La velocità è maggiore della velocità della luce nel vuoto: questa è una realtà. La teoria della relatività di Einstein proibisce solo la trasmissione superluminale dell'informazione. Pertanto, ci sono alcuni casi in cui gli oggetti possono muoversi più velocemente della luce e non rompere nulla. Cominciamo con ombre e raggi di sole.
Se crei un'ombra su un muro lontano da un dito su cui punti una torcia e poi muovi il dito, l'ombra si muove molto più velocemente del tuo dito. Se il muro è molto lontano, il movimento dell'ombra ritarderà rispetto al movimento del dito, poiché la luce dovrà ancora volare dal dito al muro, ma la velocità dell'ombra sarà altrettante volte maggiore. Cioè, la velocità dell'ombra non è limitata dalla velocità della luce.
Oltre alle ombre, i "raggi di sole" possono anche muoversi più velocemente della luce. Ad esempio, un granello di un raggio laser puntato sulla luna. La distanza dalla luna è di 385.000 km. Se muovi leggermente il laser, spostandolo di solo 1 cm, avrà il tempo di correre attraverso la Luna a una velocità di circa un terzo in più rispetto alla velocità della luce.
Cose simili possono accadere in natura. Ad esempio, un raggio di luce di una pulsar, una stella di neutroni, può penetrare in una nuvola di polvere. Un lampo luminoso genera un guscio in espansione di luce o altre radiazioni. Mentre attraversa la superficie della nuvola, si crea un anello di luce che diventa più grande. velocità maggiore Sveta.
Tutti questi sono esempi di cose che si muovono più velocemente della luce, ma che non lo erano corpi fisici. Con l'aiuto di un'ombra o di un coniglio, è impossibile trasmettere un messaggio superluminale, quindi una comunicazione più veloce della luce non è possibile.
Ed ecco un esempio che è connesso con i corpi fisici. Guardando al futuro, diciamo che, ancora una volta, i messaggi superluminali non funzioneranno.
In un sistema di riferimento associato a un corpo rotante, oggetti distanti possono muoversi a velocità superluminali. Ad esempio, Alpha Centauri, in un sistema di riferimento legato alla Terra, si muove a una velocità di oltre 9.600 volte quella della luce, "percorrendo" una distanza di circa 26 anni luce al giorno. Ed esattamente lo stesso esempio con la luna. Stai di fronte a lei e gira intorno al tuo asse in un paio di secondi. Durante questo periodo, ha girato intorno a te per circa 2,4 milioni di chilometri, cioè 4 volte più veloce della velocità della luce. Ah-ah, dici tu, non era lei a girare, ma io... E ricorda che nella teoria della relatività tutti i sistemi di riferimento sono indipendenti, compresi quelli rotanti. Allora da che parte guardare...
E cosa fare? Bene, in realtà, non c'è contraddizione qui, perché ancora una volta questo fenomeno non può essere utilizzato per i messaggi FTL. Inoltre, si noti che nelle sue vicinanze la Luna non supera la velocità della luce. Vale a dire, tutti i divieti sono imposti al superamento della velocità locale della luce nella teoria della relatività generale.
Le ombre possono viaggiare più velocemente della luce, ma non possono trasportare materia o informazioni
È possibile il volo superluminale?
Le sezioni di questo articolo hanno sottotitoli e puoi fare riferimento a ciascuna sezione separatamente.
Semplici esempi di viaggio FTL
1. Effetto Cherenkov
Quando parliamo di moto superluminale, intendiamo la velocità della luce nel vuoto. c(299 792 458 m/s). Pertanto, l'effetto Cherenkov non può essere considerato un esempio di movimento superluminale.
2. Terzo osservatore
Se il razzo UN vola via da me con velocità 0.6c a ovest, e il razzo B vola via da me con velocità 0.6c est, poi vedo che la distanza tra UN e B aumenta con la velocità 1.2c. Guardando i missili volare UN e B dall'esterno, il terzo osservatore vede che la velocità di rimozione totale dei missili è maggiore di c .
Tuttavia velocità relativa non è uguale alla somma delle velocità. velocità del razzo UN per quanto riguarda il razzo Bè la velocità con cui aumenta la distanza dal razzo UN, che viene visto da un osservatore in volo su un razzo B. La velocità relativa deve essere calcolata utilizzando la formula di addizione della velocità relativistica. (Vedi Come si aggiungono le velocità nella relatività speciale?) In questo esempio, la velocità relativa è approssimativa 0.88c. Quindi in questo esempio non abbiamo ottenuto FTL.
3. Luce e ombra
Pensa a quanto velocemente può muoversi l'ombra. Se la lampada è vicina, l'ombra del tuo dito sulla parete più lontana si muove molto più velocemente di quanto non si muova il dito. Quando si sposta il dito parallelamente al muro, la velocità dell'ombra entra giorno/giorno volte maggiore della velocità di un dito. Qui dè la distanza dalla lampada al dito, e D- dalla lampada al muro. La velocità sarà ancora maggiore se il muro è inclinato. Se il muro è molto lontano, il movimento dell'ombra ritarderà rispetto al movimento del dito, poiché la luce impiega tempo per raggiungere il muro, ma la velocità dell'ombra che si muove lungo il muro aumenterà ancora di più. La velocità di un'ombra non è limitata dalla velocità della luce.
Un altro oggetto che può viaggiare più veloce della luce è una macchia di luce di un laser puntato sulla luna. La distanza dalla Luna è di 385.000 km. Puoi calcolare da solo la velocità di movimento del punto luminoso sulla superficie della Luna con piccole fluttuazioni del puntatore laser in mano. Potrebbe piacerti anche l'esempio di un'onda che colpisce una linea retta di spiaggia con una leggera angolazione. Con quale velocità il punto di intersezione dell'onda e della riva può spostarsi lungo la spiaggia?
Tutte queste cose possono accadere in natura. Ad esempio, un raggio di luce di una pulsar può scorrere lungo una nuvola di polvere. Una potente esplosione può creare onde sferiche di luce o radiazioni. Quando queste onde si intersecano con una superficie, i cerchi di luce appaiono su quella superficie e si espandono più velocemente della luce. Un tale fenomeno si osserva, ad esempio, quando un impulso elettromagnetico di un lampo passa attraverso l'atmosfera superiore.
4. Corpo solido
Se hai un'asta lunga e rigida e colpisci un'estremità dell'asta, l'altra estremità non si muove immediatamente? Non è questo un modo di trasmissione superluminale di informazioni?
Sarebbe giusto Se c'erano corpi perfettamente rigidi. In pratica l'impatto viene trasmesso lungo l'asta alla velocità del suono, che dipende dall'elasticità e dalla densità del materiale dell'asta. Inoltre, la teoria della relatività limita del valore le possibili velocità del suono in un materiale c .
Lo stesso principio si applica se tieni una corda o un'asta verticalmente, la rilasci e inizia a cadere sotto l'influenza della gravità. L'estremità superiore che lasci andare inizia a cadere immediatamente, ma l'estremità inferiore inizierà a muoversi solo dopo un po', poiché la perdita della forza di tenuta viene trasmessa lungo l'asta alla velocità del suono nel materiale.
