Brzina je veća od brzine svjetlosti u vakuumu - to je realnost. Ajnštajnova teorija relativnosti zabranjuje samo superluminalni prenos informacija. Stoga postoji dosta slučajeva u kojima se objekti mogu kretati brže od svjetlosti i ništa ne slomiti. Počnimo sa sjenama i sunčevim zrakama.

Ako napravite senku na udaljenom zidu od prsta na koji usijate baterijsku lampu, a zatim pomerite prst, tada se senka kreće mnogo brže od vašeg prsta. Ako je zid veoma udaljen, tada će kretanje senke zaostajati za pokretom prsta, jer će svetlost i dalje morati da leti od prsta do zida, ali će brzina senke biti isto toliko puta. veći. Odnosno, brzina sjene nije ograničena brzinom svjetlosti.

Pored senki, „sunčevi zraci“ se takođe mogu kretati brže od svetlosti. Na primjer, mrlja laserskog zraka usmjerenog na mjesec. Udaljenost do Mjeseca je 385.000 km. Ako lagano pomjerite laser, pomjerajući ga za samo 1 cm, tada će imati vremena da prođe kroz Mjesec brzinom koja je oko trećina veća od brzine svjetlosti.

Slične stvari se mogu dogoditi u prirodi. Na primjer, svjetlosni snop pulsara, neutronske zvijezde, može pročešljati oblak prašine. Sjajni bljesak generira proširenu školjku svjetlosti ili drugog zračenja. Dok prelazi površinu oblaka, stvara se svjetlosni prsten koji postaje sve veći. veća brzina Sveta.

Sve su to primjeri stvari koje se kreću brže od svjetlosti, ali koje nisu fizička tijela. Uz pomoć sjene ili zečića nemoguće je prenijeti superluminalnu poruku, pa komunikacija brža od svjetlosti nije moguća.

A evo primjera koji je povezan sa fizičkim tijelima. Gledajući unaprijed, recimo da, opet, superluminalne poruke neće raditi.

U referentnom okviru povezanom s rotirajućim tijelom, udaljeni objekti mogu se kretati superluminalnim brzinama. Na primjer, Alpha Centauri, u referentnom okviru povezanom sa Zemljom, kreće se brzinom više od 9.600 puta brzinom svjetlosti, "prešavši" udaljenost od oko 26 svjetlosnih godina dnevno. I potpuno isti primjer sa mjesecom. Stanite prema njoj i okrenite se oko svoje ose za nekoliko sekundi. Za to vrijeme se oko vas rotirao oko 2,4 miliona kilometara, odnosno 4 puta brže od brzine svjetlosti. Ha-ha, kažete, nije ona bila ta koja se vrtila, nego ja... I zapamtite da su u teoriji relativnosti svi referentni okviri nezavisni, uključujući i rotirajući. Pa na koju stranu gledati...

I šta da radim? Pa, zapravo, tu nema kontradikcije, jer opet, ovaj fenomen se ne može koristiti za FTL poruke. Osim toga, imajte na umu da u njegovoj blizini Mjesec ne prelazi brzinu svjetlosti. Naime, u opštoj teoriji relativnosti nameću se sve zabrane prekoračenja lokalne brzine svetlosti.

Sjene mogu putovati brže od svjetlosti, ali ne mogu nositi materiju ili informacije

Da li je superluminalni let moguć?

Odjeljci u ovom članku imaju podnaslove i možete pogledati svaki odjeljak zasebno.

Jednostavni primjeri FTL putovanja

1. Čerenkovljev efekat

Kada govorimo o superluminalnom kretanju, mislimo na brzinu svjetlosti u vakuumu. c(299 792 458 m/s). Stoga se Čerenkovljev efekat ne može smatrati primjerom superluminalnog kretanja.

2. Treći posmatrač

Ako je raketa A odleti od mene brzinom 0.6c na zapadu i raketa B odleti od mene brzinom 0.6c istočno, onda vidim da je udaljenost između A I B raste sa brzinom 1.2c. Gledajući lete projektila A I B spolja, treći posmatrač vidi da je ukupna brzina uklanjanja projektila veća od c .

ali relativna brzina nije jednak zbiru brzina. brzina rakete A u vezi rakete B je brzina kojom se povećava udaljenost do rakete A, koju vidi posmatrač kako leti na raketi B. Relativna brzina se mora izračunati korištenjem relativističke formule dodavanja brzine. (Pogledajte Kako dodajete brzine u specijalnoj relativnosti?) U ovom primjeru, relativna brzina je približno 0,88c. Dakle, u ovom primjeru nismo dobili FTL.

