همانطور که می دانید فوتون ها، ذرات نور تشکیل دهنده نور، با سرعت نور حرکت می کنند. نظریه نسبیت خاص در این امر به ما کمک خواهد کرد.

در فیلم های علمی تخیلی، کشتی های فضایی بین ستاره ای تقریبا همیشه با سرعت نور پرواز می کنند. این همان چیزی است که نویسندگان داستان های علمی تخیلی به آن هاپرسرعت می گویند. هم نویسندگان و هم کارگردانان سینما تقریباً یکسان آن را توصیف و به ما نشان می دهند دستگاه هنری. بیشتر اوقات ، برای اینکه کشتی به موفقیت سریع برسد ، قهرمانان دکمه عنصر کنترل را می کشند یا فشار می دهند و وسیله نقلیهفورا شتاب می گیرد و با صدایی کر کننده تقریباً به سرعت نور می رسد. ستارگانی که بیننده روی کشتی می بیند ابتدا سوسو می زنند و سپس به طور کامل در خطوط کشیده می شوند. اما آیا واقعاً ستارگان از پنجره‌های یک سفینه فضایی با سرعت فوق‌العاده شبیه این هستند؟ محققان می گویند نه. در واقعیت، مسافران کشتی به جای ستارگانی که در یک خط کشیده شده اند، فقط یک صفحه درخشان می بینند.

اگر جسمی تقریباً با سرعت نور حرکت کند، ممکن است اثر داپلر را در عمل ببیند. در فیزیک، این نام برای تغییر فرکانس و طول موج به دلیل حرکت سریع گیرنده است. فرکانس نور ستارگانی که از کشتی در مقابل بیننده چشمک می زند به حدی افزایش می یابد که از محدوده مرئی به قسمت پرتو ایکس طیف منتقل می شود. به نظر می رسد ستاره ها ناپدید می شوند! در همان زمان، طول تابش الکترومغناطیسی باقی مانده پس از انفجار بزرگ کاهش می یابد. تشعشع پس زمینه قابل مشاهده می شود و به صورت یک دیسک روشن ظاهر می شود که در لبه ها محو می شود.

اما جهان از کنار جسمی که به سرعت نور می رسد چگونه به نظر می رسد؟ همانطور که مشخص است، فوتون ها، ذرات نوری که از آن تشکیل شده است، با چنین سرعتی حرکت می کنند. نظریه نسبیت خاص در این امر به ما کمک خواهد کرد. بر اساس آن، هنگامی که جسمی با سرعت نور برای هر مدت زمانی حرکت می کند، زمان صرف شده برای حرکت این جسم برابر با صفر می شود. به زبان ساده، اگر با سرعت نور حرکت کنید، انجام هیچ عملی مانند مشاهده، دیدن، دیدن و غیره غیر ممکن است. جسمی که با سرعت نور حرکت می کند در واقع چیزی نخواهد دید.

فوتون ها همیشه با سرعت نور حرکت می کنند. آنها زمان را برای شتاب گیری و ترمز کردن تلف نمی کنند، بنابراین کل زندگی آنها برای آنها صفر است. اگر ما فوتون بودیم، لحظه های تولد و مرگ ما همزمان می شد، یعنی به سادگی متوجه نمی شدیم که جهان اصلا وجود دارد. شایان ذکر است که اگر جسمی به سرعت نور شتاب بگیرد، سرعت آن در تمام فریم های مرجع تبدیل می شود. سرعت برابرسوتا. این فیزیک عکس است. با استفاده از نظریه نسبیت خاص، می‌توان نتیجه گرفت که برای جسمی که با سرعت نور حرکت می‌کند، کل جهانبی نهایت مسطح به نظر می رسد و همه رویدادهایی که در آن رخ می دهند در یک نقطه از زمان رخ خواهند داد.

ما اغلب در مورد این واقعیت صحبت می کنیم که حداکثر سرعت نوردر جهان ما، و این که هیچ چیزی وجود ندارد که بتواند حرکت کند سرعت سریعترنور در خلاء و حتی بیشتر از این - ما. با نزدیک شدن به سرعت نزدیک به نور، یک جسم جرم و انرژی می گیرد که یا آن را از بین می برد یا با نظریه نسبیت عام اینشتین در تضاد است. فرض کنید به این باور داریم و به دنبال راه‌حل‌هایی می‌گردیم (مثلاً یا آن را کشف خواهیم کرد) تا نه برای 75000 سال، بلکه برای چند هفته به نزدیک‌ترین ستاره پرواز کنیم. اما از آنجایی که تعداد کمی از ما تحصیلات فیزیک بالاتری داریم، معلوم نیست چرا در خیابان چنین می گویند سرعت نور حداکثر، ثابت و برابر با 300000 کیلومتر بر ثانیه است?

توضیحات ساده و شهودی زیادی برای اینکه چرا همه چیز به این شکل است وجود دارد، اما می توانید از آنها متنفر شوید. جستجوی اینترنتی شما را به مفهوم "جرم نسبیتی" و چگونگی نیاز به نیروی بیشتری برای شتاب دادن به جسمی که در حال حاضر با سرعت بیشتری در حال حرکت است، هدایت می کند. سرعت بالا. این یک روش آشنا برای تفسیر ریاضیات است نظریه خاصنسبیت، اما خیلی ها و به خصوص شما خوانندگان عزیز ما را گمراه می کند. زیرا بسیاری از شما (و ما نیز) طعم فیزیک بالا را می‌چشید، گویی که قبل از رفتن به شنا، انگشت خود را در آب شور آن فرو ببرید. در نتیجه بسیار پیچیده تر و کمتر از آنچه هست زیبا می شود.

بیایید این موضوع را از دیدگاه یک تفسیر هندسی که با نسبیت عام سازگار است، مورد بحث قرار دهیم. این کمتر بدیهی است، اما کمی پیچیده تر از ترسیم فلش روی کاغذ است، بنابراین بسیاری از شما بلافاصله نظریه ای را که در پس انتزاعاتی مانند «نیرو» و دروغ های آشکاری مانند «جرم نسبیتی» پنهان شده است، درک خواهید کرد.

ابتدا بیایید مشخص کنیم که جهت چیست تا بتوانیم مکان خود را به وضوح مشخص کنیم. "پایین" جهت است. به عنوان جهتی تعریف می شود که وقتی چیزها را رها می کنید در آن سقوط می کنند. "بالا" جهت مخالف "پایین" است. قطب نما را بردارید و جهت های اضافی را تعیین کنید: شمال، جنوب، غرب و شرق. همه این جهت‌ها توسط افراد جدی به‌عنوان یک «مبنای متعامد (یا متعامد)» تعریف می‌شوند، اما بهتر است اکنون به آن فکر نکنیم. اجازه دهید فرض کنیم که این شش جهت مطلق هستند، زیرا در جایی که ما با سؤال پیچیده خود سروکار داریم، وجود خواهند داشت.

حالا بیایید دو جهت دیگر اضافه کنیم: به آینده و به گذشته. شما نمی توانید به راحتی در این جهت ها حرکت کنید به میل خود، اما تصور آنها برای شما باید نسبتاً آسان باشد. آینده مسیری است که فردا می آید. گذشته جهتی است که دیروز در آن قرار دارد.

