¿Es posible la velocidad superlumínica? Velocidad superlumínica. Velocidad superlumínica: ideas audaces

24.11.2019

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Tradicionalmente denotado por la letra latina " c (\ estilo de visualización c)" (pronunciado como "tse"). La velocidad de la luz en el vacío es una constante fundamental, independiente de la elección del sistema de referencia inercial (ISO). Se refiere a las constantes físicas fundamentales que caracterizan no solo cuerpos o campos individuales, sino las propiedades de la geometría del espacio-tiempo como un todo. Del postulado de causalidad (cualquier evento solo puede afectar eventos que ocurren después de él y no puede afectar eventos que ocurrieron antes) y el postulado de la teoría especial de la relatividad sobre la independencia de la velocidad de la luz en el vacío de la elección de la inercia. marco de referencia (la velocidad de la luz en el vacío es la misma en todos los sistemas de coordenadas que se mueven en forma rectilínea y uniforme entre sí), se deduce que la velocidad de cualquier señal y partícula elemental no puede exceder la velocidad de la luz. Así, la velocidad de la luz en el vacío es la velocidad límite de las partículas y la propagación de las interacciones.

En un vacío (vacío)

La medida más precisa de la velocidad de la luz 299 792 458 ± 1,2 / basada en un metro estándar se realizó en 1975 .

Por el momento, se cree que la velocidad de la luz en el vacío es una constante física fundamental, por definición, exactamente igual a 299.792.458 m/s, o 1.079.252.848,8 km/h. La precisión del valor se debe a que desde 1983 el metro en el Sistema Internacional de Unidades (SI) se define como la distancia que recorre la luz en el vacío en un intervalo de tiempo igual a 1/299,792,458 segundos .

En la naturaleza, a la velocidad de la luz, se propagan (en el vacío):

Las partículas masivas pueden tener velocidades que se acercan mucho a la velocidad de la luz, pero aún así no la alcanzan exactamente. Por ejemplo, la velocidad cercana a la luz, solo 3 m/s menos que la velocidad de la luz, tiene partículas masivas (protones) obtenidas en el acelerador (Large Hadron Collider) o incluidas en los rayos cósmicos. [ ]

En la física moderna, la afirmación de que un efecto causal no puede transferirse a una velocidad superior a la de la luz en el vacío (incluso a través de la transferencia de tal efecto por parte de algún cuerpo físico) se considera bien fundada. Sin embargo, existe el problema de los "estados entrelazados" de las partículas, que parecen "aprender" el estado de las demás al instante. Sin embargo, incluso en este caso no hay transmisión de información superlumínica, ya que para transmitir información de esta manera, es necesario involucrar un canal de transmisión clásico adicional con la velocidad de la luz.

Aunque, en principio, el movimiento de algunos objetos a una velocidad mayor que la velocidad de la luz en el vacío es bastante posible, sin embargo, desde un punto de vista moderno, estos solo pueden ser objetos que no pueden usarse para transferir información con su movimiento. (por ejemplo, un rayo de sol en principio, puede moverse a lo largo de la pared a una velocidad mayor que la velocidad de la luz, pero no puede usarse para transferir información a tal velocidad de un punto de la pared a otro).

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La velocidad de la luz en un medio transparente es la velocidad a la que viaja la luz en un medio que no sea el vacío. En un medio con dispersión se distinguen velocidad de fase y de grupo.

La velocidad de fase relaciona la frecuencia y la longitud de onda de la luz monocromática en un medio ( λ = c ν (\displaystyle \lambda =(\frac (c)(\nu )))). Esta velocidad suele ser (pero no necesariamente) menor c (\ estilo de visualización c). La relación entre la velocidad de la luz en el vacío y la velocidad de fase de la luz en un medio se denomina índice de refracción del medio.

La velocidad de grupo de la luz se define como la velocidad de propagación de los latidos entre dos ondas con una frecuencia similar y en un medio en equilibrio es siempre menor c (\ estilo de visualización c). Sin embargo, en medios fuera del equilibrio, por ejemplo, medios fuertemente absorbentes, puede exceder c (\ estilo de visualización c). En este caso, sin embargo, el borde de ataque del pulso todavía se mueve a una velocidad que no excede la velocidad de la luz en el vacío. Como resultado, la transmisión superlumínica de información sigue siendo imposible.

La invariancia de la velocidad de la luz ha sido consistentemente confirmada por muchos experimentos. Sólo es posible comprobar experimentalmente que la velocidad de la luz en un experimento "bilateral" (por ejemplo, de una fuente a un espejo y viceversa) no depende del marco de referencia, ya que es imposible medir la velocidad de la luz en una dirección (por ejemplo, de una fuente a un receptor remoto) sin acuerdos adicionales sobre cómo sincronizar los relojes de la fuente y el receptor. Sin embargo, si aplicamos la sincronización de Einstein para esto, la velocidad de la luz en un sentido se vuelve igual a la velocidad en dos sentidos por definición.

La relatividad especial explora las implicaciones de la invariancia c (\ estilo de visualización c) en el supuesto de que las leyes de la física son las mismas en todos los marcos de referencia inerciales. Una de las consecuencias es que c (\ estilo de visualización c)- esta es la velocidad con la que todas las partículas y ondas sin masa (en particular, la luz) deben moverse en el vacío.

La relatividad especial tiene muchas implicaciones verificadas experimentalmente que son contrarias a la intuición. Tales consecuencias incluyen: equivalencia masa-energía (E 0 = metro c 2) (\displaystyle (E_(0)=mc^(2))), contracción de la longitud (objetos que se encogen a medida que se mueven) y dilatación del tiempo (los relojes en movimiento van más lentos). El coeficiente que muestra cuántas veces se acorta la longitud y se ralentiza el tiempo se conoce como factor de Lorentz (factor de Lorentz)

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

dónde v (\ estilo de visualización v) es la velocidad del objeto. Para velocidades mucho más bajas que c (\ estilo de visualización c)(por ejemplo, para las velocidades con las que tratamos todos los días) la diferencia entre γ (\ estilo de visualización \ gamma) y 1 es tan pequeño que se puede despreciar. En este caso, la relatividad especial se aproxima bien a la relatividad galileana. Pero a velocidades relativistas, la diferencia aumenta y tiende a infinito cuando v (\ estilo de visualización v) a c (\ estilo de visualización c).

La combinación de los resultados de la relatividad especial requiere que se cumplan dos condiciones: (1) el espacio y el tiempo son una sola estructura conocida como espaciotiempo (donde c (\ estilo de visualización c) vincula las unidades de medida del espacio y el tiempo), y (2) las leyes físicas satisfacen los requisitos de una simetría especial llamada invariancia de Lorentz (invariancia de Lorentz), cuya fórmula contiene el parámetro c (\ estilo de visualización c). La invariancia de Lorentz es omnipresente en las teorías físicas modernas, como la electrodinámica cuántica, la cromodinámica cuántica, el modelo estándar de la física de partículas y la relatividad general. Así, el parámetro c (\ estilo de visualización c) se encuentra en todas partes en la física moderna y aparece de muchas maneras que no tienen nada que ver con la luz en sí. Por ejemplo, la relatividad general sugiere que la gravedad y las ondas gravitatorias se propagan a una velocidad c (\ estilo de visualización c). En marcos de referencia no inerciales (en un espacio curvado gravitacionalmente o en marcos de referencia que se mueven con aceleración), la velocidad local de la luz también es constante y es igual a c (\ estilo de visualización c), sin embargo, la velocidad de la luz a lo largo de una trayectoria de longitud finita puede diferir de c (\ estilo de visualización c) dependiendo de cómo se definan el espacio y el tiempo.

Se cree que constantes fundamentales tales como c (\ estilo de visualización c), tienen el mismo valor en todo el espacio-tiempo, es decir, no dependen del lugar y no cambian con el tiempo. Sin embargo, algunas teorías sugieren que la velocidad de la luz puede cambiar con el tiempo. Si bien no hay evidencia concluyente de tales cambios, siguen siendo objeto de investigación.

Además, se cree que la velocidad de la luz es isotrópica, es decir, no depende de la dirección de su propagación. Las observaciones de la radiación de las transiciones de energía nuclear en función de la orientación de los núcleos en un campo magnético (el experimento de Googs-Drever), así como de las cavidades ópticas giratorias (el experimento de Michelson-Morley y sus nuevas variaciones), impusieron severas restricciones a la la posibilidad de anisotropía bilateral.

El evento A precede al evento B en el marco de referencia rojo (RS), simultáneamente con B en el marco verde, y ocurre después de B en el marco azul

En general, la información o la energía no se pueden transmitir a través del espacio más rápido que la velocidad de la luz. Un argumento para esto se deriva de la conclusión contraria a la intuición de la relatividad especial conocida como la relatividad de la simultaneidad. Si la distancia espacial entre dos eventos A y B es mayor que el intervalo de tiempo entre ellos multiplicado por c (\ estilo de visualización c), entonces hay tales marcos de referencia en los que A precede a B, y otros en los que B precede a A, así como aquellos en los que los eventos A y B son simultáneos. Como resultado, si un objeto se moviera más rápido que la velocidad de la luz en relación con algún marco de referencia inercial, entonces, en un marco de referencia diferente, viajaría hacia atrás en el tiempo y se violaría el principio de causalidad. En tal marco de referencia, el "efecto" podría observarse antes que su "causa original". Nunca se ha observado tal violación de la causalidad. También puede dar lugar a paradojas como la del anticuerpo taquiónico.

Historia de las medidas de la velocidad de la luz

Los científicos antiguos, con raras excepciones, consideraban que la velocidad de la luz era infinita. En los tiempos modernos, este tema se convirtió en tema de discusión. Galileo y Hooke asumieron que era finita, aunque muy grande, mientras que Kepler, Descartes y Fermat todavía defendían la infinidad de la velocidad de la luz.

Medio siglo después, en 1728, el descubrimiento de la aberración permitió a J. Bradley confirmar la finitud de la velocidad de la luz y afinar su estimación: el valor obtenido por Bradley fue de 308.000 km/s.

