Da li je moguća superluminalna brzina? Superluminalna brzina. Superluminalna brzina - smele ideje

24.11.2019

Pročitajte također

Tumačenje snova bombardovanje, zašto sanjati bombardovanje u snu da vidite

Tumačimo snove o rijeci i svemu što je s njom povezano

Tradicionalno se označava latiničnim slovom " c (\displaystyle c)" (izgovara se kao "tse"). Brzina svjetlosti u vakuumu je osnovna konstanta, neovisna o izboru inercijalnog referentnog sistema (ISO). Odnosi se na osnovne fizičke konstante koje karakteriziraju ne samo pojedinačna tijela ili polja, već svojstva geometrije prostora-vremena u cjelini. Od postulata kauzalnosti (svaki događaj može utjecati samo na događaje koji se događaju kasnije od njega i ne može utjecati na događaje koji su se dogodili prije njega) i postulata specijalne teorije relativnosti o neovisnosti brzine svjetlosti u vakuumu od izbora inercije referentnog okvira (brzina svjetlosti u vakuumu je ista u svim koordinatnim sistemima koji se kreću pravolinijski i jednolično jedan u odnosu na drugi) iz toga slijedi da brzina bilo kojeg signala i elementarne čestice ne može premašiti brzinu svjetlosti. Dakle, brzina svjetlosti u vakuumu je granična brzina čestica i širenja interakcija.

U vakuumu (praznini)

Najpreciznije mjerenje brzine svjetlosti 299 792 458 ± 1,2 / na osnovu standardnog metra izvršeno je 1975. godine.

Trenutno se vjeruje da je brzina svjetlosti u vakuumu osnovna fizička konstanta, po definiciji, upravo jednako 299.792.458 m/s, ili 1.079.252.848,8 km/h. Tačnost vrijednosti je zbog činjenice da se od 1983. godine metar u Međunarodnom sistemu jedinica (SI) definira kao udaljenost koju svjetlost pređe u vakuumu u vremenskom intervalu jednakom 1/299,792,458 sekundi .

U prirodi se, brzinom svjetlosti, šire (u vakuumu):

Masivne čestice mogu imati brzine koje se približavaju brzini svjetlosti, ali je ipak ne dostižu tačno. Na primjer, brzina bliske svjetlosti, samo 3 m/s manja od brzine svjetlosti, ima masivne čestice (protone) dobijene na akceleratoru (Veliki hadronski sudarač) ili uključene u kosmičke zrake. [ ]

U modernoj fizici, tvrdnja da se uzročni efekat ne može prenijeti brzinom većom od brzine svjetlosti u vakuumu (uključujući i prijenos takvog efekta od strane nekog fizičkog tijela) smatra se utemeljenom. Postoji, međutim, problem "zamršenih stanja" čestica, koje kao da trenutno "nauče" jedno drugo stanje. Međutim, ni u ovom slučaju nema superluminalnog prijenosa informacija, jer je za prijenos informacija na ovaj način potrebno uključiti dodatni klasični transmisioni kanal brzinom svjetlosti.

Iako je, u principu, kretanje nekih objekata brzinom većom od brzine svjetlosti u vakuumu sasvim moguće, međutim, sa moderne tačke gledišta, to mogu biti samo objekti koji se svojim kretanjem ne mogu koristiti za prijenos informacija (na primjer, sunčeva zraka u principu može se kretati duž zida brzinom većom od brzine svjetlosti, ali se ne može koristiti za prijenos informacija takvom brzinom s jedne tačke zida na drugu) .

Povezani video zapisi

U transparentnom okruženju

Brzina svjetlosti u providnom mediju je brzina kojom svjetlost putuje u mediju različitom od vakuuma. U mediju sa disperzijom razlikuju se fazna i grupna brzina.

Fazna brzina povezuje frekvenciju i talasnu dužinu monohromatskog svetla u mediju ( λ = c ν (\displaystyle \lambda =(\frac (c)(\nu )))). Ova brzina je obično (ali ne nužno) manja c (\displaystyle c). Omjer brzine svjetlosti u vakuumu i fazne brzine svjetlosti u mediju naziva se indeks prelamanja medija.

Grupna brzina svjetlosti definira se kao brzina prostiranja otkucaja između dva talasa sa sličnom frekvencijom iu ravnotežnom mediju uvijek je manja c (\displaystyle c). Međutim, u neravnotežnim medijima, na primjer, jako apsorbirajućim medijima, može premašiti c (\displaystyle c). U ovom slučaju, međutim, prednja ivica pulsa se i dalje kreće brzinom koja ne prelazi brzinu svjetlosti u vakuumu. Kao rezultat toga, superluminalni prijenos informacija ostaje nemoguć.

Promjenjivost brzine svjetlosti dosljedno je potvrđena mnogim eksperimentima. Moguće je samo eksperimentalno provjeriti da brzina svjetlosti u "dvostranom" eksperimentu (na primjer, od izvora do ogledala i obrnuto) ne ovisi o referentnom okviru, jer je nemoguće izmjeriti brzina svjetlosti u jednom smjeru (na primjer, od izvora do udaljenog prijemnika) bez dodatnih dogovora o tome kako sinhronizirati satove izvora i prijemnika. Međutim, ako za ovo primijenimo Ajnštajnovu sinhronizaciju, jednosmjerna brzina svjetlosti postaje jednaka dvosmjernoj brzini po definiciji.

Specijalna teorija relativnosti istražuje implikacije invarijantnosti c (\displaystyle c) pod pretpostavkom da su zakoni fizike isti u svim inercijalnim referentnim okvirima. Jedna od posljedica je i to c (\displaystyle c)- ovo je brzina kojom se sve čestice i valovi bez mase (posebno svjetlost) moraju kretati u vakuumu.

Specijalna teorija relativnosti ima mnoge eksperimentalno provjerene implikacije koje su kontraintuitivne. Takve posljedice uključuju: ekvivalentnost mase i energije (E 0 = m c 2) (\displaystyle (E_(0)=mc^(2))), kontrakciju dužine (smanjuju se objekti dok se kreću) i dilataciju vremena (pokretni satovi rade sporije). Koeficijent koji pokazuje koliko puta se dužina skraćuje i vrijeme usporava poznat je kao Lorentz faktor (Lorentz faktor)

γ = 1 1 − v 2 c 2 , (\displaystyle \gamma =(\frac (1)(\sqrt (1-(\frac (v^(2))(c^(2)))))), )

gdje v (\displaystyle v) je brzina objekta. Za brzine mnogo manje od c (\displaystyle c)(npr. za brzine s kojima se svakodnevno susrećemo) razlika između γ (\displaystyle \gamma ) a 1 je toliko mali da se može zanemariti. U ovom slučaju, specijalna relativnost je dobro aproksimirana Galilejevom relativnošću. Ali pri relativističkim brzinama, razlika se povećava i teži ka beskonačnosti v (\displaystyle v) to c (\displaystyle c).

Kombinovanje rezultata specijalne relativnosti zahteva da budu ispunjena dva uslova: (1) prostor i vreme su jedna struktura poznata kao prostor-vreme (gde je c (\displaystyle c) povezuje mjerne jedinice prostora i vremena), i (2) fizikalni zakoni zadovoljavaju zahtjeve posebne simetrije koja se zove Lorentzova invarijansa (Lorentz invarijansa), čija formula sadrži parametar c (\displaystyle c). Lorentzova invarijantnost je sveprisutna u modernim fizičkim teorijama kao što su kvantna elektrodinamika, kvantna hromodinamika, standardni model fizike čestica i opšta teorija relativnosti. Dakle, parametar c (\displaystyle c) se nalazi svuda u modernoj fizici i pojavljuje se na mnogo načina koji nemaju nikakve veze sa samom svjetlošću. Na primjer, opća teorija relativnosti sugerira da se gravitacija i gravitacijski valovi šire brzinom c (\displaystyle c). U neinercijalnim referentnim okvirima (u gravitaciono zakrivljenom prostoru ili u referentnim okvirima koji se kreću ubrzano), lokalna brzina svjetlosti je također konstantna i jednaka je c (\displaystyle c), međutim, brzina svjetlosti duž putanje konačne dužine može se razlikovati od c (\displaystyle c) ovisno o tome kako su prostor i vrijeme definirani.

Smatra se da su fundamentalne konstante kao npr c (\displaystyle c), imaju istu vrijednost kroz prostor-vrijeme, odnosno ne zavise od mjesta i ne mijenjaju se s vremenom. Međutim, neke teorije sugeriraju da se brzina svjetlosti može mijenjati tokom vremena. Iako ne postoje uvjerljivi dokazi za takve promjene, one su i dalje predmet istraživanja.

Osim toga, vjeruje se da je brzina svjetlosti izotropna, odnosno da ne ovisi o smjeru njenog širenja. Promatranja zračenja prijelaza nuklearne energije kao funkcije orijentacije jezgara u magnetskom polju (googs-Dreverov eksperiment), kao i rotirajućih optičkih šupljina (eksperiment Michelson-Morley i njegove nove varijacije), nametnula su stroga ograničenja na mogućnost dvostrane anizotropije.

Događaj A prethodi događaju B u crvenom referentnom okviru (RS), istovremeno sa B u zelenom okviru i javlja se posle B u plavom okviru

Općenito, informacija ili energija se ne mogu prenositi kroz svemir brže od brzine svjetlosti. Jedan argument za ovo slijedi iz kontraintuitivnog zaključka specijalne relativnosti poznatog kao relativnost simultanosti. Ako je prostorna udaljenost između dva događaja A i B veća od vremenskog intervala između njih pomnoženog sa c (\displaystyle c), onda postoje takvi referentni okviri u kojima A prethodi B, i drugi u kojima B prethodi A, kao i oni u kojima su događaji A i B simultani. Kao rezultat toga, ako bi se neki objekt kretao brže od brzine svjetlosti u odnosu na neki inercijski referentni okvir, onda bi u drugom referentnom okviru putovao u prošlost, a princip kauzalnosti bi bio narušen. U takvom referentnom okviru, "učinak" bi se mogao uočiti prije njegovog "prvobitnog uzroka". Takvo kršenje uzročnosti nikada nije uočeno. To takođe može dovesti do paradoksa kao što je tahion antitelofon.

Istorija mjerenja brzine svjetlosti

Drevni naučnici, sa rijetkim izuzecima, smatrali su brzinu svjetlosti beskonačnom. U moderno doba ovo pitanje postalo je predmet rasprave. Galileo i Hooke su pretpostavili da je ona konačna, iako vrlo velika, dok su Kepler, Descartes i Fermat i dalje tvrdili da je brzina svjetlosti beskonačna.

Pola veka kasnije, 1728. godine, otkriće aberacije omogućilo je J. Bradleyu da potvrdi konačnost brzine svetlosti i precizira njenu procenu: vrednost koju je Bradley dobio je bila 308.000 km/s.

