Shtëpi plehrat Mënyrat për të kapërcyer shpejtësinë superluminale. Është e mundur për të kapërcyer shpejtësinë e dritës - shkencëtarët. Raste të vështira të lëvizjes SS

plehrat

Mënyrat për të kapërcyer shpejtësinë superluminale. Është e mundur për të kapërcyer shpejtësinë e dritës - shkencëtarët. Raste të vështira të lëvizjes SS

25 mars 2017

Udhëtimi FTL është një nga themelet e fantashkencës hapësinore. Sidoqoftë, ndoshta të gjithë - madje edhe njerëzit larg fizikës - e dinë se shpejtësia maksimale e mundshme e lëvizjes së objekteve materiale ose përhapja e ndonjë sinjali është shpejtësia e dritës në vakum. Shënohet me shkronjën c dhe është gati 300 mijë kilometra në sekondë; vlera e saktë c = 299 792 458 m/s.

Shpejtësia e dritës në vakum është një nga konstantet themelore fizike. Pamundësia për të arritur shpejtësi mbi c rrjedh nga teoria speciale e relativitetit (SRT) e Ajnshtajnit. Nëse do të ishte e mundur të vërtetohej se transmetimi i sinjaleve me shpejtësi superluminale është i mundur, teoria e relativitetit do të binte. Deri më tani, kjo nuk ka ndodhur, pavarësisht përpjekjeve të shumta për të hedhur poshtë ndalimin e ekzistencës së shpejtësive më të mëdha se c. Megjithatë, studimet eksperimentale të fundit kanë zbuluar disa shumë dukuri interesante, duke treguar se në kushte të krijuara posaçërisht është e mundur të vëzhgohen shpejtësi superluminale dhe në të njëjtën kohë parimet e teorisë së relativitetit nuk cenohen.

Për të filluar, le të kujtojmë aspektet kryesore që lidhen me problemin e shpejtësisë së dritës.

Para së gjithash: pse është e pamundur (në kushte normale) të tejkalohet kufiri i dritës? Sepse atëherë shkelet ligji themelor i botës sonë - ligji i shkakësisë, sipas të cilit efekti nuk mund të tejkalojë shkakun. Askush nuk e ka parë ndonjëherë që, për shembull, një ari fillimisht ra i vdekur, dhe më pas një gjuetar qëlloi. Me shpejtësi që tejkalojnë c, sekuenca e ngjarjeve kthehet në të kundërt, shiriti i kohës kthehet prapa. Kjo është e lehtë për t'u verifikuar nga argumenti i thjeshtë vijues.

Le të supozojmë se jemi në një anije të caktuar mrekullie kozmike që lëviz më shpejt se drita. Pastaj gradualisht do të kapnim dritën e emetuar nga burimi në momentet e mëparshme dhe më të hershme në kohë. Së pari, ne do të kapnim foton e emetuar, të themi, dje, pastaj - të emetuara pardje, pastaj - një javë, një muaj, një vit më parë, e kështu me radhë. Nëse burimi i dritës do të ishte një pasqyrë që pasqyron jetën, atëherë ne fillimisht do të shihnim ngjarjet e djeshme, pastaj pardje, e kështu me radhë. Mund të shihnim, le të themi, një plak që gradualisht shndërrohet në një mesoburrë, më pas në një djalë të ri, në një rini, në një fëmijë ... Dmth koha do të kthehej pas, ne do të kalonim nga e tashmja në e shkuara. Më pas, shkaku dhe efekti do të përmbyseshin.

Megjithëse ky argument injoron plotësisht detajet teknike të procesit të vëzhgimit të dritës, nga një këndvështrim themelor, ai tregon qartë se lëvizja me një shpejtësi superluminale çon në një situatë që është e pamundur në botën tonë. Sidoqoftë, natyra ka vendosur kushte edhe më të rrepta: lëvizja është e paarritshme jo vetëm me shpejtësi superluminale, por edhe me një shpejtësi të barabartë me shpejtësinë e dritës - mund t'i afroheni vetëm asaj. Nga teoria e relativitetit rrjedh se me një rritje të shpejtësisë së lëvizjes, lindin tre rrethana: masa e një objekti në lëvizje rritet, madhësia e tij zvogëlohet në drejtim të lëvizjes dhe kalimi i kohës në këtë objekt ngadalësohet (nga këndvështrimi i një vëzhguesi të jashtëm "pushues"). Me shpejtësi të zakonshme, këto ndryshime janë të papërfillshme, por ndërsa i afrohemi shpejtësisë së dritës, ato bëhen gjithnjë e më të dukshme, dhe në kufi - me një shpejtësi të barabartë me c - masa bëhet pafundësisht e madhe, objekti humbet plotësisht madhësinë e tij në drejtimi i lëvizjes dhe koha ndalojnë në të. Prandaj, asnjë trup material nuk mund të arrijë shpejtësinë e dritës. Vetëm drita ka një shpejtësi të tillë! (Dhe gjithashtu një grimcë "gjithpërfshirëse" - një neutrino, e cila, si një foton, nuk mund të lëvizë me një shpejtësi më të vogël se c.)

Tani për shpejtësinë e transmetimit të sinjalit. Këtu është e përshtatshme të përdoret paraqitja e dritës në formën e valëve elektromagnetike. Çfarë është një sinjal? Ky është një informacion për t'u transmetuar. Ideale valë elektromagnetike- ky është një sinusoid i pafund me rreptësisht një frekuencë dhe nuk mund të mbajë asnjë informacion, sepse çdo periudhë e një sinusoidi të tillë saktësisht përsërit atë të mëparshmen. Shpejtësia e lëvizjes së fazës së valës sinusoidale - e ashtuquajtura shpejtësi fazore - në një mjedis në kushte të caktuara mund të tejkalojë shpejtësinë e dritës në vakum. Këtu nuk ka kufizime, pasi shpejtësia e fazës nuk është shpejtësia e sinjalit - nuk ekziston ende. Për të krijuar një sinjal, duhet të bëni një lloj "shenje" në valë. Një shenjë e tillë mund të jetë, për shembull, një ndryshim në cilindo nga parametrat e valës - amplituda, frekuenca ose faza fillestare. Por sapo të bëhet shenja, vala humbet sinusoidalitetin e saj. Ai bëhet i moduluar, i përbërë nga një grup valësh të thjeshta sinusi me amplituda, frekuenca dhe fazat fillestare- grupe valësh. Shpejtësia e lëvizjes së shenjës në valën e moduluar është shpejtësia e sinjalit. Kur përhapet në një mjedis, kjo shpejtësi zakonisht përkon me shpejtësinë e grupit që karakterizon përhapjen e grupit të valëve të mësipërme në tërësi (shih "Shkenca dhe jeta" nr. 2, 2000). Në kushte normale, shpejtësia e grupit, dhe rrjedhimisht shpejtësia e sinjalit, është më e vogël se shpejtësia e dritës në vakum. Nuk është rastësi që këtu përdoret shprehja "në kushte normale", sepse në disa raste shpejtësia e grupit mund të kalojë c ose edhe të humbasë kuptimin e saj, por atëherë nuk vlen për përhapjen e sinjalit. Në SRT, është vërtetuar se është e pamundur të transmetohet një sinjal me një shpejtësi më të madhe se c.

Pse është kështu? Sepse pengesa për transmetimin e çdo sinjali me shpejtësi më të madhe se c është i njëjti ligj i shkakësisë. Le të imagjinojmë një situatë të tillë. Në një pikë A, një blic drite (ngjarja 1) ndez një pajisje që dërgon një sinjal radio të caktuar, dhe në një pikë të largët B, nën veprimin e këtij sinjali radio, ndodh një shpërthim (ngjarja 2). Është e qartë se ngjarja 1 (shpërthimi) është shkaku, dhe ngjarja 2 (shpërthimi) është efekti që ndodh. arsyet e mëvonshme. Por nëse sinjali i radios përhapet me një shpejtësi superluminale, një vëzhgues afër pikës B së pari do të shihte një shpërthim, dhe vetëm atëherë - një ndezje drite që e arriti atë me një shpejtësi të një drite, shkaku i shpërthimit. Me fjalë të tjera, për këtë vëzhgues, ngjarja 2 do të kishte ndodhur para ngjarjes 1, domethënë, efekti do t'i kishte paraprirë shkakut.

Është me vend të theksohet se "ndalimi superluminal" i teorisë së relativitetit vendoset vetëm mbi lëvizjen e trupave materialë dhe transmetimin e sinjaleve. Në shumë situata është e mundur të lëvizësh me çdo shpejtësi, por do të jetë lëvizja e objekteve dhe sinjaleve jomateriale. Për shembull, imagjinoni dy sundimtarë mjaft të gjatë të shtrirë në të njëjtin rrafsh, njëri prej të cilëve ndodhet horizontalisht, dhe tjetri e kryqëzon atë në një kënd të vogël. Nëse vija e parë zhvendoset poshtë (në drejtimin e treguar nga shigjeta) me shpejtësi të madhe, pika e kryqëzimit të linjave mund të bëhet që të ecë në mënyrë arbitrare shpejt, por kjo pikë nuk është një trup material. Një shembull tjetër: nëse merrni një elektrik dore (ose, të themi, një lazer që jep një rreze të ngushtë) dhe përshkruani shpejt një hark në ajër, atëherë shpejtësia e linjës e një pike drite do të rritet me distancën dhe, në një distancë mjaft të madhe, do të kalojë c. Pika e dritës do të lëvizë ndërmjet pikave A dhe B me shpejtësi superluminale, por kjo nuk do të jetë një transmetim sinjali nga A në B, pasi një pikë e tillë drite nuk mbart asnjë informacion për pikën A.

Duket se çështja e shpejtësive superluminale është zgjidhur. Por në vitet 60 të shekullit të njëzetë, fizikanët teorikë parashtruan hipotezën e ekzistencës së grimcave superluminale, të quajtura takione. Këto janë grimca shumë të çuditshme: teorikisht ato janë të mundshme, por për të shmangur kontradiktat me teoria e relativitetit atyre iu desh të përshkruanin një masë pushimi imagjinare. Masa imagjinare fizike nuk ekziston, është një abstraksion thjesht matematikor. Sidoqoftë, kjo nuk shkaktoi shumë shqetësim, pasi takionët nuk mund të pushojnë - ato ekzistojnë (nëse ekzistojnë!) vetëm me shpejtësi që tejkalojnë shpejtësinë e dritës në vakum, dhe në këtë rast masa e takionit rezulton të jetë reale. Ka një farë analogjie me fotonet këtu: një foton ka masë pushimi zero, por kjo thjesht do të thotë se fotoni nuk mund të jetë në qetësi - drita nuk mund të ndalet.

Gjëja më e vështirë ishte, siç pritej, të pajtohej hipoteza e tachyonit me ligjin e shkakësisë. Përpjekjet e bëra në këtë drejtim, megjithëse ishin mjaft të zgjuara, nuk çuan në sukses të dukshëm. Askush nuk ka qenë në gjendje të regjistrojë në mënyrë eksperimentale as takionët. Si rezultat, interesi për takionët si grimca elementare superluminale u zbeh gradualisht.

Sidoqoftë, në vitet '60 u zbulua eksperimentalisht një fenomen, i cili fillimisht i çoi fizikantët në konfuzion. Kjo përshkruhet në detaje në artikullin e A. N. Oraevsky "Përfundim valë të lehta në media përforcuese" (UFN Nr. 12, 1998). Këtu ne përmbledhim shkurtimisht thelbin e çështjes, duke i referuar lexuesit të interesuar për detajet në artikullin e treguar.