Por primera vez, las mediciones de la velocidad de la luz, basadas en la determinación del tiempo que tarda la luz en recorrer una distancia medida con precisión en condiciones terrestres, fueron realizadas en 1849 por A. I. L. Fizeau. En sus experimentos, Fizeau utilizó el "método de interrupción" desarrollado por él, mientras que la distancia recorrida por la luz fue de 8,63 km. El valor obtenido como resultado de las mediciones realizadas resultó ser de 313.300 km/s. Posteriormente, el método de interrupción fue mejorado significativamente y utilizado para mediciones por M. A. Cornu (1876), A. J. Perrotin (1902) y E. Bergstrand. Las mediciones realizadas por E. Bergstrand en 1950 dieron un valor de 299.793,1 km/s para la velocidad de la luz, mientras que la precisión de la medición se incrementó a 0,25 km/s.

Otro método de laboratorio ("método del espejo giratorio"), cuya idea fue expresada en 1838 por F. Arago, fue realizada en 1862 por Leon Foucault. Midiendo pequeños intervalos de tiempo con un espejo girando a gran velocidad (512 rpm), obtuvo el valor de 298.000 km/s para la velocidad de la luz con un error de 500 km/s. La longitud de la base en los experimentos de Foucault era relativamente pequeña: veinte metros. Posteriormente, debido a la mejora de la técnica experimental, un aumento en la base utilizada y una determinación más precisa de su longitud, la precisión de las mediciones utilizando el método del espejo giratorio aumentó significativamente. Así, S. Newcomb en 1891 obtuvo el valor de 299 810 km/s con un error de 50 km/s, y A. A. Michelson en 1926 logró reducir el error a 4 km/s y obtener un valor de 299 796 km/s para el velocidad. En sus experimentos, Michelson utilizó una base igual a 35.373,21 m.

Se asoció un mayor progreso con el advenimiento de los másers y los láseres, que se distinguen por una estabilidad de frecuencia de radiación muy alta, lo que hizo posible determinar la velocidad de la luz midiendo simultáneamente la longitud de onda y la frecuencia de su radiación. A principios de la década de 1970, el error de medición de la velocidad de la luz se acercó a 1 m/s. Después de comprobar y consensuar los resultados obtenidos en varios laboratorios, la XV Conferencia General de Pesos y Medidas en 1975 recomendó utilizar un valor igual a 299.792.458 m/s como valor de la velocidad de la luz en el vacío, con un relativo error (incertidumbre) 4 10 - 9, lo que corresponde a un error absoluto de 1,2 m/s.

Es significativo que un mayor aumento en la precisión de las medidas se hizo imposible debido a circunstancias de carácter fundamental: el factor limitante era la magnitud de la incertidumbre en la implementación de la definición de un metro que estaba en vigor en ese momento. En pocas palabras, la principal contribución al error de medición de la velocidad de la luz fue el error de "fabricación" del patrón del metro, cuyo valor relativo era 4·10 -9. En base a esto, y teniendo en cuenta también otras consideraciones, la XVII Conferencia General de Pesos y Medidas en 1983 adoptó una nueva definición del metro, tomando como base el valor previamente recomendado de la velocidad de la luz y definiendo el metro como la distancia que recorre la luz. viaja en el vacío en un período de tiempo igual a 1/299,792,458 segundos .

movimiento FTL

De la teoría de la relatividad especial se deduce que el exceso de la velocidad de la luz por parte de las partículas físicas (masivas o sin masa) violaría el principio de causalidad: en algunos marcos de referencia inerciales, sería posible transmitir señales del futuro al pasado. . Sin embargo, la teoría no excluye para partículas hipotéticas que no interactúan con partículas ordinarias, el movimiento en el espacio-tiempo con velocidad superlumínica.

Las partículas hipotéticas que se mueven a velocidades superlumínicas se denominan taquiones. Matemáticamente, el movimiento de los taquiones se describe mediante transformaciones de Lorentz como el movimiento de partículas con una masa imaginaria. Cuanto mayor es la velocidad de estas partículas, menos energía transportan, y viceversa, cuanto más cerca está su velocidad de la velocidad de la luz, mayor es su energía; al igual que la energía de las partículas ordinarias, la energía de los taquiones tiende al infinito cuando acercándose a la velocidad de la luz. Esta es la consecuencia más obvia de la transformación de Lorentz, que no permite que una partícula masiva (tanto con masa real como imaginaria) alcance la velocidad de la luz; es simplemente imposible darle a la partícula una cantidad infinita de energía.

Debe entenderse que, en primer lugar, los taquiones son una clase de partículas, y no solo un tipo de partículas, y en segundo lugar, los taquiones no violan el principio de causalidad si no interactúan con las partículas ordinarias de ninguna manera.

Las partículas ordinarias que se mueven más lentamente que la luz se llaman tardiones. Los tardiones no pueden alcanzar la velocidad de la luz, sino que solo pueden acercarse a ella tanto como quieran, ya que en este caso su energía se vuelve infinitamente grande. Todos los tardiones tienen masa, a diferencia de las partículas sin masa llamadas luxones. Los luxones en el vacío siempre se mueven a la velocidad de la luz, estos incluyen fotones, gluones e hipotéticos gravitones.

Desde 2006 se ha demostrado que en el llamado efecto de teletransporte cuántico, la aparente interacción de partículas se propaga más rápido que la velocidad de la luz. Por ejemplo, en 2008, el equipo de investigación del Dr. Nicolas Gisin de la Universidad de Ginebra, estudiando estados de fotones entrelazados separados por 18 km en el espacio, demostró que esta aparente “interacción entre partículas ocurre a una velocidad de aproximadamente cien mil veces la velocidad Sveta". La llamada " paradoja de hartmann» - velocidad superlumínica aparente en el efecto túnel. Un análisis de estos y otros resultados similares muestra que no pueden usarse para la transmisión superlumínica de ningún mensaje portador de información o para el movimiento de la materia.

Como resultado del procesamiento de los datos del experimento OPERA, recopilados entre 2008 y 2011 en el laboratorio Gran Sasso en colaboración con el CERN, se registró una indicación estadísticamente significativa del exceso de velocidad de la luz de los neutrinos muónicos. Este anuncio estuvo acompañado de una publicación en el archivo de preimpresión. Los resultados obtenidos fueron cuestionados por especialistas, ya que no son consistentes no solo con la teoría de la relatividad, sino también con otros experimentos con neutrinos. En marzo de 2012, se realizaron mediciones independientes en el mismo túnel y no encontraron velocidades superlumínicas de neutrinos. En mayo de 2012, OPERA llevó a cabo una serie de experimentos de control y llegó a la conclusión final de que un defecto técnico (un conector del cable óptico mal insertado) era el motivo de la suposición errónea sobre la velocidad superlumínica.

ver también

Comentarios

Desde la superficie del Sol - desde 8 min. 8,3 seg. en el perihelio hasta 8 min. 25 seg. en el afelio.
La velocidad de propagación de un pulso de luz en un medio difiere de la velocidad de su propagación en el vacío (menos que en el vacío) y puede ser diferente para diferentes medios. Cuando uno habla simplemente de la velocidad de la luz, por lo general se refiere a la velocidad de la luz en el vacío; si se habla de la velocidad de la luz en un medio, esto, por regla general, se establece explícitamente.
Actualmente, los métodos más precisos para medir la velocidad de la luz se basan en la determinación independiente de longitudes de onda λ (\ estilo de visualización \ lambda) y frecuencia ν (\ estilo de visualización \ nu) la luz u otras radiaciones electromagnéticas y el cálculo posterior de acuerdo con la igualdad c = λ ν (\displaystyle c=\lambda \nu ).
Consulte "Oh-My-God Partícula", por ejemplo.
Una analogía podría ser enviar dos sobres sellados con papel blanco y negro al azar a diferentes lugares. Abrir un sobre garantiza que el segundo contendrá una segunda hoja: si la primera es negra, la segunda es blanca y viceversa. Esta "información" puede viajar más rápido que la velocidad de la luz; después de todo, puede abrir el segundo sobre en cualquier momento y siempre habrá esta segunda hoja. Al mismo tiempo, la diferencia fundamental con el caso cuántico es sólo que en el caso cuántico, antes de la medida de "apertura del sobre", el estado de la hoja en el interior es fundamentalmente incierto, como en el gato de Schrödinger, y cualquier hoja puede estar allí
Sin embargo, la frecuencia de la luz depende del movimiento de la fuente de luz con respecto al observador, debido al efecto Doppler.
Mientras que los objetos medidos en movimiento parecen más cortos a lo largo de la línea de movimiento relativo, también parecen estar girados. Este efecto, conocido como rotación de Terrell, está relacionado con la diferencia de tiempo entre las señales que llegan al observador desde diferentes partes del objeto.
Se cree que el efecto Scharnhorst permite que las señales se propaguen ligeramente más alto c (\ estilo de visualización c), pero las condiciones especiales bajo las cuales el efecto puede ocurrir hacen que sea difícil aplicar este efecto para violar el principio de causalidad

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25 de marzo de 2017

Los viajes FTL son una de las bases de la ciencia ficción espacial. Sin embargo, probablemente todos, incluso las personas alejadas de la física, saben que la velocidad máxima posible de movimiento de objetos materiales o la propagación de cualquier señal es la velocidad de la luz en el vacío. Se denota con la letra c y es de casi 300 mil kilómetros por segundo; valor exacto c = 299 792 458 m/s.

La velocidad de la luz en el vacío es una de las constantes físicas fundamentales. La imposibilidad de alcanzar velocidades superiores a c se deriva de la teoría especial de la relatividad (SRT) de Einstein. Si fuera posible demostrar que es posible la transmisión de señales con velocidad superlumínica, la teoría de la relatividad caería. Hasta el momento, esto no ha sucedido, a pesar de los numerosos intentos de rebatir la prohibición de la existencia de velocidades superiores a c. Sin embargo, estudios experimentales recientes han revelado algunos fenómenos muy interesantes, que indican que bajo condiciones especialmente creadas es posible observar velocidades superlumínicas sin violar los principios de la teoría de la relatividad.

Para empezar, recordemos los principales aspectos relacionados con el problema de la velocidad de la luz.