Po prvi put mjerenja brzine svjetlosti, zasnovana na određivanju vremena potrebnog svjetlosti da pređe tačno izmjerenu udaljenost u zemaljskim uslovima, izvršio je 1849. A. I. L. Fizeau. U svojim eksperimentima, Fizeau je koristio "metodu prekida" koju je razvio, dok je udaljenost koju je svjetlost prešla bila 8,63 km. Vrijednost dobivena kao rezultat izvršenih mjerenja je 313.300 km/s. Nakon toga, metoda prekida je značajno poboljšana i korištena za mjerenja od strane M. A. Cornua (1876), A. J. Perrotina (1902) i E. Bergstrand. Mjerenja E. Bergstranda 1950. dala su vrijednost od 299.793,1 km/s za brzinu svjetlosti, dok je tačnost mjerenja povećana na 0,25 km/s.

Druga laboratorijska metoda („metoda rotirajućih ogledala“), čiju je ideju 1838. izrazio F. Arago, 1862. izveo je Leon Foucault. Mjerenjem malih vremenskih intervala sa ogledalom koje se okreće velikom brzinom (512 o/min), dobio je vrijednost od 298.000 km/s za brzinu svjetlosti sa greškom od 500 km/s. Dužina baze u Foucaultovim eksperimentima bila je relativno mala - dvadeset metara. Nakon toga, zbog poboljšanja eksperimentalne tehnike, povećanja upotrijebljene baze i preciznijeg određivanja njene dužine, značajno je povećana tačnost mjerenja metodom rotirajućih ogledala. Tako je S. Newcomb 1891. dobio vrijednost od 299.810 km/s sa greškom od 50 km/s, a A. A. Michelson je 1926. uspio smanjiti grešku na 4 km/s i dobiti vrijednost od 299.796 km/s za brzina. U svojim eksperimentima, Michelson je koristio bazu jednaku 35.373,21 m.

Dalji napredak povezan je s pojavom masera i lasera, koji se odlikuju vrlo visokom stabilnošću frekvencije zračenja, što je omogućilo određivanje brzine svjetlosti istovremenim mjerenjem valne dužine i frekvencije njihovog zračenja. Početkom 1970-ih, greška mjerenja brzine svjetlosti približila se 1 m/s. Nakon provjere i usaglašavanja rezultata dobijenih u različitim laboratorijama, XV Generalna konferencija za utege i mjere 1975. preporučila je korištenje vrijednosti jednake 299.792.458 m/s kao vrijednosti brzine svjetlosti u vakuumu, uz relativnu grešku (nesigurnost) 4 10 - 9, što odgovara apsolutnoj grešci od 1,2 m/s.

Značajno je da je dalje povećanje tačnosti mjerenja postalo nemoguće zbog okolnosti fundamentalne prirode: ograničavajući faktor je bila veličina nesigurnosti u implementaciji definicije brojila koja je tada bila na snazi. Jednostavno rečeno, glavni doprinos grešci mjerenja brzine svjetlosti dala je greška "proizvodnje" etalona, čija je relativna vrijednost bila 4·10 -9. Na osnovu ovoga, a takođe i uzimajući u obzir druga razmatranja, XVII Generalna konferencija za utege i mere 1983. godine usvojila je novu definiciju metra, zasnovanu na prethodno preporučenoj vrednosti brzine svetlosti i definišući metar kao udaljenost koju svetlost putuje u vakuumu u vremenskom periodu jednakom 1/299,792,458 sekundi .

FTL pokret

Iz specijalne teorije relativnosti proizlazi da bi prekoračenje brzine svjetlosti od strane fizičkih čestica (masivnih ili bezmasenih) narušilo princip kauzalnosti – u nekim inercijskim referentnim okvirima bilo bi moguće prenositi signale iz budućnosti u prošlost. . Međutim, teorija ne isključuje za hipotetičke čestice koje ne stupaju u interakciju s običnim česticama, kretanje u prostor-vremenu superluminalnom brzinom.

Hipotetičke čestice koje se kreću superluminalnim brzinama nazivaju se tahioni. Matematički, kretanje tahiona je opisano Lorentzovim transformacijama kao kretanje čestica sa zamišljenom masom. Što je veća brzina ovih čestica, manje energije nose, i obrnuto, što je njihova brzina bliža brzini svjetlosti, to je njihova energija veća – baš kao i energija običnih čestica, energija tahiona teži beskonačnosti kada približava brzini svetlosti. Ovo je najočitija posljedica Lorentzove transformacije, koja ne dozvoljava masivnoj čestici (i sa realnom i imaginarnom masom) da dostigne brzinu svjetlosti – jednostavno je nemoguće čestici dati beskonačnu količinu energije.

Treba shvatiti da su, prvo, tahioni klasa čestica, a ne samo jedna vrsta čestica, i drugo, tahioni ne krše princip kauzalnosti ako ni na koji način ne stupaju u interakciju s običnim česticama.

Obične čestice koje se kreću sporije od svjetlosti nazivaju se tardioni. Tardioni ne mogu dostići brzinu svjetlosti, već joj se mogu približiti samo onoliko koliko žele, jer u tom slučaju njihova energija postaje beskonačno velika. Svi tardioni imaju masu, za razliku od čestica bez mase zvanih luksoni. Luksoni u vakuumu uvijek se kreću brzinom svjetlosti, to uključuje fotone, gluone i hipotetičke gravitone.

Od 2006. godine pokazalo se da se u takozvanom efektu kvantne teleportacije prividna interakcija čestica širi brže od brzine svjetlosti. Na primjer, 2008. godine, istraživački tim dr. Nicolasa Gisina sa Univerziteta u Ženevi, proučavajući zapletena stanja fotona razdvojenih 18 km u svemiru, pokazao je da se ova prividna „interakcija između čestica događa brzinom od oko sto hiljada puta većom nego brzina Svete“. tzv. Hartmanov paradoks» - prividna superluminalna brzina u efektu tunela. Analiza ovih i sličnih rezultata pokazuje da se oni ne mogu koristiti za superluminalni prijenos bilo kakve poruke koja nosi informaciju ili za kretanje materije.

Kao rezultat obrade podataka iz eksperimenta OPERA, prikupljenih od 2008. do 2011. u laboratoriji Gran Sasso u saradnji sa CERN-om, zabilježena je statistički značajna indikacija viška brzine svjetlosti mionskih neutrina. Ovo saopštenje je propraćeno i objavom u arhivi preprinta. Dobiveni rezultati su dovedeni u pitanje od strane stručnjaka, jer nisu u skladu ne samo s teorijom relativnosti, već i sa drugim eksperimentima s neutrinima. U martu 2012. godine obavljena su nezavisna mjerenja u istom tunelu i nisu pronađene superluminalne brzine neutrina. U maju 2012. OPERA je sprovela niz kontrolnih eksperimenata i došla do konačnog zaključka da je tehnički kvar (loše umetnut konektor optičkog kabla) razlog za pogrešnu pretpostavku o superluminalnoj brzini.

vidi takođe

Komentari

Od površine Sunca - od 8 min. 8,3 sek. u perihelu do 8 min. 25 sec. u afelu.
Brzina širenja svjetlosnog impulsa u mediju razlikuje se od brzine njegovog širenja u vakuumu (manja nego u vakuumu), a može biti različita za različite medije. Kada se jednostavno govori o brzini svjetlosti, obično se misli na brzinu svjetlosti u vakuumu; ako se govori o brzini svjetlosti u mediju, to se, po pravilu, eksplicitno navodi.
Trenutno su najpreciznije metode za mjerenje brzine svjetlosti zasnovane na nezavisnom određivanju valnih dužina λ (\displaystyle \lambda ) i frekvencija ν (\displaystyle \nu ) svjetlosnog ili drugog elektromagnetnog zračenja i naknadni proračun u skladu sa jednakošću c = λ ν (\displaystyle c=\lambda \nu ).
Pogledajte, na primjer, "Oh-My-Bože čestica".
Analogija bi mogla biti nasumično slanje dvije zatvorene koverte s bijelim i crnim papirom na različita mjesta. Otvaranje jedne koverte garantuje da će druga sadržavati drugi list - ako je prva crna, onda je druga bijela, i obrnuto. Ove "informacije" mogu da putuju brže od brzine svetlosti - na kraju krajeva, drugu kovertu možete otvoriti u bilo kom trenutku, i uvek će postojati ovaj drugi list. Istovremeno, fundamentalna razlika sa kvantnim slučajem je samo u tome što je u kvantnom slučaju, prije mjerenja „otvaranja omotača“, stanje lista unutra fundamentalno nesigurno, kao u Schrödingerovoj mački, i svaki list može biti tu.
Međutim, frekvencija svjetlosti ovisi o kretanju izvora svjetlosti u odnosu na posmatrača, zbog Doplerovog efekta.
Dok se pokretni izmjereni objekti čine kraćima duž linije relativnog kretanja, oni također izgledaju kao da su rotirani. Ovaj efekat, poznat kao Terrellova rotacija, povezan je sa vremenskom razlikom između signala koji pristižu posmatraču iz različitih delova objekta.
Vjeruje se da Scharnhorstov efekat omogućava da se signali šire nešto više c (\displaystyle c), ali posebni uslovi pod kojima se efekat može javiti otežavaju primjenu ovog efekta na kršenje principa uzročnosti