Menjëherë pas zbulimit të lazerëve - në fillim të viteve 1960 - u shfaq problemi i marrjes së impulseve të dritës të shkurtër (me një kohëzgjatje të rendit prej 1 ns = 10-9 s) me fuqi të lartë. Për ta bërë këtë, një impuls i shkurtër lazer kaloi përmes një amplifikuesi kuantik optik. Pulsi u nda nga një pasqyrë që ndante rreze në dy pjesë. Njëri prej tyre, më i fuqishëm, u dërgua në amplifikator, dhe tjetri u përhap në ajër dhe shërbeu si një impuls referues, me të cilin ishte e mundur të krahasohej pulsi që kalonte përmes amplifikatorit. Të dy pulset u furnizuan me fotodetektorë dhe sinjalet e tyre dalëse mund të vëzhgoheshin vizualisht në ekranin e oshiloskopit. Pritej që pulsi i dritës që kalon përmes amplifikatorit do të pësonte një vonesë në të në krahasim me pulsin e referencës, domethënë, shpejtësia e përhapjes së dritës në amplifikator do të ishte më e vogël se në ajër. Cila ishte habia e studiuesve kur zbuluan se pulsi përhapet përmes amplifikatorit me një shpejtësi jo vetëm më të madhe se në ajër, por edhe disa herë më të madhe se shpejtësia e dritës në vakum!

Pasi u shëruan nga tronditja e parë, fizikanët filluan të kërkonin arsyen e një rezultati kaq të papritur. Askush nuk kishte as dyshimin më të vogël për parimet e teorisë speciale të relativitetit, dhe pikërisht kjo ndihmoi për të gjetur shpjegimin e saktë: nëse parimet e SRT ruhen, atëherë përgjigja duhet kërkuar në vetitë e mediumit përforcues. .

Pa hyrë këtu në detaje, theksojmë vetëm se një analizë e hollësishme e mekanizmit të veprimit të mediumit amplifikues e ka sqaruar plotësisht situatën. Çështja ishte në ndryshimin e përqendrimit të fotoneve gjatë përhapjes së pulsit - një ndryshim për shkak të një ndryshimi në faktorin e amplifikimit të mediumit deri në vlerë negative gjatë kalimit të pjesës së pasme të pulsit, kur mediumi tashmë po thith energji, sepse rezerva e tij tashmë është përdorur për shkak të transferimit të tij në pulsin e dritës. Thithja nuk shkakton rritje, por ulje të impulsit, dhe kështu impulsi forcohet në pjesën e përparme dhe dobësohet në pjesën e pasme të tij. Le të imagjinojmë se ne vëzhgojmë pulsin me ndihmën e një instrumenti që lëviz me shpejtësinë e dritës në mediumin e një përforcuesi. Nëse mediumi do të ishte transparent, do të shihnim një impuls të ngrirë në palëvizshmëri. Në mjedisin në të cilin zhvillohet procesi i përmendur më sipër, forcimi i skajit kryesor dhe dobësimi i skajit pasues të pulsit do t'i shfaqen vëzhguesit në atë mënyrë që mediumi, si të thuash, e ka çuar pulsin përpara. . Por meqenëse pajisja (vëzhguesi) lëviz me shpejtësinë e dritës, dhe impulsi e kapërcen atë, atëherë shpejtësia e impulsit e kalon shpejtësinë e dritës! Është ky efekt që u regjistrua nga eksperimentuesit. Dhe këtu nuk ka vërtet asnjë kontradiktë me teorinë e relativitetit: thjesht procesi i amplifikimit është i tillë që përqendrimi i fotoneve që dolën më herët rezulton të jetë më i madh se ata që dolën më vonë. Nuk janë fotonet që lëvizin me shpejtësi superluminale, por mbështjellja e pulsit, veçanërisht maksimumi i tij, që vërehet në oshiloskop.

Kështu, ndërsa në mediat e zakonshme ka gjithmonë një dobësim të dritës dhe një ulje të shpejtësisë së saj, e përcaktuar nga indeksi i thyerjes, në median aktive laserike, vërehet jo vetëm amplifikimi i dritës, por edhe përhapja e një pulsi me shpejtësi superluminale.

Disa fizikanë janë përpjekur të provojnë eksperimentalisht praninë e lëvizjes superluminale në efektin e tunelit, një nga më fenomene të mahnitshme në Mekanika kuantike. Ky efekt konsiston në faktin se një mikrogrimcë (më saktë, një mikroobjekt që shfaq si vetitë e një grimce ashtu edhe vetitë e një valë në kushte të ndryshme) është në gjendje të depërtojë në të ashtuquajturën pengesë potenciale - një fenomen që është plotësisht i pamundur. në mekanikën klasike (në të cilën një situatë e tillë do të ishte analoge: një top i hedhur në një mur do të përfundonte në anën tjetër të murit, ose lëvizja e valëzuar e dhënë nga një litar i lidhur në mur do të transmetohej në një litar të lidhur me muri në anën tjetër). Thelbi i efektit të tunelit në mekanikën kuantike është si më poshtë. Nëse një mikro-objekt me një energji të caktuar ndesh gjatë rrugës së tij një zonë me energji potenciale që tejkalon energjinë e mikroobjektit, kjo zonë është një pengesë për të, lartësia e së cilës përcaktohet nga diferenca e energjisë. Por mikro-objekti “rrjedh” përmes barrierës! Këtë mundësi ia jep lidhja e njohur e pasigurisë së Heisenberg-ut, e shkruar për energjinë dhe kohën e ndërveprimit. Nëse ndërveprimi i mikroobjektit me barrierën ndodh për një kohë mjaftueshëm të caktuar, atëherë energjia e mikroobjektit, përkundrazi, do të karakterizohet nga pasiguria, dhe nëse kjo pasiguri është e rendit të lartësisë së pengesës, atëherë kjo e fundit pushon. të jetë një pengesë e pakapërcyeshme për mikroobjektin. Është shkalla e depërtimit përmes barrierës së mundshme që është bërë objekt studimi nga një sërë fizikanësh, të cilët besojnë se mund të kalojë c.

Në qershor 1998, një simpozium ndërkombëtar mbi problemet e lëvizjeve superluminale u mbajt në Këln, ku u diskutuan rezultatet e marra në katër laboratorë - në Berkeley, Vjenë, Këln dhe Firence.

Dhe së fundi, në vitin 2000, u raportuan dy eksperimente të reja në të cilat u shfaqën efektet e përhapjes superluminale. Një prej tyre u realizua nga Lijun Wong me punonjësit në instituti kërkimor në Princeton (SHBA). Rezultati i tij është se një puls drite që hyn në një dhomë të mbushur me avull ceziumi rrit shpejtësinë e tij me një faktor prej 300. Doli se pjesa kryesore e pulsit largohet nga muri i largët i dhomës edhe përpara se pulsi të hyjë në dhomë përmes murit të përparmë. Një situatë e tillë bie ndesh jo vetëm me sensin e shëndoshë, por, në thelb, edhe me teorinë e relativitetit.

Raporti i L. Wong nxiti diskutime intensive midis fizikantëve, shumica e të cilëve nuk janë të prirur të shohin në rezultatet e marra një shkelje të parimeve të relativitetit. Sfida, besojnë ata, është të shpjegohet saktë ky eksperiment.

Në eksperimentin e L. Wong, pulsi i dritës që hynte në dhomë me avujt e ceziumit kishte një kohëzgjatje prej rreth 3 μs. Atomet e ceziumit mund të jenë në gjashtëmbëdhjetë gjendje të mundshme mekanike kuantike, të quajtura "nënnivele magnetike hiperfine të gjendjes bazë". Duke përdorur pompimin optik me lazer, pothuajse të gjithë atomet u sollën vetëm në një nga këto gjashtëmbëdhjetë gjendje, që korrespondon me temperaturën pothuajse zero absolute në shkallën Kelvin (-273.15 ° C). Gjatësia e dhomës së ceziumit ishte 6 centimetra. Në vakum, drita udhëton 6 centimetra në 0,2 ns. Siç treguan matjet, pulsi i dritës kaloi përmes dhomës me cezium në një kohë 62 ns më të shkurtër se në vakum. Me fjalë të tjera, koha e kalimit të një pulsi përmes një mediumi cezium ka një shenjë "minus"! Në të vërtetë, nëse zbresim 62 ns nga 0,2 ns, marrim një kohë "negative". Kjo "vonesë negative" në medium - një kërcim kohor i pakuptueshëm - është i barabartë me kohën gjatë së cilës pulsi do të bënte 310 kalime nëpër dhomë në vakum. Pasoja e këtij "kthimi kohor" ishte se impulsi që dilte nga dhoma arriti të largohej prej saj me 19 metra përpara se impulsi në hyrje të arrinte në murin e afërt të dhomës. Si mund të shpjegohet një situatë kaq e pabesueshme (përveç nëse, sigurisht, nuk ka dyshim për pastërtinë e eksperimentit)?

Duke gjykuar nga diskutimi që është shpalosur, një shpjegim i saktë nuk është gjetur ende, por nuk ka dyshim se vetitë e pazakonta të dispersionit të mediumit luajnë një rol këtu: avulli i ceziumit, i përbërë nga atome të ngacmuara nga drita lazer, është një medium me dispersion anormal. Le të kujtojmë shkurtimisht se çfarë është.

Dispersioni i një substance është varësia e indeksit të thyerjes së fazës (të zakonshme) n nga gjatësia valore e dritës l. Me shpërndarje normale, indeksi i thyerjes rritet me zvogëlimin e gjatësisë së valës, dhe ky është rasti në qelq, ujë, ajër dhe të gjitha substancat e tjera transparente ndaj dritës. Në substancat që thithin fuqishëm dritën, kursi i indeksit të thyerjes ndryshon me një ndryshim në gjatësinë e valës dhe bëhet shumë më i pjerrët: me një ulje në l (rritje në frekuencën w), indeksi i thyerjes zvogëlohet ndjeshëm dhe në një gamë të caktuar gjatësi vale bëhet më pak. sesa njësia (shpejtësia e fazës Vf > s ). Kjo është dispersioni anormal, në të cilin modeli i përhapjes së dritës në një substancë ndryshon rrënjësisht. Shpejtësia e grupit Vgr bëhet më e madhe se shpejtësia fazore e valëve dhe mund të tejkalojë shpejtësinë e dritës në vakum (dhe gjithashtu të bëhet negative). L. Wong thekson këtë rrethanë si arsyen që qëndron në themel të mundësisë për të shpjeguar rezultatet e eksperimentit të tij. Megjithatë, duhet theksuar se kushti Vgr > c është thjesht formal, pasi koncepti i shpejtësisë së grupit u prezantua për rastin e shpërndarjes së vogël (normale), për mediat transparente, kur një grup valësh pothuajse nuk e ndryshon formën e tij gjatë shumimi. Megjithatë, në rajonet e dispersionit anormal, pulsi i dritës deformohet me shpejtësi dhe koncepti i shpejtësisë së grupit humbet kuptimin e tij; në këtë rast prezantohen konceptet e shpejtësisë së sinjalit dhe shpejtësisë së përhapjes së energjisë, të cilat në media transparente përkojnë me shpejtësinë e grupit, ndërsa në media me përthithje mbeten më të vogla se shpejtësia e dritës në vakum. Por ja çfarë është interesante për eksperimentin e Wong: një puls drite, që kalon përmes një mjedisi me shpërndarje anormale, nuk deformohet - ai ruan saktësisht formën e tij! Dhe kjo korrespondon me supozimin se impulsi përhapet me shpejtësinë e grupit. Por nëse është kështu, atëherë rezulton se nuk ka përthithje në medium, megjithëse shpërndarja anormale e mediumit është pikërisht për shkak të përthithjes! Vetë Wong, duke pranuar se shumë gjëra mbeten të paqarta, beson se ajo që po ndodh në organizimin e tij eksperimental mund të shpjegohet qartë si një përafrim i parë si më poshtë.