La formulazione della teoria relativistica dell'elasticità è piuttosto complicata, ma l'idea generale può essere illustrata utilizzando la meccanica newtoniana. L'equazione del moto longitudinale di un corpo idealmente elastico può essere derivata dalla legge di Hooke. Indica la densità lineare dell'asta ρ , Modulo di Young Y. Spostamento longitudinale X soddisfa l'equazione d'onda
ρ d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0
La soluzione dell'onda piana viaggia alla velocità del suono S, che è determinato dalla formula s 2 = Y/ρ. L'equazione d'onda non consente alle perturbazioni del mezzo di muoversi più velocemente che con la velocità S. Inoltre, la teoria della relatività dà un limite alla quantità di elasticità: Y< ρc 2 . In pratica, nessun materiale noto si avvicina a questo limite. Si noti inoltre che anche se la velocità del suono è vicina a c, allora la materia stessa non si muove necessariamente con velocità relativistica.
Sebbene in natura non ci sia solidi, esiste moto di corpi rigidi, che può essere utilizzato per superare la velocità della luce. Questo argomento appartiene alla sezione già descritta di ombre e punti luce. (Vedi Le forbici superluminali, Il disco rigido rotante in relatività).
5. Velocità di fase
equazione d'onda
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0
ha una soluzione nella forma
u \u003d A cos (ax - bt), c 2 a 2 - b 2 + w 2 \u003d 0
Sono onde sinusoidali che si propagano ad una velocità v
v = b/a = sqrt(c 2 + w 2 /a 2)
Ma è più di c. Forse questa è l'equazione per i tachioni? (vedi sezione sotto). No, questa è la solita equazione relativistica per una particella con massa.
Per eliminare il paradosso bisogna distinguere tra "velocità di fase" v ph e "velocità di gruppo" v mille dollari
v ph v gr = c 2
La soluzione sotto forma di onda può avere dispersione di frequenza. In questo caso, il pacchetto d'onda si muove con una velocità di gruppo inferiore a c. Utilizzando un pacchetto d'onda, le informazioni possono essere trasmesse solo alla velocità di gruppo. Le onde in un pacchetto d'onda si muovono con velocità di fase. La velocità di fase è un altro esempio di movimento FTL che non può essere utilizzato per comunicare.
6. Galassie superluminali
7. Razzo relativistico
Lascia che un osservatore sulla Terra veda un'astronave allontanarsi a una velocità 0.8c Secondo la teoria della relatività, vedrà che l'orologio è acceso navicella spaziale vai 5/3 volte più lentamente. Se dividiamo la distanza dalla nave per il tempo di volo in base all'orologio di bordo, otteniamo la velocità 4/3c. L'osservatore conclude che, usando il suo orologio di bordo, il pilota della nave determinerà anche che sta volando a una velocità superluminale. Dal punto di vista del pilota, il suo orologio funziona normalmente e lo spazio interstellare si è ridotto di un fattore 5/3. Pertanto, vola le distanze note tra le stelle più velocemente, a una velocità 4/3c .
La dilatazione del tempo è un effetto reale che potrebbe in linea di principio essere utilizzato nei viaggi nello spazio per coprire grandi distanze in un breve lasso di tempo dal punto di vista degli astronauti. Con un'accelerazione costante di 1 g, gli astronauti non solo avranno una confortevole gravità artificiale, ma saranno anche in grado di attraversare la galassia in soli 12 anni di tempo. Durante il viaggio invecchieranno di 12 anni.
Ma non è ancora un volo superluminale. Non è possibile calcolare la velocità utilizzando la distanza e il tempo definiti in diversi sistemi di riferimento.
8. Velocità di gravità
Alcuni insistono sul fatto che la velocità di gravità è molto più veloce c o addirittura infinito. Vedi La gravità viaggia alla velocità della luce? e cos'è la radiazione gravitazionale? Le perturbazioni gravitazionali e le onde gravitazionali si propagano ad una velocità c .
9. Paradosso EPR
10. Fotoni virtuali
11. Effetto tunnel quantistico
A meccanica quantistica l'effetto tunnel permette alla particella di superare la barriera, anche se la sua energia non è sufficiente per questo. È possibile calcolare il tempo di tunneling attraverso tale barriera. E potrebbe risultare inferiore a quanto richiesto dalla luce per superare la stessa distanza ad una velocità c. Può essere utilizzato per inviare messaggi più velocemente della luce?
L'elettrodinamica quantistica dice "No!" Tuttavia, è stato condotto un esperimento che ha dimostrato la trasmissione superluminale di informazioni utilizzando l'effetto tunnel. Attraverso una barriera larga 11,4 cm alla velocità di 4,7 c Presentata la Quarantesima Sinfonia di Mozart. La spiegazione di questo esperimento è molto controversa. La maggior parte dei fisici ritiene che con l'aiuto dell'effetto tunnel sia impossibile trasmettere informazione più veloce della luce. Se fosse possibile, allora perché non inviare un segnale al passato posizionando l'apparecchiatura in un quadro di riferimento in rapido movimento.
17. Teoria quantistica dei campi
Ad eccezione della gravità, tutti gli osservabili fenomeni fisici corrispondono al "Modello Standard". Il modello standard è relativistico teoria dei quanti campo che spiega le interazioni elettromagnetiche e nucleari, così come tutte le particelle conosciute. In questa teoria, qualsiasi coppia di operatori corrispondenti a osservabili fisici separati da un intervallo di eventi simile allo spazio "commuta" (cioè si può cambiare l'ordine di questi operatori). In linea di principio, ciò implica che nel Modello Standard la forza non può viaggiare più veloce della luce, e questo può essere considerato l'equivalente del campo quantistico dell'argomento dell'energia infinita.
Tuttavia, non ci sono prove impeccabilmente rigorose nella teoria quantistica dei campi del Modello Standard. Nessuno ha ancora dimostrato che questa teoria sia internamente coerente. Molto probabilmente, non lo è. In ogni caso, non vi è alcuna garanzia che non ci siano particelle o forze ancora sconosciute che non obbediscano al divieto di movimento superluminale. Non c'è nemmeno una generalizzazione di questa teoria, inclusa la gravità e la relatività generale. Molti fisici che lavorano nel campo della gravità quantistica dubitano che i semplici concetti di causalità e località saranno generalizzati. Non vi è alcuna garanzia che in futuro di più teoria completa la velocità della luce manterrà il significato della velocità limite.
18. Paradosso del nonno
Nella relatività speciale, una particella che viaggia più velocemente della luce in un sistema di riferimento si sposta indietro nel tempo in un altro sistema di riferimento. Il viaggio FTL o la trasmissione di informazioni renderebbero possibile viaggiare o inviare un messaggio al passato. Se fosse possibile viaggiare nel tempo, potresti tornare indietro nel tempo e cambiare il corso della storia uccidendo tuo nonno.
Questo è un argomento molto forte contro la possibilità di viaggiare FTL. È vero, rimane una possibilità quasi improbabile che sia possibile qualche limitato viaggio superluminale che non consente un ritorno al passato. O forse il viaggio nel tempo è possibile, ma la causalità è violata in qualche modo coerente. Tutto questo è molto poco plausibile, ma se stiamo parlando di FTL, è meglio essere pronti per nuove idee.
È vero anche il contrario. Se potessimo viaggiare indietro nel tempo, potremmo superare la velocità della luce. Puoi tornare indietro nel tempo, volare da qualche parte a bassa velocità e arrivarci prima che arrivi la luce inviata nel solito modo. Vedere Viaggio nel tempo per i dettagli su questo argomento.
Domande aperte di viaggio FTL
In ciò ultima sezione Descriverò alcune idee serie su possibile trasferimento più veloce della luce. Questi argomenti non sono spesso inclusi nelle FAQ, perché sono più simili a molte nuove domande che a risposte. Sono inclusi qui per dimostrare che si stanno facendo ricerche serie in questa direzione. Viene fornita solo una breve introduzione all'argomento. I dettagli possono essere trovati su Internet. Come con qualsiasi cosa su Internet, sii critico nei loro confronti.