این هشت جهت اصلی - بالا، پایین، شمال، جنوب، غرب، شرق، گذشته و آینده - هندسه اساسی جهان را توصیف می کنند. ما می‌توانیم هر جفت از این جهت‌ها را یک «بعد» بنامیم، به همین دلیل است که ما در یک جهان چهار بعدی زندگی می‌کنیم. اصطلاح دیگری برای تعریف این درک چهار بعدی «فضا-زمان» است، اما ما سعی خواهیم کرد از استفاده از این اصطلاح اجتناب کنیم. فقط به یاد داشته باشید که در زمینه ما، "فضا-زمان" معادل مفهوم "جهان" خواهد بود.

به صحنه خوش آمدید بیایید نگاهی به بازیگران بیندازیم.

در حال حاضر در مقابل کامپیوتر خود نشسته اید، در حال حرکت هستید. شما آن را احساس نمی کنید. به نظر شما در حال استراحت هستید. اما این تنها به این دلیل است که همه چیز در اطراف شما نیز نسبت به شما در حال حرکت است. نه، فکر نکنید که ما در مورد چرخش زمین به دور خورشید یا حرکت خورشید در کهکشان صحبت می کنیم و ما را نیز به همراه خود می کشد. این البته درست است، اما این چیزی نیست که ما اکنون در مورد آن صحبت می کنیم. منظور ما از حرکت حرکت به سوی «آینده» است.

تصور کنید که در واگن قطار با پنجره های بسته هستید. شما نمی توانید خیابان را ببینید و فرض کنید ریل ها آنقدر عالی هستند که احساس نمی کنید قطار حرکت می کند یا نه. بنابراین، فقط با نشستن در داخل قطار، نمی توانید بگویید که آیا واقعاً در حال سفر هستید یا نه. به بیرون نگاه کنید، متوجه خواهید شد که منظره در حال عبور است. اما پنجره ها بسته است.

تنها یک راه برای دانستن اینکه آیا در حال حرکت هستید یا نه وجود دارد. فقط بنشین و منتظر باش اگر قطار در ایستگاه بماند هیچ اتفاقی نمی افتد. اما اگر قطار در حال حرکت باشد، دیر یا زود به ایستگاه جدیدی خواهید رسید.

در این استعاره، کالسکه نشان دهنده هر چیزی است که ما می توانیم در دنیای اطراف خود ببینیم - یک خانه، گربه واسکا، ستارگان در آسمان و غیره. "ایستگاه بعدی - فردا."

اگر بی حرکت بنشینید و گربه واسکا برای ساعات اختصاص داده شده در روز با آرامش بخوابد، حرکتی را احساس نخواهید کرد. اما فردا قطعا خواهد آمد.

این همان معنای حرکت به سوی آینده است. فقط زمان مشخص خواهد کرد که کدام درست است: حرکت یا پارک کردن.

تصور کردن همه چیز تا اینجا برای شما باید بسیار آسان باشد. ممکن است دشوار باشد که زمان را به عنوان یک جهت در نظر بگیریم، بسیار کمتر از خود به عنوان یک شی در حال گذر از زمان. اما شما متوجه خواهید شد. حالا از تخیل خود استفاده کنید.

تصور کنید وقتی در ماشین خود رانندگی می کنید، اتفاق وحشتناکی رخ می دهد: ترمزها از کار می افتند. بر حسب اتفاقی عجیب، در همان لحظه گاز و گیربکس گیر کرده است. شما نه می توانید سرعت بگیرید و نه متوقف کنید. تنها چیزی که داری یک فرمان است. شما می توانید جهت حرکت را تغییر دهید، اما نه سرعت آن را.

البته، اولین کاری که انجام می دهید این است که سعی کنید داخل یک بوته نرم رانندگی کنید و به نوعی ماشین را با احتیاط متوقف کنید. اما فعلا از این تکنیک استفاده نکنیم. بیایید فقط روی ویژگی های ماشین معیوب خود تمرکز کنیم: شما می توانید جهت را تغییر دهید، اما سرعت را نه.

اینگونه است که ما در جهان حرکت می کنیم. شما فرمان دارید، اما پدال ندارید. با نشستن و خواندن این مقاله، به سوی آینده ای روشن می روید حداکثر سرعت، بیشینه سرعت. و وقتی از جای خود بلند می شوید تا برای خود چای درست کنید، جهت حرکت در فضا-زمان را تغییر می دهید، اما نه سرعت آن را. اگر خیلی سریع در فضا حرکت کنید، زمان کمی کندتر جریان خواهد داشت.

تصور کردن آن با کشیدن چند محور روی کاغذ آسان است. محوری که بالا و پایین می‌رود، محور زمان است، بالا یعنی آینده. محور افقی نشان دهنده فضا است. ما فقط می توانیم یک بعد از فضا را ترسیم کنیم زیرا یک تکه کاغذ دو بعدی است، اما بیایید تصور کنیم که این مفهوم برای هر سه بعد فضا صدق می کند.

یک فلش از مبدا محور مختصات، جایی که آنها همگرا می شوند، بکشید و آن را در امتداد محور عمودی به سمت بالا نشان دهید. مهم نیست چقدر طول می کشد، فقط به خاطر داشته باشید که فقط یک طول خواهد داشت. این پیکان که اکنون به سمت آینده نشانه می رود، کمیتی را نشان می دهد که فیزیکدانان آن را "چهار سرعت" می نامند. این سرعت حرکت شما در فضا-زمان است. در حال حاضر شما در حالت ساکن هستید، بنابراین پیکان فقط به آینده اشاره می کند.

اگر می خواهید در فضا حرکت کنید - به سمت راست در امتداد محور مختصات - باید چهار سرعت خود را تغییر دهید و یک جزء افقی را در آن قرار دهید. به نظر می رسد که شما باید فلش را بچرخانید. اما به محض انجام این کار، متوجه خواهید شد که فلش دیگر با اطمینان قبلی به سمت بالا، به سمت آینده نشانه نمی رود. شما اکنون در فضا حرکت می کنید، اما باید حرکت آینده را قربانی کنید زیرا سوزن چهار سرعته فقط می تواند بچرخد، اما هرگز کشش یا منقبض نمی شود.

از اینجاست که اثر معروف «اتساع زمان» آغاز می‌شود، که همه درباره آن صحبت می‌کنند، حتی کمی با نظریه نسبیت خاص آشنا هستند. اگر در فضا حرکت می‌کنید، اگر ساکن می‌نشستید، با آن سرعتی که می‌توانید در زمان حرکت نمی‌کنید. ساعت شما کندتر از ساعت شخصی که حرکت نمی کند، زمان شماری می کند.

و اکنون به حل این سوال می رسیم که چرا عبارت " سریعتر از نور"در جهان ما معنی ندارد. ببینید اگر می خواهید در سریع ترین زمان ممکن در فضا حرکت کنید چه اتفاقی می افتد. سوزن چهار سرعته را تا انتها بچرخانید تا در امتداد محور افقی قرار گیرد. ما به یاد داریم که فلش نمی تواند کشیده شود. فقط می تواند بچرخد. بنابراین، شما سرعت در فضا را تا حد ممکن افزایش داده اید. اما حرکت سریعتر غیرممکن شد. جایی برای چرخاندن فلش وجود ندارد، در غیر این صورت "مستقیم تر از مستقیم" یا "افقی از افقی" می شود. این مفهومی است که ما با "سریعتر از نور" برابری می‌کنیم. غذا دادن به مردم بزرگ با سه ماهی و هفت قرص نان به سادگی غیرممکن است.