Një impuls drite përbëhet nga shumë komponentë me gjatësi vale (frekuenca) të ndryshme. Figura tregon tre nga këta komponentë (valët 1-3). Në një moment, të tre valët janë në fazë (maksimumi i tyre përputhet); këtu ata, duke u shtuar, përforcojnë njëri-tjetrin dhe formojnë një impuls. Ndërsa valët përhapen më tej në hapësirë, ato janë jashtë fazës dhe në këtë mënyrë "shuarin" njëra-tjetrën.

Në rajonin e dispersionit anormal (brenda qelizës cezium), vala që ishte më e shkurtër (vala 1) bëhet më e gjatë. Në të kundërt, vala që ishte më e gjata nga tre (vala 3) bëhet më e shkurtra.

Rrjedhimisht, fazat e valëve gjithashtu ndryshojnë në përputhje me rrethanat. Kur valët kanë kaluar nëpër qelizën e ceziumit, frontet e tyre valore rikthehen. Pasi i janë nënshtruar një modulimi fazor të pazakontë në një substancë me shpërndarje anormale, të tre valët e konsideruara e gjejnë veten përsëri në fazë në një moment. Këtu ata mblidhen përsëri dhe formojnë një puls të së njëjtës formë si ai që hyn në mjedisin cezium.

Zakonisht në ajër, dhe në të vërtetë në çdo mjedis transparent normalisht shpërndarës, një puls drite nuk mund të ruajë me saktësi formën e tij kur përhapet në një distancë të largët, domethënë, të gjithë përbërësit e tij nuk mund të jenë në fazë në asnjë pikë të largët përgjatë rrugës së përhapjes. Dhe në kushte normale, një puls drite në një pikë kaq të largët shfaqet pas ca kohësh. Sidoqoftë, për shkak të vetive anormale të mediumit të përdorur në eksperiment, pulsi në pikën e largët rezultoi të jetë i ndarë në të njëjtën mënyrë si kur hynte në këtë medium. Kështu, pulsi i dritës sillet sikur të kishte një vonesë kohore negative në rrugën e tij për në një pikë të largët, domethënë do të kishte mbërritur në të jo më vonë, por më herët se sa të kalonte mediumin!

Shumica e fizikanëve janë të prirur ta lidhin këtë rezultat me shfaqjen e një pararendësi me intensitet të ulët në mjedisin shpërndarës të dhomës. Fakti është se në zbërthimin spektral të pulsit, spektri përmban përbërës të frekuencave arbitrare të larta me amplitudë të papërfillshme, të ashtuquajturin pararendës, i cili shkon përpara "pjesës kryesore" të pulsit. Natyra e krijimit dhe forma e pararendësit varen nga ligji i dispersionit në medium. Me këtë në mendje, sekuenca e ngjarjeve në eksperimentin e Wong-ut propozohet të interpretohet si më poshtë. Vala hyrëse, duke “shtrirë” para vetes pararojën, i afrohet kamerës. Përpara se kulmi i valës hyrëse të godasë murin e afërt të dhomës, pararendësi fillon shfaqjen e një pulsi në dhomë, i cili arrin në murin e largët dhe reflektohet prej tij, duke formuar një "valë të kundërt". Kjo valë, që përhapet 300 herë më shpejt se c, arrin në murin afër dhe takohet me valën hyrëse. Majat e njërës valë takohen me koritë e tjetrës, kështu që ato anulojnë njëra-tjetrën dhe asgjë nuk mbetet. Rezulton se vala hyrëse "ia kthen borxhin" atomeve të ceziumit, të cilët i "huazuan" energji në skajin tjetër të dhomës. Kushdo që vëzhgonte vetëm fillimin dhe fundin e eksperimentit do të shihte vetëm një puls drite që "kërceu" përpara në kohë, duke lëvizur më shpejt se c.

L. Wong beson se eksperimenti i tij nuk është në përputhje me teorinë e relativitetit. Deklarata për paarritshmërinë e shpejtësisë superluminale, beson ai, është e zbatueshme vetëm për objektet me masë pushimi. Drita mund të përfaqësohet ose në formën e valëve, për të cilat koncepti i masës është përgjithësisht i pazbatueshëm, ose në formën e fotoneve me një masë pushimi, siç dihet, e barabartë me zero. Prandaj, shpejtësia e dritës në një vakum, sipas Wong, nuk është kufiri. Megjithatë, Wong pranon se efekti që ai zbuloi e bën të pamundur transmetimin e informacionit më shpejt se c.

"Informacioni këtu gjendet tashmë në skajin kryesor të impulsit," thotë P. Milonni, një fizikant në Laboratorin Kombëtar të Los Alamos në Shtetet e Bashkuara.

Shumica e fizikanëve besojnë se Punë e re nuk u jep një goditje dërrmuese parimeve themelore. Por jo të gjithë fizikanët besojnë se problemi është zgjidhur. Profesor A. Ranfagni, i ekipit kërkimor italian që kreu një tjetër eksperiment interesant në vitin 2000, thotë se pyetja është ende e hapur. Ky eksperiment, i kryer nga Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni dhe Rocco Ruggeri, zbuloi se valët e radios me valë centimetër përhapen në ajër normal me një shpejtësi 25% më të shpejtë se c.

Duke përmbledhur, mund të themi sa vijon.

Punimet vitet e fundit tregojnë se në kushte të caktuara shpejtësi superluminale mund të ndodhë vërtet. Por çfarë saktësisht po lëviz me shpejtësi superluminale? Teoria e relativitetit, siç u përmend tashmë, e ndalon një shpejtësi të tillë për trupat materialë dhe për sinjalet që bartin informacion. Megjithatë, disa studiues janë shumë këmbëngulës në përpjekjet e tyre për të demonstruar tejkalimin e barrierës së dritës posaçërisht për sinjalet. Arsyeja për këtë qëndron në faktin se në teorinë speciale të relativitetit nuk ka asnjë justifikim rigoroz matematik (bazuar, le të themi, në ekuacionet e Maxwell për fushë elektromagnetike) pamundësia e transmetimit të sinjaleve me shpejtësi më të madhe se c. Një pamundësi e tillë në SRT përcaktohet, mund të thuhet, thjesht aritmetikisht, bazuar në formulën e Ajnshtajnit për mbledhjen e shpejtësive, por në një mënyrë themelore kjo konfirmohet nga parimi i shkakësisë. Vetë Ajnshtajni, duke marrë në konsideratë çështjen e transmetimit të sinjalit superluminal, shkroi se në këtë rast "...ne jemi të detyruar të konsiderojmë të mundshëm një mekanizëm transmetimi sinjali, kur përdorim të cilin veprimi i arritur i paraprin shkakut. Por, megjithëse kjo rezulton nga një logjikë e pastër. këndvështrimi nuk përmban vetveten, për mendimin tim, nuk ka kontradikta, megjithatë ai bie ndesh me karakterin e gjithë përvojës sonë në një masë të tillë që pamundësia e supozimit V > c duket se është vërtetuar mjaftueshëm. Parimi i shkakësisë është gurthemeli që qëndron në themel të pamundësisë së sinjalizimit superluminal. Dhe, me sa duket, të gjitha kërkimet për sinjale superluminale, pa përjashtim, do të pengohen mbi këtë gur, pa marrë parasysh sa eksperimentuesit do të donin të zbulonin sinjale të tilla, sepse e tillë është natyra e botës sonë.

Por megjithatë, le të imagjinojmë se matematika e relativitetit do të vazhdojë të funksionojë me shpejtësi superluminale. Kjo do të thotë se teorikisht ne ende mund të zbulojmë se çfarë do të ndodhte nëse trupi do të kalonte shpejtësinë e dritës.

Imagjinoni dy anije kozmike duke u nisur nga Toka drejt një ylli që është 100 vite dritë larg planetit tonë. Anija e parë largohet nga Toka me 50% shpejtësinë e dritës, kështu që do të duhen 200 vjet për të përfunduar udhëtimin. Anija e dytë, e pajisur me një makinë hipotetike, do të niset me 200% shpejtësinë e dritës, por 100 vjet pas të parës. Çfarë do të ndodhë?

Sipas teorisë së relativitetit, përgjigjja e saktë varet kryesisht nga këndvështrimi i vëzhguesit. Nga Toka, do të duket se anija e parë ka përshkuar tashmë një distancë të konsiderueshme përpara se të kapërcehet nga anija e dytë, e cila lëviz katër herë më shpejt. Por nga këndvështrimi i njerëzve në anijen e parë, gjithçka është pak më ndryshe.

Anija #2 po lëviz më shpejt se drita, që do të thotë se mund të kalojë edhe dritën që lëshon. Kjo çon në një lloj "valë drite" (analoge me tingullin, vetëm valët e dritës dridhen këtu në vend të dridhjeve të ajrit), e cila krijon disa efekte interesante. Kujtoni se drita nga anija #2 lëviz më ngadalë se vetë anija. Rezultati do të jetë një dyfishim vizual. Me fjalë të tjera, në fillim ekuipazhi i anijes #1 do të shohë që anija e dytë u shfaq pranë tyre si nga askund. Më pas, drita nga anija e dytë do të arrijë tek e para me një vonesë të vogël dhe rezultati do të jetë një kopje e dukshme që do të lëvizë në të njëjtin drejtim me një vonesë të lehtë.

Diçka e ngjashme mund të shihet në Lojra kompjuterike, kur, si rezultat i një dështimi të sistemit, motori ngarkon modelin dhe algoritmet e tij në pikën përfundimtare të lëvizjes më shpejt se sa përfundon vetë animacioni i lëvizjes, në mënyrë që të ndodhin marrje të shumta. Kjo është ndoshta arsyeja pse vetëdija jonë nuk e percepton atë aspekt hipotetik të Universit në të cilin trupat lëvizin me shpejtësi superluminale - ndoshta kjo është për të mirën.

P.S. ... dhe këtu brenda shembulli i fundit Nuk kuptova diçka, pse pozicioni i vërtetë i anijes lidhet me "dritën e emetuar prej saj"? Epo, edhe pse do ta shohin disi në vendin e gabuar, por në të vërtetë ai do të kapërcejë anijen e parë!

burimet

Hijet mund të udhëtojnë më shpejt se drita, por nuk mund të bartin materie ose informacion

A është i mundur fluturimi superluminal?

Seksionet në këtë artikull kanë nëntituj dhe ju mund t'i referoheni secilit seksion veç e veç.

Shembuj të thjeshtë të udhëtimit FTL

1. Efekti Cherenkov

Kur flasim për lëvizje superluminale, nënkuptojmë shpejtësinë e dritës në vakum. c(299 792 458 m/s). Prandaj, efekti Cherenkov nuk mund të konsiderohet si një shembull i lëvizjes superluminale.