3. Svetlo i senka

Razmislite o tome koliko brzo se senka može kretati. Ako je lampa blizu, tada se senka vašeg prsta na udaljenom zidu kreće mnogo brže nego što se prst kreće. Prilikom pomicanja prsta paralelno sa zidom, brzina ulaska sjene D/d puta veća od brzine prsta. Evo d je udaljenost od lampe do prsta, i D- od lampe do zida. Brzina će biti još veća ako je zid pod uglom. Ako je zid jako udaljen, tada će kretanje sjene zaostajati za pokretom prsta, jer svjetlosti treba vremena da stigne do zida, ali će se brzina sjene koja se kreće duž zida još više povećati. Brzina sjene nije ograničena brzinom svjetlosti.

Još jedan objekat koji može putovati brže od svjetlosti je svjetlosna tačka lasera usmjerena na mjesec. Udaljenost do Mjeseca je 385.000 km. Brzinu kretanja svjetlosne tačke na površini Mjeseca možete sami izračunati uz male fluktuacije laserskog pokazivača u ruci. Možda će vam se svidjeti i primjer vala koji pod blagim uglom udara u ravnu liniju plaže. Kojom brzinom se tačka preseka talasa i obale može kretati duž plaže?

Sve ove stvari se mogu dogoditi u prirodi. Na primjer, snop svjetlosti iz pulsara može proći duž oblaka prašine. Snažna eksplozija može stvoriti sferne valove svjetlosti ili zračenja. Kada se ovi valovi sijeku s površinom, na toj površini se pojavljuju svjetlosni krugovi koji se šire brže od svjetlosti. Takav fenomen se uočava, na primjer, kada elektromagnetski impuls od bljeska munje prođe kroz gornju atmosferu.

4. Čvrsto tijelo

Ako imate dugu, krutu šipku i udarite u jedan kraj štapa, zar se drugi kraj ne pomjera odmah? Nije li ovo način superluminalnog prijenosa informacija?

To bi bilo tačno ako postojala su savršeno kruta tijela. U praksi se udar prenosi duž štapa brzinom zvuka koja ovisi o elastičnosti i gustoći materijala štapa. Osim toga, teorija relativnosti ograničava moguće brzine zvuka u materijalu vrijednošću c .

Isti princip vrijedi ako držite tetivu ili štap okomito, otpustite je i ona počinje padati pod utjecajem gravitacije. Gornji kraj koji pustite odmah počinje da pada, ali donji će se početi pomicati tek nakon nekog vremena, jer se gubitak sile držanja prenosi niz štap brzinom zvuka u materijalu.

Formulacija relativističke teorije elastičnosti je prilično komplicirana, ali se opća ideja može ilustrirati korištenjem Newtonove mehanike. Jednačina uzdužnog kretanja idealno elastičnog tijela može se izvesti iz Hookeovog zakona. Označite linearnu gustinu štapa ρ , Youngov modul Y. Uzdužni pomak X zadovoljava talasnu jednačinu

ρ d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0

Rješenje ravnih valova putuje brzinom zvuka s, što se određuje iz formule s 2 = Y/ρ. Talasna jednadžba ne dozvoljava da se perturbacije medija kreću brže nego sa brzinom s. Osim toga, teorija relativnosti daje ograničenje količine elastičnosti: Y< ρc 2 . U praksi se nijedan poznati materijal ne približava ovoj granici. Imajte na umu da čak i ako je brzina zvuka blizu c, onda se sama materija ne mora nužno kretati relativističkom brzinom.

Iako u prirodi nema čvrste materije, postoji kretanje krutih tijela, koji se može koristiti za savladavanje brzine svjetlosti. Ova tema pripada već opisanom dijelu sjenki i svjetlosnih mrlja. (Pogledajte Superluminalne makaze, Kruti rotirajući disk u relativnosti).

5. Fazna brzina

talasna jednačina
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0

ima rješenje u obliku
u \u003d A cos (ax - bt), c 2 a 2 - b 2 + w 2 \u003d 0

To su sinusoidni valovi koji se šire brzinom v
v = b/a = sqrt(c 2 + w 2 /a 2)

Ali to je više od c. Možda je ovo jednačina za tahione? (vidi odjeljak ispod). Ne, ovo je uobičajena relativistička jednačina za česticu s masom.