به همین دلیل است که هیچ چیز در جهان ما نمی تواند سریعتر از نور حرکت کند. زیرا عبارت "سریعتر از نور" در جهان ما معادل عبارت "مستقیم تر از مستقیم" یا "افقی از افقی" است.

بله، هنوز چند سوال دارید. چرا بردارهای چهار سرعته فقط می توانند بچرخند اما کشش ندارند؟ پاسخی برای این سوال وجود دارد، اما به تغییرناپذیری سرعت نور مربوط می شود و آن را برای بعد می گذاریم. و اگر به سادگی این را باور کنید، نسبت به باهوش ترین فیزیکدانانی که تا کنون روی این سیاره قدم گذاشته اند، اندکی کمتر از این موضوع مطلع خواهید شد.

شکاکان ممکن است این سوال را مطرح کنند که چرا هنگام صحبت در مورد چرخش ها و دایره های اقلیدسی از یک مدل ساده شده هندسه فضا استفاده می کنیم. که در دنیای واقعیهندسه فضازمان از هندسه مینکوفسکی تبعیت می کند و چرخش ها هذلولی هستند. اما یک نسخه ساده از توضیح حق حیات دارد.

و همچنین توضیحی ساده برای این، .

سایه ها می توانند سریعتر از نور حرکت کنند، اما نمی توانند ماده یا اطلاعات را منتقل کنند

آیا پرواز سوپرلومینال امکان پذیر است؟

بخش‌های این مقاله دارای زیرنویس هستند و می‌توان به هر بخش جداگانه اشاره کرد.

نمونه های ساده از سفر فوق نورانی

1. اثر چرنکوف

وقتی از حرکت با سرعت های ابرشور صحبت می کنیم، منظور سرعت نور در خلاء است ج(299792458 متر بر ثانیه). بنابراین، اثر چرنکوف را نمی توان به عنوان نمونه ای از حرکت با سرعت ابر نور در نظر گرفت.

2. ناظر سوم

اگر موشک آبا سرعت از من دور می شود 0.6cبه سمت غرب و موشک ببا سرعت از من دور می شود 0.6cبه سمت شرق، سپس می بینم که فاصله بین آو ببا سرعت افزایش می یابد 1.2c. تماشای پرواز موشک ها آو باز بیرون، ناظر سوم می بیند که سرعت کل حذف موشک بیشتر از ج .

با این حال سرعت نسبی با مجموع سرعت ها برابر نیست. سرعت موشک آنسبت به موشک بسرعت افزایش فاصله تا موشک است آکه توسط ناظری در حال پرواز بر روی موشک مشاهده می شود ب. سرعت نسبی باید با استفاده از فرمول نسبیتی برای اضافه کردن سرعت محاسبه شود. (نگاه کنید به چگونه سرعت ها را در نسبیت خاص اضافه می کنید؟) در این مثال، سرعت نسبی تقریبا برابر است با 0.88c. بنابراین در این مثال ما سرعت فوق‌العاده‌ای را دریافت نکردیم.

3. نور و سایه

به این فکر کنید که یک سایه با چه سرعتی می تواند حرکت کند. اگر لامپ نزدیک است، سایه انگشت شما روی دیوار دور خیلی سریعتر از حرکت انگشت شما حرکت می کند. هنگامی که انگشت خود را به موازات دیوار حرکت می دهید، سرعت سایه است DDچند برابر سریعتر از سرعت انگشت شما اینجا د- فاصله از لامپ تا انگشت، و D- از چراغ به دیوار. اگر دیوار در زاویه قرار گیرد، سرعت حتی بیشتر می شود. اگر دیوار خیلی دور باشد، حرکت سایه از حرکت انگشت عقب می ماند، زیرا نور برای رسیدن به دیوار زمان می برد، اما سرعت حرکت سایه در امتداد دیوار حتی بیشتر می شود. سرعت سایه با سرعت نور محدود نمی شود.

جسم دیگری که می‌تواند سریع‌تر از نور حرکت کند، نقطه نوری لیزری است که ماه را هدف قرار می‌دهد. فاصله تا ماه 385000 کیلومتر است. شما می توانید سرعت حرکت نقطه نورانی در سطح ماه را با ارتعاشات خفیف نشانگر لیزری در دست محاسبه کنید. همچنین ممکن است مثالی از برخورد موج با خط مستقیم ساحل با زاویه ای جزئی را دوست داشته باشید. نقطه تقاطع موج و ساحل با چه سرعتی می تواند در امتداد ساحل حرکت کند؟

همه اینها ممکن است در طبیعت اتفاق بیفتد. به عنوان مثال، یک پرتو نور از یک تپ اختر می تواند در امتداد یک ابر غبار حرکت کند. یک انفجار قوی می تواند امواج کروی نور یا تابش ایجاد کند. وقتی این امواج با هر سطحی تلاقی می کنند، دایره های نوری روی آن سطح ظاهر می شوند و سریعتر از نور منبسط می شوند. این پدیده برای مثال زمانی مشاهده می شود پالس الکترومغناطیسیاز یک رعد و برق از اتمسفر فوقانی عبور می کند.

4. جامد

اگر یک میله سفت و بلند دارید و به یک سر میله ضربه بزنید، آیا سر دیگر آن بلافاصله حرکت نمی کند؟ آیا این روشی برای انتقال ابر نوری اطلاعات نیست؟

درست خواهد بود اگربدن های کاملا سفت و سختی وجود داشت. در عمل ضربه در طول میله با سرعت صوت منتقل می شود که بستگی به کشسانی و چگالی مواد میله دارد. علاوه بر این، نظریه نسبیت سرعت های ممکن صوت در یک ماده را با مقدار محدود می کند ج .

اگر یک رشته یا میله را به صورت عمودی نگه دارید، آن را رها کنید و تحت تأثیر گرانش شروع به سقوط کند، همین اصل اعمال می شود. انتهای بالایی که رها می کنید بلافاصله شروع به سقوط می کند، اما انتهای پایینی تنها پس از مدتی شروع به حرکت می کند، زیرا ناپدید شدن نیروی نگهدارنده با سرعت صوت در ماده به پایین میله منتقل می شود.

فرمول بندی نظریه نسبیتی کشش کاملاً پیچیده است، اما ایده کلی را می توان با استفاده از مکانیک نیوتنی نشان داد. معادله حرکت طولی یک جسم ایده آل الاستیک را می توان از قانون هوک به دست آورد. بگذارید چگالی خطی میله را نشان دهیم ρ مدول الاستیسیته یانگ Y. جابجایی طولی ایکسمعادله موج را برآورده می کند

ρ d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0

راه حل در فرم امواج هواپیمابا سرعت صوت حرکت می کند س، که از فرمول مشخص می شود s 2 = Y/ρ. معادله موج اجازه نمی دهد که اختلالات در محیط سریعتر از سرعت حرکت کنند س. علاوه بر این، نظریه نسبیت محدودیتی برای بزرگی کشش قائل است: Y< ρc 2 . در عمل، هیچ ماده شناخته شده ای به این حد نزدیک نمی شود. لطفاً توجه داشته باشید که حتی اگر سرعت صوت نزدیک به ج، پس خود ماده لزوماً با سرعت نسبیتی حرکت نمی کند.