19. Tachioni
I tachioni sono particelle ipotetiche che viaggiano più velocemente della luce a livello locale. Per fare ciò, devono avere un valore di massa immaginario. In questo caso, l'energia e la quantità di moto del tachione sono quantità reali. Non c'è motivo di credere che le particelle superluminali non possano essere rilevate. Le ombre e le alte luci possono viaggiare più velocemente della luce e possono essere rilevate.
Finora non sono stati trovati tachioni e i fisici dubitano della loro esistenza. Si affermava che negli esperimenti per misurare la massa dei neutrini prodotti dal decadimento beta del trizio, i neutrini fossero tachioni. Ciò è dubbio, ma non è stato ancora definitivamente confutato.
Ci sono problemi nella teoria dei tachioni. Oltre a violare la causalità, i tachioni rendono anche il vuoto instabile. Potrebbe essere possibile aggirare queste difficoltà, ma anche in questo caso non saremo in grado di utilizzare i tachioni per la trasmissione superluminale dei messaggi.
La maggior parte dei fisici ritiene che la comparsa di tachioni in una teoria sia un segno di alcuni problemi con questa teoria. L'idea dei tachioni è così popolare tra il pubblico semplicemente perché sono spesso citati nella letteratura fantasy. Vedi Tachioni.
20. Wormholes
Il metodo più famoso di viaggio globale FTL è l'uso dei "wormhole". Un wormhole è una fessura nello spazio-tempo da un punto all'altro dell'universo, che ti permette di andare da un'estremità all'altra del buco più velocemente di solito modo. I wormhole sono descritti dalla teoria generale della relatività. Per crearli, è necessario modificare la topologia dello spazio-tempo. Forse questo diventerà possibile nell'ambito della teoria quantistica della gravità.
Per mantenere aperto un wormhole, hai bisogno di aree di spazio con energie negative. CWMisner e KS Thorne hanno proposto di utilizzare l'effetto Casimir su larga scala per creare energia negativa. Visser suggerito di usare stringhe cosmiche per questo. Queste sono idee molto speculative e potrebbero non essere possibili. Forse la forma richiesta di materia esotica con energia negativa non esiste.
. Secondo Antonio Ereditato, dipendente del centro di fisica delle particelle al confine franco-svizzero, dopo tre anni di misurazioni, è emerso che un fascio di neutrini lanciato da Ginevra al laboratorio italiano del Gran Sasso ha percorso una distanza di 730 km e 60 nanosecondi più veloce della luce."Abbiamo grande fiducia nei risultati. Ma è necessario che altri colleghi facciano i loro test e confermino i nostri risultati.", - ha detto. Secondo lo scienziato, l'errore di misurazione non supera i 10 ns.
Se i risultati della ricerca sono confermati, ciò potrebbe sollevare dubbi sulla base della teoria della relatività speciale di Albert Einstein (1905), che afferma che nulla nell'universo può muoversi più velocemente della luce, cioè a velocità superiori a 299.792 km/s.
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Questo è scritto, ahimè, una totale sciocchezza. L'agenzia Reuters è, ovviamente, un'organizzazione solida, ma le notizie della scienza non devono ancora essere tratte dalle stesse mani che portano le notizie della politica e della vita sociale.
"la base della teoria della relatività speciale di Albert Einstein (1905), che afferma che nulla nell'universo può viaggiare più veloce della luce"
La teoria della relatività non dice nulla del genere. La teoria della relatività afferma che nulla può muoversi più velocemente della luce NEL VUOTO. E le particelle che si muovono più velocemente della luce sono state trovate molto tempo fa, più precisamente, sono stati trovati tali mezzi in cui alcune particelle possono muoversi più velocemente dei fotoni.
Non mi è chiaro come il raggio di neutrini abbia viaggiato da Ginevra da qualche parte, ma certamente non nel vuoto. Se, ad esempio, ha camminato nell'aria, non c'è nulla di sorprendente nel fatto che i fotoni diffusi dall'aria abbiano raggiunto il punto finale più tardi dei neutrini che quasi non interagivano con la materia.
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In effetti, i neutrini si muoveranno sempre più velocemente della luce :) Semplicemente perché praticamente non interagiscono con la materia e la luce (i fotoni) interagisce perfettamente. E solo nel vuoto i fotoni finalmente accelerano fino al pieno ronzio :)
Ma era interessante trovare un mezzo in cui gli elettroni potessero muoversi più velocemente della velocità della luce. E un tale ambiente è stato trovato molto tempo fa. E ci sono effetti sorprendenti. Guarda Wikipedia "Radiazioni Vavilov-Cherenkov".
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Un altro post correlato:
I fisici del centro di ricerca dell'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN) durante l'esperimento hanno scoperto che particelle subatomiche può viaggiare più veloce della velocità della luce.
Un fascio di neutrini inviato dal CERN al laboratorio sotterraneo del Gran Sasso in Italia a una distanza di 732 km è arrivato a destinazione, secondo quanto riferito, qualche miliardesimo di secondo prima che se viaggiasse alla velocità della luce.
Se i dati sperimentali saranno confermati, allora la teoria della relatività di Einstein, secondo la quale la velocità della luce è di 299.792.458 metri al secondo, sarà confutata.
Secondo gli scienziati, i fasci di neutrini lo hanno superato di 60 nanosecondi, il che contraddice il postulato secondo cui le particelle elementari non possono muoversi più velocemente della velocità della luce.
Il BBC Russian Service ha parlato dei risultati dell'esperimento con Ruben Sahakyan, professore di fisica all'University College di Londra.
BBC BBC: Hai lavorato nel laboratorio del Gran Sasso e probabilmente conosci molto bene l'esperimento "Opera".
Ruben Sahakyan: Ho lasciato il laboratorio del Gran Sasso più di 10 anni fa, quando l'Opera era appena in costruzione. "Opera" è un esperimento che cerca un fenomeno come le oscillazioni dei neutrini, cioè la trasformazione di un tipo di neutrino in un altro.
I neutrini sono particelle fondamentali, i cosiddetti mattoni dell'universo. Hanno un numero proprietà interessanti, inclusa la conversione da un tipo all'altro. Opera è progettato per studiare questo problema.
Quel risultato (dati che i neutrini viaggiano più velocemente della velocità della luce) era un sottoprodotto di un esperimento che stavano facendo.
BBC BBC: I risultati presentati dagli scienziati sono convincenti?
RS: I risultati pubblicati sembrano convincenti. Nella scienza sperimentale, esiste una misura numerica della fiducia nel risultato, ovvero la misurazione deve superare l'errore di misurazione di almeno cinque volte. E ce l'hanno sei volte superiore.
D'altra parte, questa è una misurazione complessa, contiene molti elementi e in ogni fase ci sono molti modi per sbagliare. E quindi va presa con sano scetticismo. A merito degli autori, non interpretano il risultato, ma si limitano a dichiarare i dati ottenuti durante l'esperimento.
BBC BBC: Come ha reagito la comunità scientifica mondiale a questi dati?
RS: La comunità globale ha reagito con sano scetticismo e persino conservatorismo. Dopotutto, questo è un esperimento serio, non un'affermazione populista.
Le implicazioni, se dimostrate vere, sono troppo gravi per essere prese alla leggera.
Le nostre idee fondamentali sul mondo cambieranno. Ora le persone aspetteranno un'ulteriore pubblicazione di bias sperimentali e, soprattutto, dati da esperimenti indipendenti.