Da biste eliminirali paradoks, morate razlikovati "faznu brzinu" v ph i "brzina grupe" v gr , i
v ph v gr = c 2

Rješenje u obliku vala može imati disperziju frekvencije. U ovom slučaju, talasni paket kreće se grupnom brzinom koja je manja od c. Koristeći talasni paket, informacije se mogu prenositi samo grupnom brzinom. Talasi u talasnom paketu kreću se faznom brzinom. Fazna brzina je još jedan primjer FTL kretanja koji se ne može koristiti za komunikaciju.

6. Superluminalne galaksije

7. Relativistička raketa

Neka posmatrač na Zemlji vidi letelicu koja se udaljava velikom brzinom 0,8c Prema teoriji relativnosti, on će vidjeti da je sat uključen svemirski brod idite 5/3 puta sporije. Ako udaljenost do broda podijelimo s vremenom leta prema satu na brodu, dobićemo brzinu 4/3c. Posmatrač zaključuje da će pilot broda, koristeći svoj sat na brodu, utvrditi i da on leti superluminalnom brzinom. Sa tačke gledišta pilota, njegov sat radi normalno, a međuzvjezdani prostor se smanjio za faktor 5/3. Stoga brže, brzinom, leti poznate udaljenosti između zvijezda 4/3c .

Dilatacija vremena je stvarni efekat koji bi se u principu mogao koristiti u svemirskim putovanjima za prelazak na velike udaljenosti u kratkom vremenu sa stanovišta astronauta. Pri konstantnom ubrzanju od 1g, astronauti ne samo da će imati udobnu umjetnu gravitaciju, već će također moći preći galaksiju za samo 12 godina odgovarajućeg vremena. Tokom putovanja oni će ostariti za 12 godina.

Ali to još uvijek nije superluminalni let. Ne možete izračunati brzinu koristeći udaljenost i vrijeme definirane u različitim referentnim okvirima.

8. Brzina gravitacije

Neki insistiraju na tome da je brzina gravitacije mnogo veća c ili čak beskonačno. Pogledajte Da li gravitacija putuje brzinom svjetlosti? i šta je gravitaciono zračenje? Gravitacijske perturbacije i gravitacijski valovi se šire brzinom c .

9. EPR paradoks

10. Virtuelni fotoni

11. Efekat kvantnog tunela

IN kvantna mehanika tunelski efekat omogućava čestici da savlada barijeru, čak i ako njena energija za to nije dovoljna. Moguće je izračunati vrijeme tuneliranja kroz takvu barijeru. A može se pokazati i manjim od onoga što je potrebno svjetlosti da pređe istu udaljenost brzinom c. Može li se koristiti za slanje poruka brže od svjetlosti?

Kvantna elektrodinamika kaže "Ne!" Ipak, sproveden je eksperiment koji je pokazao superluminalni prijenos informacija pomoću efekta tunela. Kroz barijeru širine 11,4 cm brzinom 4,7 c Predstavljena je Mocartova Četrdeseta simfonija. Objašnjenje ovog eksperimenta je vrlo kontroverzno. Većina fizičara vjeruje da je uz pomoć efekta tunela nemoguće prenijeti informacije brži od svetlosti. Ako je bilo moguće, zašto onda ne poslati signal u prošlost postavljanjem opreme u referentni okvir koji se brzo kreće.

17. Kvantna teorija polja

Sa izuzetkom gravitacije, sve vidljive fizičke pojave odgovaraju "Standardnom modelu". Standardni model je relativistički kvantna teorija polje koje objašnjava elektromagnetne i nuklearne interakcije, kao i sve poznate čestice. U ovoj teoriji, bilo koji par operatora koji odgovaraju fizičkim opservableima razdvojenim prostornim intervalom događaja "komutira" (to jest, može se promijeniti redoslijed ovih operatora). U principu, ovo implicira da u Standardnom modelu sila ne može da putuje brže od svjetlosti, i to se može smatrati kvantnim poljem ekvivalentom argumenta beskonačne energije.