اگرچه هیچ جسم جامدی در طبیعت وجود ندارد، اما وجود دارد حرکت اجسام صلب، که می تواند برای غلبه بر سرعت نور استفاده شود. این موضوع به بخش سایه ها و هایلایت ها که قبلاً توضیح داده شده است مربوط می شود. (به قیچی سوپرلومینال، دیسک چرخان صلب در نسبیت مراجعه کنید).

5. سرعت فاز

معادله موج
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0

راه حلی در فرم دارد
u = A cos(ax - bt)، c 2 a 2 - b 2 + w 2 = 0

اینها امواج سینوسی هستند که با سرعت v منتشر می شوند
v = b/a = sqrt(c 2 + w 2 /a 2)

اما بیشتر از c است. شاید این معادله تاکیون ها باشد؟ (به بخش بیشتر مراجعه کنید). نه، این یک معادله نسبیتی معمولی برای یک ذره با جرم است.

برای از بین بردن پارادوکس، باید بین "سرعت فاز" تمایز قائل شوید. v ph و "سرعت گروهی" vگرم، و
v ph ·v gr = c 2

محلول موج ممکن است دارای پراکندگی فرکانس باشد. در این حالت بسته موج با سرعت گروهی حرکت می کند که کمتر از ج. با استفاده از یک بسته موج، اطلاعات فقط با سرعت گروهی قابل انتقال است. امواج در یک بسته موج با سرعت فاز حرکت می کنند. سرعت فاز نمونه دیگری از حرکت ابر نور است که نمی توان از آن برای انتقال پیام استفاده کرد.

6. کهکشان های ابرشنوایی

7. موشک نسبیتی

اجازه دهید یک ناظر روی زمین یک سفینه فضایی را ببیند که با سرعت دور می شود 0.8cطبق تئوری نسبیت، او خواهد دید که ساعت در سفینه فضایی 5/3 برابر کندتر کار می کند. اگر فاصله تا کشتی را بر اساس ساعت داخل هواپیما بر زمان پرواز تقسیم کنیم، سرعت را بدست می آوریم 4/3c. ناظر نتیجه می گیرد که خلبان کشتی با استفاده از ساعت درونی خود، تشخیص می دهد که او با سرعت فوق العاده در حال پرواز است. از دید خلبان، ساعت او به طور عادی کار می کند، اما فضای بین ستاره ای 5/3 برابر کوچک شده است. بنابراین، فواصل شناخته شده بین ستاره ها را سریعتر و با سرعتی طی می کند 4/3c .

اتساع زمان یک اثر واقعی است که در اصل می توان از آن استفاده کرد سفر فضاییتا مسافت های طولانی را در زمان کوتاهی از دید فضانوردان طی کند. با شتاب ثابت 1 گرم، نه تنها فضانوردان از گرانش مصنوعی برخوردار خواهند بود، بلکه می توانند تنها در 12 سال به وقت خود از کهکشان عبور کنند. در طول سفر آنها 12 ساله خواهند شد.

اما این هنوز یک پرواز فوق‌العاده نیست. شما نمی توانید سرعت را با استفاده از مسافت و زمان تعریف شده در سیستم های مرجع مختلف محاسبه کنید.

8. سرعت گرانش

برخی اصرار دارند که سرعت گرانش بسیار بیشتر است جیا حتی بی نهایت بررسی کنید آیا جاذبه با سرعت نور حرکت می کند؟ و تابش گرانشی چیست؟ اختلالات گرانشی و امواج گرانشی با سرعت منتشر می شوند ج .

9. پارادوکس EPR

10. فوتون های مجازی

11. اثر تونل کوانتومی

که در مکانیک کوانتومیاثر تونل به یک ذره اجازه می دهد تا بر یک مانع غلبه کند، حتی اگر انرژی آن برای انجام این کار کافی نباشد. محاسبه زمان حفر تونل از طریق چنین مانعی امکان پذیر است. و ممکن است کمتر از آن چیزی باشد که نور برای طی کردن همان فاصله با سرعت لازم است ج. آیا می توان از این برای انتقال پیام ها سریعتر از نور استفاده کرد؟

الکترودینامیک کوانتومی می گوید "نه!" با این حال، آزمایشی انجام شد که انتقال ابر نوری اطلاعات را با استفاده از اثر تونل نشان داد. از یک مانع به عرض 11.4 سانتی متر با سرعت 4.7 جسمفونی چهلم موتزارت منتقل شد. توضیح این آزمایش بسیار بحث برانگیز است. اکثر فیزیکدانان معتقدند که نمی توان از اثر تونل برای انتقال استفاده کرد اطلاعاتسریعتر از نور. اگر این امکان پذیر بود، پس چرا با قرار دادن تجهیزات در یک چارچوب مرجع به سرعت در حال حرکت، سیگنال را به گذشته منتقل نکنید.

17. نظریه میدان کوانتومی

به استثنای گرانش، همه موارد قابل مشاهده پدیده های فیزیکیمطابق با "مدل استاندارد". مدل استاندارد یک نظریه میدان کوانتومی نسبیتی است که فعل و انفعالات الکترومغناطیسی و هسته ای و همچنین تمام ذرات شناخته شده را توضیح می دهد. در این تئوری، هر جفت عملگر مربوط به مشاهده‌پذیرهای فیزیکی که با فاصله‌ای از رویدادها از هم جدا شده‌اند، «رفت و آمد دارند» (یعنی ترتیب این عملگرها را می‌توان تغییر داد). در اصل، این نشان می‌دهد که در مدل استاندارد ضربه نمی‌تواند سریع‌تر از نور حرکت کند و این را می‌توان معادل میدان کوانتومی استدلال انرژی بی‌نهایت در نظر گرفت.

با این حال، هیچ مدرک دقیق و بی عیب و نقصی برای نظریه میدان کوانتومی مدل استاندارد وجود ندارد. هیچ کس هنوز حتی ثابت نکرده است که این نظریه از نظر درونی سازگار است. به احتمال زیاد اینطور نیست. در هر صورت، هیچ تضمینی وجود ندارد که هنوز ذرات یا نیروهای کشف نشده ای وجود نداشته باشند که از ممنوعیت سفر ابر نوری پیروی نکنند. همچنین تعمیم این نظریه که شامل گرانش و نسبیت عام باشد وجود ندارد. بسیاری از فیزیکدانانی که در زمینه گرانش کوانتومی کار می کنند، تردید دارند که ایده های ساده در مورد علیت و موقعیت، تعمیم یابد. هیچ تضمینی وجود ندارد که در یک نظریه کاملتر در آینده، سرعت نور معنای سرعت نهایی را حفظ کند.