BBC BBC: Che tipo di esempio?
RS: C'è un esperimento americano "Minus", che può confermare questa misura. È molto simile all'Opera. Un fascio di neutrini viene prodotto all'acceleratore, quindi inviato a 730 chilometri di distanza e misurato in un laboratorio sotterraneo. L'essenza della misurazione è semplice: conosci la distanza tra la tua sorgente e il tuo rilevatore, misuri il tempo in cui è arrivata e quindi determini la velocità.
Il diavolo è nei dettagli. "Meno" ha già effettuato una misurazione simile quattro anni fa, ma poi avevano il valore che avevano misurato e l'errore era commisurato tra loro. Loro questione chiave era che non avevano una distanza esatta.
I 730 chilometri tra la sorgente e il rivelatore sono difficili da misurare con assoluta precisione e Opera è stata recentemente in grado di misurare questa distanza fino a 20 centimetri utilizzando metodi geodetici. "Minus" proverà a fare lo stesso e quindi sarà in grado di controllare i dati di questo esperimento.
BBC BBC: Se il risultato dell'esperimento sarà confermato, come influenzerà le idee tradizionali sul mondo?
RS: Se questo sarà confermato, il risultato sarà serio. Ora ci sono due teorie che spiegano da un punto di vista scientifico il mondo intero che ci circonda: la teoria quantistica del micromondo e la teoria della relatività di Einstein.
Il risultato dell'esperimento (i neutrini si muovono a una velocità superiore a quella della luce) contraddice direttamente la teoria della relatività di Einstein, che afferma che in qualsiasi punto di riferimento la velocità della luce è costante e nulla può superare la velocità della luce.
Ci sono un numero enorme di implicazioni da capogiro, in particolare la possibilità di viaggiare nel tempo (per le particelle).
http://www.bbc.co.uk/russian/science/2011/09/110923_interview_expert_neutrino_discovery.shtml
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Ci saranno molte pubblicazioni, ma è inutile discuterne a 10, dal momento che non puoi nemmeno immaginare, probabilmente, fino a che punto sia andata avanti la fisica dal 1905 :), quando Einstein formulò solo i principi della teoria delle relazioni . Ci sono molti aspetti del tutto inaspettati in tutto questo e, se trascurati, è facile risucchiare sensazioni. Apparentemente, gli sperimentatori non hanno succhiato nulla, ma è solo caratteristico che né loro né gli scienziati che si occupano di questi problemi emettono grida: hanno semplicemente registrato un tale risultato e ora si offrono di verificarlo e confutarlo o confermarlo esso, e "conferma" non significa ancora che la teoria della relatività debba essere corretta, poiché potrebbero esserci una varietà di spiegazioni di questi dati nelle condizioni del modello esistente.
Ad esempio, immagina - una certa particella è così dispersa che la sua velocità è quasi uguale alla velocità della luce - beh, molto vicina. inoltre, se la sua coordinata è sufficientemente debolmente incerta, allora, secondo il principio di indeterminazione di Heisenberg, l'incertezza della sua velocità diventa tale che vi è una probabilità diversa da zero che la particella si muova più velocemente della velocità della luce. Si tratta di un noto paradosso, da cui discende, in particolare, l'ipotesi dell'esistenza dell'antimateria, che, alla fine, spiega tutto perfettamente nell'ambito del modello esistente.
Bene, ricorda una cosa del genere come il vuoto di Casimir: il vuoto non è un vuoto, è una regione di spazio brulicante di un numero infinito di particelle virtuali che nascono e muoiono. Si chiamano virtuali perché nascono e si annientano più velocemente di quanto tu possa rilevarlo, al fine di rimediare alla violazione delle leggi di conservazione. Tuttavia, con certi esperimenti mentali, è possibile, per così dire, "spingere a parte" coppie di particelle virtuali, che non possono collassare. Inoltre, se prendiamo una dimensione eccezionalmente piccola di una regione di spazio, in essa apparirà solo una particella e la seconda sarà dall'altra parte del "muro". L'effetto Casimir è già stato sperimentalmente provato, ma il suo studio rimane praticamente invariato a causa del fatto che è estremamente difficile condurre esperimenti in regioni di spazio così piccole.
Non sto parlando della teoria dei tachioni, che può essere facilmente chiamata anche a supporto della teoria della relatività (se aggiunta per spiegare le misteriose trasformazioni dei neutrini da un tipo all'altro e la possibile velocità della luce
In generale, ci sono così tanti dettagli che è impossibile mantenere intatta la teoria della relatività. Ma alcune delle possibili interpretazioni, tuttavia, possono far avanzare significativamente la fisica.
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Cosa ancora non mi è chiaro: da quello che ho letto e visto, ne consegue che gli scienziati hanno lanciato un raggio di neutrini a una distanza di 700 km verso un dispositivo di registrazione.. Ma la terra è costantemente, ogni secondo trafitta da hueli di neutrini che fanno non interagire con la materia. Come hanno stabilito che si trattava dei "loro" neutrini registrati sul registratore e non di uno che era arrivato dallo spazio?
Un team di scienziati dell'esperimento OPERA, in collaborazione con l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN), ha pubblicato i risultati sensazionali di un esperimento per superare la velocità della luce. I risultati dell'esperimento confutano la teoria della relatività speciale di Albert Einstein, su cui si basa tutta la fisica moderna. La teoria dice che la velocità della luce è 299.792.458 m/s e le particelle elementari non possono muoversi più velocemente della velocità della luce.
Tuttavia, gli scienziati hanno registrato il suo eccesso di un raggio di neutrini di 60 nanosecondi superando 732 km. È successo il 22 settembre durante un esperimento condotto da un gruppo internazionale di fisici nucleari provenienti da Italia, Francia, Russia, Corea, Giappone e altri paesi.
L'esperimento è avvenuto come segue: un raggio di protoni è stato accelerato in uno speciale acceleratore e con esso è stato colpito al centro di un bersaglio speciale. È così che sono nati i mesoni, particelle costituite da quark.
Durante il decadimento dei mesoni nascono i neutrini, - Accademico dell'Accademia delle scienze russa Valery Rubakov, capo Ricercatore Istituto per la ricerca nucleare RAS. - Il raggio è posizionato in modo che il neutrino voli per 732 km e colpisca il laboratorio sotterraneo italiano del Gran Sasso. Ha uno speciale rivelatore che registra la velocità del fascio di neutrini.
I risultati dello studio hanno diviso il mondo scientifico. Alcuni scienziati si rifiutano di credere ai risultati.
Quello che hanno fatto al CERN è impossibile dal punto di vista della fisica moderna, - ha detto a Izvestia l'accademico dell'Accademia delle scienze russa Spartak Belyaev, direttore scientifico dell'Istituto di fisica generale e nucleare. - È necessario verificare questo esperimento ei suoi risultati - forse si sono semplicemente sbagliati. Tutti gli esperimenti effettuati prima si adattano alla teoria esistente e, a causa di un esperimento condotto una volta, non vale la pena scatenare il panico.
Allo stesso tempo, l'accademico Belyaev ammette che se è possibile dimostrare che i neutrini possono muoversi più velocemente della velocità della luce, questa sarà una rivoluzione.
Quindi dobbiamo rompere tutta la fisica, ha detto.
Se i risultati sono confermati, questa è una rivoluzione, concorda l'accademico Rubakov. - È difficile dire come andrà a finire per i cittadini. In generale, ovviamente, è possibile modificare la teoria della relatività speciale, ma è estremamente difficile farlo e non è del tutto chiaro quale teoria si cristallizzerà di conseguenza.