Međutim, ne postoje besprijekorno rigorozni dokazi u kvantnoj teoriji polja Standardnog modela. Niko još nije čak ni dokazao da je ova teorija interno konzistentna. Najvjerovatnije nije. U svakom slučaju, nema garancije da nema još neotkrivenih čestica ili sila koje se ne povinuju zabrani superluminalnog kretanja. Takođe ne postoji generalizacija ove teorije, uključujući gravitaciju i opštu relativnost. Mnogi fizičari koji rade na polju kvantne gravitacije sumnjaju da će jednostavni koncepti kauzalnosti i lokalnosti biti generalizirani. Nema garancije da će u budućnosti više kompletna teorija brzina svjetlosti će zadržati značenje granične brzine.

18. Paradoks deda

U specijalnoj relativnosti, čestica koja putuje brže od svjetlosti u jednom referentnom okviru vraća se u prošlost u drugom referentnom okviru. FTL putovanja ili prijenos informacija bi omogućili putovanje ili slanje poruke u prošlost. Kada bi takvo putovanje kroz vrijeme bilo moguće, onda biste se mogli vratiti u prošlost i promijeniti tok istorije ubivši svog djeda.

Ovo je vrlo jak argument protiv mogućnosti FTL putovanja. Istina, ostaje gotovo nevjerovatna mogućnost da je moguće neko ograničeno superluminalno putovanje koje ne dozvoljava povratak u prošlost. Ili je možda putovanje kroz vrijeme moguće, ali je uzročnost narušena na neki dosljedan način. Sve je to vrlo nevjerojatno, ali ako govorimo o FTL-u, bolje je biti spreman za nove ideje.

I obrnuto je istina. Kad bismo mogli putovati u prošlost, mogli bismo savladati brzinu svjetlosti. Možete se vratiti u prošlost, letjeti negdje malom brzinom i stići tamo prije nego što stigne svjetlo poslano na uobičajen način. Pogledajte Putovanje kroz vrijeme za detalje o ovoj temi.

Otvorena pitanja FTL putovanja

U tome zadnji dio Opisaću neke ozbiljne ideje o moguće preseljenje brži od svetlosti. Ove teme nisu često uključene u FAQ, jer više liče na puno novih pitanja nego na odgovore. Oni su ovde uključeni da pokažu da se ozbiljna istraživanja rade u ovom pravcu. Dat je samo kratak uvod u temu. Detalje možete pronaći na internetu. Kao i prema svemu na internetu, budite kritični prema njima.

19. Tahioni

Tahioni su hipotetičke čestice koje lokalno putuju brže od svjetlosti. Da bi to učinili, oni moraju imati zamišljenu vrijednost mase. U ovom slučaju, energija i zamah tahiona su realne veličine. Nema razloga vjerovati da se superluminalne čestice ne mogu detektirati. Sjene i svjetla mogu putovati brže od svjetlosti i mogu se otkriti.

Do sada tahioni nisu pronađeni, a fizičari sumnjaju u njihovo postojanje. Postojale su tvrdnje da su u eksperimentima za mjerenje mase neutrina proizvedenih beta raspadom tritijuma, neutrini bili tahioni. Ovo je sumnjivo, ali još nije definitivno opovrgnuto.

Postoje problemi u teoriji tahiona. Pored mogućeg kršenja uzročnosti, tahioni takođe čine vakuum nestabilnim. Možda je moguće zaobići ove poteškoće, ali čak ni tada nećemo moći koristiti tahione za superluminalni prijenos poruka.

Većina fizičara vjeruje da je pojava tahiona u teoriji znak nekih problema s ovom teorijom. Ideja o tahionima je toliko popularna u javnosti samo zato što se često spominju u fantazijskoj literaturi. Vidi Tachyons.

20. Crvotočine

Najpoznatija metoda globalnog FTL putovanja je korištenje "crvotočina". Crvotočina je prorez u prostor-vremenu od jedne tačke u svemiru do druge, što vam omogućava da idete s jednog kraja rupe na drugi brže od uobičajen način. Crvotočine su opisane općom teorijom relativnosti. Da biste ih kreirali, morate promijeniti topologiju prostor-vremena. Možda će to postati moguće u okviru kvantne teorije gravitacije.

Da biste držali crvotočinu otvorenom, potrebna su vam područja s negativnom energijom. C.W.Misner i K.S.Thorne predložili su korištenje Casimirovog efekta u velikim razmjerima za stvaranje negativne energije. Visser predložio korištenje kosmičkih struna za ovo. Ovo su vrlo spekulativne ideje i možda neće biti moguće. Možda ne postoji potreban oblik egzotične materije sa negativnom energijom.