18. پارادوکس پدربزرگ

در نسبیت خاص، ذره ای که در یک چارچوب مرجع سریعتر از نور حرکت می کند، در چارچوب مرجع دیگر در زمان به عقب حرکت می کند. سفر FTL یا انتقال اطلاعات امکان سفر یا ارسال پیام به گذشته را فراهم می کند. اگر چنین سفری در زمان امکان پذیر بود، می توانستید به گذشته برگردید و با کشتن پدربزرگ خود، مسیر تاریخ را تغییر دهید.

این یک استدلال بسیار جدی در برابر امکان سفر ابر نور است. درست است، احتمال تقریبا غیرقابل قبولی وجود دارد که برخی از سفرهای ابر نوری محدود امکان پذیر است و از بازگشت به گذشته جلوگیری می کند. یا شاید سفر در زمان ممکن است، اما علیت به روشی ثابت نقض می شود. همه اینها بسیار دور از ذهن است، اما اگر در مورد سفرهای ابر نوری صحبت می کنیم، بهتر است برای ایده های جدید آماده باشید.

مخالفش هم درست است. اگر می توانستیم به گذشته سفر کنیم، می توانستیم بر سرعت نور غلبه کنیم. می توانید به گذشته برگردید، با سرعت کم به جایی پرواز کنید و قبل از رسیدن نوری که به روش معمول ارسال می شود به آنجا برسید. برای جزئیات بیشتر در مورد این موضوع به سفر در زمان مراجعه کنید.

سؤالات مربوط به سفر سریعتر از نور را باز کنید

در این بخش پایانی، من برخی از ایده های جدی در مورد امکان سفر سریع تر از نور را شرح خواهم داد. این موضوعات اغلب در پرسش‌های متداول گنجانده نمی‌شوند، زیرا کمتر شبیه به پاسخ‌ها و بیشتر شبیه به سؤالات جدید هستند. آنها در اینجا گنجانده شده اند تا نشان دهند که تحقیقات جدی در این راستا در حال انجام است. فقط یک مقدمه کوتاه در مورد موضوع ارائه شده است. شما می توانید جزئیات را در اینترنت پیدا کنید. مانند همه چیز در اینترنت، از آنها انتقاد کنید.

19. تاکیون ها

تاکیون ها ذرات فرضی هستند که به صورت محلی سریعتر از نور حرکت می کنند. برای این کار باید جرم خیالی داشته باشند. در این حالت انرژی و تکانه تاکیون است ارزش های واقعی. هیچ دلیلی وجود ندارد که باور کنیم ذرات ابر نوری قابل تشخیص نیستند. سایه ها و هایلایت ها می توانند سریعتر از نور حرکت کنند و قابل تشخیص باشند.

تاكنون تاكيون‌ها يافت نشده‌اند و فيزيكدان‌ها در وجود آنها شك دارند. ادعاهایی وجود دارد که در آزمایش‌هایی برای اندازه‌گیری جرم نوترینوهای تولید شده توسط فروپاشی بتا تریتیوم، نوترینوها تاکیون بودند. این موضوع مشکوک است، اما هنوز به طور قطعی رد نشده است.

در نظریه تاکیون مشکلاتی وجود دارد. تاکیون‌ها علاوه بر اینکه احتمالاً علیت را مختل می‌کنند، خلاء را نیز ناپایدار می‌کنند. شاید بتوان این مشکلات را دور زد، اما حتی در این صورت نیز نمی‌توانیم از تاکیون‌ها برای انتقال پیام ابرشورایی استفاده کنیم.

اکثر فیزیکدانان بر این باورند که ظهور تاکیون ها در تئوری، نشانه برخی مشکلات در این نظریه است. ایده تاکیون ها در بین مردم بسیار محبوب است، زیرا اغلب در ادبیات علمی تخیلی به آنها اشاره می شود. تاکیون ها را ببینید.

20. کرمچاله ها

معروف ترین روش سفر جهانی ابر نور استفاده از کرم چاله است. کرم چاله برشی در فضا-زمان از یک نقطه در جهان به نقطه دیگر است که به شما امکان می دهد از یک سر سوراخ به انتهای دیگر سریعتر از مسیر معمول حرکت کنید. کرم چاله ها توسط نظریه نسبیت عام توصیف می شوند. برای ایجاد آنها، باید توپولوژی فضا-زمان را تغییر دهید. شاید این امر در چارچوب نظریه کوانتومی گرانش ممکن شود.

برای باز نگه داشتن یک کرم چاله، به مناطقی از فضا با انرژی منفی نیاز دارید. C.W.Misner و K.S.Thorne پیشنهاد کردند که از اثر Casimir در مقیاس بزرگ برای ایجاد انرژی منفی استفاده شود. ویسرپیشنهاد استفاده از رشته های کیهانی برای این کار. اینها ایده های بسیار گمانه زنی هستند و ممکن است امکان پذیر نباشد. شاید شکل مورد نیاز ماده عجیب و غریب با انرژی منفیوجود ندارد.

اما معلوم شد که ممکن است; اکنون آنها بر این باورند که ما هرگز نمی‌توانیم سریع‌تر از نور سفر کنیم...» اما در واقع این درست نیست که زمانی کسی معتقد بود که سفر سریع‌تر از صوت غیرممکن است. مدت‌ها قبل از ظهور هواپیماهای مافوق صوت، قبلاً می‌دانستند که آن گلوله‌ها سریعتر از صدا پرواز کنید، اما در واقعیت ما در مورد این واقعیت صحبت می کردیم که غیرممکن است کنترل می شودپرواز مافوق صوت، و این اشتباه بود. جنبش اس اس یک موضوع کاملا متفاوت است. از همان ابتدا، مشخص بود که پرواز مافوق صوت به دلیل مشکلات فنی با مشکل مواجه شده است که به سادگی نیاز به حل دارد. اما کاملاً نامشخص است که آیا مشکلاتی که مانع جنبش اس اس است، هرگز قابل حل است یا خیر. نظریه نسبیت در این مورد حرف های زیادی برای گفتن دارد. اگر سفر SS یا حتی انتقال سیگنال امکان پذیر باشد، علیت نقض می شود و نتایج کاملاً باورنکردنی از این نتیجه حاصل می شود.

ابتدا در مورد موارد ساده حرکت CC بحث خواهیم کرد. ما به آنها اشاره می کنیم نه به این دلیل که جالب هستند، بلکه به این دلیل که بارها و بارها در بحث های جنبش اس اس مطرح می شوند و بنابراین باید با آنها برخورد شود. سپس در مورد موارد دشوار حرکت یا ارتباط STS بحث خواهیم کرد و برخی از دلایل مخالف آنها را در نظر خواهیم گرفت. در نهایت، جدی ترین فرضیات در مورد جنبش واقعی اس اس را بررسی خواهیم کرد.

حرکت ساده اس اس

1. پدیده تابش چرنکوف

یک راه برای حرکت سریعتر از نور این است که ابتدا سرعت خود نور را کم کنید! :-) در خلاء، نور با سرعت حرکت می کند جو این کمیت یک ثابت جهانی است (به سوال آیا سرعت نور ثابت است مراجعه کنید) و در یک محیط چگال تر مانند آب یا شیشه سرعت آن به سرعت کاهش می یابد. c/n، جایی که nضریب شکست محیط است (10003 برای هوا، 1.4 برای آب). بنابراین، ذرات می توانند در آب یا هوا سریعتر از حرکت نور در آنجا حرکت کنند. در نتیجه، تشعشعات واویلف-چرنکوف رخ می دهد (به سؤال مراجعه کنید).