En primer lugar: ¿por qué es imposible (en condiciones normales) superar el límite de luz? Porque entonces se viola la ley fundamental de nuestro mundo: la ley de la causalidad, según la cual el efecto no puede aventajar a la causa. Nadie ha observado nunca que, por ejemplo, un oso primero cayera muerto y luego un cazador disparara. A velocidades superiores a c, la secuencia de eventos se invierte, la cinta de tiempo se rebobina. Esto se puede ver fácilmente a partir del siguiente razonamiento simple.

Supongamos que estamos en cierta nave milagrosa cósmica que se mueve más rápido que la luz. Luego, alcanzaríamos gradualmente la luz emitida por la fuente en puntos cada vez más tempranos en el tiempo. Primero, alcanzaríamos los fotones emitidos, digamos, ayer, luego, emitidos anteayer, luego, hace una semana, un mes, un año, y así sucesivamente. Si la fuente de luz fuera un espejo que refleja la vida, entonces veríamos primero los eventos de ayer, luego anteayer, y así sucesivamente. Podríamos ver, digamos, a un anciano que poco a poco se convierte en un hombre de mediana edad, luego en un joven, en un joven, en un niño... Es decir, el tiempo retrocedería, pasaríamos del presente al el pasado. La causa y el efecto se invertirían entonces.

Aunque este argumento ignora por completo los detalles técnicos del proceso de observación de la luz, desde un punto de vista fundamental, demuestra claramente que el movimiento a una velocidad superlumínica conduce a una situación que es imposible en nuestro mundo. Sin embargo, la naturaleza ha establecido condiciones aún más estrictas: el movimiento es inalcanzable no solo a una velocidad superlumínica, sino también a una velocidad igual a la velocidad de la luz: solo puede acercarse. De la teoría de la relatividad se deduce que con un aumento en la velocidad del movimiento, surgen tres circunstancias: la masa de un objeto en movimiento aumenta, su tamaño disminuye en la dirección del movimiento y el paso del tiempo en este objeto se ralentiza (de el punto de vista de un observador externo "en reposo"). A velocidades ordinarias, estos cambios son insignificantes, pero a medida que nos acercamos a la velocidad de la luz, se vuelven más y más notorios, y en el límite, a una velocidad igual a c, la masa se vuelve infinitamente grande, el objeto pierde completamente su tamaño en la dirección del movimiento y el tiempo se detiene en él. Por lo tanto, ningún cuerpo material puede alcanzar la velocidad de la luz. ¡Solo la luz misma tiene tal velocidad! (Y también una partícula "que todo lo penetra": un neutrino, que, como un fotón, no puede moverse a una velocidad inferior a c.)

Ahora sobre la velocidad de transmisión de la señal. Aquí es apropiado utilizar la representación de la luz en forma de ondas electromagnéticas. ¿Qué es una señal? Esta es una información para ser transmitida. Una onda electromagnética ideal es una sinusoide infinita de estrictamente una frecuencia, y no puede transportar ninguna información, porque cada período de tal sinusoide repite exactamente el anterior. La velocidad de movimiento de la fase de una onda sinusoidal, la llamada velocidad de fase, puede en un medio bajo ciertas condiciones exceder la velocidad de la luz en el vacío. Aquí no hay restricciones, ya que la velocidad de fase no es la velocidad de la señal, todavía no existe. Para crear una señal, debe hacer algún tipo de "marca" en la onda. Tal marca puede ser, por ejemplo, un cambio en cualquiera de los parámetros de onda: amplitud, frecuencia o fase inicial. Pero tan pronto como se hace la marca, la onda pierde su sinusoidalidad. Se modula y consiste en un conjunto de ondas sinusoidales simples con diferentes amplitudes, frecuencias y fases iniciales: un grupo de ondas. La velocidad de movimiento de la marca en la onda modulada es la velocidad de la señal. Cuando se propaga en un medio, esta velocidad suele coincidir con la velocidad de grupo que caracteriza la propagación del grupo de ondas anterior en su conjunto (ver "Ciencia y Vida" No. 2, 2000). En condiciones normales, la velocidad de grupo y, por tanto, la velocidad de la señal, es menor que la velocidad de la luz en el vacío. No es casualidad que aquí se utilice la expresión "en condiciones normales", ya que en algunos casos la velocidad de grupo puede superar c o incluso perder su significado, pero entonces no se aplica a la propagación de la señal. En SRT se establece que es imposible transmitir una señal a una velocidad superior a c.

¿Por que es esto entonces? Porque el obstáculo para la transmisión de cualquier señal con una velocidad mayor que c es la misma ley de causalidad. Imaginemos una situación así. En algún punto A, un destello de luz (evento 1) enciende un dispositivo que envía una determinada señal de radio, y en un punto remoto B, bajo la acción de esta señal de radio, se produce una explosión (evento 2). Está claro que el evento 1 (destello) es la causa, y el evento 2 (explosión) es el efecto que ocurre después de la causa. Pero si la señal de radio se propagó a una velocidad superlumínica, un observador cerca del punto B primero vería una explosión, y solo entonces, un destello de luz que lo alcanzó a la velocidad de un destello de luz, la causa de la explosión. En otras palabras, para este observador, el evento 2 habría ocurrido antes que el evento 1, es decir, el efecto habría precedido a la causa.

Es oportuno subrayar que la "prohibición superlumínica" de la teoría de la relatividad se impone únicamente al movimiento de los cuerpos materiales ya la transmisión de señales. En muchas situaciones es posible moverse a cualquier velocidad, pero será el movimiento de señales y objetos no materiales. Por ejemplo, imagine dos reglas bastante largas que se encuentran en el mismo plano, una de las cuales está ubicada horizontalmente y la otra lo cruza en un ángulo pequeño. Si la primera línea se mueve hacia abajo (en la dirección indicada por la flecha) a alta velocidad, se puede hacer que el punto de intersección de las líneas corra arbitrariamente rápido, pero este punto no es un cuerpo material. Otro ejemplo: si toma una linterna (o, digamos, un láser que emite un haz estrecho) y describe rápidamente un arco en el aire, entonces la velocidad lineal del punto de luz aumentará con la distancia y, a una distancia suficientemente grande, excederá c. El punto de luz se moverá entre los puntos A y B a una velocidad superlumínica, pero esto no será una transmisión de señal de A a B, ya que dicho punto de luz no lleva ninguna información sobre el punto A.

Parecería que la cuestión de las velocidades superlumínicas se ha resuelto. Pero en los años 60 del siglo XX, los físicos teóricos plantearon la hipótesis de la existencia de partículas superlumínicas, llamadas taquiones. Estas son partículas muy extrañas: son teóricamente posibles, pero para evitar contradicciones con la teoría de la relatividad, se les tuvo que asignar una masa en reposo imaginaria. La masa físicamente imaginaria no existe, es una abstracción puramente matemática. Sin embargo, esto no causó mucha preocupación, ya que los taquiones no pueden estar en reposo: existen (¡si es que existen!) solo a velocidades superiores a la velocidad de la luz en el vacío, y en este caso la masa del taquión resulta ser real. Aquí hay cierta analogía con los fotones: un fotón tiene una masa en reposo cero, pero eso simplemente significa que el fotón no puede estar en reposo: la luz no se puede detener.

Lo más difícil fue, como era de esperar, conciliar la hipótesis del taquión con la ley de causalidad. Los intentos realizados en esta dirección, aunque bastante ingeniosos, no condujeron a un éxito evidente. Tampoco nadie ha podido registrar experimentalmente los taquiones. Como resultado, el interés por los taquiones como partículas elementales superlumínicas se desvaneció gradualmente.

Sin embargo, en los años 60, se descubrió experimentalmente un fenómeno que en un principio llevó a los físicos a la confusión. Esto se describe en detalle en el artículo de A. N. Oraevsky "Ondas superlumínicas en medios amplificadores" (UFN No. 12, 1998). Aquí resumimos brevemente la esencia del asunto, remitiendo al lector interesado en los detalles a dicho artículo.

Poco después del descubrimiento de los láseres, a principios de los años 60, surgió el problema de obtener pulsos de luz cortos (con una duración del orden de 1 ns = 10-9 s) de alta potencia. Para hacer esto, se pasó un pulso láser corto a través de un amplificador cuántico óptico. El pulso fue dividido por un espejo divisor de haz en dos partes. Uno de ellos, más potente, se enviaba al amplificador, y el otro se propagaba en el aire y servía de pulso de referencia, con el que se podía comparar el pulso que pasaba por el amplificador. Ambos pulsos se alimentaron a fotodetectores y sus señales de salida se pudieron observar visualmente en la pantalla del osciloscopio. Se esperaba que el pulso de luz que pasa a través del amplificador experimentaría algún retraso en comparación con el pulso de referencia, es decir, la velocidad de propagación de la luz en el amplificador sería menor que en el aire. ¡Cuál fue el asombro de los investigadores cuando descubrieron que el pulso se propagaba a través del amplificador a una velocidad no solo mayor que en el aire, sino también varias veces mayor que la velocidad de la luz en el vacío!

Tras recuperarse del primer susto, los físicos comenzaron a buscar el motivo de tan inesperado resultado. Nadie tenía la más mínima duda sobre los principios de la teoría especial de la relatividad, y esto es precisamente lo que ayudó a encontrar la explicación correcta: si se conservan los principios de SRT, entonces la respuesta debe buscarse en las propiedades del medio amplificador. .