. Prema riječima Antonija Ereditata, djelatnika centra za fiziku čestica na francusko-švicarskoj granici, nakon tri godine mjerenja, pokazalo se da je snop neutrina lansiran iz Ženeve u italijansku laboratoriju Gran Sasso prešao put od 730 km 60 nanosekundi brži od svetlosti.

"Imamo veliko povjerenje u rezultate. Ali potrebno je da i druge kolege urade svoje testove i potvrde naše rezultate.", - rekao je on. Prema naučniku, greška mjerenja ne prelazi 10 ns.

Ako se rezultati istraživanja potvrde, onda bi to moglo dovesti u sumnju osnovu specijalne teorije relativnosti Alberta Einsteina (1905), koja kaže da se ništa u svemiru ne može kretati brže od svjetlosti, tj. pri brzinama iznad 299.792 km/s.

0 0

Ovo je napisana, avaj, potpuna glupost. Agencija Reuters je, naravno, solidna organizacija, ali vijesti iz nauke ipak ne smiju biti izvučene iz istih ruku koje donose vijesti iz politike i društvenog života.

"osnova specijalne teorije relativnosti Alberta Einsteina (1905), koja kaže da ništa u svemiru ne može putovati brže od svjetlosti"

Teorija relativnosti ne govori ništa o tome. Teorija relativnosti kaže da se ništa ne može kretati brže od svjetlosti U VAKUUMU. A čestice koje se kreću brže od svjetlosti pronađene su davno, tačnije pronađeni su takvi mediji u kojima se neke čestice mogu kretati brže od fotona.
Nije mi jasno kako je snop neutrina otišao iz Ženeve negde tamo, ali svakako ne u vakuumu. Ako je, na primjer, hodao kroz zrak, onda nema ništa iznenađujuće u činjenici da su fotoni raspršeni zrakom stigli do krajnje točke kasnije od neutrina koji gotovo da nisu stupili u interakciju s materijom.

0 0

Zapravo, neutrini će se uvijek kretati brže od svjetlosti :) Jednostavno zato što praktički ne stupaju u interakciju sa materijom, a svjetlost (fotoni) savršeno interaguju. I tek u vakuumu fotoni konačno ubrzavaju do punog zujanja :)
Ali bilo je zanimljivo pronaći medij u kojem bi se elektroni mogli kretati brže od brzine svjetlosti. A takvo okruženje je odavno pronađeno. I tu su neverovatni efekti. Pogledajte Wikipediju "Zračenje Vavilov-Čerenkov".

0 0

Još jedan srodni post:

Fizičari u istraživačkom centru Evropske organizacije za nuklearna istraživanja (CERN) tokom eksperimenta su to otkrili subatomske čestice može putovati brže od brzine svjetlosti.

Snop neutrina poslan iz CERN-a u podzemnu laboratoriju Gran Sasso u Italiji na udaljenosti od 732 km stigao je na svoje odredište, navodno nekoliko milijarditih dijelova sekunde ranije nego da je putovao brzinom svjetlosti.

Ako se eksperimentalni podaci potvrde, biće opovrgnuta Einsteinova teorija relativnosti prema kojoj je brzina svjetlosti 299.792.458 metara u sekundi.

Prema naučnicima, snopovi neutrina su ga pretekli za 60 nanosekundi, što je u suprotnosti sa postulatom da se elementarne čestice ne mogu kretati brže od brzine svjetlosti.

Ruska služba BBC-a razgovarala je o rezultatima eksperimenta s Rubenom Sahakyanom, profesorom fizike na Univerzitetskom koledžu u Londonu.

BBC BBC: Radili ste u laboratoriji Gran Sasso, i vjerovatno ste dobro upoznati sa eksperimentom "Opera".

Ruben Sahakyan: Napustio sam laboratoriju Gran Sasso prije više od 10 godina, kada je Opera tek bila u izgradnji. "Opera" je eksperiment koji traži fenomen kao što su oscilacije neutrina, odnosno transformacija jedne vrste neutrina u drugu.

Neutrini su fundamentalne čestice, takozvani gradivni blokovi svemira. Imaju broj zanimljive nekretnine, uključujući konverziju iz jedne vrste u drugu. Opera je dizajnirana da proučava ovaj problem.