2. Vëzhguesi i tretë

Nëse raketa A fluturon larg meje me shpejtësi 0.6c në perëndim, dhe raketa B fluturon larg meje me shpejtësi 0.6c lindje, atëherë shoh se distanca ndërmjet A Dhe B rritet me shpejtësi 1.2c. Shikimi i raketave që fluturojnë A Dhe B nga jashtë, vëzhguesi i tretë sheh se shpejtësia totale e heqjes së raketave është më e madhe se c .

por shpejtësi relative nuk është e barabartë me shumën e shpejtësive. shpejtësia e raketës A në lidhje me raketën Bështë shpejtësia me të cilën rritet distanca nga raketa A, e cila shihet nga një vëzhgues duke fluturuar mbi një raketë B. Shpejtësia relative duhet të llogaritet duke përdorur formulën e mbledhjes së shpejtësisë relativiste. (Shihni Si i shtoni shpejtësitë në relativitetin special?) Në këtë shembull, shpejtësia relative është afërsisht 0,88c. Pra, në këtë shembull ne nuk morëm FTL.

3. Drita dhe hija

Mendoni se sa shpejt mund të lëvizë hija. Nëse llamba është afër, atëherë hija e gishtit tuaj në murin e largët lëviz shumë më shpejt sesa lëviz gishti. Kur lëviz gishtin paralel me murin, shpejtësia e hijes futet D/d herë më e madhe se shpejtësia e gishtit. Këtu dështë distanca nga llamba në gisht, dhe D- nga llamba në mur. Shpejtësia do të jetë edhe më e madhe nëse muri është në një kënd. Nëse muri është shumë larg, atëherë lëvizja e hijes do të mbetet prapa lëvizjes së gishtit, pasi drita kërkon kohë për të arritur në mur, por shpejtësia e hijes që lëviz përgjatë murit do të rritet edhe më shumë. Shpejtësia e një hije nuk kufizohet nga shpejtësia e dritës.

Një objekt tjetër që mund të udhëtojë më shpejt se drita është një pikë drite nga një lazer që synon hënën. Distanca nga Hëna është 385,000 km. Ju mund ta llogarisni vetë shpejtësinë e lëvizjes së pikës së dritës në sipërfaqen e Hënës me luhatje të vogla të treguesit lazer në dorë. Ju gjithashtu mund të pëlqeni shembullin e një valë që godet një vijë të drejtë të plazhit në një kënd të lehtë. Me çfarë shpejtësie mund të lëvizë pika e kryqëzimit të valës dhe bregut përgjatë plazhit?

Të gjitha këto gjëra mund të ndodhin në natyrë. Për shembull, një rreze drite nga një pulsar mund të kalojë përgjatë një re pluhuri. shpërthim i fuqishëm mund të krijojë valë sferike të dritës ose rrezatimit. Kur këto valë kryqëzohen me një sipërfaqe, rrathët e dritës shfaqen në atë sipërfaqe dhe zgjerohen më shpejt se drita. Një fenomen i tillë vërehet, për shembull, kur një puls elektromagnetik nga një rrufe e ndezur kalon nëpër atmosferën e sipërme.

4. Trup i fortë

Nëse keni një shufër të gjatë dhe të ngurtë dhe goditni njërën skaj të shufrës, a nuk lëviz menjëherë skaji tjetër? A nuk është kjo një mënyrë e transmetimit superluminal të informacionit?

Kjo do të ishte e drejtë nëse kishte trupa krejtësisht të ngurtë. Në praktikë, ndikimi transmetohet përgjatë shufrës me shpejtësinë e zërit, e cila varet nga elasticiteti dhe dendësia e materialit të shufrës. Për më tepër, teoria e relativitetit kufizon shpejtësitë e mundshme të zërit në një material me vlerë c .

I njëjti parim vlen nëse mbani një fije ose shufër vertikalisht, lëshoni atë dhe fillon të bjerë nën ndikimin e gravitetit. Pjesa e sipërme që lëshoni fillon të bjerë menjëherë, por fundi i poshtëm do të fillojë të lëvizë vetëm pas një kohe, pasi humbja e forcës mbajtëse transmetohet poshtë shufrës me shpejtësinë e zërit në material.

Formulimi i teorisë relativiste të elasticitetit është mjaft i ndërlikuar, por ide e pergjithshme mund të ilustrohet duke përdorur mekanikën e Njutonit. Ekuacioni i lëvizjes gjatësore të një trupi idealisht elastik mund të nxirret nga ligji i Hukut. Shënoni dendësinë lineare të shufrës ρ , moduli i Young Y. Kompensimi gjatësor X plotëson ekuacionin e valës

ρ d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0

Zgjidhja e valës së rrafshët udhëton me shpejtësinë e zërit s, e cila përcaktohet nga formula s 2 = Y/ρ. Ekuacioni i valës nuk lejon që perturbimet e mediumit të lëvizin më shpejt se sa me shpejtësinë s. Për më tepër, teoria e relativitetit i jep një kufi sasisë së elasticitetit: Y< ρc 2 . Në praktikë, asnjë material i njohur nuk i afrohet këtij kufiri. Vini re gjithashtu se edhe nëse shpejtësia e zërit është afër c, atëherë vetë lënda nuk lëviz domosdoshmërisht me shpejtësi relativiste.

Edhe pse nuk ka trupa të ngurtë në natyrë, ekziston lëvizja e trupave të ngurtë, e cila mund të përdoret për të kapërcyer shpejtësinë e dritës. Kjo temë i përket seksionit të përshkruar tashmë të hijeve dhe njollave të lehta. (Shih gërshërët superluminal, Disku i ngurtë rrotullues në relativitet).

5. Shpejtësia e fazës

ekuacioni i valës
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0

ka një zgjidhje në formë
u \u003d A cos (ax - bt), c 2 a 2 - b 2 + w 2 \u003d 0

Këto janë valë sinusoidale që përhapen me një shpejtësi v
v = b/a = sqrt(c 2 + w 2 /a 2)

Por është më shumë se c. Ndoshta ky është ekuacioni për takionët? (shih seksionin më poshtë). Jo, ky është ekuacioni i zakonshëm relativist për një grimcë me masë.

Për të eliminuar paradoksin, duhet të bëni dallimin midis "shpejtësisë së fazës" v ph, dhe "shpejtësia e grupit" v gr dhe
v ph v gr = c 2

Zgjidhja në formën e valës mund të ketë dispersion në frekuencë. Në këtë rast, paketa e valës lëviz me një shpejtësi grupi që është më e vogël se c. Duke përdorur një paketë valore, informacioni mund të transmetohet vetëm me shpejtësinë e grupit. Valët në një paketë valore lëvizin me shpejtësinë fazore. Shpejtësia e fazës është një shembull tjetër i lëvizjes FTL që nuk mund të përdoret për të komunikuar.

6. Galaktikat superluminale

7. Raketë relativiste

Lëreni një vëzhgues në Tokë të shohë një anije kozmike duke u larguar me një shpejtësi 0.8c Sipas teorisë së relativitetit, ai do të shohë se ora në anije kozmike po ecën 5/3 herë më ngadalë. Nëse e ndajmë distancën nga anija me kohën e fluturimit sipas orës në bord, marrim shpejtësinë 4/3c. Vëzhguesi arrin në përfundimin se, duke përdorur orën e tij në bord, piloti i anijes do të përcaktojë gjithashtu se ai po fluturon me një shpejtësi superluminale. Nga këndvështrimi i pilotit, ora e tij funksionon normalisht dhe hapësira ndëryjore është zvogëluar me një faktor 5/3. Prandaj, ai i kalon distancat e njohura midis yjeve më shpejt, me një shpejtësi 4/3c .

Por ende nuk është një fluturim superluminal. Ju nuk mund të llogarisni shpejtësinë duke përdorur distancën dhe kohën e përcaktuar në korniza të ndryshme referimi.

8. Shpejtësia e gravitetit

Disa këmbëngulin se shpejtësia e gravitetit është shumë më e shpejtë c apo edhe të pafundme. Shihni A udhëton graviteti me shpejtësinë e dritës? dhe çfarë është rrezatimi gravitacional? Perturbacionet gravitacionale dhe valët gravitacionale përhapet me një shpejtësi c .

9. Paradoksi EPR

10. Fotonet virtuale

11. Efekti i tunelit kuantik

Në mekanikën kuantike, efekti i tunelit lejon një grimcë të kapërcejë një pengesë, edhe nëse energjia e saj nuk është e mjaftueshme për këtë. Është e mundur të llogaritet koha e tunelit përmes një pengese të tillë. Dhe mund të rezultojë të jetë më pak se sa kërkohet që drita të kapërcejë të njëjtën distancë me një shpejtësi c. A mund të përdoret për të dërguar mesazhe më shpejt se drita?

Elektrodinamika kuantike thotë "Jo!" Sidoqoftë, u krye një eksperiment që tregoi transmetimin superluminal të informacionit duke përdorur efektin e tunelit. Përmes një pengese 11.4 cm të gjerë me një shpejtësi prej 4.7 c U prezantua Simfonia e Dyzetë e Mozartit. Shpjegimi për këtë eksperiment është shumë i diskutueshëm. Shumica e fizikanëve besojnë se me ndihmën e efektit të tunelit është e pamundur të transmetohet informacion më shpejt se drita. Nëse do të ishte e mundur, atëherë pse të mos dërgoni një sinjal në të kaluarën duke e vendosur pajisjen në një kornizë referimi që lëviz me shpejtësi.

17. Teoria kuantike e fushës

Me përjashtim të gravitetit, të gjitha fenomenet fizike të vëzhguara korrespondojnë me "Modelin Standard". Modeli Standard është një teori relativiste e fushës kuantike që shpjegon forcat elektromagnetike dhe bërthamore dhe të gjitha grimcat e njohura. Në këtë teori, çdo palë operatorësh që korrespondojnë me vëzhgues fizikë të ndarë nga një interval hapësinor ngjarjesh "udhëton" (d.m.th., mund të ndryshohet renditja e këtyre operatorëve). Në thelb, kjo nënkupton atë model standard ndikimi nuk mund të udhëtojë më shpejt se drita, dhe kjo mund të konsiderohet ekuivalenti i fushës kuantike të argumentit të energjisë së pafundme.

Megjithatë, nuk ka prova të patëmetë rigoroze në teorinë kuantike të fushës së Modelit Standard. Askush nuk e ka vërtetuar ende se kjo teori është e qëndrueshme nga brenda. Me shumë mundësi, nuk është. Në çdo rast, nuk ka asnjë garanci që nuk ka ende grimca apo forca të pazbuluara që nuk i binden ndalimit të lëvizjes superluminale. Nuk ka gjithashtu asnjë përgjithësim të kësaj teorie, duke përfshirë gravitetin dhe relativitetin e përgjithshëm. Shumë fizikantë që punojnë në këtë fushë graviteti kuantik, dyshoni se nocionet e thjeshta të shkakësisë dhe lokalitetit do të përgjithësohen. Nuk ka asnjë garanci që në një teori më të plotë të ardhshme shpejtësia e dritës do të ruajë kuptimin e shpejtësisë kufizuese.

18. Paradoksi i gjyshit

Në relativitetin special, një grimcë që udhëton më shpejt se drita në një kornizë referimi, lëviz prapa në kohë në një kornizë tjetër referimi. Udhëtimi FTL ose transmetimi i informacionit do të bënte të mundur udhëtimin ose dërgimin e një mesazhi në të kaluarën. Nëse një udhëtim i tillë në kohë do të ishte i mundur, atëherë mund të ktheheshit pas në kohë dhe të ndryshoni rrjedhën e historisë duke vrarë gjyshin tuaj.