Sin entrar en detalles aquí, solo señalamos que un análisis detallado del mecanismo de acción del medio amplificador ha aclarado completamente la situación. El punto era un cambio en la concentración de fotones durante la propagación del pulso - un cambio debido a un cambio en la ganancia del medio hasta un valor negativo durante el paso de la parte trasera del pulso, cuando el medio ya está absorbiendo energía, porque su propia reserva ya se ha agotado debido a su transferencia al pulso de luz. La absorción no provoca un aumento, sino una disminución del impulso y, por lo tanto, el impulso se fortalece en la parte delantera y se debilita en la parte posterior. Imaginemos que observamos el pulso con la ayuda de un instrumento que se mueve a la velocidad de la luz en medio de un amplificador. Si el medio fuera transparente, veríamos un impulso congelado en la inmovilidad. En el medio en el que tiene lugar el proceso mencionado anteriormente, el fortalecimiento del borde de ataque y el debilitamiento del borde de salida del pulso aparecerán ante el observador de tal manera que el medio, por así decirlo, ha movido el pulso hacia adelante. . Pero dado que el dispositivo (observador) se mueve a la velocidad de la luz y el impulso lo alcanza, ¡entonces la velocidad del impulso excede la velocidad de la luz! Es este efecto el que fue registrado por los experimentadores. Y aquí realmente no hay contradicción con la teoría de la relatividad: es solo que el proceso de amplificación es tal que la concentración de fotones que salieron antes resulta ser mayor que los que salieron después. No son los fotones los que se mueven con velocidad superlumínica, sino la envolvente del pulso, en particular su máximo, lo que se observa en el osciloscopio.

Así, mientras que en los medios ordinarios siempre se produce un debilitamiento de la luz y una disminución de su velocidad, determinados por el índice de refracción, en los medios láser activos no solo se observa una amplificación de la luz, sino también la propagación de un pulso con velocidad superlumínica.

Algunos físicos han tratado de probar experimentalmente la presencia de movimiento superlumínico en el efecto túnel, uno de los fenómenos más sorprendentes de la mecánica cuántica. Este efecto consiste en el hecho de que una micropartícula (más precisamente, un microobjeto que exhibe tanto las propiedades de una partícula como las propiedades de una onda en diferentes condiciones) es capaz de penetrar la llamada barrera potencial, un fenómeno que es completamente imposible. en la mecánica clásica (en la que tal situación sería análoga: una pelota lanzada contra una pared terminaría en el otro lado de la pared, o el movimiento ondulante impartido a una cuerda atada a la pared se transmitiría a una cuerda atada a la pared del otro lado). La esencia del efecto túnel en la mecánica cuántica es la siguiente. Si un microobjeto con cierta energía encuentra en su camino un área con una energía potencial superior a la energía del microobjeto, esta área es una barrera para él, cuya altura está determinada por la diferencia de energía. ¡Pero el microobjeto "se filtra" a través de la barrera! Esta posibilidad le viene dada por la conocida relación de incertidumbre de Heisenberg, escrita para la energía y el tiempo de interacción. Si la interacción del microobjeto con la barrera se produce durante un tiempo suficientemente definido, entonces la energía del microobjeto, por el contrario, se caracterizará por la incertidumbre, y si esta incertidumbre es del orden de la altura de la barrera, ésta cesa. ser un obstáculo infranqueable para el microobjeto. Es la tasa de penetración a través de la barrera de potencial lo que se ha convertido en el tema de investigación de varios físicos, quienes creen que puede exceder c.

En junio de 1998, se celebró en Colonia un simposio internacional sobre los problemas de los movimientos superlumínicos, donde se discutieron los resultados obtenidos en cuatro laboratorios: en Berkeley, Viena, Colonia y Florencia.

Y finalmente, en el año 2000, se informaron dos nuevos experimentos en los que aparecieron los efectos de la propagación superlumínica. Uno de ellos fue realizado por Lijun Wong y colaboradores en un instituto de investigación en Princeton (EE.UU.). Su resultado es que un pulso de luz que entra en una cámara llena de vapor de cesio aumenta su velocidad en un factor de 300. Resultó que la parte principal del pulso sale de la pared del fondo de la cámara incluso antes de que el pulso entre en la cámara a través de la pared frontal. Tal situación contradice no sólo el sentido común, sino también, en esencia, la teoría de la relatividad.

El informe de L. Wong provocó una intensa discusión entre los físicos, la mayoría de los cuales no se inclinan a ver en los resultados obtenidos una violación de los principios de la relatividad. El desafío, creen, es explicar correctamente este experimento.

En el experimento de L. Wong, el pulso de luz que entraba en la cámara con vapor de cesio tenía una duración de unos 3 μs. Los átomos de cesio pueden estar en dieciséis posibles estados mecánicos cuánticos, llamados "subniveles magnéticos hiperfinos de estado fundamental". Utilizando el bombeo de láser óptico, casi todos los átomos fueron llevados a uno solo de estos dieciséis estados, que corresponden a una temperatura casi absoluta en la escala Kelvin (-273,15 °C). La longitud de la cámara de cesio era de 6 centímetros. En el vacío, la luz viaja 6 centímetros en 0,2 ns. Como mostraron las mediciones, el pulso de luz atravesó la cámara con cesio en un tiempo 62 ns más corto que en el vacío. En otras palabras, ¡el tiempo de tránsito de un pulso a través de un medio de cesio tiene un signo "menos"! De hecho, si restamos 62 ns de 0,2 ns, obtenemos un tiempo "negativo". Este "retraso negativo" en el medio, un salto de tiempo incomprensible, es igual al tiempo durante el cual el pulso haría 310 pasos a través de la cámara en el vacío. La consecuencia de esta "reversión del tiempo" fue que el impulso que salía de la cámara logró alejarse de ella 19 metros antes de que el impulso entrante alcanzara la pared cercana de la cámara. ¿Cómo se puede explicar una situación tan increíble (a menos, por supuesto, que no haya dudas sobre la pureza del experimento)?

A juzgar por la discusión que se ha desarrollado, aún no se ha encontrado una explicación exacta, pero no hay duda de que las propiedades de dispersión inusuales del medio juegan un papel aquí: el vapor de cesio, que consiste en átomos excitados por la luz láser, es un medio con dispersión anómala. Recordemos brevemente en qué consiste.

La dispersión de una sustancia es la dependencia del índice de refracción de la fase (habitual) n de la longitud de onda de la luz l. Con una dispersión normal, el índice de refracción aumenta al disminuir la longitud de onda, y este es el caso del vidrio, el agua, el aire y todas las demás sustancias transparentes a la luz. En sustancias que absorben mucho la luz, el curso del índice de refracción se invierte con un cambio en la longitud de onda y se vuelve mucho más pronunciado: con una disminución de l (aumento de la frecuencia w), el índice de refracción disminuye bruscamente y en un cierto rango de longitudes de onda se vuelve menos que la unidad (velocidad de fase Vf > s). Esta es la dispersión anómala, en la que el patrón de propagación de la luz en una sustancia cambia radicalmente. La velocidad de grupo Vgr se vuelve mayor que la velocidad de fase de las ondas y puede exceder la velocidad de la luz en el vacío (y también volverse negativa). L. Wong apunta a esta circunstancia como la razón que subyace a la posibilidad de explicar los resultados de su experimento. Sin embargo, cabe señalar que la condición Vgr > c es puramente formal, ya que el concepto de velocidad de grupo se introdujo para el caso de dispersión pequeña (normal), para medios transparentes, cuando un grupo de ondas casi no cambia de forma durante propagación. En regiones de dispersión anómala, sin embargo, el pulso de luz se deforma rápidamente y el concepto de velocidad de grupo pierde su significado; en este caso se introducen los conceptos de velocidad de la señal y velocidad de propagación de la energía, que en medios transparentes coinciden con la velocidad de grupo, mientras que en medios con absorción siguen siendo inferiores a la velocidad de la luz en el vacío. Pero aquí está lo interesante del experimento de Wong: un pulso de luz, que pasa a través de un medio con una dispersión anómala, no se deforma, ¡mantiene su forma exactamente! Y esto corresponde a la suposición de que el impulso se propaga con la velocidad del grupo. Pero si es así, entonces resulta que no hay absorción en el medio, ¡aunque la dispersión anómala del medio se debe precisamente a la absorción! Wong mismo, reconociendo que aún queda mucho por aclarar, cree que lo que está sucediendo en su configuración experimental se puede explicar claramente como una primera aproximación de la siguiente manera.

Un pulso de luz consta de muchos componentes con diferentes longitudes de onda (frecuencias). La figura muestra tres de estos componentes (ondas 1-3). En algún punto, las tres ondas están en fase (sus máximos coinciden); aquí ellos, sumándose, se refuerzan y forman un impulso. A medida que las ondas se propagan más en el espacio, se desfasan y, por lo tanto, se "extinguen" entre sí.

En la región de dispersión anómala (dentro de la celda de cesio), la onda que era más corta (onda 1) se vuelve más larga. Por el contrario, la onda que fue la más larga de las tres (onda 3) se convierte en la más corta.

En consecuencia, las fases de las ondas también cambian en consecuencia. Cuando las ondas han pasado a través de la celda de cesio, se restablecen sus frentes de onda. Habiendo sufrido una modulación de fase inusual en una sustancia con dispersión anómala, las tres ondas consideradas se encuentran nuevamente en fase en algún punto. Aquí se suman de nuevo y forman un pulso de exactamente la misma forma que el que entra en el medio de cesio.

Por lo general, en el aire, y de hecho en cualquier medio transparente normalmente dispersivo, un pulso de luz no puede mantener su forma con precisión cuando se propaga a una distancia remota, es decir, todos sus componentes no pueden estar en fase en ningún punto remoto a lo largo de la ruta de propagación. Y en condiciones normales, un pulso de luz en un punto tan remoto aparece después de un tiempo. Sin embargo, debido a las propiedades anómalas del medio utilizado en el experimento, el pulso en el punto remoto resultó estar desfasado de la misma manera que cuando ingresa a este medio. Por lo tanto, el pulso de luz se comporta como si tuviera un retraso de tiempo negativo en su camino hacia un punto remoto, es decir, ¡habría llegado a él no más tarde, sino antes de pasar por el medio!