Rubakov ha richiamato l'attenzione sul fatto che il rapporto afferma che nei tre anni dell'esperimento sono stati registrati e misurati 15.000 eventi.
Le statistiche sono molto buone e un gruppo internazionale di rinomati scienziati ha partecipato all'esperimento", riassume Rubakov.
Gli accademici hanno sottolineato che il mondo tenta regolarmente di confutare sperimentalmente la teoria della relatività speciale. Tuttavia, nessuno di loro ha dato finora risultati positivi.
Dottore in Scienze Tecniche A. GOLUBEV.
A metà dello scorso anno, sulle riviste è apparso un servizio clamoroso. Gruppo ricercatori americani scoperto che un impulso laser molto breve viaggia centinaia di volte più velocemente in un mezzo appositamente selezionato che nel vuoto. Questo fenomeno sembrava assolutamente incredibile (la velocità della luce in un mezzo è sempre inferiore a quella nel vuoto) e ha anche sollevato dubbi sulla validità della teoria della relatività speciale. Nel frattempo, un oggetto fisico superluminale - un impulso laser in un mezzo di amplificazione - è stato scoperto per la prima volta non nel 2000, ma 35 anni prima, nel 1965, e la possibilità del movimento superluminale è stata ampiamente discussa fino all'inizio degli anni '70. Oggi il dibattito su questo strano fenomeno si è acceso con rinnovato vigore.
Esempi di moto "superluminale".
All'inizio degli anni '60, gli impulsi di luce corta ad alta potenza iniziarono a essere ottenuti facendo passare un flash laser attraverso un amplificatore quantistico (un mezzo con una popolazione inversa).
In un mezzo di amplificazione, la regione iniziale di un impulso luminoso provoca l'emissione stimolata di atomi nel mezzo amplificatore e la sua regione finale provoca l'assorbimento di energia da parte loro. Di conseguenza, all'osservatore sembrerà che l'impulso si muova più velocemente della luce.
Esperimento di Lijun Wong.
Un raggio di luce che passa attraverso un prisma di un materiale trasparente (come il vetro) viene rifratto, cioè subisce una dispersione.
Un impulso luminoso è un insieme di oscillazioni di diverse frequenze.
Probabilmente tutti - anche persone lontane dalla fisica - sanno che la massima velocità possibile di movimento degli oggetti materiali o di propagazione di eventuali segnali è la velocità della luce nel vuoto. È contrassegnato con la lettera Insieme a ed è quasi 300 mila chilometri al secondo; valore esatto Insieme a= 299 792 458 m/s. La velocità della luce nel vuoto è una delle costanti fisiche fondamentali. L'impossibilità di raggiungere velocità superiori Insieme a, segue dalla teoria della relatività speciale (SRT) di Einstein. Se fosse possibile provare che la trasmissione di segnali con velocità superluminale è possibile, la teoria della relatività cadrebbe. Finora, ciò non è avvenuto, nonostante i numerosi tentativi di confutare il divieto sull'esistenza di velocità maggiori di Insieme a. Tuttavia, nel studi sperimentali Recentemente sono stati scoperti alcuni fenomeni molto interessanti, che indicano che in condizioni appositamente create è possibile osservare velocità superluminali senza violare i principi della teoria della relatività.
Per cominciare, ricordiamo i principali aspetti legati al problema della velocità della luce. Innanzitutto: perché è impossibile (in condizioni normali) superare il limite di luce? Perché allora viene violata la legge fondamentale del nostro mondo: la legge di causalità, secondo la quale l'effetto non può superare la causa. Nessuno ha mai osservato che, ad esempio, un orso prima è caduto morto e poi un cacciatore ha sparato. A velocità superiori Insieme a, la sequenza degli eventi viene invertita, il nastro del tempo si riavvolge. Questo può essere facilmente visto dal seguente semplice ragionamento.
Supponiamo di essere su una certa nave miracolosa cosmica che si muove più velocemente della luce. Quindi gradualmente raggiungeremmo la luce emessa dalla sorgente in momenti sempre precedenti. In primo luogo, avremmo raggiunto i fotoni emessi, diciamo, ieri, poi - emessi l'altro ieri, poi - una settimana, un mese, un anno fa e così via. Se la fonte di luce fosse uno specchio che riflette la vita, allora vedremmo prima gli eventi di ieri, poi l'altro ieri e così via. Potremmo vedere, diciamo, un vecchio che gradualmente si trasforma in un uomo di mezza età, poi in un giovane, in un giovane, in un bambino... Cioè, il tempo torni indietro, ci spostiamo dal presente al il passato. Causa ed effetto sarebbero quindi invertiti.
Sebbene questo argomento ignori completamente i dettagli tecnici del processo di osservazione della luce, da un punto di vista fondamentale, dimostra chiaramente che il movimento a una velocità superluminale porta a una situazione impossibile nel nostro mondo. Tuttavia, la natura ha fissato condizioni ancora più rigorose: il movimento è irraggiungibile non solo a velocità superluminale, ma anche a una velocità pari alla velocità della luce: puoi solo avvicinarti ad essa. Dalla teoria della relatività consegue che con un aumento della velocità di movimento sorgono tre circostanze: la massa di un oggetto in movimento aumenta, la sua dimensione diminuisce nella direzione del movimento e il passare del tempo su questo oggetto rallenta (da il punto di vista di un osservatore esterno "riposante"). A velocità normali, questi cambiamenti sono trascurabili, ma man mano che ci avviciniamo alla velocità della luce, diventano sempre più evidenti e al limite - a una velocità pari a Insieme a, - la massa diventa infinitamente grande, l'oggetto perde completamente le sue dimensioni nella direzione del movimento e il tempo si ferma su di esso. Pertanto, nessun corpo materiale può raggiungere la velocità della luce. Solo la luce stessa ha una tale velocità! (E anche la particella "tutto penetrante" - il neutrino, che, come il fotone, non può muoversi a una velocità inferiore a Insieme a.)
Ora sulla velocità di trasmissione del segnale. Qui è opportuno utilizzare la rappresentazione della luce sotto forma di onde elettromagnetiche. Che cos'è un segnale? Queste sono alcune informazioni da trasmettere. Un'onda elettromagnetica ideale è una sinusoide infinita di una frequenza rigorosamente e non può trasportare alcuna informazione, perché ogni periodo di tale sinusoide ripete esattamente il precedente. La velocità alla quale si muove la fase dell'onda sinusoidale - la cosiddetta velocità di fase - può superare la velocità della luce nel vuoto in determinate condizioni. Non ci sono restrizioni qui, poiché la velocità di fase non è la velocità del segnale: non esiste ancora. Per creare un segnale, devi fare una sorta di "segno" sull'onda. Tale segno può essere, ad esempio, un cambiamento in uno qualsiasi dei parametri dell'onda: ampiezza, frequenza o fase iniziale. Ma non appena si fa il segno, l'onda perde la sua sinusoidalità. Diventa modulato, costituito da un insieme di semplici onde sinusoidali con diverse ampiezze, frequenze e fasi iniziali: un gruppo di onde. La velocità di movimento del segno nell'onda modulata è la velocità del segnale. Quando si propaga in un mezzo, questa velocità coincide solitamente con la velocità di gruppo che caratterizza la propagazione del suddetto gruppo di onde nel suo insieme (vedi "Scienza e vita" n. 2, 2000). In condizioni normali, la velocità del gruppo, e quindi la velocità del segnale, è inferiore alla velocità della luce nel vuoto. Non è un caso che qui venga usata l'espressione "in condizioni normali", perché in alcuni casi la velocità di gruppo può anche superare Insieme a o addirittura perdere significato, ma poi non si applica alla propagazione del segnale. È stabilito nell'SRT che è impossibile trasmettere un segnale a una velocità maggiore di Insieme a.