Bilješke

. Voyager - Međuzvjezdana misija. Laboratorij za mlazni pogon, Kalifornijski institut za tehnologiju. Pristupljeno 12. jula 2011. Arhivirano iz originala 3. februara 2012.
Nova galaksija "najudaljenija" još otkrivena
, sa. 169.
, sa. 122.
Čudinov E. M. Teorija relativnosti i filozofija. - M.: Politizdat, 1974. - S. 222-227.
, sa. 167.
, sa. 170.
, sa. 184.
Sazhin M.V. Brzina svjetlosti // Svemirska fizika. Mala enciklopedija / Ch. ed. R. A. Sunyaev. - 2nd ed. - M.: Sovjetska enciklopedija, 1986. - S. 622. - 783 str.
GOST 8.417-2002. Državni sistem za osiguranje ujednačenosti mjerenja. Jedinice za količine.
Abbott B. P. et al. (LIGO Scientific Collaboration, Virgo Collaboration, Fermi Gamma-ray Burst Monitor i INTEGRAL). Gravitacijski valovi i gama-zraci od spajanja binarnih neutronskih zvijezda: GW170817 i GRB 170817A // The Astrophysical Journal. - 2017. - Vol. 848.-P. L13. - DOI:10.3847/2041-8213/aa920c .[ispraviti ]
Bolotovsky B. M., Ginzburg V. L.// UFN. - 1972. - T. 106, br. 4. - S. 577-592.
Stachel, JJ. Ajnštajn od "B" do "Z" – 9. tom Einstein studija. - Springer, 2002. - P. 226. - ISBN 0-8176-4143-2.
Einstein, A (1905). "Zur Elektrodynamik bewegter Körper" (njemački). Annalen der Physik 17 : 890–921. DOI:10.1002/andp.19053221004. engleski prijevod: Perrett, W O elektrodinamici pokretnih tijela . Fourmilab. Pristupljeno 27. novembra 2009. Arhivirano iz originala 1. februara 2013.
Aleksandrov E. B. Teorija relativnosti: Direktan eksperiment sa zakrivljenom gredom // Kemija i život. - 2012. - br. 3.
Hsu, J-P. Lorentz i Poincare invarijantnost / J-P Hsu, Zhang. - World Scientific, 2001. - Vol. 8. - P. 543 ff. - ISBN 981-02-4721-4.
Zhang, Y.Z. Specijalna teorija relativnosti i njene eksperimentalne osnove. - World Scientific, 1997. - Vol. 4. - P. 172–3. - ISBN 981-02-2749-3.
d"Inverno, R. Uvođenje Ajnštajnove relativnosti - Oxford University Press, 1992. - P. 19–20 - ISBN 0-19-859686-3.
Sriranjan B. Postulati specijalne teorije relativnosti i njihove posljedice // The Special Theory to Relativity. - PHI Learning, 2004. - Str. 20 ff. - ISBN 81-203-1963-X.
Roberts, T Koja je eksperimentalna osnova Specijalne relativnosti? . Usenet Physics FAQ. Univerzitet Kalifornije, Riverside (2007). Pristupljeno 27. novembra 2009. Arhivirano iz originala 1. februara 2013.
Terrell, J (1959). "Nevidljivost Lorencove kontrakcije". Physical Review 116 (4): 1041–5. DOI:10.1103/PhysRev.116.1041. Bibcode : 1959PhRv..116.1041T.
Penrose, R (1959). "Prividni oblik relativistički pokretne sfere". Proceedings of the Cambridge Philosophical Society 55 (01): 137–9. DOI:10.1017/S0305004100033776. Bibcode : 1959PCPS...55..137P.
Hartle, JB. Addison-Wesley, 2003. - P. 52–9. - ISBN 981-02-2749-3.
Hartle, JB. Gravitacija: Uvod u Ajnštajnovu opštu relativnost - Addison-Wesley, 2003. - P. 332. - ISBN 981-02-2749-3.
Neki autori smatraju sumnjivim tumačenje zapažanja o binarnim sistemima koji se koriste za određivanje brzine gravitacije, ostavljajući eksperimentalnu situaciju neizvjesnom; vidi Schafer, G.Širenje svjetlosti u gravitacionom polju binarnih sistema do kvadratnog reda u Newtonovoj gravitacionoj konstanti: 3. dio: 'O kontroverzi brzine gravitacije' // Laseri, satovi i kontrola bez povlačenja: Istraživanje relativističke gravitacije u svemiru / G Schäfer, Brügmann - Springer, 2008. - ISBN 3-540-34376-8.
Gibbs, P Da li je brzina svjetlosti konstantna? . Usenet Physics FAQ. Univerzitet Kalifornije, Riverside (1997). Pristupljeno 26. novembra 2009. Arhivirano iz originala 17. novembra 2009.

25. marta 2017

FTL putovanja su jedan od temelja svemirske naučne fantastike. Međutim, vjerojatno svi - čak i ljudi daleko od fizike - znaju da je najveća moguća brzina kretanja materijalnih objekata ili širenja bilo kojeg signala brzina svjetlosti u vakuumu. Označava se slovom c i iznosi skoro 300 hiljada kilometara u sekundi; tačna vrijednost c = 299 792 458 m/s.

Brzina svjetlosti u vakuumu jedna je od osnovnih fizičkih konstanti. Nemogućnost postizanja brzina većih od c proizilazi iz Ajnštajnove specijalne teorije relativnosti (SRT). Kada bi bilo moguće dokazati da je prijenos signala superluminalnom brzinom moguć, teorija relativnosti bi pala. Do sada se to nije dogodilo, uprkos brojnim pokušajima da se pobije zabrana postojanja brzina većih od c. Međutim, nedavne eksperimentalne studije otkrile su neke vrlo zanimljive pojave, koje ukazuju da je u posebno stvorenim uslovima moguće posmatrati superluminalne brzine bez kršenja principa teorije relativnosti.

Za početak, prisjetimo se glavnih aspekata koji se odnose na problem brzine svjetlosti.

Pre svega: zašto je nemoguće (u normalnim uslovima) prekoračiti ograničenje svetlosti? Jer tada se krši osnovni zakon našeg svijeta – zakon uzročnosti, prema kojem posljedica ne može nadmašiti uzrok. Niko nikada nije primetio da je, na primer, medved prvo pao mrtav, a onda lovac pucao. Pri brzinama većim od c, niz događaja postaje obrnut, vremenska traka se premotava unazad. To se može lako vidjeti iz sljedećeg jednostavnog rezonovanja.

Pretpostavimo da se nalazimo na određenom kosmičkom čudotvornom brodu koji se kreće brže od svjetlosti. Tada bismo postupno sustizali svjetlo koje je emitovao izvor u ranijim i ranijim vremenskim točkama. Prvo bismo sustigli fotone emitovane, recimo, juče, zatim – emitovane prekjučer, zatim – nedelju, mesec, godinu dana, itd. Kada bi izvor svjetlosti bio ogledalo koje odražava život, tada bismo prvo vidjeli događaje od jučer, zatim prekjučerašnje i tako dalje. Mogli smo da vidimo, recimo, starca koji se postepeno pretvara u sredovečnog čoveka, pa u mladića, u mladića, u dete... Odnosno, vreme bi se vratilo, iz sadašnjosti bismo se preselili u prošlost. Uzrok i posljedica bi tada bili obrnuti.

Iako ovaj argument potpuno zanemaruje tehničke detalje procesa promatranja svjetlosti, sa fundamentalne tačke gledišta, jasno pokazuje da kretanje superluminalnom brzinom dovodi do situacije koja je nemoguća u našem svijetu. Međutim, priroda je postavila još strože uslove: kretanje je nedostižno ne samo pri superluminalnoj brzini, već i brzinom jednakoj brzini svjetlosti - možete mu samo prići. Iz teorije relativnosti proizlazi da s povećanjem brzine kretanja nastaju tri okolnosti: povećava se masa objekta koji se kreće, njegova veličina se smanjuje u smjeru kretanja, a protok vremena na ovom objektu usporava (od tačka gledišta spoljašnjeg posmatrača koji „odmara“). Pri običnim brzinama te promjene su zanemarljive, ali kako se približavamo brzini svjetlosti, one postaju sve uočljivije, a u granici - pri brzini jednakoj c - masa postaje beskonačno velika, objekt potpuno gubi svoju veličinu u smjer kretanja i vrijeme se zaustavlja na njemu. Stoga, nijedno materijalno tijelo ne može dostići brzinu svjetlosti. Samo sama svjetlost ima takvu brzinu! (A takođe i čestica koja prožima sve – neutrino, koji se, poput fotona, ne može kretati brzinom manjom od c.)

Sada o brzini prijenosa signala. Ovdje je prikladno koristiti prikaz svjetlosti u obliku elektromagnetnih valova. Šta je signal? Ovo su neke informacije koje treba prenijeti. Idealan elektromagnetski val je beskonačna sinusoida striktno jedne frekvencije i ne može nositi nikakvu informaciju, jer svaki period takve sinusoide tačno ponavlja prethodni. Brzina kretanja faze sinusoidnog talasa - takozvana fazna brzina - može u mediju pod određenim uslovima premašiti brzinu svetlosti u vakuumu. Ovdje nema ograničenja, jer fazna brzina nije brzina signala - ona još ne postoji. Da biste stvorili signal, morate napraviti neku vrstu "oznake" na valu. Takva oznaka može biti, na primjer, promjena bilo kojeg parametra vala - amplitude, frekvencije ili početne faze. Ali čim se napravi oznaka, val gubi svoju sinusoidnost. Postaje moduliran, koji se sastoji od skupa jednostavnih sinusoidnih talasa sa različitim amplitudama, frekvencijama i početnim fazama - grupa talasa. Brzina kretanja oznake u moduliranom valu je brzina signala. Kada se širi u medijumu, ova brzina se obično poklapa sa grupnom brzinom koja karakteriše širenje gornje grupe talasa u celini (videti "Nauka i život" br. 2, 2000). U normalnim uslovima, grupna brzina, a time i brzina signala, manja je od brzine svetlosti u vakuumu. Nije slučajno što se ovdje koristi izraz "pod normalnim uvjetima", jer u nekim slučajevima grupna brzina može premašiti c ili čak izgubiti značenje, ali se tada ne odnosi na širenje signala. U SRT-u je utvrđeno da je nemoguće prenijeti signal brzinom većom od c.

Zašto je tako? Zato što je prepreka prijenosu bilo kojeg signala brzinom većom od c isti zakon uzročnosti. Zamislimo takvu situaciju. U nekom trenutku A svjetlosni bljesak (događaj 1) uključuje uređaj koji šalje određeni radio signal, a u udaljenoj tački B pod djelovanjem ovog radio signala dolazi do eksplozije (događaj 2). Jasno je da je događaj 1 (bljesak) uzrok, a događaj 2 (eksplozija) je posljedica koja se javlja kasnije od uzroka. Ali ako bi se radio signal širio superluminalnom brzinom, posmatrač blizu tačke B prvo bi video eksploziju, a tek onda - bljesak svetlosti koji je do njega stigao brzinom svetlosnog bljeska, uzrok eksplozije. Drugim riječima, za ovog posmatrača bi se događaj 2 dogodio prije događaja 1, odnosno, posljedica bi prethodila uzroku.

Prikladno je naglasiti da se "superluminalna zabrana" teorije relativnosti nameće samo kretanju materijalnih tijela i prijenosu signala. U mnogim situacijama moguće je kretanje bilo kojom brzinom, ali to će biti kretanje nematerijalnih objekata i signala. Na primjer, zamislite dva prilično duga ravnala koja leže u istoj ravni, od kojih se jedan nalazi vodoravno, a drugi ga siječe pod malim uglom. Ako se prva linija pomjeri naniže (u smjeru označenom strelicom) velikom brzinom, može se učiniti da tačka presjeka linija teče proizvoljno brzo, ali ova tačka nije materijalno tijelo. Drugi primjer: ako uzmete baterijsku lampu (ili, recimo, laser koji daje uski snop) i brzo opišete luk u zraku, tada će se linearna brzina svjetlosne mrlje povećavati s udaljenosti i, na dovoljno velikoj udaljenosti, će premašiti c. Svjetlosna tačka će se kretati između tačaka A i B superluminalnom brzinom, ali to neće biti prijenos signala od A do B, jer takva svjetlosna tačka ne nosi nikakvu informaciju o tački A.

Čini se da je pitanje superluminalnih brzina riješeno. No, 60-ih godina dvadesetog stoljeća, teoretski fizičari iznijeli su hipotezu o postojanju superluminalnih čestica, nazvanih tahioni. To su vrlo čudne čestice: teoretski su moguće, ali da bi se izbjegle kontradikcije s teorijom relativnosti, morala im se dodijeliti zamišljena masa mirovanja. Fizički imaginarna masa ne postoji, to je čisto matematička apstrakcija. Međutim, to nije izazvalo veliku zabrinutost, jer tahioni ne mogu mirovati - oni postoje (ako postoje!) samo pri brzinama koje prelaze brzinu svjetlosti u vakuumu, a u ovom slučaju masa tahiona se ispostavlja stvarnom. Ovdje postoji neka analogija s fotonima: foton ima nultu masu mirovanja, ali to jednostavno znači da foton ne može mirovati – svjetlost se ne može zaustaviti.