La mayoría de los físicos se inclinan a asociar este resultado con la aparición de un precursor de baja intensidad en el medio dispersivo de la cámara. El hecho es que en la descomposición espectral del pulso, el espectro contiene componentes de frecuencias arbitrariamente altas con amplitud despreciable, el llamado precursor, que va por delante de la "parte principal" del pulso. La naturaleza del establecimiento y la forma del precursor dependen de la ley de dispersión en el medio. Con esto en mente, se propone que la secuencia de eventos en el experimento de Wong se interprete de la siguiente manera. La ola entrante, "estirando" el heraldo frente a sí mismo, se acerca a la cámara. Antes de que el pico de la onda entrante golpee la pared cercana de la cámara, el precursor inicia la aparición de un pulso en la cámara, que llega a la pared opuesta y se refleja desde ella, formando una "onda inversa". Esta onda, que se propaga 300 veces más rápido que c, llega a la pared cercana y se encuentra con la onda entrante. Los picos de una ola se encuentran con los valles de otra de modo que se anulan entre sí y no queda nada. Resulta que la onda entrante "devuelve la deuda" a los átomos de cesio, que le "toman prestada" energía en el otro extremo de la cámara. Cualquiera que observara solo el comienzo y el final del experimento vería solo un pulso de luz que "saltaba" hacia adelante en el tiempo, moviéndose más rápido que c.

L. Wong cree que su experimento no es consistente con la teoría de la relatividad. Él cree que la declaración sobre la inalcanzabilidad de la velocidad superlumínica es aplicable solo a objetos con una masa en reposo. La luz puede representarse en forma de ondas, a las que el concepto de masa es generalmente inaplicable, o en forma de fotones con una masa en reposo, como se sabe, igual a cero. Por tanto, la velocidad de la luz en el vacío, según Wong, no es el límite. Sin embargo, Wong admite que el efecto que descubrió no permite transmitir información a una velocidad superior a c.

"La información aquí ya está contenida en el borde de ataque del impulso", dice P. Milonni, físico del Laboratorio Nacional de Los Álamos en los Estados Unidos.

La mayoría de los físicos creen que el nuevo trabajo no asesta un golpe demoledor a los principios fundamentales. Pero no todos los físicos creen que el problema está resuelto. El profesor A. Ranfagni, del equipo de investigación italiano que llevó a cabo otro experimento interesante en el año 2000, dice que la cuestión sigue abierta. Este experimento, llevado a cabo por Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni y Rocco Ruggeri, encontró que las ondas de radio de ondas centimétricas se propagan en el aire normal a una velocidad 25% más rápida que c.

Resumiendo, podemos decir lo siguiente.

Los trabajos de los últimos años muestran que, bajo ciertas condiciones, la velocidad superlumínica sí puede tener lugar. Pero, ¿qué es exactamente lo que se mueve a una velocidad superlumínica? La teoría de la relatividad, como ya se mencionó, prohíbe tal velocidad para los cuerpos materiales y para las señales que transportan información. Sin embargo, algunos investigadores son muy persistentes en sus intentos de demostrar la superación de la barrera de luz específicamente para señales. La razón de esto radica en el hecho de que en la teoría especial de la relatividad no existe una justificación matemática rigurosa (basada, digamos, en las ecuaciones de Maxwell para un campo electromagnético) para la imposibilidad de transmitir señales a una velocidad superior a c. Tal imposibilidad en SRT se establece, se podría decir, puramente aritméticamente, con base en la fórmula de Einstein para sumar velocidades, pero de manera fundamental esto se confirma por el principio de causalidad. El propio Einstein, considerando la cuestión de la transmisión de señales superlumínicas, escribió que en este caso "... nos vemos obligados a considerar posible un mecanismo de transmisión de señales, al utilizar el cual la acción lograda precede a la causa. Pero, aunque esto resulte de una lógica puramente punto de vista no contiene, en mi opinión, ninguna contradicción, sin embargo contradice el carácter de toda nuestra experiencia hasta tal punto que la imposibilidad de la suposición V > c parece suficientemente probada. El principio de causalidad es la piedra angular que subyace a la imposibilidad de la señalización superlumínica. Y, aparentemente, todas las búsquedas de señales superlumínicas, sin excepción, tropezarán con esta piedra, sin importar cuánto les gustaría a los experimentadores detectar tales señales, porque tal es la naturaleza de nuestro mundo.

Pero aún así, imaginemos que las matemáticas de la relatividad seguirán funcionando a velocidades superlumínicas. Esto significa que, en teoría, aún podemos averiguar qué sucedería si el cuerpo superara la velocidad de la luz.

Imagina dos naves espaciales que se dirigen desde la Tierra hacia una estrella que está a 100 años luz de distancia de nuestro planeta. La primera nave sale de la Tierra al 50% de la velocidad de la luz, por lo que tardará 200 años en completar el viaje. La segunda nave, equipada con un hipotético motor warp, partirá al 200% de la velocidad de la luz, pero 100 años después de la primera. ¿Lo que sucederá?

Según la teoría de la relatividad, la respuesta correcta depende en gran medida de la perspectiva del observador. Desde la Tierra, parecerá que la primera nave ya ha recorrido una distancia considerable antes de ser alcanzada por la segunda nave, que se mueve cuatro veces más rápido. Pero desde el punto de vista de la gente del primer barco, todo es un poco diferente.

La nave #2 se mueve más rápido que la luz, lo que significa que puede superar incluso la luz que emite. Esto conduce a una especie de "onda de luz" (análoga al sonido, aquí solo vibran ondas de luz en lugar de vibraciones de aire), lo que da lugar a varios efectos interesantes. Recuerda que la luz del barco #2 viaja más lento que el barco mismo. El resultado será una duplicación visual. En otras palabras, al principio la tripulación del barco #1 verá que el segundo barco apareció junto a ellos como de la nada. Entonces, la luz de la segunda nave llegará a la primera con un ligero retraso, y el resultado será una copia visible que se moverá en la misma dirección con un ligero retraso.

Algo similar se puede ver en los juegos de computadora cuando, como resultado de una falla del sistema, el motor carga el modelo y sus algoritmos en el punto final del movimiento más rápido de lo que termina la propia animación de movimiento, por lo que se producen múltiples tomas. Esta es probablemente la razón por la que nuestra conciencia no percibe ese aspecto hipotético del Universo en el que los cuerpos se mueven a una velocidad superlumínica; quizás esto sea lo mejor.

PD ... pero en el último ejemplo, no entendí algo, ¿por qué la posición real de la nave está asociada con la "luz emitida por ella"? Bueno, aunque de alguna manera lo verán en el lugar equivocado, ¡pero en realidad alcanzará al primer barco!

fuentes

Doctor en Ciencias Técnicas A. GOLUBEV.

A mediados del año pasado, apareció un reportaje sensacional en las revistas. Un grupo de investigadores estadounidenses descubrió que un pulso láser muy corto viaja cientos de veces más rápido en un medio especialmente seleccionado que en el vacío. Este fenómeno parecía absolutamente increíble (la velocidad de la luz en un medio siempre es menor que en el vacío) e incluso suscitó dudas sobre la validez de la teoría especial de la relatividad. Mientras tanto, un objeto físico superlumínico, un pulso láser en un medio amplificador, no se descubrió por primera vez en el año 2000, sino 35 años antes, en 1965, y la posibilidad de un movimiento superlumínico se discutió ampliamente hasta principios de los años 70. Hoy, la discusión en torno a este extraño fenómeno ha estallado con renovado vigor.

Ejemplos de movimiento "superlumínico".

A principios de la década de 1960, se comenzaron a obtener pulsos de luz cortos de alta potencia pasando un destello láser a través de un amplificador cuántico (un medio con una población inversa).

En el medio amplificador, la región inicial del pulso de luz provoca la emisión estimulada de átomos en el medio amplificador, y su región final provoca la absorción de energía por parte de ellos. Como resultado, al observador le parecerá que el pulso se mueve más rápido que la luz.

Experimento de Lijun Wong.

Un haz de luz que pasa a través de un prisma de un material transparente (como el vidrio) se refracta, es decir, experimenta dispersión.

Un pulso de luz es un conjunto de oscilaciones de diferentes frecuencias.

Probablemente todos, incluso las personas alejadas de la física, saben que la velocidad máxima posible de movimiento de objetos materiales o la propagación de cualquier señal es la velocidad de la luz en el vacío. Está marcado con la letra Con y es de casi 300 mil kilómetros por segundo; valor exacto Con= 299 792 458 m/s. La velocidad de la luz en el vacío es una de las constantes físicas fundamentales. La imposibilidad de alcanzar velocidades superiores Con, se deriva de la teoría especial de la relatividad (SRT) de Einstein. Si fuera posible demostrar que es posible la transmisión de señales con velocidad superlumínica, la teoría de la relatividad caería. Hasta el momento, esto no ha sucedido, a pesar de los numerosos intentos de rebatir la prohibición de la existencia de velocidades superiores a Con. Sin embargo, estudios experimentales recientes han revelado algunos fenómenos muy interesantes, que indican que bajo condiciones especialmente creadas es posible observar velocidades superlumínicas sin violar los principios de la teoría de la relatividad.

Para empezar, recordemos los principales aspectos relacionados con el problema de la velocidad de la luz. En primer lugar: ¿por qué es imposible (en condiciones normales) superar el límite de luz? Porque entonces se viola la ley fundamental de nuestro mundo: la ley de la causalidad, según la cual el efecto no puede aventajar a la causa. Nadie ha observado nunca que, por ejemplo, un oso primero cayera muerto y luego un cazador disparara. A velocidades superiores Con, la secuencia de eventos se invierte, la cinta de tiempo se rebobina. Esto se puede ver fácilmente a partir del siguiente razonamiento simple.

Aunque este argumento ignora por completo los detalles técnicos del proceso de observación de la luz, desde un punto de vista fundamental, demuestra claramente que el movimiento a una velocidad superlumínica conduce a una situación que es imposible en nuestro mundo. Sin embargo, la naturaleza ha establecido condiciones aún más estrictas: el movimiento es inalcanzable no solo a una velocidad superlumínica, sino también a una velocidad igual a la velocidad de la luz: solo puede acercarse. De la teoría de la relatividad se deduce que con un aumento en la velocidad del movimiento, surgen tres circunstancias: la masa de un objeto en movimiento aumenta, su tamaño disminuye en la dirección del movimiento y el paso del tiempo en este objeto se ralentiza (de el punto de vista de un observador externo "en reposo"). A velocidades ordinarias, estos cambios son insignificantes, pero a medida que nos acercamos a la velocidad de la luz, se vuelven cada vez más perceptibles y en el límite, a una velocidad igual a Con, - la masa se vuelve infinitamente grande, el objeto pierde completamente su tamaño en la dirección del movimiento y el tiempo se detiene en él. Por lo tanto, ningún cuerpo material puede alcanzar la velocidad de la luz. ¡Solo la luz misma tiene tal velocidad! (Y también la partícula "que todo lo penetra": el neutrino, que, como el fotón, no puede moverse a una velocidad inferior a Con.)