Ky është një argument shumë i fortë kundër mundësisë së udhëtimit FTL. Vërtetë, ekziston një mundësi pothuajse e pamundur që të jetë i mundur një udhëtim i kufizuar superluminal, i cili nuk lejon një kthim në të kaluarën. Ose mbase udhëtimi në kohë është i mundur, por shkakësia shkelet në një mënyrë të qëndrueshme. E gjithë kjo është shumë e pabesueshme, por nëse po diskutojmë FTL, është më mirë të jemi gati për ide të reja.

E kundërta është gjithashtu e vërtetë. Nëse do të mund të udhëtonim pas në kohë, ne mund të kapërcejmë shpejtësinë e dritës. Është e mundur të ktheheni në kohë, të fluturoni diku me shpejtësi të ulët dhe të arrini atje përpara se të mbërrijë drita e dërguar në mënyrën e zakonshme. Shikoni Udhëtimi në kohë për detaje mbi këtë temë.

Pyetjet e hapura të udhëtimit FTL

Në këtë seksion të fundit, unë do të përshkruaj disa ide serioze mund të udhëtojë më shpejt se drita. Këto tema nuk përfshihen shpesh në FAQ, sepse ato janë më shumë si shumë pyetje të reja sesa përgjigje. Ato janë përfshirë këtu për të treguar se po bëhen kërkime serioze në këtë drejtim. Është dhënë vetëm një hyrje e shkurtër për temën. Detajet mund të gjenden në internet. Si çdo gjë në internet, jini kritik ndaj tyre.

19. Tachyons

Tachyons janë grimca hipotetike që udhëtojnë më shpejt se drita në vend. Për ta bërë këtë, ata duhet të kenë një vlerë masive imagjinare. Në këtë rast, energjia dhe momenti i takionit janë sasi reale. Nuk ka asnjë arsye për të besuar se grimcat superluminale nuk mund të zbulohen. Hijet dhe pikat kryesore mund të udhëtojnë më shpejt se drita dhe mund të zbulohen.

Deri më tani, takionët nuk janë gjetur dhe fizikanët dyshojnë për ekzistencën e tyre. Kishte pretendime se në eksperimentet për të matur masën e neutrinos të prodhuar nga zbërthimi beta i tritiumit, neutrinot ishin takione. Kjo është e dyshimtë, por ende nuk është hedhur poshtë përfundimisht.

Ka probleme në teorinë e takioneve. Përveç shkeljes së mundshme të shkakësisë, takionët gjithashtu e bëjnë vakumin të paqëndrueshëm. Mund të jetë e mundur t'i anashkalojmë këto vështirësi, por edhe atëherë nuk do të jemi në gjendje të përdorim takione për transmetimin superluminal të mesazheve.

Shumica e fizikanëve besojnë se shfaqja e takioneve në një teori është një shenjë e disa problemeve me këtë teori. Ideja e tachyons është kaq e popullarizuar me publikun thjesht sepse ato përmenden shpesh në literaturën fantazi. Shih Tachyons.

20. Vrimat e krimbit

Shumica mënyrë e njohur Udhëtimi global superluminal - përdorimi i "vrimave të krimbit". Një vrimë krimbi është një çarje në hapësirë-kohë nga një pikë e universit në tjetrën, e cila ju lejon të kaloni nga një skaj i vrimës në tjetrin më shpejt se rruga e zakonshme. Vrimat e krimbave përshkruhen nga teoria e përgjithshme e relativitetit. Për t'i krijuar ato, duhet të ndryshoni topologjinë e hapësirë-kohës. Ndoshta kjo do të bëhet e mundur brenda kornizës së teorisë kuantike të gravitetit.

Për të mbajtur të hapur një vrimë krimbi, ju nevojiten zona të hapësirës me energji negative. C.W.Misner dhe K.S.Thorne propozuan përdorimin e efektit Casimir në një shkallë të gjerë për të krijuar energji negative. Visser sugjeroi përdorimin e vargjeve kozmike për këtë. Këto janë ide shumë spekulative dhe mund të mos jenë të mundshme. Ndoshta forma e kërkuar e materies ekzotike me energji negative nuk ekziston.

Shpejtësia e përhapjes së dritës është 299,792,458 metra në sekondë, por prej kohësh ajo ka pushuar së qeni vlera kufizuese. “Futurist” ka mbledhur 4 teori, ku drita nuk është më Michael Schumacher.

Një shkencëtar amerikan me origjinë japoneze, një specialist në fushën e fizikës teorike Michio Kaku është i sigurt se shpejtësia e dritës mund të kapërcehet.

Big Bang

nga më së shumti shembull i famshëm, kur barriera e dritës u tejkalua, Michio Kaku e quan Big Bang - një "pop" ultra i shpejtë, i cili u bë fillimi i zgjerimit të Universit, ndaj të cilit ishte në një gjendje të vetme.

“Asnjë objekt material nuk mund ta kapërcejë pengesën e dritës. Por hapësira boshe me siguri mund të udhëtojë më shpejt se drita. Asgjë nuk mund të jetë më bosh se një vakum, kështu që mund të zgjerohet shpejtësi më të shpejtë dritë”, është i sigurt shkencëtari.

Elektrik dore në qiellin e natës

Nëse ndriçoni një elektrik dore në qiellin e natës, atëherë në parim një rreze që shkon nga një pjesë e universit në tjetrën, e vendosur në një distancë prej shumë vitesh dritë, mund të udhëtojë më shpejt se shpejtësia e dritës. Problemi është se në këtë rast nuk do të ketë asnjë objekt material që në fakt lëviz më shpejt se drita. Imagjinoni që jeni të rrethuar nga një sferë gjigante në diametër një vit drite. Imazhi i një rreze drite do të vërshojë nëpër këtë sferë brenda pak sekondash, pavarësisht nga madhësia e saj. Por vetëm imazhi i rrezes mund të lëvizë nëpër qiellin e natës më shpejt se drita, dhe jo informacioni ose një objekt material.

ngatërresa kuantike

Më e shpejtë se shpejtësia e dritës nuk mund të jetë ndonjë objekt, por i gjithë fenomeni, ose më mirë marrëdhënia, e cila quhet ngatërrim kuantik. Ky është një fenomen mekanik kuantik në të cilin gjendjet kuantike të dy ose më shumë objekteve janë të ndërvarura. Për të marrë një palë fotone të ngatërruara kuantike, mund të shkëlqeni një lazer mbi një kristal jolinear me një frekuencë dhe intensitet të caktuar. Si rezultat i shpërndarjes së rrezes lazer, fotonet do të shfaqen në dy kone të ndryshme polarizimi, marrëdhënia midis të cilave do të quhet ngatërrim kuantik. Pra, ngatërrimi kuantik është një mënyrë për të bashkëvepruar grimcat nënatomike dhe procesi i kësaj lidhjeje mund të ndodhë më shpejt se drita.

“Nëse dy elektrone bashkohen, ato do të vibrojnë në unison, sipas teorisë kuantike. Por nëse këto elektrone ndahen më pas me shumë vite dritë, ato do të vazhdojnë të mbajnë kontakt me njëri-tjetrin. Nëse tundni një elektron, tjetri do ta ndjejë këtë dridhje dhe kjo do të ndodhë më shpejt se shpejtësia e dritës. Albert Einstein mendoi se do ta kundërshtonte këtë fenomen teoria kuantike, sepse asgjë nuk mund të udhëtojë më shpejt se drita, por në fakt ai gaboi”, thotë Michio Kaku.

Vrimat e krimbit

Tema e kapërcimit të shpejtësisë së dritës luhet në shumë filma fantashkencë. Tani edhe ata që janë larg astrofizikës dëgjojnë shprehjen " nishan Vrima Falë filmit Interstellar. Kjo është një lakim i veçantë në sistemin hapësirë-kohë, një tunel në hapësirë që ju lejon të kapërceni distanca të mëdha në një kohë të papërfillshme.

Për një lakim të tillë flasin jo vetëm skenaristët e filmave, por edhe shkencëtarët. Michio Kaku beson se një wormhole (wormhole), ose, siç quhet ndryshe, një wormhole, është një nga dy mënyrat më realiste për të transmetuar informacionin më shpejt se shpejtësia e dritës.

Mënyra e dytë, e cila është e lidhur edhe me ndryshimet në materie, është tkurrja e hapësirës para jush dhe zgjerimi pas jush. Në këtë hapësirë të shtrembëruar, lind një valë që udhëton më shpejt se shpejtësia e dritës nëse drejtohet nga materia e errët.

Kështu, e vetmja mundësi reale që një person të mësojë të kapërcejë pengesën e dritës mund të qëndrojë në teorinë e përgjithshme të relativitetit dhe lakimin e hapësirës dhe kohës. Megjithatë, gjithçka qëndron në të njëjtën gjë materie e errët: askush nuk e di nëse ekziston me siguri, dhe nëse vrimat e krimbave janë të qëndrueshme.

Doktor i Shkencave Teknike A. GOLUBEV.

Në mesin e vitit të kaluar në revista doli një reportazh i bujshëm. Një grup studiuesish amerikanë zbuluan se një impuls lazer shumë i shkurtër udhëton qindra herë më shpejt në një mjedis të zgjedhur posaçërisht sesa në një vakum. Ky fenomen dukej absolutisht i pabesueshëm (shpejtësia e dritës në një mjedis është gjithmonë më e vogël se në një vakum) dhe madje shkaktoi dyshime në lidhje me vlefshmërinë e teorisë speciale të relativitetit. Ndërkohë, një objekt fizik superluminal - një impuls lazer në një mjedis amplifikues - u zbulua për herë të parë jo në vitin 2000, por 35 vjet më parë, në 1965, dhe mundësia e lëvizjes superluminale u diskutua gjerësisht deri në fillim të viteve '70. Sot, diskutimi rreth këtij fenomeni të çuditshëm është ndezur me energji të përtërirë.

Shembuj të lëvizjes "superluminale".

Në fillim të viteve 1960, impulset e shkurtra të dritës me fuqi të lartë filluan të merren duke kaluar një blic lazer përmes një amplifikuesi kuantik (një medium me një popullsi të kundërt).

Në mjedisin amplifikues, rajoni fillestar i pulsit të dritës shkakton emetim të stimuluar të atomeve në mjedisin amplifikues dhe rajoni i tij përfundimtar shkakton thithjen e energjisë prej tyre. Si rezultat, vëzhguesit do t'i duket se pulsi po lëviz më shpejt se drita.

Eksperimenti i Lijun Wong.

Një rreze drite që kalon nëpër një prizëm të një materiali transparent (siç është qelqi) thyhet, domethënë, përjeton shpërndarje.

Një impuls drite është një grup lëkundjesh me frekuenca të ndryshme.

Ndoshta të gjithë - madje edhe njerëzit larg fizikës - e dinë se shpejtësia maksimale e mundshme e lëvizjes së objekteve materiale ose përhapja e ndonjë sinjali është shpejtësia e dritës në vakum. Është shënuar me shkronjën nga dhe është gati 300 mijë kilometra në sekondë; vlerën e saktë nga= 299 792 458 m/s. Shpejtësia e dritës në vakum është një nga konstantet themelore fizike. Pamundësia e arritjes së shpejtësive që tejkalojnë nga, rrjedh nga teoria speciale e relativitetit (SRT) e Ajnshtajnit. Nëse do të ishte e mundur të vërtetohej se transmetimi i sinjaleve me shpejtësi superluminale është i mundur, teoria e relativitetit do të binte. Deri më tani, kjo nuk ka ndodhur, pavarësisht përpjekjeve të shumta për të hedhur poshtë ndalimin e ekzistencës së shpejtësive më të mëdha se nga. Megjithatë, disa dukuri shumë interesante janë zbuluar në studimet eksperimentale të fundit, që tregojnë se në kushte të krijuara posaçërisht është e mundur të vëzhgohen shpejtësi superluminale pa shkelur parimet e teorisë së relativitetit.