Perché è così? Perché l'ostacolo alla trasmissione di qualsiasi segnale ad una velocità maggiore di Insieme a si applica la stessa legge di causalità. Immaginiamo una situazione del genere. Ad un certo punto A, un lampo luminoso (evento 1) accende un dispositivo che invia un certo segnale radio e in un punto remoto B, sotto l'azione di questo segnale radio, si verifica un'esplosione (evento 2). È chiaro che l'evento 1 (flash) è la causa e l'evento 2 (esplosione) è l'effetto che si verifica dopo la causa. Ma se il segnale radio si propagasse a una velocità superluminale, un osservatore vicino al punto B vedrebbe prima un'esplosione, e solo allora - che lo raggiunge con una velocità Insieme a lampo di luce, la causa dell'esplosione. In altre parole, per questo osservatore, l'evento 2 sarebbe avvenuto prima dell'evento 1, cioè l'effetto avrebbe preceduto la causa.
È opportuno sottolineare che il "divieto superluminale" della teoria della relatività è imposto solo al moto corpi materiali e trasmissione del segnale. In molte situazioni è possibile muoversi a qualsiasi velocità, ma sarà il movimento di oggetti e segnali non materiali. Ad esempio, immagina due righelli piuttosto lunghi che giacciono sullo stesso piano, uno dei quali si trova orizzontalmente e l'altro lo interseca con un piccolo angolo. Se la prima linea viene spostata verso il basso (nella direzione indicata dalla freccia) ad alta velocità, il punto di intersezione delle linee può essere fatto scorrere a velocità arbitraria, ma questo punto non è un corpo materiale. Un altro esempio: se prendi una torcia (o, diciamo, un laser che emette un raggio stretto) e descrivi rapidamente un arco nell'aria, allora velocità di linea punto luminoso aumenterà con la distanza e ad una distanza sufficientemente grande supererà Insieme a. Il punto luminoso si sposterà tra i punti A e B a velocità superluminale, ma questa non sarà una trasmissione di segnale da A a B, poiché tale punto luminoso non trasporta alcuna informazione sul punto A.
Sembrerebbe che la questione delle velocità superluminali sia stata risolta. Ma negli anni '60 del XX secolo i fisici teorici avanzavano l'ipotesi dell'esistenza di particelle superluminali, dette tachioni. Si tratta di particelle molto strane: sono teoricamente possibili, ma per evitare contraddizioni con la teoria della relatività, è stato necessario assegnare loro una massa immaginaria a riposo. La massa fisica immaginaria non esiste, è un'astrazione puramente matematica. Tuttavia, ciò non ha causato molta preoccupazione, poiché i tachioni non possono essere a riposo: esistono (se esistono!) solo a velocità superiori alla velocità della luce nel vuoto, e in questo caso la massa del tachione risulta essere reale. C'è qualche analogia con i fotoni qui: un fotone ha massa a riposo zero, ma ciò significa semplicemente che il fotone non può essere a riposo - la luce non può essere fermata.
La cosa più difficile è stata, come previsto, conciliare l'ipotesi del tachione con la legge di causalità. I tentativi fatti in questa direzione, sebbene abbastanza ingegnosi, non hanno portato a un evidente successo. Nessuno è stato nemmeno in grado di registrare sperimentalmente i tachioni. Di conseguenza, interesse per i tachioni come superluminali particelle elementari gradualmente svanì.
Tuttavia, negli anni '60, fu scoperto sperimentalmente un fenomeno che in un primo momento confuse i fisici. Questo è descritto in dettaglio nell'articolo di AN Oraevsky "Onde superluminali nei media di amplificazione" (UFN n. 12, 1998). Di seguito riassumiamo brevemente l'essenza della questione, rimandando il lettore interessato ai dettagli al citato articolo.
Poco dopo la scoperta dei laser, all'inizio degli anni '60, si poneva il problema di ottenere impulsi luminosi brevi (con una durata dell'ordine di 1 ns = 10 -9 s) ad alta potenza. Per fare ciò, un breve impulso laser è stato fatto passare attraverso un amplificatore quantistico ottico. L'impulso è stato diviso in due parti da uno specchio divisore del raggio. Uno di questi, più potente, veniva inviato all'amplificatore e l'altro si propagava nell'aria e fungeva da impulso di riferimento, con il quale era possibile confrontare l'impulso che passava attraverso l'amplificatore. Entrambi gli impulsi sono stati inviati a fotorilevatori e i loro segnali di uscita potevano essere osservati visivamente sullo schermo dell'oscilloscopio. Ci si aspettava che l'impulso di luce che passa attraverso l'amplificatore subisse un ritardo rispetto all'impulso di riferimento, ovvero la velocità di propagazione della luce nell'amplificatore sarebbe stata inferiore a quella nell'aria. Qual è stato lo stupore dei ricercatori quando hanno scoperto che l'impulso si propagava attraverso l'amplificatore a una velocità non solo maggiore di quella dell'aria, ma anche parecchie volte maggiore della velocità della luce nel vuoto!
Dopo essersi ripresi dal primo shock, i fisici hanno iniziato a cercarne il motivo risultato inaspettato. Nessuno aveva il minimo dubbio sui principi della teoria della relatività speciale, ed è proprio questo che ha aiutato a trovare la corretta spiegazione: se si preservano i principi di SRT, allora la risposta va cercata nelle proprietà del mezzo di amplificazione .
Senza entrare qui nel dettaglio, segnaliamo solo che un'analisi dettagliata del meccanismo d'azione del mezzo amplificatore ha chiarito completamente la situazione. Il punto era nel cambiamento nella concentrazione dei fotoni durante la propagazione dell'impulso - un cambiamento dovuto a un cambiamento nel fattore di amplificazione del mezzo fino a valore negativo durante il passaggio della parte posteriore dell'impulso, quando il mezzo sta già assorbendo energia, perché la sua stessa riserva è già stata esaurita a causa del suo trasferimento all'impulso luminoso. L'assorbimento non provoca un aumento, ma una diminuzione dell'impulso, e quindi l'impulso viene rafforzato nella parte anteriore e indebolito nella parte posteriore di esso. Immaginiamo di osservare un impulso con uno strumento che si muove alla velocità della luce in un mezzo amplificatore. Se il mezzo fosse trasparente, vedremmo un impulso congelato nell'immobilità. Nel mezzo in cui avviene il processo sopra menzionato, il rafforzamento del bordo d'attacco e l'indebolimento del bordo d'uscita dell'impulso appariranno all'osservatore in modo tale che il mezzo, per così dire, ha spostato l'impulso in avanti . Ma poiché il dispositivo (osservatore) si muove alla velocità della luce e l'impulso lo supera, la velocità dell'impulso supera la velocità della luce! È questo effetto che è stato registrato dagli sperimentatori. E qui non c'è proprio contraddizione con la teoria della relatività: è solo che il processo di amplificazione è tale che la concentrazione di fotoni usciti prima risulta essere maggiore di quelli usciti dopo. Non sono i fotoni a muoversi con velocità superluminale, ma l'inviluppo dell'impulso, in particolare il suo massimo, che si osserva sull'oscilloscopio.