Ahora sobre la velocidad de transmisión de la señal. Aquí es apropiado utilizar la representación de la luz en forma de ondas electromagnéticas. ¿Qué es una señal? Esta es una información para ser transmitida. Una onda electromagnética ideal es una sinusoide infinita de estrictamente una frecuencia, y no puede transportar ninguna información, porque cada período de tal sinusoide repite exactamente el anterior. La velocidad a la que se mueve la fase de la onda sinusoidal: la llamada velocidad de fase - puede exceder la velocidad de la luz en el vacío bajo ciertas condiciones. Aquí no hay restricciones, ya que la velocidad de fase no es la velocidad de la señal, todavía no existe. Para crear una señal, debe hacer algún tipo de "marca" en la onda. Tal marca puede ser, por ejemplo, un cambio en cualquiera de los parámetros de onda: amplitud, frecuencia o fase inicial. Pero tan pronto como se hace la marca, la onda pierde su sinusoidalidad. Se modula y consiste en un conjunto de ondas sinusoidales simples con diferentes amplitudes, frecuencias y fases iniciales: un grupo de ondas. La velocidad de movimiento de la marca en la onda modulada es la velocidad de la señal. Cuando se propaga en un medio, esta velocidad suele coincidir con la velocidad de grupo que caracteriza la propagación del grupo de ondas anterior en su conjunto (ver "Ciencia y Vida" No. 2, 2000). En condiciones normales, la velocidad de grupo y, por tanto, la velocidad de la señal, es menor que la velocidad de la luz en el vacío. No es casualidad que aquí se utilice la expresión "en condiciones normales", ya que en algunos casos la velocidad del grupo también puede superar Con o incluso perder significado, pero entonces no se aplica a la propagación de señales. Se establece en el SRT que es imposible transmitir una señal a una velocidad mayor a Con.

¿Por que es esto entonces? Porque el obstáculo a la transmisión de cualquier señal a una velocidad superior a Con se aplica la misma ley de causalidad. Imaginemos una situación así. En algún punto A, un destello de luz (evento 1) enciende un dispositivo que envía una determinada señal de radio, y en un punto remoto B, bajo la acción de esta señal de radio, se produce una explosión (evento 2). Está claro que el evento 1 (destello) es la causa, y el evento 2 (explosión) es el efecto que ocurre después de la causa. Pero si la señal de radio se propaga a una velocidad superlumínica, un observador cerca del punto B primero vería una explosión, y solo entonces, alcanzándola con una velocidad Con destello de luz, la causa de la explosión. En otras palabras, para este observador, el evento 2 habría ocurrido antes que el evento 1, es decir, el efecto habría precedido a la causa.

Es oportuno subrayar que la "prohibición superlumínica" de la teoría de la relatividad se impone únicamente al movimiento de los cuerpos materiales ya la transmisión de señales. En muchas situaciones es posible moverse a cualquier velocidad, pero será el movimiento de señales y objetos no materiales. Por ejemplo, imagine dos reglas bastante largas que se encuentran en el mismo plano, una de las cuales está ubicada horizontalmente y la otra lo cruza en un ángulo pequeño. Si la primera línea se mueve hacia abajo (en la dirección indicada por la flecha) a alta velocidad, se puede hacer que el punto de intersección de las líneas corra arbitrariamente rápido, pero este punto no es un cuerpo material. Otro ejemplo: si toma una linterna (o, digamos, un láser que emite un haz estrecho) y describe rápidamente un arco en el aire, entonces la velocidad lineal del punto de luz aumentará con la distancia y, a una distancia suficientemente grande, excederá Con. El punto de luz se moverá entre los puntos A y B a una velocidad superlumínica, pero esto no será una transmisión de señal de A a B, ya que dicho punto de luz no lleva ninguna información sobre el punto A.

Poco tiempo después del descubrimiento de los láseres, a principios de la década de 1960, surgió el problema de obtener pulsos de luz cortos (con una duración del orden de 1 ns = 10 -9 s) de alta potencia. Para hacer esto, se pasó un pulso láser corto a través de un amplificador cuántico óptico. El pulso fue dividido por un espejo divisor de haz en dos partes. Uno de ellos, más potente, se enviaba al amplificador, y el otro se propagaba en el aire y servía de pulso de referencia, con el que se podía comparar el pulso que pasaba por el amplificador. Ambos pulsos se alimentaron a fotodetectores y sus señales de salida se pudieron observar visualmente en la pantalla del osciloscopio. Se esperaba que el pulso de luz que pasa a través del amplificador experimentaría algún retraso en comparación con el pulso de referencia, es decir, la velocidad de propagación de la luz en el amplificador sería menor que en el aire. ¡Cuál fue el asombro de los investigadores cuando descubrieron que el pulso se propagaba a través del amplificador a una velocidad no solo mayor que en el aire, sino también varias veces mayor que la velocidad de la luz en el vacío!

Algunos físicos han tratado de probar experimentalmente la presencia de movimiento superlumínico en el efecto túnel, uno de los fenómenos más sorprendentes de la mecánica cuántica. Este efecto consiste en el hecho de que una micropartícula (más precisamente, un microobjeto que exhibe tanto las propiedades de una partícula como las propiedades de una onda en diferentes condiciones) es capaz de penetrar la llamada barrera potencial, un fenómeno que es completamente imposible. en la mecánica clásica (en la que tal situación sería análoga: una pelota lanzada contra una pared terminaría en el otro lado de la pared, o el movimiento ondulante impartido a una cuerda atada a la pared se transmitiría a una cuerda atada a la pared del otro lado). La esencia del efecto túnel en la mecánica cuántica es la siguiente. Si un microobjeto con cierta energía encuentra en su camino un área con una energía potencial superior a la energía del microobjeto, esta área es una barrera para él, cuya altura está determinada por la diferencia de energía. ¡Pero el microobjeto "se filtra" a través de la barrera! Esta posibilidad le viene dada por la conocida relación de incertidumbre de Heisenberg, escrita para la energía y el tiempo de interacción. Si la interacción del microobjeto con la barrera se produce durante un tiempo suficientemente definido, entonces la energía del microobjeto, por el contrario, se caracterizará por la incertidumbre, y si esta incertidumbre es del orden de la altura de la barrera, ésta cesa. ser un obstáculo infranqueable para el microobjeto. Es la velocidad de penetración a través de la barrera de potencial lo que se ha convertido en objeto de investigación por parte de varios físicos que creen que puede superar Con.

En el experimento de L. Wong, el pulso de luz que entraba en la cámara con vapor de cesio tenía una duración de unos 3 μs. Los átomos de cesio pueden estar en dieciséis posibles estados mecánicos cuánticos, llamados "subniveles magnéticos hiperfinos de estado fundamental". Con la ayuda del bombeo de láser óptico, casi todos los átomos fueron llevados a uno solo de estos dieciséis estados, lo que corresponde a una temperatura casi absoluta en la escala Kelvin (-273,15 o C). La longitud de la cámara de cesio era de 6 centímetros. En el vacío, la luz viaja 6 centímetros en 0,2 ns. Como mostraron las mediciones, el pulso de luz atravesó la cámara con cesio en un tiempo 62 ns más corto que en el vacío. En otras palabras, ¡el tiempo de tránsito de un pulso a través de un medio de cesio tiene un signo "menos"! De hecho, si restamos 62 ns de 0,2 ns, obtenemos un tiempo "negativo". Este "retraso negativo" en el medio, un salto de tiempo incomprensible, es igual al tiempo durante el cual el pulso haría 310 pasos a través de la cámara en el vacío. La consecuencia de esta "reversión del tiempo" fue que el impulso que salía de la cámara logró alejarse de ella 19 metros antes de que el impulso entrante alcanzara la pared cercana de la cámara. ¿Cómo se puede explicar una situación tan increíble (a menos, por supuesto, que no haya dudas sobre la pureza del experimento)?

La dispersión de una sustancia es la dependencia del índice de refracción de fase (ordinario) norte en la longitud de onda de la luz l. Con una dispersión normal, el índice de refracción aumenta al disminuir la longitud de onda, y este es el caso del vidrio, el agua, el aire y todas las demás sustancias transparentes a la luz. En sustancias que absorben mucha luz, el curso del índice de refracción se invierte con un cambio en la longitud de onda y se vuelve mucho más inclinado: a medida que l disminuye (la frecuencia w aumenta), el índice de refracción disminuye drásticamente y en un cierto rango de longitud de onda se vuelve menos que la unidad (fase velocidad V f > Con). Esta es la dispersión anómala, en la que el patrón de propagación de la luz en una sustancia cambia radicalmente. velocidad de grupo V cp se vuelve mayor que la velocidad de fase de las ondas y puede exceder la velocidad de la luz en el vacío (y también volverse negativa). L. Wong apunta a esta circunstancia como la razón que subyace a la posibilidad de explicar los resultados de su experimento. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la condición V gramo > Con es puramente formal, ya que el concepto de velocidad de grupo se introdujo para el caso de dispersión pequeña (normal), para medios transparentes, cuando un grupo de ondas casi no cambia de forma durante la propagación. En regiones de dispersión anómala, sin embargo, el pulso de luz se deforma rápidamente y el concepto de velocidad de grupo pierde su significado; en este caso se introducen los conceptos de velocidad de la señal y velocidad de propagación de la energía, que en medios transparentes coinciden con la velocidad de grupo, mientras que en medios con absorción siguen siendo inferiores a la velocidad de la luz en el vacío. Pero aquí está lo interesante del experimento de Wong: un pulso de luz, que pasa a través de un medio con una dispersión anómala, no se deforma, ¡mantiene su forma exactamente! Y esto corresponde a la suposición de que el impulso se propaga con la velocidad del grupo. Pero si es así, entonces resulta que no hay absorción en el medio, ¡aunque la dispersión anómala del medio se debe precisamente a la absorción! Wong mismo, reconociendo que aún queda mucho por aclarar, cree que lo que está sucediendo en su configuración experimental se puede explicar claramente como una primera aproximación de la siguiente manera.