Për të filluar, le të kujtojmë aspektet kryesore që lidhen me problemin e shpejtësisë së dritës. Para së gjithash: pse është e pamundur (në kushte normale) të tejkalohet kufiri i dritës? Sepse atëherë shkelet ligji themelor i botës sonë - ligji i shkakësisë, sipas të cilit efekti nuk mund të tejkalojë shkakun. Askush nuk e ka parë ndonjëherë që, për shembull, një ari fillimisht ra i vdekur, dhe më pas një gjuetar qëlloi. Me shpejtësi që tejkalojnë nga, sekuenca e ngjarjeve kthehet mbrapsht, shiriti i kohës kthehet prapa. Kjo është e lehtë për t'u verifikuar nga argumenti i thjeshtë vijues.

Megjithëse ky argument injoron plotësisht detajet teknike të procesit të vëzhgimit të dritës, nga një këndvështrim themelor, ai tregon qartë se lëvizja me një shpejtësi superluminale çon në një situatë që është e pamundur në botën tonë. Sidoqoftë, natyra ka vendosur kushte edhe më të rrepta: lëvizja është e paarritshme jo vetëm me shpejtësi superluminale, por edhe me një shpejtësi të barabartë me shpejtësinë e dritës - mund t'i afroheni vetëm asaj. Nga teoria e relativitetit rrjedh se me një rritje të shpejtësisë së lëvizjes, lindin tre rrethana: masa e një objekti në lëvizje rritet, madhësia e tij zvogëlohet në drejtim të lëvizjes dhe kalimi i kohës në këtë objekt ngadalësohet (nga këndvështrimi i një vëzhguesi të jashtëm "pushues"). Me shpejtësi të zakonshme, këto ndryshime janë të papërfillshme, por ndërsa i afrohemi shpejtësisë së dritës, ato bëhen gjithnjë e më të dukshme, dhe në kufi - me një shpejtësi të barabartë me nga, - masa bëhet pafundësisht e madhe, objekti humbet plotësisht madhësinë e tij në drejtim të lëvizjes dhe koha ndalon mbi të. Prandaj, asnjë trup material nuk mund të arrijë shpejtësinë e dritës. Vetëm drita ka një shpejtësi të tillë! (Dhe gjithashtu grimca "gjithpërfshirëse" - neutrinoja, e cila, ashtu si fotoni, nuk mund të lëvizë me një shpejtësi më të vogël se nga.)

Tani për shpejtësinë e transmetimit të sinjalit. Këtu është e përshtatshme të përdoret paraqitja e dritës në formën e valëve elektromagnetike. Çfarë është një sinjal? Ky është një informacion për t'u transmetuar. Një valë elektromagnetike ideale është një sinusoid i pafund me rreptësisht një frekuencë dhe nuk mund të mbajë asnjë informacion, sepse çdo periudhë e një sinusoidi të tillë saktësisht përsërit atë të mëparshmen. Shpejtësia me të cilën lëviz faza e valës sinus - e ashtuquajtura shpejtësi fazore - mund të tejkalojë shpejtësinë e dritës në vakum në kushte të caktuara. Këtu nuk ka kufizime, pasi shpejtësia e fazës nuk është shpejtësia e sinjalit - nuk ekziston ende. Për të krijuar një sinjal, duhet të bëni një lloj "shenje" në valë. Një shenjë e tillë mund të jetë, për shembull, një ndryshim në cilindo nga parametrat e valës - amplituda, frekuenca ose faza fillestare. Por sapo të bëhet shenja, vala humbet sinusoidalitetin e saj. Ai bëhet i moduluar, i përbërë nga një grup valësh të thjeshta sinusoidale me amplituda, frekuenca dhe faza fillestare të ndryshme - një grup valësh. Shpejtësia e lëvizjes së shenjës në valën e moduluar është shpejtësia e sinjalit. Kur përhapet në një mjedis, kjo shpejtësi zakonisht përkon me shpejtësinë e grupit që karakterizon përhapjen e grupit të valëve të mësipërme në tërësi (shih "Shkenca dhe jeta" nr. 2, 2000). Në kushte normale, shpejtësia e grupit, dhe rrjedhimisht shpejtësia e sinjalit, është më e vogël se shpejtësia e dritës në vakum. Nuk është rastësi që këtu përdoret shprehja "në kushte normale", sepse në disa raste shpejtësia e grupit mund të kalojë edhe nga apo edhe të humbasë kuptimin, por atëherë nuk vlen për përhapjen e sinjalit. Është vërtetuar në SRT se është e pamundur të transmetohet një sinjal me një shpejtësi më të madhe se nga.

Pse është kështu? Sepse pengesa për transmetimin e çdo sinjali me shpejtësi më të madhe se nga zbatohet i njëjti ligj i shkakësisë. Le të imagjinojmë një situatë të tillë. Në një pikë A, një blic drite (ngjarja 1) ndez një pajisje që dërgon një sinjal radio të caktuar, dhe në një pikë të largët B, nën veprimin e këtij sinjali radio, ndodh një shpërthim (ngjarja 2). Është e qartë se ngjarja 1 (flici) është shkaku, dhe ngjarja 2 (shpërthimi) është efekti që ndodh më vonë se shkaku. Por nëse sinjali i radios përhapet me një shpejtësi superluminale, një vëzhgues afër pikës B fillimisht do të shihte një shpërthim dhe vetëm atëherë - duke e arritur atë me një shpejtësi. nga ndezje drite, shkaku i shpërthimit. Me fjalë të tjera, për këtë vëzhgues, ngjarja 2 do të kishte ndodhur para ngjarjes 1, domethënë, efekti do t'i kishte paraprirë shkakut.

Është me vend të theksohet se "ndalimi superluminal" i teorisë së relativitetit vendoset vetëm mbi lëvizjen e trupave materialë dhe transmetimin e sinjaleve. Në shumë situata është e mundur të lëvizësh me çdo shpejtësi, por do të jetë lëvizja e objekteve dhe sinjaleve jomateriale. Për shembull, imagjinoni dy sundimtarë mjaft të gjatë të shtrirë në të njëjtin rrafsh, njëri prej të cilëve ndodhet horizontalisht, dhe tjetri e kryqëzon atë në një kënd të vogël. Nëse vija e parë zhvendoset poshtë (në drejtimin e treguar nga shigjeta) me shpejtësi të madhe, pika e kryqëzimit të linjave mund të bëhet që të ecë në mënyrë arbitrare shpejt, por kjo pikë nuk është një trup material. Një shembull tjetër: nëse merrni një elektrik dore (ose, të themi, një lazer që jep një rreze të ngushtë) dhe përshkruani shpejt një hark në ajër, atëherë shpejtësia lineare e pikës së dritës do të rritet me distancën dhe, në një distancë mjaft të madhe, do të tejkalojë nga. Pika e dritës do të lëvizë ndërmjet pikave A dhe B me shpejtësi superluminale, por kjo nuk do të jetë një transmetim sinjali nga A në B, pasi një pikë e tillë drite nuk mbart asnjë informacion për pikën A.

Duket se çështja e shpejtësive superluminale është zgjidhur. Por në vitet 60 të shekullit të njëzetë, fizikanët teorikë parashtruan hipotezën e ekzistencës së grimcave superluminale, të quajtura takione. Këto janë grimca shumë të çuditshme: ato janë teorikisht të mundshme, por për të shmangur kontradiktat me teorinë e relativitetit, atyre u duhej caktuar një masë pushimi imagjinare. Masa imagjinare fizike nuk ekziston, është një abstraksion thjesht matematikor. Sidoqoftë, kjo nuk shkaktoi shumë shqetësim, pasi takionët nuk mund të pushojnë - ato ekzistojnë (nëse ekzistojnë!) vetëm me shpejtësi që tejkalojnë shpejtësinë e dritës në vakum, dhe në këtë rast masa e takionit rezulton të jetë reale. Ka një farë analogjie me fotonet këtu: një foton ka masë pushimi zero, por kjo thjesht do të thotë se fotoni nuk mund të jetë në qetësi - drita nuk mund të ndalet.

Sidoqoftë, në vitet '60 u zbulua eksperimentalisht një fenomen, i cili fillimisht i çoi fizikantët në konfuzion. Kjo përshkruhet në detaje në artikullin e A. N. Oraevsky "Valët superluminale në media përforcuese" (UFN Nr. 12, 1998). Këtu ne përmbledhim shkurtimisht thelbin e çështjes, duke i referuar lexuesit të interesuar në detaje në artikullin në fjalë.

Menjëherë pas zbulimit të lazerëve, në fillim të viteve 1960, lindi problemi i marrjes së impulseve të dritës të shkurtër (me një kohëzgjatje të rendit prej 1 ns = 10 -9 s) me fuqi të lartë. Për ta bërë këtë, një impuls i shkurtër lazer kaloi përmes një amplifikuesi kuantik optik. Pulsi u nda nga një pasqyrë që ndante rreze në dy pjesë. Njëri prej tyre, më i fuqishëm, u dërgua në amplifikator, dhe tjetri u përhap në ajër dhe shërbeu si një impuls referues, me të cilin ishte e mundur të krahasohej pulsi që kalonte përmes amplifikatorit. Të dy pulset u furnizuan me fotodetektorë dhe sinjalet e tyre dalëse mund të vëzhgoheshin vizualisht në ekranin e oshiloskopit. Pritej që pulsi i dritës që kalon përmes amplifikatorit do të pësonte një vonesë në të në krahasim me pulsin e referencës, domethënë, shpejtësia e përhapjes së dritës në amplifikator do të ishte më e vogël se në ajër. Cila ishte habia e studiuesve kur zbuluan se pulsi përhapet përmes amplifikatorit me një shpejtësi jo vetëm më të madhe se në ajër, por edhe disa herë më të madhe se shpejtësia e dritës në vakum!

Pa hyrë këtu në detaje, theksojmë vetëm se një analizë e hollësishme e mekanizmit të veprimit të mediumit amplifikues e ka sqaruar plotësisht situatën. Çështja ishte një ndryshim në përqendrimin e fotoneve gjatë përhapjes së pulsit - një ndryshim për shkak të një ndryshimi në fitimin e mediumit deri në një vlerë negative gjatë kalimit të pjesës së pasme të pulsit, kur mediumi është tashmë thithjen e energjisë, sepse rezerva e saj tashmë është përdorur për shkak të transferimit të saj në pulsin e dritës. Thithja nuk shkakton rritje, por ulje të impulsit, dhe kështu impulsi forcohet në pjesën e përparme dhe dobësohet në pjesën e pasme të tij. Le të imagjinojmë se ne vëzhgojmë pulsin me ndihmën e një instrumenti që lëviz me shpejtësinë e dritës në mediumin e një përforcuesi. Nëse mediumi do të ishte transparent, do të shihnim një impuls të ngrirë në palëvizshmëri. Në mjedisin në të cilin zhvillohet procesi i përmendur më sipër, forcimi i skajit kryesor dhe dobësimi i skajit pasues të pulsit do t'i shfaqen vëzhguesit në atë mënyrë që mediumi, si të thuash, e ka çuar pulsin përpara. . Por meqenëse pajisja (vëzhguesi) lëviz me shpejtësinë e dritës, dhe impulsi e kapërcen atë, atëherë shpejtësia e impulsit e kalon shpejtësinë e dritës! Është ky efekt që u regjistrua nga eksperimentuesit. Dhe këtu nuk ka vërtet asnjë kontradiktë me teorinë e relativitetit: thjesht procesi i amplifikimit është i tillë që përqendrimi i fotoneve që dolën më herët rezulton të jetë më i madh se ata që dolën më vonë. Nuk janë fotonet që lëvizin me shpejtësi superluminale, por mbështjellja e pulsit, veçanërisht maksimumi i tij, që vërehet në oshiloskop.