Najteže je bilo, očekivano, pomiriti hipotezu tahiona sa zakonom kauzalnosti. Pokušaji u tom pravcu, iako su bili prilično genijalni, nisu doveli do očiglednog uspjeha. Nitko nije uspio eksperimentalno registrirati tahione. Kao rezultat toga, interesovanje za tahione kao superluminalne elementarne čestice postepeno je nestalo.

Međutim, 60-ih godina eksperimentalno je otkriven fenomen koji je fizičare isprva doveo u zabunu. Ovo je detaljno opisano u članku A. N. Oraevskog "Superluminalni talasi u medijima za pojačavanje" (UFN br. 12, 1998). Ovdje ukratko sumiramo suštinu stvari, upućujući čitatelja zainteresiranog za pojedinosti na navedeni članak.

Ubrzo nakon otkrića lasera - početkom 1960-ih - pojavio se problem dobijanja kratkih (trajanja reda 1 ns = 10-9 s) svjetlosnih impulsa velike snage. Da bi se to postiglo, kratki laserski impuls je prošao kroz optičko kvantno pojačalo. Impuls je razdvojen ogledalom koje cijepa snop na dva dijela. Jedan od njih, snažniji, poslat je u pojačalo, a drugi se širio u zraku i služio je kao referentni impuls, s kojim je bilo moguće uporediti impuls koji je prošao kroz pojačalo. Oba impulsa su dovedena do fotodetektora, a njihovi izlazni signali su se mogli vizuelno posmatrati na ekranu osciloskopa. Očekivalo se da će svjetlosni impuls koji prolazi kroz pojačalo doživjeti određeno kašnjenje u odnosu na referentni impuls, odnosno da će brzina prostiranja svjetlosti u pojačalu biti manja nego u zraku. Kakvo je bilo čuđenje istraživača kada su otkrili da se puls širi kroz pojačalo brzinom ne samo većom nego u zraku, već i nekoliko puta većom od brzine svjetlosti u vakuumu!

Nakon što su se oporavili od prvog šoka, fizičari su počeli tražiti razlog za tako neočekivani rezultat. Niko nije imao ni najmanje sumnje u principe specijalne teorije relativnosti, a upravo je to pomoglo da se nađe ispravno objašnjenje: ako su principi SRT-a sačuvani, onda odgovor treba tražiti u svojstvima medija za pojačavanje. .

Ne ulazeći ovdje u detalje, samo ističemo da je detaljna analiza mehanizma djelovanja medija za pojačavanje u potpunosti razjasnila situaciju. Poenta je bila u promeni koncentracije fotona tokom širenja impulsa – promena usled promene pojačanja medija do negativne vrednosti tokom prolaska zadnjeg dela impulsa, kada je medij već apsorbuje energiju, jer je sopstvena rezerva već potrošena zbog njenog prenosa na svetlosni puls. Apsorpcija ne uzrokuje povećanje, već smanjenje impulsa, pa se impuls u prednjem dijelu pojačava, a u stražnjem dijelu slabi. Zamislimo da puls posmatramo uz pomoć instrumenta koji se kreće brzinom svjetlosti u mediju pojačala. Da je medij providan, vidjeli bismo impuls zamrznut u nepokretnosti. U mediju u kojem se odvija gore pomenuti proces, jačanje prednje ivice i slabljenje zadnje ivice pulsa će se posmatraču pojaviti na način da je medij, takoreći, pomerio puls napred. . Ali pošto se uređaj (posmatrač) kreće brzinom svjetlosti, a impuls ga sustigne, tada brzina impulsa prelazi brzinu svjetlosti! Eksperimentatori su registrovali ovaj efekat. I tu zaista nema kontradiktornosti s teorijom relativnosti: samo je proces pojačanja takav da se koncentracija fotona koji su izašli ranije ispostavila da je veća od onih koji su izašli kasnije. Ne kreću se fotoni superluminalnom brzinom, već omotač impulsa, posebno njegov maksimum, koji se opaža na osciloskopu.

Dakle, dok u običnim medijima uvijek dolazi do slabljenja svjetlosti i smanjenja njene brzine, određene indeksom prelamanja, u aktivnim laserskim medijima se ne opaža samo pojačavanje svjetlosti, već i širenje impulsa superluminalnom brzinom.

Neki fizičari su pokušali eksperimentalno dokazati prisustvo superluminalnog kretanja u efektu tunela, jednom od najnevjerovatnijih fenomena u kvantnoj mehanici. Ovaj efekat se sastoji u tome što je mikročestica (tačnije, mikroobjekt koji ispoljava i svojstva čestice i svojstva vala pod različitim uslovima) u stanju da probije takozvanu potencijalnu barijeru - fenomen koji je potpuno nemoguć. u klasičnoj mehanici (u kojoj bi takva situacija bila analogna: lopta bačena na zid završila bi na drugoj strani zida, ili bi se valovito gibanje preneseno užetu vezanom za zid prenijelo na uže zavezano za zid). zid sa druge strane). Suština efekta tunela u kvantnoj mehanici je sljedeća. Ako mikro-objekt sa određenom energijom na svom putu naiđe na područje čija je potencijalna energija veća od energije mikro-objekta, to područje je za njega barijera, čija je visina određena energetskom razlikom. Ali mikro-objekat "cure" kroz barijeru! Ovu mogućnost mu daje poznata Heisenbergova relacija neizvjesnosti, napisana za energiju i vrijeme interakcije. Ako se interakcija mikroobjekta s barijerom dogodi na dovoljno određeno vrijeme, tada će energija mikroobjekta, naprotiv, biti okarakterisana nesigurnošću, a ako je ta nesigurnost reda visine barijere, onda potonja prestaje biti nepremostiva prepreka za mikroobjekat. Upravo je stopa prodiranja kroz potencijalnu barijeru postala predmet istraživanja brojnih fizičara, koji smatraju da može premašiti c.

U junu 1998. godine u Kelnu je održan međunarodni simpozijum o problemima superluminalnih kretanja, na kojem su razmatrani rezultati dobijeni u četiri laboratorije - u Berkliju, Beču, Kelnu i Firenci.

I konačno, 2000. godine, prijavljena su dva nova eksperimenta u kojima su se pojavili efekti superluminalnog širenja. Jednu od njih izveli su Lijun Wong sa saradnicima na istraživačkom institutu u Princetonu (SAD). Njegov rezultat je da svjetlosni impuls koji ulazi u komoru ispunjenu parama cezijuma povećava svoju brzinu za faktor od 300. Pokazalo se da glavni dio pulsa napušta udaljeni zid komore čak i prije nego što puls uđe u komoru kroz prednji zid. Takva situacija je u suprotnosti ne samo sa zdravim razumom, već, u suštini, i sa teorijom relativnosti.

Izveštaj L. Wonga izazvao je intenzivnu diskusiju među fizičarima, od kojih većina nije sklona da u dobijenim rezultatima vidi kršenje principa relativnosti. Izazov je, vjeruju oni, ispravno objasniti ovaj eksperiment.

U eksperimentu L. Wonga, svjetlosni impuls koji je ušao u komoru s parama cezijuma imao je trajanje oko 3 μs. Atomi cezijuma mogu biti u šesnaest mogućih kvantnih mehaničkih stanja, nazvanih "hiperfini magnetni podnivoi osnovnog stanja". Koristeći optičko lasersko pumpanje, skoro svi atomi su dovedeni u samo jedno od ovih šesnaest stanja, što odgovara skoro apsolutnoj nulti temperaturi na Kelvinovoj skali (-273,15°C). Dužina cezijumske komore bila je 6 centimetara. U vakuumu, svjetlost putuje 6 centimetara za 0,2 ns. Kako su mjerenja pokazala, svjetlosni impuls je prošao kroz komoru sa cezijem za vrijeme 62 ns kraće nego u vakuumu. Drugim riječima, vrijeme prolaska impulsa kroz cezijumski medij ima predznak "minus"! Zaista, ako oduzmemo 62 ns od 0,2 ns, dobićemo "negativno" vrijeme. Ovo "negativno kašnjenje" u mediju - neshvatljiv vremenski skok - jednako je vremenu tokom kojeg bi impuls napravio 310 da prođe kroz komoru u vakuumu. Posljedica ovog "preokretanja vremena" bila je da se impuls koji je napustio komoru uspio odmaknuti od nje za 19 metara prije nego što je dolazni impuls stigao do bliske stijenke komore. Kako se može objasniti tako nevjerovatna situacija (osim ako, naravno, nema sumnje u čistoću eksperimenta)?

Sudeći po raspravi koja se otvorila, tačno objašnjenje još nije pronađeno, ali nema sumnje da neobične disperzione osobine medija ovdje igraju ulogu: cezijeva para, koja se sastoji od atoma pobuđenih laserskom svjetlošću, je medij sa anomalna disperzija. Da se ukratko podsetimo šta je to.

Disperzija supstance je zavisnost faznog (uobičajenog) indeksa prelamanja n o talasnoj dužini svetlosti l. Kod normalne disperzije indeks loma raste sa smanjenjem talasne dužine, a to je slučaj u staklu, vodi, vazduhu i svim drugim supstancama prozirnim za svetlost. U tvarima koje snažno apsorbiraju svjetlost, tok indeksa loma se obrće s promjenom valne dužine i postaje mnogo strmiji: sa smanjenjem l (povećanje frekvencije w), indeks loma naglo opada i u određenom rasponu valnih dužina postaje manji. nego jedinica (fazna brzina Vf > s). Ovo je anomalna disperzija, u kojoj se obrazac širenja svjetlosti u tvari radikalno mijenja. Grupna brzina Vgr postaje veća od fazne brzine talasa i može premašiti brzinu svetlosti u vakuumu (i takođe postati negativna). L. Wong na ovu okolnost ukazuje kao na razlog za mogućnost objašnjenja rezultata njegovog eksperimenta. Međutim, treba napomenuti da je uslov Vgr > c čisto formalan, jer je koncept grupne brzine uveden za slučaj male (normalne) disperzije, za prozirne medije, kada grupa talasa gotovo ne menja svoj oblik tokom propagacija. U područjima anomalne disperzije, međutim, svjetlosni puls se brzo deformiše i koncept grupne brzine gubi svoje značenje; u ovom slučaju se uvode koncepti brzine signala i brzine širenja energije, koje se u prozirnim medijima poklapaju sa grupnom brzinom, dok u medijima sa apsorpcijom ostaju manje od brzine svjetlosti u vakuumu. Ali evo što je zanimljivo u Wongovom eksperimentu: svjetlosni impuls, prolazeći kroz medij s anomalnom disperzijom, ne deformiše se – zadržava svoj oblik tačno! A to odgovara pretpostavci da se impuls širi grupnom brzinom. Ali ako je tako, onda se ispostavlja da u mediju nema apsorpcije, iako je anomalna disperzija medija posljedica upravo apsorpcije! Sam Wong, uviđajući da mnogo toga ostaje nejasno, vjeruje da se ono što se događa u njegovoj eksperimentalnoj postavci može jasno objasniti kao prva aproksimacija na sljedeći način.