La mayoría de los físicos se inclinan a asociar este resultado con la aparición de un precursor de baja intensidad en el medio dispersivo de la cámara. El hecho es que en la descomposición espectral del pulso, el espectro contiene componentes de frecuencias arbitrariamente altas con amplitud despreciable, el llamado precursor, que va por delante de la "parte principal" del pulso. La naturaleza del establecimiento y la forma del precursor dependen de la ley de dispersión en el medio. Con esto en mente, se propone que la secuencia de eventos en el experimento de Wong se interprete de la siguiente manera. La ola entrante, "estirando" el heraldo frente a sí mismo, se acerca a la cámara. Antes de que el pico de la onda entrante golpee la pared cercana de la cámara, el precursor inicia la aparición de un pulso en la cámara, que llega a la pared opuesta y se refleja desde ella, formando una "onda inversa". Esta onda, propagándose 300 veces más rápido Con, llega a la pared cercana y se encuentra con la ola entrante. Los picos de una ola se encuentran con los valles de otra de modo que se anulan entre sí y no queda nada. Resulta que la onda entrante "devuelve la deuda" a los átomos de cesio, que le "toman prestada" energía en el otro extremo de la cámara. Alguien que observara solo el principio y el final del experimento solo vería un pulso de luz que "saltaba" hacia adelante en el tiempo, moviéndose más rápido. Con.

"La información aquí ya está contenida en el borde de ataque del impulso", dice P. Milonni, físico del Laboratorio Nacional de Los Álamos en los Estados Unidos.

Resumiendo, podemos decir lo siguiente. Los trabajos de los últimos años muestran que, bajo ciertas condiciones, la velocidad superlumínica sí puede tener lugar. Pero, ¿qué es exactamente lo que se mueve a una velocidad superlumínica? La teoría de la relatividad, como ya se mencionó, prohíbe tal velocidad para los cuerpos materiales y para las señales que transportan información. Sin embargo, algunos investigadores son muy persistentes en sus intentos de demostrar la superación de la barrera de luz específicamente para señales. La razón de esto radica en el hecho de que en la teoría de la relatividad especial no existe una justificación matemática rigurosa (basada, por ejemplo, en las ecuaciones de Maxwell para un campo electromagnético) para la imposibilidad de transmitir señales a una velocidad superior a Con. Tal imposibilidad en SRT se establece, se podría decir, puramente aritméticamente, con base en la fórmula de Einstein para sumar velocidades, pero de manera fundamental esto se confirma por el principio de causalidad. El propio Einstein, considerando la cuestión de la transmisión de señales superlumínicas, escribió que en este caso "... nos vemos obligados a considerar posible un mecanismo de transmisión de señales, al utilizar el cual la acción lograda precede a la causa. Pero, aunque esto resulte de una lógica puramente punto de vista no contiene, en mi opinión, contradicciones, sin embargo contradice tanto el carácter de toda nuestra experiencia que la imposibilidad de suponer V > c parece estar suficientemente probado". El principio de causalidad es la piedra angular que subyace a la imposibilidad de la transmisión de señales superlumínicas. Y esta piedra, aparentemente, hará tropezar todas las búsquedas de señales superlumínicas, sin excepción, sin importar cuánto les gustaría a los experimentadores detectar tales señales. señales porque esa es la naturaleza de nuestro mundo.

En conclusión, cabe recalcar que todo lo anterior aplica específicamente a nuestro mundo, a nuestro Universo. Se hizo tal reserva porque recientemente han aparecido nuevas hipótesis en astrofísica y cosmología que permiten la existencia de muchos Universos ocultos para nosotros, conectados por túneles topológicos - puentes. Este punto de vista lo comparte, por ejemplo, el conocido astrofísico N. S. Kardashev. Para un observador externo, las entradas a estos túneles están marcadas por campos gravitatorios anómalos, similares a agujeros negros. Los movimientos en tales túneles, como sugieren los autores de las hipótesis, permitirán eludir la limitación de la velocidad de movimiento impuesta en el espacio ordinario por la velocidad de la luz y, en consecuencia, realizar la idea de crear un máquina del tiempo... cosas. Y aunque hasta ahora tales hipótesis recuerdan demasiado a las tramas de la ciencia ficción, difícilmente se debería rechazar categóricamente la posibilidad fundamental de un modelo de elementos múltiples de la estructura del mundo material. Otra cosa es que todos estos otros Universos, muy probablemente, seguirán siendo construcciones puramente matemáticas de físicos teóricos que viven en nuestro Universo y tratan de encontrar los mundos cerrados para nosotros con el poder de sus pensamientos...

Ver en una habitación sobre el mismo tema

En un marco de referencia inercial (localmente) con origen, considere un punto material que está en . Llamamos a la velocidad de este punto superlumínico en el tiempo si la siguiente desigualdad es cierta:

Style="max-width: 98%; alto: automático; ancho: automático;" src="/fotos/wiki/archivos/50/21ea15551d469cba11529bd16574e427.png" borde="0">

dónde , es la velocidad de la luz en el vacío, y el tiempo y la distancia desde un punto hasta se miden en el marco de referencia mencionado.

donde es el vector de radio en un sistema de coordenadas no giratorio, es el vector de velocidad angular de rotación del sistema de coordenadas. Como se puede ver en la ecuación, no inercial marco de referencia asociado con un cuerpo giratorio, los objetos distantes pueden moverse en FTL, en el sentido de que style="max-width: 98%; height: auto; width: auto;" src="/pictures/wiki/files/54/6fa9a2d9089db2f154c5c90051ce210b.png" border="0">. Esto no contradice lo dicho en la introducción, ya que . Por ejemplo, para un sistema de coordenadas asociado con la cabeza de una persona en la Tierra, la velocidad coordinada del movimiento de la Luna con un giro normal de la cabeza será mayor que la velocidad de la luz en el vacío. En este sistema, al girar en poco tiempo, la Luna describirá un arco con un radio aproximadamente igual a la distancia entre el origen del sistema de coordenadas (cabeza) y la Luna.

Velocidad de fase

Velocidad de fase a lo largo de una dirección desviada del vector de onda por un ángulo α. Se considera una onda plana monocromática.

Trompeta Krásnikov

Mecánica cuántica

El principio de incertidumbre en la teoría cuántica

En física cuántica, los estados de las partículas se describen mediante vectores espaciales de Hilbert, que determinan solo la probabilidad de obtener ciertos valores de cantidades físicas durante las mediciones (de acuerdo con el principio de incertidumbre cuántica). La representación más conocida de estos vectores son las funciones de onda, cuyo módulo al cuadrado determina la densidad de probabilidad de encontrar una partícula en un lugar determinado. Resulta que esta densidad puede moverse más rápido que la velocidad de la luz (por ejemplo, al resolver el problema del paso de una partícula a través de una barrera de energía). En este caso, el efecto de superar la velocidad de la luz se observa solo en distancias cortas. Richard Feynman expresó esto en sus conferencias de la siguiente manera:

… para la radiación electromagnética también existe una amplitud de probabilidad [distinta de cero] para viajar más rápido (o más lento) que la velocidad ordinaria de la luz. Viste en la lección anterior que la luz no siempre se mueve en línea recta; ¡ahora verás que no siempre se mueve a la velocidad de la luz! Puede parecer sorprendente que haya una amplitud [distinta de cero] para que un fotón viaje más rápido o más lento que la velocidad normal de la luz. C

texto original(Inglés)

… también hay una amplitud para que la luz vaya más rápido (o más lento) que la velocidad convencional de la luz. Descubriste en la última lección que la luz no solo va en línea recta; ¡ahora descubres que no va sólo a la velocidad de la luz! Puede que te sorprenda que hay una amplitud para que un fotón vaya a velocidades más rápidas o más lentas que la velocidad convencional, C

Richard Feynman, premio Nobel de física en 1965.

Al mismo tiempo, debido al principio de indistinguibilidad, es imposible decir si estamos observando la misma partícula o su copia recién nacida. En su conferencia Nobel en 2004, Frank Wilczek hizo el siguiente argumento:

Imagine una partícula moviéndose a una velocidad promedio muy cercana a la velocidad de la luz, pero con tanta incertidumbre en la posición como requiere la teoría cuántica. Obviamente, habrá una cierta probabilidad de observar que esta partícula se mueve algo más rápido que el promedio, y por lo tanto más rápido que la luz, lo que contradice la teoría especial de la relatividad. La única forma conocida de resolver esta contradicción requiere la idea de antipartículas. A grandes rasgos, la incertidumbre requerida en la posición se logra asumiendo que el acto de medir puede implicar la formación de antipartículas, cada una indistinguible de la original, con arreglos diferentes. Para mantener un equilibrio de números cuánticos conservados, las partículas adicionales deben ir acompañadas del mismo número de antipartículas. (Dirac llegó a predecir las antipartículas a través de una serie de interpretaciones y reinterpretaciones ingeniosas de la elegante ecuación de onda relativista que derivó, en lugar de a través de consideraciones heurísticas como la que he dado. La inevitabilidad y generalidad de estas conclusiones, y su relación directa con la ecuación básica principios de la mecánica cuántica y la relatividad especial se hicieron evidentes solo en retrospectiva).

texto original(Inglés)

Imagine una partícula moviéndose en promedio a casi la velocidad de la luz, pero con una posición incierta, como lo requiere la teoría cuántica. Evidentemente, habrá alguna probabilidad de que la observación de esta partícula se mueva un poco más rápido que el promedio y, por lo tanto, más rápido que la luz, lo que la relatividad especial no permite. La única forma conocida de resolver esta tensión pasa por introducir la idea de antipartículas. En términos muy generales, la incertidumbre requerida en la posición se acomoda al permitir la posibilidad de que el acto de medición pueda implicar la creación de varias partículas, cada una indistinguible de la original, con diferentes posiciones. Para mantener el equilibrio de los números cuánticos conservados, las partículas adicionales deben ir acompañadas de un número igual de antipartículas. (Dirac llegó a predecir la existencia de antipartículas a través de una secuencia de ingeniosas interpretaciones y reinterpretaciones de la elegante ecuación de onda relativista que inventó, en lugar de un razonamiento heurístico del tipo que he presentado. La inevitabilidad y generalidad de sus conclusiones, y su relación directa con los principios básicos de la mecánica cuántica y la relatividad especial, solo son claros en retrospectiva).