Pertanto, mentre nei mezzi ordinari c'è sempre un indebolimento della luce e una diminuzione della sua velocità, determinata dall'indice di rifrazione, nei mezzi laser attivi si osserva non solo l'amplificazione della luce, ma anche la propagazione di un impulso con velocità superluminale.
Alcuni fisici hanno cercato di provare sperimentalmente la presenza del movimento superluminale nell'effetto tunnel, uno dei fenomeni più sorprendenti della meccanica quantistica. Questo effetto consiste nel fatto che una microparticella (più precisamente, un microoggetto che esibisce sia le proprietà di una particella che le proprietà di un'onda in condizioni diverse) è in grado di penetrare la cosiddetta barriera di potenziale, fenomeno del tutto impossibile nella meccanica classica (in cui una situazione del genere sarebbe analoga: una palla lanciata contro un muro finirebbe dall'altra parte del muro, oppure il movimento ondulatorio impartito a una fune legata al muro verrebbe trasmesso a una fune legata a il muro dall'altra parte). L'essenza dell'effetto tunnel nella meccanica quantistica è la seguente. Se un microoggetto con una certa energia incontra un'area con energia potenziale superando l'energia del microoggetto, quest'area è per esso una barriera, la cui altezza è determinata dalla differenza di energia. Ma il micro-oggetto "perde" attraverso la barriera! Questa possibilità gli è data dalla nota relazione di incertezza di Heisenberg, scritta per l'energia e il tempo di interazione. Se l'interazione del microoggetto con la barriera avviene per un tempo sufficientemente definito, l'energia del microoggetto, al contrario, sarà caratterizzata da incertezza e se questa incertezza è dell'ordine dell'altezza della barriera, quest'ultima cessa essere un ostacolo insormontabile per il microoggetto. È il tasso di penetrazione attraverso la potenziale barriera che è diventato oggetto di ricerca da parte di numerosi fisici che ritengono che possa superare Insieme a.
Nel giugno 1998 si è tenuto a Colonia un simposio internazionale sui problemi dei moti superluminali, dove sono stati discussi i risultati ottenuti in quattro laboratori - a Berkeley, Vienna, Colonia e Firenze.
E infine, nel 2000, sono stati riportati due nuovi esperimenti in cui sono comparsi gli effetti della propagazione superluminale. Uno di questi è stato realizzato da Lijun Wong e collaboratori presso un istituto di ricerca a Princeton (USA). Il suo risultato è che un impulso di luce che entra in una camera piena di vapore di cesio aumenta la sua velocità di un fattore 300. Si è scoperto che la parte principale dell'impulso lascia la parete più lontana della camera anche prima che l'impulso entri nella camera attraverso la parete anteriore. Una situazione del genere contraddice non solo il buon senso, ma, in sostanza, anche la teoria della relatività.
Il rapporto di L. Wong ha provocato un'intensa discussione tra i fisici, la maggior parte dei quali non è propensa a vedere nei risultati ottenuti una violazione dei principi di relatività. La sfida, secondo loro, è spiegare correttamente questo esperimento.
Nell'esperimento di L. Wong, l'impulso luminoso che entrava nella camera con i vapori di cesio aveva una durata di circa 3 μs. Gli atomi di cesio possono trovarsi in sedici possibili stati quantistici chiamati "sottolivelli magnetici iperfini dello stato fondamentale". Con l'aiuto del pompaggio laser ottico, quasi tutti gli atomi sono stati portati in uno solo di questi sedici stati, corrispondenti a una temperatura quasi assoluta dello zero sulla scala Kelvin (-273,15 o C). La lunghezza della camera di cesio era di 6 centimetri. Nel vuoto, la luce viaggia di 6 centimetri in 0,2 ns. Come hanno mostrato le misurazioni, l'impulso luminoso è passato attraverso la camera con cesio in un tempo inferiore di 62 ns rispetto al vuoto. In altre parole, il tempo di transito di un impulso attraverso un mezzo di cesio ha un segno "meno"! Infatti, se sottraiamo 62 ns da 0,2 ns, otteniamo un tempo "negativo". Questo "ritardo negativo" nel mezzo - un salto temporale incomprensibile - è uguale al tempo durante il quale l'impulso farebbe 310 passaggi attraverso la camera nel vuoto. La conseguenza di questa "inversione temporale" fu che l'impulso in uscita dalla camera riuscì ad allontanarsi da essa di 19 metri prima che l'impulso in arrivo raggiungesse il muro vicino della camera. Come si spiega una situazione così incredibile (a meno che, ovviamente, non ci siano dubbi sulla purezza dell'esperimento)?
A giudicare dalla discussione che si è svolta, non è stata ancora trovata una spiegazione precisa, ma non c'è dubbio che le insolite proprietà di dispersione del mezzo qui giocano un ruolo: il vapore di cesio, costituito da atomi eccitati dalla luce laser, è un mezzo con dispersione anomala. Ricordiamo brevemente di cosa si tratta.
La dispersione di una sostanza è la dipendenza dell'indice di rifrazione della fase (ordinario). n sulla lunghezza d'onda della luce l. Con la normale dispersione, l'indice di rifrazione aumenta al diminuire della lunghezza d'onda, e questo è il caso del vetro, dell'acqua, dell'aria e di tutte le altre sostanze trasparenti alla luce. Nelle sostanze che assorbono fortemente la luce, l'andamento dell'indice di rifrazione si inverte al variare della lunghezza d'onda e diventa molto più ripido: con una diminuzione di l (aumento della frequenza w), l'indice di rifrazione diminuisce drasticamente e in un certo intervallo di lunghezze d'onda diminuisce dell'unità (velocità di fase V f > Insieme a). Questa è la dispersione anomala, in cui il modello di propagazione della luce in una sostanza cambia radicalmente. velocità di gruppo V cp diventa maggiore della velocità di fase delle onde e può superare la velocità della luce nel vuoto (e diventare anche negativo). L. Wong indica questa circostanza come la ragione alla base della possibilità di spiegare i risultati del suo esperimento. Tuttavia, va notato che la condizione V gr > Insieme aè puramente formale, poiché il concetto di velocità di gruppo è stato introdotto per il caso di piccola (normale) dispersione, per mezzi trasparenti, quando un gruppo di onde quasi non cambia forma durante la propagazione. Nelle regioni di dispersione anomala, invece, l'impulso luminoso si deforma rapidamente e il concetto di velocità di gruppo perde di significato; in questo caso vengono introdotti i concetti di velocità del segnale e velocità di propagazione dell'energia, che nei mezzi trasparenti coincidono con la velocità di gruppo, mentre nei mezzi con assorbimento rimangono inferiori alla velocità della luce nel vuoto. Ma ecco cosa c'è di interessante nell'esperimento di Wong: un impulso di luce, passando attraverso un mezzo con dispersione anomala, non si deforma - mantiene esattamente la sua forma! E questo corrisponde all'assunto che l'impulso si propaghi con la velocità di gruppo. Ma se è così, allora si scopre che non c'è assorbimento nel mezzo, sebbene la dispersione anomala del mezzo sia dovuta proprio all'assorbimento! Lo stesso Wong, riconoscendo che molto rimane poco chiaro, crede che ciò che sta accadendo nella sua configurazione sperimentale possa essere chiaramente spiegato in prima approssimazione come segue.
Un impulso luminoso è costituito da molti componenti con diverse lunghezze d'onda (frequenze). La figura mostra tre di queste componenti (onde 1-3). Ad un certo punto, tutte e tre le onde sono in fase (i loro massimi coincidono); qui loro, sommandosi, si rafforzano a vicenda e formano un impulso. Man mano che le onde si propagano ulteriormente nello spazio, sono sfasate e quindi "si estinguono" a vicenda.