اما وقتی از حرکت SS صحبت می کنیم، البته منظور ما تجاوز از سرعت نور در خلاء است. ج(299792458 متر بر ثانیه). بنابراین، پدیده چرنکوف را نمی توان نمونه ای از جنبش اس اس دانست.

2. از شخص ثالث

اگر موشک آبا سرعت از من دور می شود 0.6cبه سمت غرب، و دیگری ب- از من با سرعت 0.6cبه سمت شرق، سپس کل فاصله بین آو بدر چارچوب مرجع من با سرعت افزایش می یابد 1.2c. بنابراین، سرعت نسبی ظاهری بزرگتر از c را می توان "از سمت سوم" مشاهده کرد.

با این حال، چنین سرعتی چیزی نیست که ما معمولاً با سرعت نسبی درک می کنیم. سرعت واقعی موشک آنسبت به موشک ب- این میزان افزایش فاصله بین موشک ها است که توسط ناظر در موشک مشاهده می شود ب. دو سرعت باید با استفاده از فرمول نسبیتی برای جمع کردن سرعت ها اضافه شود (به سؤال چگونه سرعت ها را در نسبیت جزئی اضافه کنیم مراجعه کنید). در این حالت سرعت نسبی تقریباً می باشد 0.88c، یعنی فوق نورانی نیست.

3. سایه ها و خرگوش ها

به این فکر کنید که یک سایه با چه سرعتی می تواند حرکت کند؟ اگر با انگشت خود از لامپ نزدیک روی دیواری دور سایه ایجاد کنید و سپس انگشت خود را حرکت دهید، سایه بسیار سریعتر از انگشت شما حرکت می کند. اگر انگشت به موازات دیوار حرکت کند، سرعت سایه خواهد بود DDبرابر سرعت انگشت، جایی که د- فاصله انگشت تا لامپ و D- فاصله از لامپ تا دیوار. و اگر دیوار در زاویه قرار گرفته باشد می توانید سرعت بیشتری دریافت کنید. اگر دیوار خیلی دور باشد، حرکت سایه از حرکت انگشت عقب می ماند، زیرا نور همچنان باید از انگشت به دیوار برسد، اما همچنان سرعت سایه یکسان خواهد بود. تعداد برابر بیشتر یعنی سرعت سایه با سرعت نور محدود نمی شود.

علاوه بر سایه‌ها، خرگوش‌ها می‌توانند سریع‌تر از نور نیز حرکت کنند، به عنوان مثال، یک ذره از پرتو لیزری که به ماه نشانه می‌رود. با دانستن اینکه فاصله تا ماه 385000 کیلومتر است، سعی کنید سرعت خرگوش را با حرکت کمی لیزر محاسبه کنید. همچنین می توانید به برخورد موج دریا به صورت اریب به ساحل فکر کنید. نقطه ای که موج می شکند با چه سرعتی می تواند حرکت کند؟

اتفاقات مشابهی ممکن است در طبیعت رخ دهد. به عنوان مثال، یک پرتو نور از یک تپ اختر می تواند از میان ابری از غبار عبور کند. یک فلاش روشن یک پوسته در حال گسترش از نور یا تشعشعات دیگر ایجاد می کند. هنگامی که از سطح عبور می کند، حلقه ای از نور ایجاد می کند که سریعتر از سرعت نور رشد می کند. در طبیعت، زمانی که یک پالس الکترومغناطیسی از رعد و برق می رسد، این اتفاق می افتد لایه های بالاییجو

همه اینها نمونه هایی از چیزهایی بودند که سریعتر از نور حرکت می کردند، اما بدن فیزیکی نبودند. استفاده از سایه یا اسم حیوان دست اموز نمی تواند پیام SS را منتقل کند، بنابراین ارتباط سریعتر از نور کار نمی کند. و دوباره، ظاهراً این چیزی نیست که ما می خواهیم با جنبش SS بفهمیم، اگرچه مشخص می شود که تعیین دقیقاً به چه چیزی نیاز داریم چقدر دشوار است (به سؤال قیچی FTL مراجعه کنید).

4. جامدات

اگر یک چوب سخت بلند بردارید و یک سر آن را فشار دهید، آیا سر دیگر فورا به داخل حرکت می کند یا خیر؟ آیا می توان از این طریق پیام CC را ارسال کرد؟

آره اینجوری بود خواهد شددر صورت وجود چنین جامداتی می توان انجام داد. در واقع، تأثیر یک ضربه در انتهای چوب در امتداد آن با سرعت صوت در یک ماده معین منتشر می شود و سرعت صوت به کشسانی و چگالی ماده بستگی دارد. نسبیت محدودیت مطلقی را بر سختی احتمالی هر جسمی اعمال می کند به طوری که سرعت صوت در آنها نمی تواند از آن تجاوز کند ج.

همین اتفاق می افتد اگر در یک میدان جاذبه باشید و ابتدا یک ریسمان یا میله را به صورت عمودی در انتهای بالایی نگه دارید و سپس آن را رها کنید. نقطه ای که رها کردید بلافاصله شروع به حرکت می کند و انتهای پایینی نمی تواند شروع به سقوط کند تا زمانی که تأثیر رهاسازی با سرعت صوت به آن برسد.

فرموله کردن یک نظریه کلی مواد الاستیک در چارچوب نسبیت دشوار است، اما ایده اصلی را می توان با استفاده از مثال مکانیک نیوتنی نشان داد. معادله حرکت طولی یک جسم ایده آل الاستیک را می توان از قانون هوک به دست آورد. در متغیرهای جرمی در واحد طول پو مدول الاستیسیته یانگ Y، جابجایی طولی ایکسمعادله موج را برآورده می کند.

محلول موج صفحه با سرعت صوت حرکت می کند س، و س 2 = Y/P. این معادله به معنای امکان گسترش سریعتر تأثیر علی نیست س. بنابراین، نسبیت یک محدودیت نظری بر میزان کشش اعمال می کند: Y < PC 2. در عمل، هیچ ماده ای حتی نزدیک به آن وجود ندارد. به هر حال، حتی اگر سرعت صوت در مواد نزدیک به ج، خود ماده اصلاً موظف به حرکت با سرعت نسبیتی نیست. اما از کجا بدانیم که اصولاً ماده ای وجود ندارد که بر این حد غلبه کند؟ پاسخ این است که تمام ماده از ذراتی تشکیل شده است که برهمکنش بین آنها از مدل استاندارد ذرات بنیادی تبعیت می کند و در این مدل هیچ برهمکنشی نمی تواند سریعتر از نور منتشر شود (در مورد نظریه میدان کوانتومی به زیر مراجعه کنید).

5. سرعت فاز

به این معادله موج نگاه کنید:

راه حل هایی به شکل زیر دارد:

این راه حل ها امواج سینوسی هستند که با سرعت حرکت می کنند

اما این سریعتر از نور است، یعنی معادله میدان تاکیون را در دست داریم؟ نه، این فقط یک معادله نسبیتی معمولی از یک ذره اسکالر عظیم است!