Frank Wilczek

efecto Scharnhorst

La velocidad de las ondas depende de las propiedades del medio en el que se propagan. La teoría especial de la relatividad establece que es imposible acelerar un cuerpo masivo a una velocidad superior a la velocidad de la luz en el vacío. Al mismo tiempo, la teoría no postula ningún valor particular para la velocidad de la luz. Se mide experimentalmente y puede variar según las propiedades del vacío. Para un vacío cuya energía es menor que la energía de un vacío físico ordinario, la velocidad de la luz teóricamente debería ser mayor, y la velocidad de transmisión de señal máxima permitida está determinada por la densidad máxima posible de energía negativa. Un ejemplo de tal vacío es el vacío de Casimir, que ocurre en rendijas delgadas y capilares de hasta diez nanómetros de tamaño (diámetro) (unas cien veces el tamaño de un átomo típico). Este efecto también puede explicarse por una disminución en el número de partículas virtuales en el vacío de Casimir, que, como las partículas de un medio continuo, ralentizan la propagación de la luz. Los cálculos realizados por Scharnhorst indican que la velocidad de la luz en el vacío de Casimir excede la del vacío ordinario en 1/10 24 para un espacio de 1 nm de ancho. También se demostró que exceder la velocidad de la luz en un vacío de Casimir no viola el principio de causalidad. El exceso de la velocidad de la luz en un vacío de Casimir en comparación con la velocidad de la luz en un vacío ordinario aún no ha sido confirmado experimentalmente debido a la extrema complejidad de medir este efecto.

Teorías con la variabilidad de la velocidad de la luz en el vacío

En la física moderna, existen hipótesis según las cuales la velocidad de la luz en el vacío no es constante y su valor puede cambiar con el tiempo (Velocidad variable de la luz (VSL)). En la versión más común de esta hipótesis, se supone que en las etapas iniciales de la vida de nuestro universo, el valor de la constante (la velocidad de la luz) era mucho mayor que ahora. En consecuencia, antes de que la sustancia pudiera moverse a una velocidad, muy superior velocidad moderna de la luz.

Movimiento superlumínico en la ciencia ficción

ver también

notas

Landau, L. D., Lifshitz, E. M. Teoría de campos. - Edición 6, corregida y complementada. - M.: Nauka, 1973. - 504 p. - ("Física Teórica", Tomo II).
Pedro Makovetsky¡Mira la raíz!
La mecánica clásica se utiliza en la actualidad para describir cuerpos materiales que se mueven a velocidades muy inferiores a la de la luz y que se encuentran fuera de la curvatura significativa del espacio-tiempo.
Conferencia No. 24 sobre Mecánica Teórica
Esta ecuación de mecánica teórica de la sección "cinemática de puntos"
FTL
Si la luna no está en su cenit.
Enciclopedia física en línea. Tomo 5, p.266.
M. Alcubierre El motor warp: viajes hiperrápidos dentro de la relatividad general. - clase. cuant. gravedad 11, L73-L77 (1994), copia en arxiv.org:
charles t ridgely Un enfoque macroscópico para crear materia exótica
Feynman Capítulo 3 // QED. - S. 89.

Los astrofísicos estadounidenses han desarrollado un modelo matemático de un impulso hiperespacial que le permite superar distancias espaciales a una velocidad 10³² veces mayor que la velocidad de la luz, lo que le permite volar a una galaxia vecina en un par de horas y regresar.

Durante el vuelo, las personas no sentirán las sobrecargas que se sienten en los aviones de pasajeros modernos, aunque tal motor solo puede aparecer en metal en unos pocos cientos de años.

El mecanismo de accionamiento se basa en el principio del motor de deformación espacial (Warp Drive), que fue propuesto en 1994 por el físico mexicano Miguel Alcubierre. Los estadounidenses solo tuvieron que refinar el modelo y hacer cálculos más detallados.
“Si comprimes el espacio frente a la nave y lo expandes detrás, por el contrario, aparecerá una burbuja de espacio-tiempo alrededor de la nave”, dice uno de los autores del estudio, Richard Obousi. y la saca del mundo ordinario a su propio sistema de coordenadas. Debido a la diferencia en la presión del espacio-tiempo, esta burbuja puede moverse en cualquier dirección, superando el umbral de la luz en miles de órdenes de magnitud.

Presumiblemente, el espacio alrededor de la nave podrá deformarse debido al flujo de energía oscura poco estudiado. “La energía oscura es una sustancia muy poco estudiada, descubierta hace relativamente poco tiempo y que explica por qué las galaxias parecen separarse unas de otras”, dijo Sergei Popov, investigador principal del Departamento de Astrofísica Relativista del Instituto Estatal Astronómico Sternberg de la Universidad Estatal de Moscú. Hay varios modelos de él, pero cuál "No hay uno generalmente aceptado. Los estadounidenses tomaron un modelo basado en dimensiones adicionales como base, y dicen que es posible cambiar las propiedades de estas dimensiones localmente. Entonces resulta que puede haber diferentes constantes cosmológicas en diferentes direcciones. Y luego el barco en la burbuja comenzará a moverse".

Tal "comportamiento" del Universo puede explicarse mediante la "teoría de cuerdas", según la cual todo nuestro espacio está impregnado de muchas otras dimensiones. Su interacción entre sí genera una fuerza repulsiva, que es capaz de expandir no solo la materia, como las galaxias, sino también el propio cuerpo del espacio. Este efecto se llama "inflación del Universo".

"Desde los primeros segundos de su existencia, el Universo se ha estado estirando", explica Ruslan Metsaev, Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas, empleado del Centro Astroespacial del Instituto de Física de Lebedev. - Y este proceso continúa hasta el día de hoy. " Sabiendo todo esto, puedes intentar ampliar o reducir el espacio artificialmente. Para ello, se propone influir en otras dimensiones, con lo que una parte del espacio de nuestro mundo comenzará a moverse en la dirección correcta.

En este caso, no se violan las leyes de la teoría de la relatividad. Dentro de la burbuja se mantendrán las mismas leyes del mundo físico y la velocidad de la luz será el límite. El llamado efecto gemelo no se aplica a esta situación, que cuenta que durante los viajes espaciales a la velocidad de la luz, el tiempo dentro de la nave se ralentiza significativamente y el astronauta, al regresar a la tierra, se encontrará con su hermano gemelo ya un hombre muy anciano. El motor Warp Dreve elimina esta molestia, porque empuja el espacio, no la nave.

Los estadounidenses ya han encontrado un objetivo para el futuro vuelo. Este es el planeta Gliese 581 (Gliese 581), en el que las condiciones climáticas y la gravedad se acercan a la Tierra. La distancia hasta él es de 20 años luz, e incluso si Warp Drive funciona un billón de veces más débil que la potencia máxima, el tiempo de viaje hasta él será de solo unos segundos.

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

Comentarios: 1

Como saben, una persona vive en 3 dimensiones: largo, ancho y alto. Basado en la "teoría de cuerdas", hay 10 dimensiones en el universo, las primeras seis de las cuales están interconectadas. Este video habla de todas estas dimensiones, incluidas las últimas 4, en el marco de las ideas sobre el Universo.

michio kaku

Este libro ciertamente no es una lectura entretenida. Esto es lo que se llama un "bestseller intelectual". ¿Qué, de hecho, hace la física moderna? ¿Cuál es el modelo actual del universo? ¿Cómo entender la "multidimensionalidad" del espacio y el tiempo? ¿Qué son los mundos paralelos? ¿En qué medida estos conceptos, como objeto de investigación científica, difieren de las ideas religiosas y esotéricas?

Andrew PontzenTom Vinty

El concepto de espacio responde a la pregunta "¿dónde?". El concepto de tiempo responde a la pregunta "¿cuándo?". A veces, para ver la imagen correcta del universo, necesitas tomar estos dos conceptos y combinarlos.

michio kaku

Hasta hace muy poco, era difícil para nosotros siquiera imaginar el mundo actual de cosas familiares. ¿Qué audaces predicciones de los escritores y cineastas de ciencia ficción sobre el futuro tienen la oportunidad de hacerse realidad ante nuestros ojos? Michio Kaku, físico estadounidense de origen japonés y uno de los autores de la teoría de cuerdas, intenta responder a esta pregunta. Hablando en términos simples sobre los fenómenos más complejos y los últimos logros de la ciencia y la tecnología modernas, busca explicar las leyes básicas del universo.

En 1994, la propia reina tocó el hombro de este tímido hombre con una espada, convirtiéndolo en caballero. Pocas personas creen en la lógica paradójica de Roger Penrose, es tan increíble. Pocos discuten con ella, es tan perfecta. En esta nota, el caballero de la física hablará sobre el Universo, Dios y la mente humana. Y todo finalmente encajó en su lugar.

Durante miles de años, los astrónomos se han basado únicamente en la luz visible para sus investigaciones. En el siglo XX, su visión abarcó todo el espectro electromagnético, desde las ondas de radio hasta los rayos gamma. Las naves espaciales, habiendo llegado a otros cuerpos celestes, dotaron a los astrónomos de tacto. Finalmente, las observaciones de partículas cargadas y neutrinos emitidos por objetos cósmicos distantes han proporcionado a los astrónomos un análogo del olfato. Pero todavía no tienen audiencia. El sonido no viaja a través del vacío del espacio. Pero no es un obstáculo para las ondas de otro tipo: las gravitatorias, que también provocan la vibración de los objetos. Pero aún no ha sido posible registrar estas ondas fantasmales. Pero los astrónomos confían en que ganarán "oído" en la próxima década.