Svjetlosni impuls se sastoji od mnogo komponenti s različitim talasnim dužinama (frekvencijama). Na slici su prikazane tri od ovih komponenti (talasi 1-3). U nekom trenutku, sva tri talasa su u fazi (njihovi maksimumi se poklapaju); ovdje se oni, zbrajajući, međusobno pojačavaju i formiraju impuls. Kako se talasi dalje šire u svemiru, oni su van faze i tako se "gase" jedni druge.

U području anomalne disperzije (unutar ćelije cezijuma), talas koji je bio kraći (talas 1) postaje duži. Nasuprot tome, talas koji je bio najduži od tri (talas 3) postaje najkraći.

Shodno tome, faze talasa se takođe menjaju u skladu sa tim. Kada talasi prođu kroz cezijum ćeliju, njihovi talasni frontovi se obnavljaju. Nakon što su prošli neuobičajenu faznu modulaciju u supstanci sa anomalnom disperzijom, tri razmatrana talasa se ponovo nađu u fazi u nekom trenutku. Ovdje se ponovo zbrajaju i formiraju puls potpuno istog oblika kao onaj koji ulazi u medij cezija.

Tipično u zraku, i zaista u bilo kojem normalno disperzivnom prozirnom mediju, svjetlosni impuls ne može precizno održati svoj oblik kada se širi na udaljenoj udaljenosti, to jest, sve njegove komponente ne mogu biti u fazi u bilo kojoj udaljenoj tački duž putanje širenja. A u normalnim uslovima, svetlosni puls na tako udaljenoj tački se pojavljuje nakon nekog vremena. Međutim, zbog anomalnih svojstava medija korištenog u eksperimentu, pokazalo se da je puls na udaljenoj tački faziran na isti način kao pri ulasku u ovaj medij. Dakle, svjetlosni puls se ponaša kao da ima negativno vremensko kašnjenje na putu do udaljene tačke, odnosno da bi do njega stigao ne kasnije, već ranije nego što je prošao medij!

Većina fizičara sklona je povezivanju ovog rezultata s pojavom prekursora niskog intenziteta u disperzivnom mediju komore. Činjenica je da u spektralnoj dekompoziciji impulsa, spektar sadrži komponente proizvoljno visokih frekvencija sa zanemarljivom amplitudom, takozvani prekursor, koji ide ispred "glavnog dijela" impulsa. Priroda uspostavljanja i oblik prekursora zavise od zakona disperzije u mediju. Imajući ovo na umu, predlaže se da se slijed događaja u Wongovom eksperimentu tumači na sljedeći način. Nadolazeći talas, "razvlačeći" predznaku ispred sebe, približava se kameri. Prije nego što vrh nadolazećeg vala udari u bliži zid komore, prekursor inicira pojavu impulsa u komori, koji dopire do udaljenog zida i odbija se od njega, formirajući "obrnuti talas". Ovaj val, koji se širi 300 puta brže od c, doseže bliži zid i susreće se s nadolazećim valom. Vrhovi jednog talasa susreću se sa padovima drugog tako da se međusobno poništavaju i ništa ne ostaje. Ispostavilo se da nadolazeći talas "vraća dug" atomima cezijuma, koji su mu "pozajmili" energiju na drugom kraju komore. Svako ko je posmatrao samo početak i kraj eksperimenta video bi samo puls svetlosti koji je "skočio" unapred u vremenu, krećući se brže od c.

L. Wong smatra da njegov eksperiment nije u skladu s teorijom relativnosti. Konstatacija o nedostižnosti superluminalne brzine, smatra on, primjenjiva je samo na objekte s masom mirovanja. Svjetlost se može predstaviti ili u obliku valova, na koje je koncept mase općenito neprimjenjiv, ili u obliku fotona s masom mirovanja, kao što je poznato, jednakom nuli. Stoga, prema Wongu, brzina svjetlosti u vakuumu nije granica. Međutim, Wong priznaje da efekat koji je otkrio onemogućava prenošenje informacija brže od c.

„Ovde informacije su već sadržane u prednjoj ivici impulsa“, kaže P. Miloni, fizičar iz Nacionalne laboratorije Los Alamosa u Sjedinjenim Državama.

Većina fizičara vjeruje da novi rad ne zadaje snažan udarac temeljnim principima. Ali ne vjeruju svi fizičari da je problem riješen. Profesor A. Ranfagni, iz italijanskog istraživačkog tima koji je izveo još jedan zanimljiv eksperiment 2000. godine, kaže da je pitanje još uvijek otvoreno. Ovaj eksperiment, koji su izveli Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni i Rocco Ruggeri, otkrio je da se radiotalasi centimetarskog talasa šire u normalnom zraku brzinom 25% bržom od c.

Sumirajući, možemo reći sljedeće.

Radovi poslednjih godina pokazuju da pod određenim uslovima superluminalna brzina zaista može da se desi. Ali šta se zapravo kreće superluminalnom brzinom? Teorija relativnosti, kao što je već spomenuto, zabranjuje takvu brzinu za materijalna tijela i za signale koji prenose informaciju. Ipak, neki istraživači su vrlo uporni u svojim pokušajima da pokažu savladavanje svjetlosne barijere posebno za signale. Razlog tome leži u činjenici da u specijalnoj teoriji relativnosti ne postoji rigorozno matematičko opravdanje (zasnovano, recimo, na Maxwellovim jednadžbama za elektromagnetno polje) za nemogućnost prijenosa signala brzinom većom od c. Takva nemogućnost u SRT-u utvrđena je, moglo bi se reći, čisto aritmetički, na osnovu Ajnštajnove formule za sabiranje brzina, ali to u osnovi potvrđuje princip kauzalnosti. Sam Ajnštajn je, razmatrajući pitanje superluminalnog prenosa signala, napisao da u ovom slučaju "... primorani smo da smatramo mogućim mehanizam prenosa signala, pri čijoj upotrebi postignuta akcija prethodi uzroku. Ali, iako je to rezultat čisto logičnog gledište ne sadrži u sebi, po mom mišljenju, nikakve kontradiktornosti, ono je ipak u suprotnosti sa karakterom cjelokupnog našeg iskustva u tolikoj mjeri da se čini da je nemogućnost pretpostavke V > c dovoljno dokazana. Princip uzročnosti je kamen temeljac koji leži u osnovi nemogućnosti superluminalne signalizacije. I, po svemu sudeći, sve potrage za superluminalnim signalima, bez izuzetka, će naletjeti na ovaj kamen, ma koliko eksperimentatori željeli da otkriju takve signale, jer takva je priroda našeg svijeta.

Ali ipak, zamislimo da će matematika relativnosti i dalje raditi pri superluminalnim brzinama. To znači da teoretski još uvijek možemo saznati šta bi se dogodilo kada bi tijelo premašilo brzinu svjetlosti.

Zamislite dva svemirska broda koji se kreću sa Zemlje prema zvijezdi koja je 100 svjetlosnih godina udaljena od naše planete. Prvi brod napušta Zemlju brzinom od 50% brzine svjetlosti, tako da će trebati 200 godina da završi putovanje. Drugi brod, opremljen hipotetičkim warp pogonom, krenut će 200% brzinom svjetlosti, ali 100 godina nakon prvog. Šta će se desiti?

Prema teoriji relativnosti, tačan odgovor u velikoj mjeri zavisi od perspektive posmatrača. Sa Zemlje će se činiti da je prvi brod već prešao znatnu udaljenost prije nego što ga je pretekao drugi brod, koji se kreće četiri puta brže. Ali sa stanovišta ljudi na prvom brodu, sve je malo drugačije.

Brod #2 se kreće brže od svjetlosti, što znači da može nadmašiti čak i svjetlost koju emituje. To dovodi do svojevrsnog "svjetlosnog vala" (analogno zvuku, ovdje vibriraju samo svjetlosni valovi umjesto vibracija zraka), što dovodi do nekoliko zanimljivih efekata. Podsjetimo da se svjetlost s broda #2 kreće sporije od samog broda. Rezultat će biti vizuelno udvostručenje. Drugim riječima, prvo će posada broda broj 1 vidjeti da se drugi brod pojavio pored njih kao niotkuda. Tada će svjetlo sa drugog broda stizati do prvog broda sa malim zakašnjenjem, a rezultat će biti vidljiva kopija koja će se kretati u istom smjeru sa malim zakašnjenjem.

Nešto slično se može vidjeti u kompjuterskim igricama kada, kao rezultat kvara sistema, motor učitava model i njegove algoritme na krajnjoj tački pokreta brže nego što se sama animacija pokreta završava, tako da dolazi do višestrukih snimaka. To je vjerovatno razlog zašto naša svijest ne percipira onaj hipotetički aspekt Univerzuma u kojem se tijela kreću superluminalnom brzinom - možda je to i najbolje.

P.S. ... ali u posljednjem primjeru nešto nisam razumio, zašto je stvarna pozicija broda povezana sa "svjetlošću koju emituje"? Pa, iako će ga vidjeti nekako na pogrešnom mjestu, ali u stvarnosti će prestići prvi brod!

izvori

Doktor tehničkih nauka A. GOLUBEV.

Sredinom prošle godine u časopisima se pojavila senzacionalna reportaža. Grupa američkih istraživača otkrila je da vrlo kratak laserski puls putuje stotine puta brže u posebno odabranom mediju nego u vakuumu. Ovaj fenomen se činio potpuno nevjerovatnim (brzina svjetlosti u mediju je uvijek manja nego u vakuumu) i čak je doveo do sumnje u valjanost specijalne teorije relativnosti. U međuvremenu, superluminalni fizički objekt - laserski impuls u mediju za pojačavanje - prvi put je otkriven ne 2000. godine, već 35 godina ranije, 1965. godine, a mogućnost superluminalnog kretanja naširoko se raspravljalo sve do ranih 70-ih. Danas se rasprava oko ovog čudnog fenomena razbuktala s novom snagom.

Primjeri "superluminalnog" kretanja.

Početkom 1960-ih, kratki svetlosni impulsi velike snage počeli su da se dobijaju prolaskom laserskog bljeska kroz kvantni pojačavač (medij sa inverznom populacijom).

U mediju za pojačavanje, početno područje svjetlosnog impulsa uzrokuje stimuliranu emisiju atoma u mediju pojačala, a njegovo krajnje područje uzrokuje njihovu apsorpciju energije. Kao rezultat toga, posmatraču će se činiti da se puls kreće brže od svjetlosti.

Lijun Wong eksperiment.

Snop svjetlosti koji prolazi kroz prizmu prozirnog materijala (kao što je staklo) se lomi, odnosno doživljava disperziju.

Svjetlosni puls je skup oscilacija različitih frekvencija.

Vjerojatno svi - čak i ljudi daleko od fizike - znaju da je najveća moguća brzina kretanja materijalnih objekata ili širenja bilo kojeg signala brzina svjetlosti u vakuumu. Označeno je slovom sa i iznosi skoro 300 hiljada kilometara u sekundi; tačna vrijednost sa= 299 792 458 m/s. Brzina svjetlosti u vakuumu jedna je od osnovnih fizičkih konstanti. Nemogućnost postizanja prekoračenja brzina sa, slijedi iz Ajnštajnove specijalne teorije relativnosti (SRT). Kada bi bilo moguće dokazati da je prijenos signala superluminalnom brzinom moguć, teorija relativnosti bi pala. Do sada se to nije dogodilo, uprkos brojnim pokušajima da se opovrgne zabrana postojanja brzina većih od sa. Međutim, nedavne eksperimentalne studije otkrile su neke vrlo zanimljive pojave, koje ukazuju da je u posebno stvorenim uslovima moguće posmatrati superluminalne brzine bez kršenja principa teorije relativnosti.