Disa fizikanë janë përpjekur të provojnë eksperimentalisht praninë e lëvizjes superluminale në efektin e tunelit, një nga fenomenet më të mahnitshme në mekanikën kuantike. Ky efekt konsiston në faktin se një mikrogrimcë (më saktë, një mikroobjekt që shfaq si vetitë e një grimce ashtu edhe vetitë e një valë në kushte të ndryshme) është në gjendje të depërtojë në të ashtuquajturën pengesë potenciale - një fenomen që është plotësisht i pamundur. në mekanikën klasike (në të cilën një situatë e tillë do të ishte analoge: një top i hedhur në një mur do të përfundonte në anën tjetër të murit, ose lëvizja e valëzuar e dhënë nga një litar i lidhur në mur do të transmetohej në një litar të lidhur me muri në anën tjetër). Thelbi i efektit të tunelit në mekanikën kuantike është si më poshtë. Nëse një mikro-objekt me një energji të caktuar ndesh gjatë rrugës së tij një zonë me energji potenciale që tejkalon energjinë e mikroobjektit, kjo zonë është një pengesë për të, lartësia e së cilës përcaktohet nga diferenca e energjisë. Por mikro-objekti “rrjedh” përmes barrierës! Këtë mundësi ia jep lidhja e njohur e pasigurisë së Heisenberg-ut, e shkruar për energjinë dhe kohën e ndërveprimit. Nëse ndërveprimi i mikroobjektit me barrierën ndodh për një kohë mjaftueshëm të caktuar, atëherë energjia e mikroobjektit, përkundrazi, do të karakterizohet nga pasiguria, dhe nëse kjo pasiguri është e rendit të lartësisë së pengesës, atëherë kjo e fundit pushon. të jetë një pengesë e pakapërcyeshme për mikroobjektin. Është shkalla e depërtimit përmes barrierës së mundshme që është bërë objekt studimi nga një numër fizikantësh që besojnë se mund të tejkalojë nga.

Dhe së fundi, në vitin 2000, u raportuan dy eksperimente të reja në të cilat u shfaqën efektet e përhapjes superluminale. Një prej tyre u krye nga Lijun Wong dhe bashkëpunëtorët e një instituti kërkimor në Princeton (SHBA). Rezultati i tij është se një puls drite që hyn në një dhomë të mbushur me avull ceziumi rrit shpejtësinë e tij me një faktor prej 300. Doli se pjesa kryesore e pulsit largohet nga muri i largët i dhomës edhe përpara se pulsi të hyjë në dhomë përmes murit të përparmë. Një situatë e tillë bie ndesh jo vetëm me sensin e shëndoshë, por, në thelb, edhe me teorinë e relativitetit.

Në eksperimentin e L. Wong, pulsi i dritës që hynte në dhomë me avujt e ceziumit kishte një kohëzgjatje prej rreth 3 μs. Atomet e ceziumit mund të jenë në gjashtëmbëdhjetë gjendje të mundshme mekanike kuantike, të quajtura "nënnivele magnetike hiperfine të gjendjes bazë". Me ndihmën e pompimit optik me lazer, pothuajse të gjithë atomet u sollën vetëm në një nga këto gjashtëmbëdhjetë gjendje, që korrespondon me temperaturën pothuajse zero absolute në shkallën Kelvin (-273,15 o C). Gjatësia e dhomës së ceziumit ishte 6 centimetra. Në vakum, drita udhëton 6 centimetra në 0,2 ns. Siç treguan matjet, pulsi i dritës kaloi përmes dhomës me cezium në një kohë 62 ns më të shkurtër se në vakum. Me fjalë të tjera, koha e kalimit të një pulsi përmes një mediumi cezium ka një shenjë "minus"! Në të vërtetë, nëse zbresim 62 ns nga 0,2 ns, marrim një kohë "negative". Kjo "vonesë negative" në medium - një kërcim kohor i pakuptueshëm - është i barabartë me kohën gjatë së cilës pulsi do të bënte 310 kalime nëpër dhomë në vakum. Pasoja e këtij "kthimi kohor" ishte se impulsi që dilte nga dhoma arriti të largohej prej saj me 19 metra përpara se impulsi në hyrje të arrinte në murin e afërt të dhomës. Si mund të shpjegohet një situatë kaq e pabesueshme (përveç nëse, sigurisht, nuk ka dyshim për pastërtinë e eksperimentit)?

Dispersioni i një substance është varësia e indeksit të thyerjes së fazës (e zakonshme). n në gjatësinë valore të dritës l. Me shpërndarje normale, indeksi i thyerjes rritet me zvogëlimin e gjatësisë së valës, dhe ky është rasti në qelq, ujë, ajër dhe të gjitha substancat e tjera transparente ndaj dritës. Në substancat që thithin fuqishëm dritën, kursi i indeksit të thyerjes ndryshon me një ndryshim në gjatësinë e valës dhe bëhet shumë më i pjerrët: me një ulje në l (rritje në frekuencën w), indeksi i thyerjes zvogëlohet ndjeshëm dhe në një gamë të caktuar gjatësi vale bëhet më pak. sesa uniteti (shpejtësia e fazës V f > nga). Kjo është dispersioni anormal, në të cilin modeli i përhapjes së dritës në një substancë ndryshon rrënjësisht. shpejtësia e grupit V cp bëhet më e madhe se shpejtësia fazore e valëve dhe mund të tejkalojë shpejtësinë e dritës në vakum (dhe gjithashtu të bëhet negative). L. Wong thekson këtë rrethanë si arsyen që qëndron në themel të mundësisë për të shpjeguar rezultatet e eksperimentit të tij. Megjithatë, duhet theksuar se gjendja V gr > ngaështë thjesht formal, pasi koncepti i shpejtësisë së grupit u prezantua për rastin e shpërndarjes së vogël (normale), për mediat transparente, kur një grup valësh pothuajse nuk e ndryshon formën e tij gjatë përhapjes. Megjithatë, në rajonet e dispersionit anormal, pulsi i dritës deformohet me shpejtësi dhe koncepti i shpejtësisë së grupit humbet kuptimin e tij; në këtë rast prezantohen konceptet e shpejtësisë së sinjalit dhe shpejtësisë së përhapjes së energjisë, të cilat në media transparente përkojnë me shpejtësinë e grupit, ndërsa në media me përthithje mbeten më të vogla se shpejtësia e dritës në vakum. Por ja çfarë është interesante për eksperimentin e Wong: një puls drite, që kalon përmes një mjedisi me shpërndarje anormale, nuk deformohet - ai ruan saktësisht formën e tij! Dhe kjo korrespondon me supozimin se impulsi përhapet me shpejtësinë e grupit. Por nëse është kështu, atëherë rezulton se nuk ka përthithje në medium, megjithëse shpërndarja anormale e mediumit është pikërisht për shkak të përthithjes! Vetë Wong, duke pranuar se shumë gjëra mbeten të paqarta, beson se ajo që po ndodh në organizimin e tij eksperimental mund të shpjegohet qartë si një përafrim i parë si më poshtë.

Shumica e fizikanëve janë të prirur ta lidhin këtë rezultat me shfaqjen e një pararendësi me intensitet të ulët në mjedisin shpërndarës të dhomës. Fakti është se në zbërthimin spektral të pulsit, spektri përmban përbërës të frekuencave arbitrare të larta me amplitudë të papërfillshme, të ashtuquajturin pararendës, i cili shkon përpara "pjesës kryesore" të pulsit. Natyra e krijimit dhe forma e pararendësit varen nga ligji i dispersionit në medium. Me këtë në mendje, sekuenca e ngjarjeve në eksperimentin e Wong-ut propozohet të interpretohet si më poshtë. Vala hyrëse, duke “shtrirë” para vetes pararojën, i afrohet kamerës. Përpara se kulmi i valës hyrëse të godasë murin e afërt të dhomës, pararendësi fillon shfaqjen e një pulsi në dhomë, i cili arrin në murin e largët dhe reflektohet prej tij, duke formuar një "valë të kundërt". Kjo valë përhapet 300 herë më shpejt nga, arrin në murin afër dhe takohet me valën hyrëse. Majat e njërës valë takohen me koritë e tjetrës, kështu që ato anulojnë njëra-tjetrën dhe asgjë nuk mbetet. Rezulton se vala hyrëse "ia kthen borxhin" atomeve të ceziumit, të cilët i "huazuan" energji në skajin tjetër të dhomës. Dikush që shikonte vetëm fillimin dhe fundin e eksperimentit do të shihte vetëm një puls drite që "kërceu" përpara në kohë, duke lëvizur më shpejt. nga.

L. Wong beson se eksperimenti i tij nuk është në përputhje me teorinë e relativitetit. Deklarata për paarritshmërinë e shpejtësisë superluminale, beson ai, është e zbatueshme vetëm për objektet me masë pushimi. Drita mund të përfaqësohet ose në formën e valëve, për të cilat koncepti i masës është përgjithësisht i pazbatueshëm, ose në formën e fotoneve me një masë pushimi, siç dihet, e barabartë me zero. Prandaj, shpejtësia e dritës në një vakum, sipas Wong, nuk është kufiri. Megjithatë, Wong pranon se efekti që ai zbuloi nuk bën të mundur transmetimin e informacionit me një shpejtësi më të madhe se nga.

"Informacioni këtu gjendet tashmë në skajin kryesor të impulsit," thotë P. Milonni, një fizikant në Laboratorin Kombëtar të Los Alamos në Shtetet e Bashkuara.

Shumica e fizikanëve besojnë se puna e re nuk u jep një goditje dërrmuese parimeve themelore. Por jo të gjithë fizikanët besojnë se problemi është zgjidhur. Profesor A. Ranfagni, i ekipit kërkimor italian që kreu një tjetër eksperiment interesant në vitin 2000, thotë se pyetja është ende e hapur. Ky eksperiment, i kryer nga Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni dhe Rocco Ruggeri, zbuloi se valët e radios me valë centimetër përhapen në ajrin e zakonshëm me një shpejtësi që tejkalon nga me 25%.