Taj rezultat (podaci da neutrini putuju brže od brzine svjetlosti) bio je nusproizvod eksperimenta koji su radili.

BBC BBC: Da li su rezultati koje su izneli naučnici ubedljivi?

RS: Objavljeni rezultati izgledaju uvjerljivo. U eksperimentalnoj nauci postoji numerička mjera povjerenja u rezultat, odnosno vaše mjerenje mora premašiti grešku mjerenja najmanje pet puta. I imaju ga šest puta više.

S druge strane, ovo je složeno mjerenje, u njemu ima mnogo elemenata, a u svakoj fazi postoji mnogo načina da se pogreši. I zato se to mora uzeti sa zdravim skepticizmom. Svaka čast autorima, oni ne tumače rezultat, već samo navode podatke dobijene tokom eksperimenta.

BBC BBC: Kako je svjetska naučna zajednica reagovala na ove podatke?

RS: Globalna zajednica je reagovala zdravim skepticizmom, pa čak i konzervativizmom. Na kraju krajeva, ovo je ozbiljan eksperiment, a ne populistička izjava.

Implikacije, ako se pokažu istinitim, suviše su ozbiljne da bi ih se olako shvatilo.

Naše temeljne ideje o svijetu će se promijeniti. Sada će ljudi čekati daljnje objavljivanje eksperimentalnih pristranosti i, što je najvažnije, podataka iz nezavisnih eksperimenata.

BBC BBC: Kakav na primjer?

RS: Postoji američki eksperiment "Minus", koji može potvrditi ovo mjerenje. Vrlo je sličan Operi. Snop neutrina se proizvodi u akceleratoru, zatim šalje na 730 kilometara i mjeri se u podzemnoj laboratoriji. Suština mjerenja je jednostavna: znate udaljenost između vašeg izvora i vašeg detektora, mjerite vrijeme u kojem je stigao i tako određujete brzinu.

Đavo je u detaljima. "Minus" je već napravio slično mjerenje prije četiri godine, ali su tada imali vrijednost koju su mjerili, a greška je bila srazmjerna jedna drugoj. Njih ključno pitanje je da nisu imali tačnu udaljenost.

730 kilometara između izvora i detektora teško je izmjeriti s apsolutnom preciznošću, a Opera je nedavno uspjela izmjeriti ovu udaljenost do 20 centimetara pomoću geodetskih metoda. "Minus" će pokušati učiniti isto i tada će moći provjeriti podatke ovog eksperimenta.

BBC BBC: Ako se potvrdi rezultat eksperimenta, kako će to uticati na tradicionalne ideje o svijetu?

RS: Ako se to potvrdi, rezultat će biti ozbiljan. Sada postoje dvije teorije koje sa naučne tačke gledišta objašnjavaju cijeli svijet koji nas okružuje: kvantna teorija mikrosvijeta i Ajnštajnova teorija relativnosti.

Rezultat eksperimenta (neutrini se kreću brzinom većom od brzine svjetlosti) direktno je u suprotnosti s Ajnštajnovom teorijom relativnosti, koja kaže da je u bilo kojoj referentnoj tački brzina svjetlosti konstantna i ništa ne može prestići brzinu svjetlosti.

Postoji ogroman broj vrtoglavih implikacija, posebno mogućnost putovanja kroz vrijeme (za čestice).

http://www.bbc.co.uk/russian/science/2011/09/110923_interview_expert_neutrino_discovery.shtml