اگر تفاوت بین این سرعت را که سرعت فاز نیز نامیده می شود را درک کنیم، تناقض حل خواهد شد vphاز سرعت دیگری به نام سرعت گروهی vgrکه با فرمول ارائه شده است

اگر محلول موج دارای گستردگی فرکانس باشد، به شکل یک بسته موج است که با سرعت گروهی حرکت می کند که از آن تجاوز نمی کند. ج. فقط تاج های موج با سرعت فاز حرکت می کنند. انتقال اطلاعات با استفاده از چنین موجی فقط با سرعت گروهی امکان پذیر است، بنابراین سرعت فاز نمونه دیگری از سرعت ابر نور را به ما می دهد که نمی تواند اطلاعات را حمل کند.

7. موشک نسبیتی

یک کنترل کننده روی زمین، یک فضاپیما را که با سرعت 0.8 دور می شود، رصد می کند ج. طبق نظریه نسبیت، حتی پس از در نظر گرفتن جابجایی سیگنال‌های داپلر از کشتی، متوجه می‌شود که زمان روی کشتی کندتر شده و ساعت در آنجا با ضریب 0.6 کندتر می‌شود. اگر ضریب مسافت طی شده توسط کشتی را در زمان طی شده با ساعت کشتی محاسبه کند، 4/3 بدست می آید. ج. این بدان معناست که مسافران کشتی با سرعت مؤثری بیشتر از سرعت نوری که در صورت اندازه‌گیری آن تجربه می‌کردند، در فضای بین‌ستاره‌ای حرکت می‌کنند. از دیدگاه مسافران کشتی، فواصل بین ستاره ای با همان ضریب 0.6 در معرض انقباض لورنتس هستند و بنابراین آنها نیز باید تشخیص دهند که فواصل بین ستاره ای شناخته شده را با نرخ 4/3 پوشش می دهند. ج.

این یک پدیده واقعی است و اصولاً می تواند توسط مسافران فضایی برای طی کردن مسافت های طولانی در طول زندگی خود استفاده شود. اگر آنها با شتاب ثابتی برابر با شتاب سقوط آزاد روی زمین شتاب بگیرند، در این صورت نه تنها گرانش مصنوعی ایده آلی در کشتی خود خواهند داشت، بلکه تنها در 12 سال از زندگی خود زمان عبور از کهکشان را خواهند داشت! (به این سوال مراجعه کنید که معادلات یک موشک نسبیتی چیست؟)

با این حال، این یک جنبش واقعی اس اس نیست. سرعت موثر از فاصله در یک فریم مرجع و زمان در فریم دیگر محاسبه می شود. این سرعت واقعی نیست. فقط مسافران کشتی از این سرعت سود می برند. به عنوان مثال، دیسپچر در طول عمر خود وقت نخواهد داشت که ببیند چگونه آنها در یک مسافت عظیم پرواز می کنند.

موارد پیچیده حرکت اس اس

9. انیشتین، پودولسکی، پارادوکس روزن (EPR)

10. فوتون های مجازی

11. تونل زنی کوانتومی

نامزدهای واقعی برای مسافران اس اس

این بخش حاوی حدس و گمان های گمانه زنی اما جدی در مورد امکان سفر ابر نور است. اینها چیزهایی نیستند که معمولاً در سؤالات متداول قرار می گیرند، زیرا سؤالات بیشتری نسبت به پاسخ آنها ایجاد می شود. آنها در اینجا عمدتا برای نشان دادن اینکه تحقیقات جدی در این راستا در حال انجام است، ارائه شده است. فقط یک معرفی مختصر برای هر جهت ارائه شده است. اطلاعات دقیق تر را می توان در اینترنت یافت.

19. تاکیون ها

تاکیون ها ذرات فرضی هستند که به صورت محلی سریعتر از نور حرکت می کنند. برای این کار باید جرم خیالی داشته باشند اما انرژی و تکانه آنها مثبت باشد. گاهی اوقات تصور می‌شود که شناسایی چنین ذرات SS غیرممکن است، اما در واقع دلیلی برای این فکر وجود ندارد. سایه ها و خرگوش ها به ما می گویند که حرکت اس اس هنوز به معنای نامرئی بودن نیست.

تاکیون ها هرگز مشاهده نشده اند و اکثر فیزیکدانان در وجود آنها تردید دارند. زمانی بیان شد که آزمایش‌هایی برای اندازه‌گیری جرم نوترینوهای منتشر شده در طول فروپاشی تریتیوم انجام شده است و این نوترینوها تاکیون هستند. این بسیار مشکوک است، اما هنوز مستثنی نیست. در نظریه‌های تاکیون مشکلاتی وجود دارد، زیرا از نقطه نظر نقض احتمالی علیت، خلاء را بی‌ثبات می‌کنند. ممکن است بتوان از این مشکلات عبور کرد، اما در این صورت استفاده از تاکیون ها در پیام SS که نیاز داریم غیرممکن خواهد بود.

حقیقت این است که اکثر فیزیکدانان تاکیون ها را نشانه ای از خطا در نظریه های میدانی خود می دانند و علاقه به آنها در بین عموم مردم عمدتاً توسط داستان های علمی تخیلی تقویت می شود (به مقاله تاکیون ها مراجعه کنید).

20. کرمچاله ها

معروف ترین امکان پیشنهادی سفر STS استفاده از کرم چاله است. کرم چاله ها تونل هایی در فضا-زمان هستند که یک مکان در کیهان را به مکان دیگر متصل می کنند. شما می توانید از آنها برای حرکت بین این نقاط سریعتر از مسیر طبیعی خود استفاده کنید. کرم چاله ها یک پدیده کلاسیک هستند نسبیت عام، اما برای ایجاد آنها، باید توپولوژی فضا-زمان را تغییر دهید. امکان این ممکن است در نظریه گرانش کوانتومی وجود داشته باشد.

برای باز نگه داشتن کرم چاله ها، شما نیاز دارید مقادیر بسیار زیادانرژی منفی و غیره Misnerو تورنپیشنهاد کرد که از اثر کازمیر در مقیاس بزرگ می توان برای تولید انرژی منفی استفاده کرد، و ویسرراه حلی با استفاده از ریسمان های کیهانی پیشنهاد کرد. همه این ایده ها به شدت حدس و گمان هستند و ممکن است به سادگی غیر واقعی باشند. یک ماده غیر معمول با انرژی منفی ممکن است به شکل مورد نیاز برای پدیده وجود نداشته باشد.