Duke përmbledhur, mund të themi sa vijon. Puna e fundit tregon se, në kushte të caktuara, shpejtësia superluminale mund të ndodhë vërtet. Por çfarë saktësisht po lëviz me shpejtësi superluminale? Teoria e relativitetit, siç u përmend tashmë, e ndalon një shpejtësi të tillë për trupat materialë dhe për sinjalet që bartin informacion. Megjithatë, disa studiues janë shumë këmbëngulës në përpjekjet e tyre për të demonstruar tejkalimin e barrierës së dritës posaçërisht për sinjalet. Arsyeja për këtë qëndron në faktin se në teorinë speciale të relativitetit nuk ka asnjë justifikim rigoroz matematik (bazuar, le të themi, në ekuacionet e Maxwell për një fushë elektromagnetike) për pamundësinë e transmetimit të sinjaleve me një shpejtësi më të madhe se nga. Një pamundësi e tillë në SRT përcaktohet, mund të thuhet, thjesht aritmetikisht, bazuar në formulën e Ajnshtajnit për mbledhjen e shpejtësive, por në një mënyrë themelore kjo konfirmohet nga parimi i shkakësisë. Vetë Ajnshtajni, duke marrë në konsideratë çështjen e transmetimit të sinjalit superluminal, shkroi se në këtë rast "...ne jemi të detyruar të konsiderojmë të mundshëm një mekanizëm transmetimi sinjali, kur përdorim të cilin veprimi i arritur i paraprin shkakut. Por, megjithëse kjo rezulton nga një logjikë e pastër. këndvështrimi nuk përmban vetveten, për mendimin tim, nuk ka kontradikta, megjithatë bie në kundërshtim me karakterin e gjithë përvojës sonë aq shumë sa pamundësia për të supozuar V > c duket se është vërtetuar mjaftueshëm." Parimi i kauzalitetit është gurthemeli që qëndron në themel të pamundësisë së transmetimit të sinjalit superluminal. Dhe ky gur, me sa duket, do të pengojë të gjitha kërkimet për sinjale superluminale, pa përjashtim, pavarësisht se sa shumë do të donin eksperimentuesit të zbulonin të tilla. sinjale sepse kjo është natyra e botës sonë.

Si përfundim, duhet theksuar se të gjitha sa më sipër vlejnë në mënyrë specifike për botën tonë, për Universin tonë. Ky kusht është bërë sepse Kohët e fundit në astrofizikë dhe kozmologji shfaqen hipoteza të reja që lejojnë ekzistencën e shumë universeve të fshehura prej nesh, të lidhur me tunele topologjike - kërcyes. Ky këndvështrim ndahet, për shembull, nga astrofizikani i njohur N. S. Kardashev. Për një vëzhgues të jashtëm, hyrjet në këto tunele janë të shënuara nga fusha gravitacionale anormale, të ngjashme me vrimat e zeza. Lëvizjet në tunele të tilla, siç sugjerohen nga autorët e hipotezave, do të bëjnë të mundur anashkalimin e kufizimit të shpejtësisë së lëvizjes të vendosur në hapësirën e zakonshme nga shpejtësia e dritës dhe, për rrjedhojë, realizimin e idesë së krijimit të një makineri kohe... gjera. Dhe megjithëse deri më tani hipoteza të tilla të kujtojnë shumë komplote nga fantashkencë, vështirë se është e nevojshme të refuzohet kategorikisht mundësia themelore e një modeli pajisjeje me shumë elementë. bota materiale. Një gjë tjetër është se të gjitha këto Universe të tjera, ka shumë të ngjarë, do të mbeten ndërtime thjesht matematikore të fizikantëve teorikë që jetojnë në Universin tonë dhe që përpiqen të gjejnë botët e mbyllura për ne me fuqinë e mendimeve të tyre ...

Shihni në një dhomë me të njëjtën temë

Por doli se është e mundur; tani besohet se ne kurrë nuk do të jemi në gjendje të udhëtojmë më shpejt se drita ... ". Por në fakt nuk është e vërtetë që dikush dikur besonte se ishte e pamundur të udhëtoje më shpejt se zëri. Shumë kohë përpara se të shfaqeshin aeroplanët supersonikë, ishte tashmë dihet se plumbat fluturojnë më shpejt se zëri. të menaxhuara fluturimi supersonik, dhe ky ishte gabimi. Lëvizja SS është një çështje krejtësisht tjetër. Ishte e qartë që në fillim se fluturimi supersonik u pengua nga probleme teknike që thjesht duhej të zgjidheshin. Por është plotësisht e paqartë nëse problemet që pengojnë lëvizjen SS mund të zgjidhen ndonjëherë. Teoria e relativitetit ka shumë për të thënë për këtë. Nëse udhëtimi SS apo edhe transmetimi i sinjalit është i mundur, atëherë shkakësia do të shkelet dhe përfundime absolutisht të pabesueshme do të rrjedhin nga kjo.

Së pari do të diskutojmë raste të thjeshta të lëvizjes së CC. Ne i përmendim jo sepse janë interesante, por sepse rishfaqen vazhdimisht në diskutimet e lëvizjes STS dhe për këtë arsye duhet të trajtohen. Më pas do të diskutojmë ato që konsiderojmë si raste të vështira të lëvizjes apo komunikimit të STS dhe do të shqyrtojmë disa nga argumentet kundër tyre. Së fundi, ne do të shqyrtojmë supozimet më serioze rreth lëvizjes reale STS.

Lëvizje e thjeshtë SS

1. Fenomeni i rrezatimit Cherenkov

Një mënyrë për të lëvizur më shpejt se drita është që fillimisht të ngadalësoni vetë dritën! :-) Në një vakum, drita udhëton me një shpejtësi c, dhe kjo vlerë është një konstante botërore (shih pyetjen A është konstante shpejtësia e dritës), dhe në një mjedis më të dendur si uji ose xhami, ajo ngadalësohet në shpejtësi c/n, ku nështë indeksi i thyerjes së mediumit (1.0003 për ajrin; 1.4 për ujin). Prandaj, grimcat mund të lëvizin më shpejt në ujë ose ajër sesa drita udhëton atje. Si rezultat, shfaqet rrezatimi Vavilov-Cherenkov (shih pyetjen).

Por kur flasim për lëvizjen SS, sigurisht nënkuptojmë tejkalimin e shpejtësisë së dritës në vakum c(299 792 458 m/s). Prandaj, fenomeni Cherenkov nuk mund të konsiderohet një shembull i lëvizjes SS.

2.Pala e tretë

Nëse raketa POR fluturon larg meje me shpejtësi 0.6 s perëndimi dhe tjetri B- nga unë me shpejtësi 0.6 s lindje, pastaj distanca totale ndërmjet POR Dhe B në kuadrin tim të referencës rritet me shpejtësi 1.2c. Kështu, një shpejtësi relative e dukshme më e madhe se c mund të vërehet "nga një palë e tretë".

Megjithatë, kjo shpejtësi nuk është ajo që ne zakonisht e kuptojmë me shpejtësinë relative. Shpejtësia reale e raketës POR në lidhje me raketën B- kjo është shkalla e rritjes së distancës midis raketave, e cila vërehet nga vëzhguesi në raketë B. Dy shpejtësi duhet të shtohen sipas formulës relativiste për mbledhjen e shpejtësive (shih pyetjen Si të shtohen shpejtësitë në relativitetin e veçantë). NË këtë rast shpejtësia relative është afërsisht 0,88c, domethënë, nuk është superluminal.

3. Hijet dhe lepurushët

Mendoni se sa shpejt mund të lëvizë hija? Nëse krijoni një hije në një mur të largët nga gishti juaj nga një llambë afër, dhe më pas lëvizni gishtin, atëherë hija lëviz shumë më shpejt se gishti juaj. Nëse gishti lëviz paralel me murin, atëherë shpejtësia e hijes do të jetë D/d herë sa shpejtësia e gishtit, ku dështë distanca nga gishti në llambë, dhe D- distanca nga llamba në mur. Dhe mund të merrni edhe më shumë shpejtësi nëse muri është i vendosur në një kënd. Nëse muri është shumë larg, atëherë lëvizja e hijes do të mbetet prapa lëvizjes së gishtit, pasi drita ende do të duhet të fluturojë nga gishti në mur, por prapë shpejtësia e hijes do të jetë po aq herë më i madh. Kjo do të thotë, shpejtësia e hijes nuk kufizohet nga shpejtësia e dritës.

Përveç hijeve, lepurushët gjithashtu mund të lëvizin më shpejt se drita, për shembull, një grimcë nga një rreze lazer e drejtuar në hënë. Duke ditur që distanca deri në Hënë është 385,000 km, përpiquni të llogaritni shpejtësinë e lepurushit nëse lëvizni pak lazerin. Ju gjithashtu mund të mendoni për valë deti duke goditur bregun në mënyrë të pjerrët. Me çfarë shpejtësie mund të lëvizë pika në të cilën ndahet vala?

Gjëra të ngjashme mund të ndodhin në natyrë. Për shembull, një rreze drite nga një pulsar mund të kalojë nëpër një re pluhuri. Një blic i ndritshëm gjeneron një guaskë drite ose rrezatimi tjetër në zgjerim. Kur kalon sipërfaqen, krijon një unazë drite që rritet më shpejt se shpejtësia e dritës. Në natyrë, kjo ndodh kur një impuls elektromagnetik nga rrufeja arrin në atmosferën e sipërme.

Të gjitha këto ishin shembuj të gjërave që lëviznin më shpejt se drita, por që nuk ishin trupa fizikë. Me ndihmën e një hije ose lepurushi, nuk mund të transmetoni një mesazh CC, kështu që komunikimi më shpejt se drita nuk është i mundur. Dhe përsëri, kjo me sa duket nuk është ajo që ne duam të kuptojmë me lëvizjen CC, megjithëse bëhet e qartë se sa e vështirë është të përcaktojmë se çfarë saktësisht na nevojitet (shih pyetjen FTL Shears).

4. Trupa të ngurtë

Nëse merrni një shkop të gjatë të fortë dhe shtyni njërin skaj të tij, a lëviz skaji tjetër menjëherë apo jo? A është e mundur të kryhet transmetimi SS i mesazhit në këtë mënyrë?

po ishte do mund të bëhej nëse do të ekzistonin trupa të tillë të ngurtë. Në realitet, ndikimi i një goditjeje në fund të një shkopi përhapet përgjatë tij me shpejtësinë e zërit në një substancë të caktuar, dhe shpejtësia e zërit varet nga elasticiteti dhe dendësia e materialit. Relativiteti vendos një kufi absolut në ngurtësinë e mundshme të çdo trupi në mënyrë që shpejtësia e zërit në to nuk mund të kalojë c.

E njëjta gjë ndodh nëse jeni në fushën e tërheqjes, dhe fillimisht mbajeni kordonin ose shtyllën vertikalisht nga skaji i sipërm dhe më pas lëshojeni. Pika që e lëshoni do të fillojë të lëvizë menjëherë dhe fundi i poshtëm nuk do të jetë në gjendje të fillojë të bjerë derisa ndikimi i lëshimit të arrijë atë me shpejtësinë e zërit.

Është e vështirë të formulohet një teori e përgjithshme e materialeve elastike në terma të relativitetit, por ideja bazë mund të tregohet gjithashtu duke përdorur shembullin e mekanikës Njutoniane. Ekuacioni për lëvizjen gjatësore të një trupi krejtësisht elastik mund të merret nga ligji i Hukut. Në variabla masa për njësi gjatësi fq dhe moduli i Young Y, zhvendosja gjatësore X plotëson ekuacionin e valës.

Zgjidhja e valës së rrafshët lëviz me shpejtësinë e zërit s, dhe s 2 = Y/p. Ky ekuacion nuk nënkupton mundësinë e një ndikimi shkakësor që përhapet më shpejt s. Kështu, relativiteti vendos një kufi teorik në sasinë e elasticitetit: Y < pc2. Praktikisht, nuk ka materiale as afër tij. Nga rruga, edhe nëse shpejtësia e zërit në material është afër c, lënda në vetvete nuk kërkohet të lëvizë me shpejtësi relativiste. Por si e dimë se, në parim, nuk mund të ketë asnjë substancë që e kapërcen këtë kufi? Përgjigja është se të gjitha substancat përbëhen nga grimca, ndërveprimi ndërmjet të cilave i bindet modelit standard. grimcat elementare, dhe në këtë model asnjë ndërveprim nuk mund të përhapet më shpejt se drita (shih më poshtë për teorinë e fushës kuantike).