0 0

Publikacija će biti mnogo, ali je besmisleno o njima raspravljati u 10, jer ne možete ni zamisliti, vjerovatno, koliko je fizika otišla naprijed od 1905 :), kada je Ajnštajn samo formulisao principe teorije odnosa. U svemu tome ima puno potpuno neočekivanih aspekata, a ako se zanemare, lako je usisati senzacije. Eksperimentatori, izgleda, nisu ništa usisali, ali je samo karakteristično da ni oni ni naučnici koji se bave ovim problemima ne plaču - jednostavno su snimili taj i takav rezultat i sada nude da ga provjere i ili opovrgnu, ili potvrde to, a "potvrditi" još ne znači da teoriju relativnosti treba korigovati, jer mogu postojati različita objašnjenja ovih podataka u uslovima postojećeg modela.
Na primjer, zamislite - određena čestica je toliko raspršena da je njena brzina skoro jednaka brzini svjetlosti - pa, vrlo blizu. štaviše, ako je njena koordinata dovoljno slabo nesigurna, tada, prema Heisenbergovom principu nesigurnosti, nesigurnost njene brzine postaje takva da postoji vjerovatnoća različita od nule da se čestica kreće brže od brzine svjetlosti. Riječ je o dobro poznatom paradoksu iz kojeg, posebno, slijedi hipoteza o postojanju antimaterije, koja na kraju sve savršeno objašnjava u okviru postojećeg modela.
Pa, zapamtite takvu jebenu stvar kao što je Casimirov vakuum - vakuum nije praznina, to je prostor svemira koji vrvi od bezbrojnih virtuelnih čestica koje se rađaju i umiru. Zovu se virtuelni jer se rađaju i uništavaju brže nego što možete otkriti, kako bi se popravilo kršenje zakona o očuvanju. Ipak, uz određene mentalne eksperimente moguće je, takoreći, "razdvojiti" parove virtualnih čestica, a one se ne mogu srušiti. Osim toga, ako uzmemo izuzetno malu veličinu područja prostora, tada će se u njemu pojaviti samo jedna čestica, a druga će biti s druge strane "zida". Casimirov efekat je već eksperimentalno dokazan, ali njegovo proučavanje ostaje praktično nepromijenjeno zbog činjenice da je izuzetno teško izvoditi eksperimente u tako malim prostorima.
Ne govorim o teoriji tahiona, koja se također lako može pozvati da podrži teoriju relativnosti (ako joj se doda da objasni misteriozne transformacije neutrina iz jedne vrste u drugu i moguću brzinu svjetlosti
Općenito, ima toliko detalja da je nemoguće zadržati teoriju relativnosti netaknutom. Ali neke od mogućih interpretacija, ipak, mogu značajno pomaknuti fiziku naprijed.

0 0

Ono što mi još nije jasno: iz onoga što sam pročitao i video proizilazi da su naučnici lansirali neutrin snop na udaljenosti od 700 km do uređaja za snimanje.. Ali Zemlju je neprestano, svake sekunde probijaju huelioni neutrina koji rade ne stupaju u interakciju sa materijom. Kako su utvrdili da su to "njihovi" neutrini snimljeni na diktafonu, a ne onaj koji je stigao iz svemira?

Tim naučnika iz eksperimenta OPERA, u saradnji sa Evropskom organizacijom za nuklearna istraživanja (CERN), objavio je senzacionalne rezultate eksperimenta savladavanja brzine svetlosti. Rezultati eksperimenta pobijaju specijalnu teoriju relativnosti Alberta Ajnštajna, na kojoj se zasniva sva moderna fizika. Teorija kaže da je brzina svjetlosti 299,792,458 m/s, a elementarne čestice ne mogu se kretati brže od brzine svjetlosti.

Ipak, naučnici su zabilježili njegov višak neutrinskim snopom za 60 nanosekundi pri savladavanju 732 km. To se dogodilo 22. septembra tokom eksperimenta koji je sprovela međunarodna grupa nuklearnih fizičara iz Italije, Francuske, Rusije, Koreje, Japana i drugih zemalja.

Eksperiment je tekao na sljedeći način: protonski snop je ubrzan u posebnom akceleratoru i udario njime u centar posebne mete. Tako su nastali mezoni - čestice koje se sastoje od kvarkova.

Tokom raspada mezona rađaju se neutrini, - akademik Ruske akademije nauka Valerij Rubakov, šef Istraživač Institut za nuklearna istraživanja RAS. - Snop je postavljen tako da neutrino leti 732 km i pogodi italijansku podzemnu laboratoriju u Gran Sasu. Ima poseban detektor koji bilježi brzinu snopa neutrina.

Rezultati studije podelili su naučni svet. Neki naučnici odbijaju da poveruju u rezultate.

Ono što su uradili u CERN-u nemoguće je sa savremenog stanovišta fizike - rekao je za Izvestija akademik Ruske akademije nauka Spartak Beljajev, naučni direktor Instituta za opštu i nuklearnu fiziku. - Potrebno je provjeriti ovaj eksperiment i njegove rezultate - možda su se jednostavno prevarili. Svi eksperimenti izvedeni prije toga uklapaju se u postojeću teoriju, a zbog jednog jednom provedenog eksperimenta ne vrijedi dizati paniku.