Za početak, prisjetimo se glavnih aspekata koji se odnose na problem brzine svjetlosti. Pre svega: zašto je nemoguće (u normalnim uslovima) prekoračiti ograničenje svetlosti? Jer tada se krši osnovni zakon našeg svijeta – zakon uzročnosti, prema kojem posljedica ne može nadmašiti uzrok. Niko nikada nije primetio da je, na primer, medved prvo pao mrtav, a onda lovac pucao. Pri većim brzinama sa, redoslijed događaja postaje obrnut, vremenska traka se premotava. To se može lako vidjeti iz sljedećeg jednostavnog rezonovanja.

Iako ovaj argument potpuno zanemaruje tehničke detalje procesa promatranja svjetlosti, sa fundamentalne tačke gledišta, jasno pokazuje da kretanje superluminalnom brzinom dovodi do situacije koja je nemoguća u našem svijetu. Međutim, priroda je postavila još strože uslove: kretanje je nedostižno ne samo pri superluminalnoj brzini, već i brzinom jednakoj brzini svjetlosti - možete mu samo prići. Iz teorije relativnosti proizlazi da s povećanjem brzine kretanja nastaju tri okolnosti: povećava se masa objekta koji se kreće, njegova veličina se smanjuje u smjeru kretanja, a protok vremena na ovom objektu usporava (od tačka gledišta spoljašnjeg posmatrača koji „odmara“). Pri običnim brzinama te promjene su zanemarljive, ali kako se približavamo brzini svjetlosti, one postaju sve uočljivije, a u granici - pri brzini jednakoj sa, - masa postaje beskonačno velika, objekt potpuno gubi svoju veličinu u smjeru kretanja i vrijeme se na njemu zaustavlja. Stoga, nijedno materijalno tijelo ne može dostići brzinu svjetlosti. Samo sama svjetlost ima takvu brzinu! (A takođe i čestica „sve prožimajuća“ – neutrino, koja se, kao i foton, ne može kretati brzinom manjom od sa.)

Sada o brzini prijenosa signala. Ovdje je prikladno koristiti prikaz svjetlosti u obliku elektromagnetnih valova. Šta je signal? Ovo su neke informacije koje treba prenijeti. Idealan elektromagnetski val je beskonačna sinusoida striktno jedne frekvencije i ne može nositi nikakvu informaciju, jer svaki period takve sinusoide tačno ponavlja prethodni. Brzina kojom se kreće faza sinusnog vala - takozvana fazna brzina - može premašiti brzinu svjetlosti u vakuumu pod određenim uvjetima. Ovdje nema ograničenja, jer fazna brzina nije brzina signala - ona još ne postoji. Da biste stvorili signal, morate napraviti neku vrstu "oznake" na valu. Takva oznaka može biti, na primjer, promjena bilo kojeg parametra vala - amplitude, frekvencije ili početne faze. Ali čim se napravi oznaka, val gubi svoju sinusoidnost. Postaje moduliran, koji se sastoji od skupa jednostavnih sinusoidnih talasa sa različitim amplitudama, frekvencijama i početnim fazama - grupa talasa. Brzina kretanja oznake u moduliranom valu je brzina signala. Kada se širi u medijumu, ova brzina se obično poklapa sa grupnom brzinom koja karakteriše širenje gornje grupe talasa u celini (videti "Nauka i život" br. 2, 2000). U normalnim uslovima, grupna brzina, a time i brzina signala, manja je od brzine svetlosti u vakuumu. Nije slučajno što se ovdje koristi izraz "pod normalnim uvjetima", jer u nekim slučajevima grupna brzina može i premašiti sa ili čak gube značenje, ali onda se to ne odnosi na širenje signala. U SRT je utvrđeno da je nemoguće prenijeti signal brzinom većom od sa.

Zašto je tako? Budući da je prepreka prijenosu bilo kojeg signala pri brzini većoj od sa važi isti zakon uzročnosti. Zamislimo takvu situaciju. U nekom trenutku A svjetlosni bljesak (događaj 1) uključuje uređaj koji šalje određeni radio signal, a u udaljenoj tački B pod djelovanjem ovog radio signala dolazi do eksplozije (događaj 2). Jasno je da je događaj 1 (bljesak) uzrok, a događaj 2 (eksplozija) je posljedica koja se javlja kasnije od uzroka. Ali ako bi se radio signal širio superluminalnom brzinom, posmatrač blizu tačke B bi prvo video eksploziju, a tek onda - koja je do njega stigla brzinom sa bljesak svjetlosti, uzrok eksplozije. Drugim riječima, za ovog posmatrača bi se događaj 2 dogodio prije događaja 1, odnosno, posljedica bi prethodila uzroku.

Prikladno je naglasiti da se "superluminalna zabrana" teorije relativnosti nameće samo kretanju materijalnih tijela i prijenosu signala. U mnogim situacijama moguće je kretanje bilo kojom brzinom, ali to će biti kretanje nematerijalnih objekata i signala. Na primjer, zamislite dva prilično duga ravnala koja leže u istoj ravni, od kojih se jedan nalazi vodoravno, a drugi ga siječe pod malim uglom. Ako se prva linija pomjeri naniže (u smjeru označenom strelicom) velikom brzinom, može se učiniti da tačka presjeka linija teče proizvoljno brzo, ali ova tačka nije materijalno tijelo. Drugi primjer: ako uzmete baterijsku lampu (ili, recimo, laser koji daje uski snop) i brzo opišete luk u zraku, tada će se linearna brzina svjetlosne mrlje povećavati s udaljenosti i, na dovoljno velikoj udaljenosti, će premašiti sa. Svjetlosna tačka će se kretati između tačaka A i B superluminalnom brzinom, ali to neće biti prijenos signala od A do B, jer takva svjetlosna tačka ne nosi nikakvu informaciju o tački A.

Ubrzo nakon otkrića lasera, početkom 1960-ih, pojavio se problem dobijanja kratkih (trajanjem reda od 1 ns = 10 -9 s) svjetlosnih impulsa velike snage. Da bi se to postiglo, kratki laserski impuls je prošao kroz optičko kvantno pojačalo. Impuls je razdvojen ogledalom koje cijepa snop na dva dijela. Jedan od njih, snažniji, poslat je u pojačalo, a drugi se širio u zraku i služio je kao referentni impuls, s kojim je bilo moguće uporediti impuls koji je prošao kroz pojačalo. Oba impulsa su dovedena do fotodetektora, a njihovi izlazni signali su se mogli vizuelno posmatrati na ekranu osciloskopa. Očekivalo se da će svjetlosni impuls koji prolazi kroz pojačalo doživjeti određeno kašnjenje u odnosu na referentni impuls, odnosno da će brzina prostiranja svjetlosti u pojačalu biti manja nego u zraku. Kakvo je bilo čuđenje istraživača kada su otkrili da se puls širi kroz pojačalo brzinom ne samo većom nego u zraku, već i nekoliko puta većom od brzine svjetlosti u vakuumu!

U eksperimentu L. Wonga, svjetlosni impuls koji je ušao u komoru s parama cezijuma imao je trajanje oko 3 μs. Atomi cezijuma mogu biti u šesnaest mogućih kvantnih mehaničkih stanja, nazvanih "hiperfini magnetni podnivoi osnovnog stanja". Uz pomoć optičkog laserskog pumpanja, skoro svi atomi su dovedeni u samo jedno od ovih šesnaest stanja, što odgovara skoro apsolutnoj nulti temperaturi na Kelvinovoj skali (-273,15 o C). Dužina cezijumske komore bila je 6 centimetara. U vakuumu, svjetlost putuje 6 centimetara za 0,2 ns. Kako su mjerenja pokazala, svjetlosni impuls je prošao kroz komoru sa cezijem za vrijeme 62 ns kraće nego u vakuumu. Drugim riječima, vrijeme prolaska impulsa kroz cezijumski medij ima predznak "minus"! Zaista, ako oduzmemo 62 ns od 0,2 ns, dobićemo "negativno" vrijeme. Ovo "negativno kašnjenje" u mediju - neshvatljiv vremenski skok - jednako je vremenu tokom kojeg bi impuls napravio 310 da prođe kroz komoru u vakuumu. Posljedica ovog "preokretanja vremena" bila je da se impuls koji je napustio komoru uspio odmaknuti od nje za 19 metara prije nego što je dolazni impuls stigao do bliske stijenke komore. Kako se može objasniti tako nevjerovatna situacija (osim ako, naravno, nema sumnje u čistoću eksperimenta)?

Disperzija supstance je zavisnost faznog (običnog) indeksa prelamanja n na talasnoj dužini svetlosti l. Kod normalne disperzije indeks loma raste sa smanjenjem talasne dužine, a to je slučaj u staklu, vodi, vazduhu i svim drugim supstancama prozirnim za svetlost. U tvarima koje snažno apsorbiraju svjetlost, tok indeksa loma se obrće s promjenom valne dužine i postaje mnogo strmiji: sa smanjenjem l (povećanje frekvencije w), indeks loma naglo opada i u određenom rasponu valnih dužina postaje manji. nego jedinica (fazna brzina V f > sa). Ovo je anomalna disperzija, u kojoj se obrazac širenja svjetlosti u tvari radikalno mijenja. grupna brzina V cp postaje veći od fazne brzine talasa i može premašiti brzinu svetlosti u vakuumu (i takođe postati negativan). L. Wong na ovu okolnost ukazuje kao na razlog za mogućnost objašnjenja rezultata njegovog eksperimenta. Međutim, treba napomenuti da stanje V gr > sa je čisto formalno, jer je koncept grupne brzine uveden za slučaj male (normalne) disperzije, za prozirne medije, kada grupa talasa skoro ne menja svoj oblik tokom širenja. U područjima anomalne disperzije, međutim, svjetlosni puls se brzo deformiše i koncept grupne brzine gubi svoje značenje; u ovom slučaju se uvode koncepti brzine signala i brzine širenja energije, koje se u prozirnim medijima poklapaju sa grupnom brzinom, dok u medijima sa apsorpcijom ostaju manje od brzine svjetlosti u vakuumu. Ali evo što je zanimljivo u Wongovom eksperimentu: svjetlosni impuls, prolazeći kroz medij s anomalnom disperzijom, ne deformiše se – zadržava svoj oblik tačno! A to odgovara pretpostavci da se impuls širi grupnom brzinom. Ali ako je tako, onda se ispostavlja da u mediju nema apsorpcije, iako je anomalna disperzija medija posljedica upravo apsorpcije! Sam Wong, uviđajući da mnogo toga ostaje nejasno, vjeruje da se ono što se događa u njegovoj eksperimentalnoj postavci može jasno objasniti kao prva aproksimacija na sljedeći način.