Nella regione di dispersione anomala (all'interno della cellula cesio), l'onda che era più corta (onda 1) diventa più lunga. Al contrario, l'onda che era la più lunga delle tre (onda 3) diventa la più corta.
Di conseguenza, anche le fasi delle onde cambiano di conseguenza. Quando le onde hanno attraversato la cella di cesio, i loro fronti d'onda vengono ripristinati. Dopo aver subito un'insolita modulazione di fase in una sostanza con dispersione anomala, le tre onde considerate si ritrovano nuovamente in fase ad un certo punto. Qui si sommano di nuovo e formano un impulso esattamente della stessa forma di quello che entra nel mezzo di cesio.
Tipicamente nell'aria, e in effetti in qualsiasi mezzo trasparente normalmente dispersivo, un impulso luminoso non può mantenere accuratamente la sua forma quando si propaga su una distanza remota, cioè tutte le sue componenti non possono essere in fase in nessun punto remoto lungo il percorso di propagazione. E in condizioni normali, dopo qualche tempo appare un impulso luminoso in un punto così remoto. Tuttavia, a causa delle proprietà anomale del mezzo utilizzato nell'esperimento, l'impulso nel punto remoto si è rivelato essere graduale allo stesso modo di quando è entrato in questo mezzo. Pertanto, l'impulso di luce si comporta come se avesse avuto un ritardo negativo nel suo percorso verso un punto remoto, cioè sarebbe arrivato non più tardi, ma prima di aver superato il mezzo!
La maggior parte dei fisici tende ad associare questo risultato alla comparsa di un precursore a bassa intensità nel mezzo dispersivo della camera. Il fatto è che nella decomposizione spettrale dell'impulso, lo spettro contiene componenti di frequenze arbitrariamente alte con ampiezza trascurabile, il cosiddetto precursore, che precede la "parte principale" dell'impulso. La natura dello stabilimento e la forma del precursore dipendono dalla legge di dispersione nel mezzo. Con questo in mente, si propone di interpretare la sequenza di eventi nell'esperimento di Wong come segue. L'onda in arrivo, "allungando" il presagio di fronte a se stessa, si avvicina alla telecamera. Prima che il picco dell'onda in arrivo colpisca la parete vicina della camera, il precursore avvia la comparsa di un impulso nella camera, che raggiunge la parete lontana e viene riflessa da essa, formando un'"onda inversa". Questa onda, si propaga 300 volte più velocemente Insieme a, raggiunge il muro vicino e incontra l'onda in arrivo. I picchi di un'onda incontrano gli avvallamenti di un'altra in modo che si annullino a vicenda e non rimanga nulla. Si scopre che l'onda in arrivo "restituisce il debito" agli atomi di cesio, che hanno "preso in prestito" energia all'altra estremità della camera. Qualcuno che osservasse solo l'inizio e la fine dell'esperimento vedrebbe solo un impulso di luce che "saltava" in avanti nel tempo, muovendosi più velocemente Insieme a.
L. Wong ritiene che il suo esperimento non sia coerente con la teoria della relatività. L'affermazione sull'irraggiungibilità della velocità superluminale, secondo lui, è applicabile solo agli oggetti con una massa a riposo. La luce può essere rappresentata sia sotto forma di onde, a cui il concetto di massa è generalmente inapplicabile, sia sotto forma di fotoni con massa a riposo, come è noto, uguale a zero. Pertanto, la velocità della luce nel vuoto, secondo Wong, non è il limite. Tuttavia, Wong ammette che l'effetto da lui scoperto non consente di trasmettere informazioni a una velocità maggiore di Insieme a.
"Le informazioni qui sono già contenute nella parte anteriore dell'impulso", afferma P. Milonni, fisico del Los Alamos National Laboratory negli Stati Uniti.
La maggior parte dei fisici lo crede nuovo lavoro non infligge un colpo schiacciante ai principi fondamentali. Ma non tutti i fisici credono che il problema sia risolto. Il professor A. Ranfagni, del gruppo di ricerca italiano che ha condotto un altro interessante esperimento nel 2000, afferma che la questione è ancora aperta. Questo esperimento, condotto da Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni e Rocco Ruggeri, ha scoperto che le onde radio di centimetro si propagano nell'aria ordinaria ad una velocità superiore Insieme a del 25%.
Riassumendo, possiamo dire quanto segue. Lavori anni recenti mostrano che, in determinate condizioni, può effettivamente verificarsi una velocità superluminale. Ma cosa si sta muovendo esattamente a velocità superluminale? La teoria della relatività, come già accennato, vieta tale velocità ai corpi materiali e ai segnali che portano informazioni. Tuttavia, alcuni ricercatori sono molto persistenti nei loro tentativi di dimostrare il superamento della barriera fotoelettrica specificatamente per i segnali. La ragione di ciò risiede nel fatto che nella teoria della relatività speciale non esiste una giustificazione matematica rigorosa (basata, diciamo, sulle equazioni di Maxwell per un campo elettromagnetico) per l'impossibilità di trasmettere segnali a una velocità maggiore di Insieme a. Tale impossibilità in SRT è stabilita, si potrebbe dire, puramente aritmeticamente, sulla base della formula di Einstein per sommare le velocità, ma ciò è fondamentalmente confermato dal principio di causalità. Lo stesso Einstein, considerando la questione della trasmissione del segnale superluminale, scrisse che in questo caso "... siamo costretti a considerare possibile un meccanismo di trasmissione del segnale, quando si utilizza il quale l'azione raggiunta precede la causa. Ma, sebbene questo derivi da un punto di vista non contiene, a mio avviso, contraddizioni, contraddice tuttavia il carattere di tutta la nostra esperienza tanto che l'impossibilità di supporre V > c sembra essere sufficientemente provato." Il principio di causalità è la pietra angolare che sta alla base dell'impossibilità di trasmissione del segnale superluminale. E questa pietra, a quanto pare, inciamperà in tutte le ricerche di segnali superluminali, senza eccezioni, non importa quanto gli sperimentatori vorrebbero rilevare tali segnali perché questa è la natura del nostro mondo.
In conclusione, va sottolineato che tutto quanto sopra si applica specificamente al nostro mondo, al nostro Universo. Tale riserva è stata fatta perché di recente sono apparse nuove ipotesi in astrofisica e cosmologia che consentono l'esistenza di molti universi a noi nascosti, collegati da tunnel topologici - ponticelli. Questo punto di vista è condiviso, ad esempio, dal noto astrofisico N. S. Kardashev. Per un osservatore esterno, gli ingressi a questi tunnel sono contrassegnati da campi gravitazionali anomali, simili ai buchi neri. I movimenti in tali tunnel, come suggerito dagli autori delle ipotesi, consentiranno di aggirare la limitazione della velocità di movimento imposta nello spazio ordinario dalla velocità della luce e, di conseguenza, di realizzare l'idea di creare un macchina del tempo... cose. E sebbene finora tali ipotesi ricordino troppo le trame della fantascienza, difficilmente si dovrebbe rifiutare categoricamente la possibilità fondamentale di un modello multi-elemento della struttura del mondo materiale. Un'altra cosa è che tutti questi altri universi, molto probabilmente, rimarranno costruzioni puramente matematiche di fisici teorici che vivono nel nostro Universo e cercano di trovare i mondi a noi chiusi con il potere dei loro pensieri...
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