Istovremeno, akademik Beljajev priznaje da ako je moguće dokazati da se neutrini mogu kretati brže od brzine svjetlosti, to će biti revolucija.

Onda moramo razbiti svu fiziku, rekao je.

Ako se rezultati potvrde, ovo je revolucija, slaže se akademik Rubakov. - Teško je reći kako će to izaći na meštane. Općenito, naravno, moguće je promijeniti specijalnu teoriju relativnosti, ali je to izuzetno teško učiniti, a nije sasvim jasno koja će se teorija kao rezultat kristalizirati.

Rubakov je skrenuo pažnju na činjenicu da je u izvještaju navedeno da je tokom tri godine eksperimenta zabilježeno i izmjereno 15.000 događaja.

Statistika je veoma dobra, a u eksperimentu je učestvovala međunarodna grupa renomiranih naučnika”, rezimira Rubakov.

Akademici su naglasili da svijet redovno pokušava eksperimentalno opovrgnuti specijalnu teoriju relativnosti. Međutim, nijedan od njih do sada nije dao pozitivne rezultate.

Doktor tehničkih nauka A. GOLUBEV.

Sredinom prošle godine u časopisima se pojavila senzacionalna reportaža. Grupa američki istraživači otkrili 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 o mogućnosti superluminalnog kretanja se naširoko 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 medijumu za pojačavanje, početna oblast svetlosnog impulsa izaziva stimulisanu emisiju atoma u medijumu pojačala, a krajnja oblast izaziva apsorpciju energije od njih. 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 od i iznosi skoro 300 hiljada kilometara u sekundi; tačna vrijednost od= 299 792 458 m/s. Brzina svjetlosti u vakuumu jedna je od osnovnih fizičkih konstanti. Nemogućnost postizanja prekoračenja brzina od, 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 od. Međutim, u eksperimentalne studije Nedavno su otkriveni neki vrlo zanimljivi fenomeni koji 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 od, redoslijed događaja postaje obrnut, vremenska traka se premotava. 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 proizilazi 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 - brzinom jednakom od, - 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 penetrirajuća” - neutrina, koja se, kao i foton, ne može kretati brzinom manjom od od.)

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 da se ovdje koristi izraz "pod normalnim uvjetima", jer u nekim slučajevima i grupna brzina može premašiti od 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 od.

Zašto je tako? Budući da je prepreka prijenosu bilo kojeg signala pri brzini većoj od od 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 uticajem 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 - dostigao bi je brzinom od 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. materijalna tela i prenos signala. U mnogim situacijama moguće je kretati se 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 prema dolje (u smjeru označenom strelicom) velikom brzinom, tačka presjeka linija može se učiniti proizvoljno brzom, ali ta tačka nije materijalno tijelo. Drugi primjer: ako uzmete baterijsku lampu (ili, recimo, laser koji daje uski snop) i brzo opišete luk u zraku, onda brzina linije svjetlosna tačka će se povećavati s rastojanjem i na dovoljno velikoj udaljenosti će premašiti od. 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, budući da 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, interesovanje za tahione kao superluminalne elementarne čestice postepeno izblijedila.

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 to 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 da se promeni koncentracija fotona tokom širenja impulsa - promena usled promene faktora pojačanja medija do negativnu vrijednost tokom prolaska zadnjeg dela impulsa, kada medij već apsorbuje energiju, jer je sopstvena rezerva već potrošena zbog njenog prenošenja 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 kretanje koje daje uže vezano 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 naiđe na područje sa potencijalna energija prevazilazeći energiju mikro-objekta, ovo 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 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 vjeruju da ona može premašiti od.

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 temperaturi gotovo apsolutnoj nuli 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)?

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 (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 > od). 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 > od 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 pojmovi 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 udaljenu udaljenost, 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 talas, koji se širi 300 puta brže od, 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 od.

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 prenošenje informacija brzinom većom od od.

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

Većina fizičara vjeruje u to novi posao ne zadaje snažan udarac osnovnim 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 od za 25%.

Sumirajući, možemo reći sljedeće. Radi posljednjih 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 od. Takva nemogućnost u SRT-u je utvrđena, reklo bi se, 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 kontradikcije, ono je ipak protivrečno karakteru cjelokupnog našeg iskustva toliko da je nemogućnost pretpostavke 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 svijetove zatvorene za nas...

Vidite u sobi na istu temu