U području anomalne disperzije (unutar ćelije cezijuma), talas koji je bio kraći (talas 1) postaje duži. Nasuprot tome, talas koji je bio najduži od tri (talas 3) postaje najkraći.

Većina fizičara sklona je povezivanju ovog rezultata s pojavom prekursora niskog intenziteta u disperzivnom mediju komore. Činjenica je da u spektralnoj dekompoziciji impulsa, spektar sadrži komponente proizvoljno visokih frekvencija sa zanemarljivom amplitudom, takozvani prekursor, koji ide ispred "glavnog dijela" impulsa. Priroda uspostavljanja i oblik prekursora zavise od zakona disperzije u mediju. Imajući ovo na umu, predlaže se da se slijed događaja u Wongovom eksperimentu tumači na sljedeći način. Nadolazeći talas, "razvlačeći" predznaku ispred sebe, približava se kameri. Prije nego što vrh nadolazećeg vala udari u bliži zid komore, prekursor inicira pojavu impulsa u komori, koji dopire do udaljenog zida i odbija se od njega, formirajući "obrnuti talas". Ovaj talas, koji se širi 300 puta brže sa, dostiže bliži zid i susreće se sa nadolazećim talasom. Vrhovi jednog talasa susreću se sa padovima drugog tako da se međusobno poništavaju i ništa ne ostaje. Ispostavilo se da nadolazeći talas "vraća dug" atomima cezijuma, koji su mu "pozajmili" energiju na drugom kraju komore. Neko ko je posmatrao samo početak i kraj eksperimenta video bi samo puls svetlosti koji je "skočio" unapred u vremenu, krećući se brže sa.

L. Wong smatra da njegov eksperiment nije u skladu s teorijom relativnosti. Konstatacija o nedostižnosti superluminalne brzine, smatra on, primjenjiva je samo na objekte s masom mirovanja. Svjetlost se može predstaviti ili u obliku valova, na koje je koncept mase općenito neprimjenjiv, ili u obliku fotona s masom mirovanja, kao što je poznato, jednakom nuli. Stoga, prema Wongu, brzina svjetlosti u vakuumu nije granica. Ipak, Wong priznaje da efekat koji je otkrio ne omogućava prijenos informacija brzinom većom od sa.

„Ovde informacije su već sadržane u prednjoj ivici impulsa“, kaže P. Miloni, fizičar iz Nacionalne laboratorije Los Alamosa u Sjedinjenim Državama.

Većina fizičara vjeruje da novi rad ne zadaje snažan udarac temeljnim principima. Ali ne vjeruju svi fizičari da je problem riješen. Profesor A. Ranfagni, iz italijanskog istraživačkog tima koji je izveo još jedan zanimljiv eksperiment 2000. godine, kaže da je pitanje još uvijek otvoreno. Ovaj eksperiment, koji su izveli Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni i Rocco Ruggeri, otkrio je da se radio-talasi centimetarskih talasa šire u običnom vazduhu brzinom većom od sa za 25%.

Sumirajući, možemo reći sljedeće. Radovi poslednjih godina pokazuju da pod određenim uslovima superluminalna brzina zaista može da se desi. Ali šta se zapravo kreće superluminalnom brzinom? Teorija relativnosti, kao što je već spomenuto, zabranjuje takvu brzinu za materijalna tijela i za signale koji prenose informaciju. Ipak, neki istraživači su vrlo uporni u svojim pokušajima da pokažu savladavanje svjetlosne barijere posebno za signale. Razlog tome leži u činjenici da u specijalnoj teoriji relativnosti ne postoji rigorozno matematičko opravdanje (zasnovano, recimo, na Maxwellovim jednadžbama za elektromagnetno polje) za nemogućnost prijenosa signala brzinom većom od sa. Takva nemogućnost u SRT-u utvrđena je, moglo bi se reći, čisto aritmetički, na osnovu Ajnštajnove formule za sabiranje brzina, ali to u osnovi potvrđuje princip kauzalnosti. I sam Ajnštajn je, razmatrajući pitanje superluminalnog prenosa signala, napisao da u ovom slučaju "... primorani smo da smatramo mogućim mehanizam prenosa signala, pri čijoj upotrebi postignuta akcija prethodi uzroku. Ali, iako je to rezultat čisto logičnog gledište ne sadrži u sebi, po mom mišljenju, nikakve kontradiktornosti, ono je ipak u tolikoj suprotnosti s karakterom cjelokupnog našeg iskustva da je nemoguće pretpostaviti V > cČini se da je dovoljno dokazano." Princip kauzalnosti je kamen temeljac koji leži u osnovi nemogućnosti prijenosa superluminalnog signala. I ovaj kamen će, po svemu sudeći, posrnuti sve potrage za superluminalnim signalima, bez izuzetka, ma koliko eksperimentatori željeli da otkriju takve signale jer je to priroda našeg svijeta.

U zaključku, treba naglasiti da se sve navedeno odnosi konkretno na naš svijet, na naš Univerzum. Ovakva rezerva je napravljena jer su se nedavno u astrofizici i kosmologiji pojavile nove hipoteze koje dopuštaju postojanje mnogih svemira skrivenih od nas, povezanih topološkim tunelima - skakačima. Ovo gledište dijeli, na primjer, poznati astrofizičar N. S. Kardashev. Za vanjskog posmatrača, ulazi u ove tunele su obilježeni anomalnim gravitacijskim poljima, sličnim crnim rupama. Kretanja u takvim tunelima, kako sugeriraju autori hipoteza, omogućit će da se zaobiđe ograničenje brzine kretanja koje u običnom prostoru nameće brzina svjetlosti i, posljedično, da se realizuje ideja stvaranja vremenska mašina... stvari. I iako dosad takve hipoteze previše podsjećaju na zaplete iz naučne fantastike, teško da bi trebalo kategorički odbaciti fundamentalnu mogućnost višeelementnog modela strukture materijalnog svijeta. Druga stvar je da će svi ovi drugi Univerzumi, najvjerovatnije, ostati čisto matematičke konstrukcije teoretskih fizičara koji žive u našem Univerzumu i pokušavaju snagom svojih misli pronaći svjetove zatvorene za nas...

Vidite u sobi na istu temu

U (lokalno) inercijskom referentnom okviru sa ishodištem, razmotrite materijalnu tačku koja je na . Nazivamo brzinu ove tačke superluminal u trenutku ako je tačna sljedeća nejednakost:

Style="maksimalna širina: 98%; visina: auto; širina: auto;" src="/pictures/wiki/files/50/21ea15551d469cba11529bd16574e427.png" border="0">

gdje , je brzina svjetlosti u vakuumu, a vrijeme i udaljenost od tačke do mjere se u spomenutom referentnom okviru.

gdje je vektor radijusa u nerotirajućem koordinatnom sistemu, vektor ugaone brzine rotacije koordinatnog sistema. Kao što se može vidjeti iz jednačine, neinercijalni Referentni okvir povezan sa rotirajućim tijelom, udaljeni objekti se mogu kretati na FTL, u smislu da style="max-width: 98%; height: auto; width: auto;" src="/pictures/wiki/files/54/6fa9a2d9089db2f154c5c90051ce210b.png" border="0">. Ovo nije u suprotnosti sa onim što je rečeno u uvodu, budući da . Na primjer, za koordinatni sistem povezan sa glavom osobe na Zemlji, koordinatna brzina kretanja Mjeseca sa normalnim okretanjem glave bit će veća od brzine svjetlosti u vakuumu. U ovom sistemu, kada se okrene za kratko vreme, Mesec će opisati luk poluprečnika koji je približno jednak rastojanju između početka koordinatnog sistema (glave) i Meseca.

Fazna brzina

Fazna brzina duž pravca koji je odstupio od valnog vektora za ugao α. Razmatra se monohromatski ravni talas.

Truba Krasnikov

Kvantna mehanika

Princip nesigurnosti u kvantnoj teoriji

U kvantnoj fizici stanja čestica opisuju se Hilbertovim vektorima prostora, koji određuju samo vjerovatnoću dobijanja određenih vrijednosti fizičkih veličina tokom mjerenja (u skladu s principom kvantne nesigurnosti). Najpoznatiji prikaz ovih vektora su valne funkcije, čiji kvadrat modula određuje gustoću vjerovatnoće pronalaska čestice na datoj lokaciji. Ispostavilo se da se ta gustoća može kretati brže od brzine svjetlosti (na primjer, kada se rješava problem prolaska čestice kroz energetsku barijeru). U ovom slučaju, efekat prekoračenja brzine svjetlosti se opaža samo na kratkim udaljenostima. Richard Feynman je to u svojim predavanjima izrazio na sljedeći način:

... za elektromagnetno zračenje, takođe postoji [ne-nula] amplituda verovatnoće da putuje brže (ili sporije) od obične brzine svetlosti. Videli ste u prethodnom predavanju da se svetlost ne kreće uvek pravolinijski; sada ćete vidjeti da se ne kreće uvijek brzinom svjetlosti! Može izgledati iznenađujuće da postoji amplituda [ne nula] da foton putuje brže ili sporije od normalne brzine svjetlosti. c

originalni tekst(engleski)

… postoji i amplituda da svjetlost ide brže (ili sporije) od konvencionalne brzine svjetlosti. Saznali ste na prošlom predavanju da svjetlost ne ide samo u ravnim linijama; sada, otkrivate da se to ne odvija samo brzinom svjetlosti! Možda će vas iznenaditi da postoji amplituda za foton da ide brzinom većom ili sporijom od konvencionalne brzine, c

Richard Feynman, dobitnik Nobelove nagrade za fiziku 1965.

Istovremeno, zbog principa nerazlučivosti, nemoguće je reći da li posmatramo istu česticu, ili njenu tek rođenu kopiju. U svom Nobelovom predavanju 2004. godine, Frank Wilczek je iznio sljedeći argument:

Zamislite česticu koja se kreće prosječnom brzinom vrlo bliskom brzini svjetlosti, ali s onoliko nesigurnosti u položaju koliko kvantna teorija zahtijeva. Očigledno je da će postojati određena vjerovatnoća posmatranja ove čestice koja se kreće nešto brže od prosjeka, a samim tim i brže od svjetlosti, što je u suprotnosti sa specijalnom teorijom relativnosti. Jedini poznati način za rješavanje ove kontradikcije zahtijeva ideju antičestica. Vrlo grubo rečeno, potrebna nesigurnost položaja postiže se pretpostavkom da čin mjerenja može uključivati formiranje antičestica, od kojih se svaka ne može razlikovati od originala, s različitim rasporedom. Da bi se održala ravnoteža očuvanih kvantnih brojeva, dodatne čestice moraju biti praćene istim brojem antičestica. (Dirac je do predviđanja antičestica došao kroz niz inventivnih interpretacija i reinterpretacija elegantne relativističke talasne jednačine koju je izveo, a ne kroz heuristička razmatranja poput ovog koje sam dao. Neminovnost i općenitost ovih zaključaka, te njihova direktna principi kvantne mehanike i specijalne relativnosti postali su očigledni tek retrospektivno).

originalni tekst(engleski)

Zamislite česticu koja se kreće u proseku brzinom skorom svetlosti, ali sa nesigurnošću u položaju, kako to zahteva kvantna teorija. Očigledno je da će postojati određena vjerovatnoća da se ova čestica, promatrajući, kreće malo brže od prosjeka, a samim tim i brže od svjetlosti, što posebna teorija relativnosti ne dozvoljava. Jedini poznati način za rješavanje ove napetosti uključuje uvođenje ideje o antičesticama. Vrlo grubo govoreći, potrebna nesigurnost u položaju je prilagođena tako što se dopušta mogućnost da čin mjerenja može uključivati stvaranje nekoliko čestica, od kojih se svaka ne razlikuje od originala, s različitim pozicijama. Da bi se održala ravnoteža očuvanih kvantnih brojeva, dodatne čestice moraju biti praćene jednakim brojem antičestica. (Diraca su naveli da predvidi postojanje antičestica nizom genijalnih interpretacija i reinterpretacija elegantne relativističke talasne jednadžbe koju je izmislio, a ne heurističkim rezonovanjem kakve sam ja predstavio. Neizbježnost i općenitost njegovih zaključaka, i njihov direktan odnos sa osnovnim principima kvantne mehanike i specijalne relativnosti, jasni su samo u retrospektivi).

