amint azt már említettük, megtiltja az ilyen sebességet az anyagtesteknél és az információt hordozó jeleknél. Ennek ellenére néhány kutató nagyon kitartóan próbál demonstrálni, hogyan lehet legyőzni a jelek fényhatását. Ennek oka abban rejlik, hogy a speciális relativitáselméletben nincs szigorú matematikai indoklás (mondjuk Maxwell elektromágneses mező egyenleteire) az s-nél nagyobb sebességű jelek továbbításának lehetetlenségére. Ezt az lehetetlenséget az SRT-ben - mondhatjuk, tisztán számtanilag - a sebességek hozzáadására szolgáló Einstein-képlet alapján állapítják meg,de ezt alapvetően megerősíti az okozati összefüggés elve. Maga Einstein, figyelembe véve a szuperluminális jelátvitel kérdését, azt írta: "Ebben az esetben" … arra kényszerülünk, hogy fontolja meg a jelátviteli mechanizmust, amikor annak használatakor az elért akció megelőzi az okot. De bár ez a tisztán logikai szempontból kapott eredmény nem tartalmazza, véleményem szerint nincs ellentmondás, mégis annyira ellentmond a teljes tapasztalatunk jellegének, hogy a V> c feltevés lehetetlenségét kellően bizonyítani látszik. " Az kauzalitás elve a sarokköv, amely az FTL jelátvitel lehetetlenségének alapját képezi. És ez a kő, nyilvánvalóan, kivétel nélkül megbotlik a felsőbbrendű jelek keresésével, függetlenül attól, hogy a kísérletezők mennyit szeretnének találni ilyen jeleket,mert ez a világunk természete.
De elképzeljük, hogy a relativitáselmélet matematikai sebessége továbbra is gyorsabb, mint a fény. Ez azt jelenti, hogy elméletileg még mindig megtudhatjuk, mi történne, ha a test meghaladja a fénysebességet.
Képzeljünk el két űrhajót, amely a Földtől egy csillag felé halad, amely 100 fényév távol van a bolygónktól. Az első hajó a fénysebesség 50% -ánál elhagyja a Földet, tehát az egész utazás 200 évbe telik. A második hajó, amely hipotetikus lánchajtással van felszerelve, a fénysebesség 200% -án halad, de az első után 100 évvel. Mi fog történni?
A relativitáselmélet szerint a helyes válasz nagyban függ a megfigyelő perspektívájától. A Földről úgy tűnik, hogy az első hajó már jelentős távolságot tett meg, mielőtt elhagyta volna a második, négyszer gyorsabban haladó hajót. De az első hajón lévő emberek szempontjából minden kissé más.
A 2. számú hajó gyorsabban mozog, mint a fény, ami azt jelenti, hogy képes meghaladni a maga által kibocsátott fényt is. Ez egyfajta "fényhullámhoz" vezet (ez a hanggal analóg, csak a levegő rázkódása helyett a fényhullámok rezegnek itt), ami számos érdekes hatást generál. Emlékezzünk arra, hogy a 2. hajó fénye lassabban mozog, mint maga a hajó. Ennek eredményeként vizuális megduplázódás lép fel. Más szavakkal: az 1. hajó legénysége először látni fogja, hogy a második hajó úgy jelenik meg mellette, mintha semmiből sem lenne. Ezután a második hajóból származó fény enyhén késleltetve eléri az elsőt, és ennek eredményeként látható példány lesz, amely ugyanabba az irányba mozdul el, kissé késleltetve.
Valami hasonlót lehet látni a számítógépes játékokban, amikor rendszerhiba következtében a motor gyorsabban tölti be a modellt és algoritmusait a mozgás végpontjába, mint maga az animáció. Valószínűleg ez az oka annak, hogy tudatosságunk nem érzékeli az univerzum hipotetikus aspektusát, amelyben a testek szuperluminális sebességgel mozognak - talán ez a legjobb.
PS … de az utolsó példában nem értettem valamit, miért van kapcsolatban a hajó valódi helyzetével a "hajó által kibocsátott fény"? Nos, hagyja, hogy úgy látja, mintha valami ott lenne, de a valóságban el fogja járni az első hajót!