Frank Wilczek

Scharnhorst efekat

Brzina talasa zavisi od svojstava sredine u kojoj se šire. Specijalna teorija relativnosti kaže da je nemoguće ubrzati masivno tijelo do brzine veće od brzine svjetlosti u vakuumu. U isto vrijeme, teorija ne postavlja nikakvu posebnu vrijednost za brzinu svjetlosti. Mjeri se eksperimentalno i može varirati ovisno o svojstvima vakuuma. Za vakuum čija je energija manja od energije običnog fizičkog vakuuma, brzina svjetlosti bi teoretski trebala biti veća, a maksimalna dozvoljena brzina prijenosa signala određena je maksimalnom mogućom gustoćom negativne energije. Jedan primjer takvog vakuuma je Casimirov vakuum, koji se javlja u tankim prorezima i kapilarama veličine (prečnika) do deset nanometara (oko stotinu puta veće veličine od tipičnog atoma). Ovaj efekat se takođe može objasniti smanjenjem broja virtuelnih čestica u Casimirovom vakuumu, koje, poput čestica neprekidnog medija, usporavaju širenje svetlosti. Proračuni koje je napravio Scharnhorst pokazuju da je brzina svjetlosti u Casimirovom vakuumu 1/10 24 veća nego u običnom vakuumu za jaz širine 1 nm. Takođe se pokazalo da prekoračenje brzine svjetlosti u Casimirovom vakuumu ne krši princip uzročnosti. Višak brzine svjetlosti u Casimirovom vakuumu u odnosu na brzinu svjetlosti u običnom vakuumu još uvijek nije eksperimentalno potvrđen zbog ekstremne složenosti mjerenja ovog efekta.

Teorije s varijabilnošću brzine svjetlosti u vakuumu

U modernoj fizici postoje hipoteze prema kojima brzina svjetlosti u vakuumu nije konstanta, a njena vrijednost se može mijenjati tokom vremena (Variable Speed of Light (VSL)). U najobičnijoj verziji ove hipoteze, pretpostavlja se da je u početnim fazama života našeg svemira vrijednost konstante (brzine svjetlosti) bila mnogo veća nego što je sada. Prema tome, prije nego što se supstanca mogla kretati brzinom, daleko superiorniji moderne brzine svetlosti.

Superluminalno kretanje u naučnoj fantastici

vidi takođe

Bilješke

Landau, L. D., Lifshitz, E. M. Teorija polja. - Izdanje 6, ispravljeno i dopunjeno. - M.: Nauka, 1973. - 504 str. - ("Teorijska fizika", tom II).
Peter Makovetsky Pogledaj korijen!
Klasična mehanika se u današnje vrijeme koristi za opisivanje materijalnih tijela koja se kreću brzinama mnogo manjim od brzine svjetlosti i nalaze se izvan značajne zakrivljenosti prostor-vremena.
Predavanje br. 24 iz Teorijske mehanike
Ova jednadžba teorijske mehanike iz odjeljka "kinematika tačaka"
FTL
Ako mjesec nije u zenitu.
Fizička enciklopedija na mreži. Svezak 5, str.266.
M. Alcubierre Warp pogon: hiper-brzo putovanje u okviru opšte teorije relativnosti. - klasa. quant. Grav. 11, L73-L77 (1994), kopija na arxiv.org:
Charles T Ridgely Makroskopski pristup stvaranju egzotične materije
Feynman Poglavlje 3 // QED. - S. 89.

Američki astrofizičari razvili su matematički model hipersvemirskog pogona koji vam omogućava da savladate svemirske udaljenosti brzinom većom od brzine svjetlosti za 10³² puta, što vam omogućava da odletite do susjedne galaksije u roku od nekoliko sati i vratite se nazad.

Tokom leta ljudi neće osjetiti preopterećenja koja se osjećaju u modernim avionima, iako se takav motor u metalu može pojaviti tek za nekoliko stotina godina.

Pogonski mehanizam je zasnovan na principu motora za deformaciju prostora (Warp Drive), koji je 1994. godine predložio meksički fizičar Miguel Alcubierre. Amerikanci su morali samo da usavrše model i da izvrše detaljnije proračune.
"Ako sabijete prostor ispred broda, a proširite iza njega, naprotiv, tada će se oko broda pojaviti prostorno-vremenski balon", kaže jedan od autora studije, Richard Obousi. "On obavija brod i izvlači ga iz običnog sveta u sopstveni koordinatni sistem.zbog razlike u prostorno-vremenskom pritisku, ovaj mehur je u stanju da se kreće u bilo kom smeru, prevazilazeći svetlosni prag za hiljade redova veličine.

Vjerovatno će se prostor oko broda moći deformirati zbog malo proučenog toka tamne energije. "Tamna energija je vrlo slabo proučavana supstanca, otkrivena relativno nedavno i koja objašnjava zašto se čini da se galaksije razmiču jedna od druge", rekao je Sergej Popov, viši istraživač na Odsjeku za relativističku astrofiziku na Sternbergovom državnom astronomskom institutu Moskovskog državnog univerziteta. Postoji nekoliko njegovih modela, ali koji "Nema opšteprihvaćenog. Amerikanci su za osnovu uzeli model baziran na ekstradimenzijama, a kažu da je moguće promijeniti svojstva ovih dimenzija lokalno. Onda se okreće da mogu postojati različite kosmološke konstante u različitim smjerovima. I tada će se brod u balonu početi kretati."

Takvo "ponašanje" Univerzuma može se objasniti "teorijom struna", prema kojoj je cijeli naš prostor prožet mnogim drugim dimenzijama. Njihova međusobna interakcija stvara odbojnu silu, koja je sposobna proširiti ne samo materiju, kao što su galaksije, već i samo tijelo svemira. Ovaj efekat se naziva "inflacija univerzuma".

„Od prvih sekundi svog postojanja, Univerzum se proteže, – objašnjava Ruslan Metsaev, doktor fizičko-matematičkih nauka, zaposlenik Astro-svemirskog centra Instituta za fiziku Lebedev. – I taj proces traje do danas. " Znajući sve ovo, možete pokušati umjetno proširiti ili suziti prostor. Da bi se to postiglo, predlaže se utjecaj na druge dimenzije, čime će se dio prostora našeg svijeta početi kretati u pravom smjeru.

U ovom slučaju se ne krše zakoni teorije relativnosti. Unutar balona ostat će isti zakoni fizičkog svijeta, a brzina svjetlosti će biti granica. Za ovu situaciju ne važi takozvani efekat blizanaca, koji govori da se tokom svemirskog putovanja brzinom svetlosti vreme unutar broda značajno usporava i astronaut će, vraćajući se na zemlju, susresti svog brata blizanca već veoma starog čoveka. Warp Dreve motor eliminiše ovu gnjavažu, jer gura prostor, a ne brod.

Amerikanci su već pronašli metu za budući let. Ovo je planeta Gliese 581 (Gliese 581), na kojoj se klimatski uslovi i gravitacija približavaju Zemlji. Udaljenost do njega je 20 svjetlosnih godina, a čak i ako Warp Drive radi bilion puta slabije od maksimalne snage, vrijeme putovanja do njega bit će samo nekoliko sekundi.

rian.ru editorial
http://ria.ru/science/20080823/150618337.html

Komentari: 1

Kao što znate, osoba živi u 3 dimenzije - dužina, širina i visina. Na osnovu "teorije struna", postoji 10 dimenzija u svemiru, od kojih je prvih šest međusobno povezanih. Ovaj video govori o svim ovim dimenzijama, uključujući i posljednje 4, u okviru ideja o Univerzumu.

Michio Kaku

Ova knjiga svakako nije zabavno štivo. To je ono što se zove "intelektualni bestseler". Šta, u stvari, radi savremena fizika? Koji je trenutni model univerzuma? Kako razumjeti "multidimenzionalnost" prostora i vremena? Šta su paralelni svetovi? U kojoj se mjeri ovi koncepti, kao predmet naučnog istraživanja, razlikuju od religijskih i ezoteričnih ideja?

Andrew Pontzen, Tom Vinty

Koncept prostora odgovara na pitanje "gdje?". Koncept vremena odgovara na pitanje "kada?". Ponekad, da biste vidjeli ispravnu sliku svemira, trebate uzeti ova dva koncepta i kombinirati ih.

Michio Kaku

Donedavno nam je bilo teško i zamisliti današnji svijet poznatih stvari. Koja hrabra predviđanja pisaca naučne fantastike i filmaša o budućnosti imaju priliku da se ostvare pred našim očima? Michio Kaku, američki fizičar japanskog porijekla i jedan od autora teorije struna, pokušava odgovoriti na ovo pitanje. Govoreći jednostavnim rečima o najsloženijim pojavama i najnovijim dostignućima moderne nauke i tehnologije, on nastoji da objasni osnovne zakone univerzuma.

Sama kraljica je 1994. godine mačem dotakla rame ovog stidljivog muškarca, čime je postao vitez. Malo ljudi vjeruje u paradoksalnu logiku Rodžera Penrouza - to je tako nevjerovatno. Malo ko se s njom svađa - tako je besprekorna. U ovoj napomeni, vitez fizike će govoriti o Univerzumu, Bogu i ljudskom umu. I konačno je sve došlo na svoje mjesto.

Hiljadama godina astronomi su se za svoja istraživanja oslanjali isključivo na vidljivu svjetlost. U 20. veku, njihova vizija je obuhvatila čitav elektromagnetski spektar, od radio talasa do gama zraka. Svemirske letjelice, stigavši do drugih nebeskih tijela, obdarile su astronome dodirom. Konačno, opažanja naelektrisanih čestica i neutrina koje emituju udaljeni kosmički objekti dala su astronomima analog mirisa. Ali i dalje nemaju sluha. Zvuk ne putuje kroz vakuum prostora. Ali to nije prepreka za talase druge vrste - gravitacione, koji takođe dovode do vibracija objekata. Ali još nije bilo moguće registrirati ove sablasne valove. Ali astronomi su uvjereni da će dobiti "sluh" u narednoj deceniji.