تورن کشف کرد که اگر کرم‌چاله‌ها ایجاد شوند، می‌توان از آنها برای ایجاد حلقه‌های زمانی بسته استفاده کرد که سفر در زمان را ممکن می‌سازد. همچنین پیشنهاد شده است که تفسیر چند متغیره مکانیک کوانتومی نشان می‌دهد که سفر در زمان هیچ پارادوکسی ایجاد نمی‌کند و زمانی که به گذشته برمی‌گردید رویدادها به‌طور متفاوتی آشکار می‌شوند. هاوکینگ می گوید که کرم چاله ها ممکن است به سادگی ناپایدار باشند و در نتیجه عملی نباشند. اما این موضوع به خودی خود یک منطقه پربار برای آزمایش‌های فکری باقی می‌ماند و به فرد اجازه می‌دهد تا بفهمد چه چیزی بر اساس قوانین شناخته شده و مفروض فیزیک ممکن است و چه چیزی ممکن نیست.
مراجع:
W. G. Morris و K. S. Thorne، مجله آمریکایی فیزیک 56 , 395-412 (1988)
W. G. Morris، K. S. Thorne و U. Yurtsever، Phys. کشیش نامه ها 61 , 1446-9 (1988)
مت ویسر، بررسی فیزیکی D39, 3182-4 (1989)
همچنین به «سیاه‌چاله‌ها و زمان پیچیدگی‌ها» Kip Thorn، Norton & Co مراجعه کنید. (1994)
برای توضیحی در مورد چندجهانی به «پارچه واقعیت» دیوید دویچ، انتشارات پنگوئن مراجعه کنید.

21. موتورهای تغییر شکل دهنده

[من نمی دانم چگونه این را ترجمه کنم! در درایو اصلی Warp. - تقریبا مترجم؛
به قیاس با مقاله غشاء ترجمه شده است]

پیچ و تاب می تواند مکانیزمی برای چرخاندن فضازمان باشد تا یک جسم بتواند سریعتر از نور حرکت کند. میگل الکابییربه دلیل توسعه هندسه ای که چنین تغییر شکل دهنده ای را توصیف می کند مشهور شد. اعوجاج فضا-زمان این امکان را برای یک جسم فراهم می کند که سریعتر از نور حرکت کند در حالی که روی یک منحنی زمان مانند باقی می ماند. موانع مانند هنگام ایجاد کرم چاله است. برای ایجاد تغییر شکل به ماده ای با چگالی انرژی منفی و. حتی اگر چنین ماده ای امکان پذیر باشد، هنوز مشخص نیست که چگونه می توان آن را به دست آورد و چگونه از آن برای ایجاد یک تغییر شکل دهنده استفاده کرد.
مرجع M. Alcubierre، گرانش کلاسیک و کوانتومی، 11 ، L73-L77، (1994)

نتیجه

اولاً، مشخص شد که به طور کلی تعریف سفر SS و پیام SS دشوار است. بسیاری از چیزها مانند سایه ها حرکت CC را انجام می دهند، اما به گونه ای که نمی توان از آن برای مثال برای انتقال اطلاعات استفاده کرد. اما احتمالات جدی برای حرکت واقعی SS نیز وجود دارد که در ادبیات علمی پیشنهاد شده است، اما اجرای آنها هنوز از نظر فنی امکان پذیر نیست. اصل عدم قطعیت هایزنبرگ استفاده از حرکت آشکار SS را در مکانیک کوانتومی غیرممکن می کند. ابزارهای بالقوه ای برای پیشرانه SS در نسبیت عام وجود دارد، اما ممکن است امکان استفاده از آنها وجود نداشته باشد. به نظر می رسد بسیار بعید است که در آینده قابل پیش بینی یا به طور کلی، فناوری قادر به ایجاد سفینه های فضاییبا موتورهای SS، اما عجیب است که فیزیک نظری، همانطور که اکنون می شناسیم، در را به روی پیشرانه SS نمی بندد. حرکت اس اس به سبک رمان های علمی تخیلی ظاهراً کاملاً غیرممکن است. یک سوال جالب برای فیزیکدانان این است: "در واقع چرا این غیر ممکن است و چه چیزی می توان از آن آموخت؟"

دکتر علوم فنی A. GOLUBEV.

در اواسط سال گذشته، یک پیام هیجان انگیز در مجلات ظاهر شد. گروهی از محققان آمریکایی کشف کرده اند که یک پالس لیزری بسیار کوتاه در یک محیط خاص انتخاب شده صدها برابر سریعتر از خلاء حرکت می کند. این پدیده کاملاً باورنکردنی به نظر می رسید (سرعت نور در یک محیط همیشه کمتر از خلاء است) و حتی تردیدهایی را در مورد اعتبار نظریه نسبیت خاص ایجاد کرد. در همین حال، یک جسم فیزیکی ابرشورایی - یک پالس لیزر در یک محیط افزایش - برای اولین بار نه در سال 2000، بلکه 35 سال قبل از آن، در سال 1965 کشف شد، و امکان حرکت ابر نور تا اوایل دهه 70 به طور گسترده مورد بحث قرار گرفت. امروز بحث پیرامون این پدیده عجیب با قدرتی تازه شعله ور شده است.

نمونه هایی از حرکت "سوپرلومینال".

در اوایل دهه 60، پالس های کوتاه نور با قدرت بالا با عبور یک فلاش لیزری از یک تقویت کننده کوانتومی (محیطی با جمعیت معکوس) شروع شد.

در یک محیط تقویت کننده، ناحیه اولیه یک پالس نور باعث انتشار تحریک شده اتم ها در محیط تقویت کننده می شود و ناحیه نهایی آن باعث جذب انرژی آنها می شود. در نتیجه، به نظر ناظر می رسد که تپش سریعتر از نور حرکت می کند.

آزمایش لیجون ونگ

پرتویی از نور که از یک منشور ساخته شده از یک ماده شفاف (مثلاً شیشه) عبور می کند، شکسته می شود، یعنی پراکندگی را تجربه می کند.

پالس نور مجموعه ای از نوسانات فرکانس های مختلف است.

احتمالاً همه - حتی افراد دور از فیزیک - این را حداکثر می دانند سرعت ممکنحرکت اجسام مادی یا انتشار هر سیگنالی سرعت نور در خلاء است. با حرف مشخص می شود باو تقریباً 300 هزار کیلومتر در ثانیه است. ارزش دقیق با= 299,792,458 متر بر ثانیه. سرعت نور در خلاء یکی از ثابت های فیزیکی اساسی است. عدم توانایی در دستیابی به سرعت بیش از حد با، از نظریه نسبیت خاص اینشتین (STR) ناشی می شود. اگر بتوان ثابت کرد که انتقال سیگنال ها با سرعت های فوق نوری امکان پذیر است، نظریه نسبیت سقوط می کند. تاکنون این اتفاق نیفتاده است، علیرغم تلاش های متعدد برای رد ممنوعیت وجود سرعت های بیشتر از با. با این حال، در مطالعات تجربیاخیراً پدیده های بسیار جالبی کشف شده است که نشان می دهد در شرایط خاص ایجاد شده می توان سرعت های ابر نور را مشاهده کرد و در عین حال اصول نظریه نسبیت نقض نمی شود.

برای شروع، اجازه دهید جنبه های اصلی مربوط به مشکل سرعت نور را یادآوری کنیم. اول از همه: چرا فراتر از حد نور (در شرایط عادی) غیرممکن است؟ زیرا در این صورت قانون اساسی جهان ما نقض می شود - قانون علیت که طبق آن معلول نمی تواند مقدم بر علت باشد. هیچ کس تا به حال مشاهده نکرده است که مثلاً یک خرس ابتدا مرده است و سپس شکارچی تیراندازی کرده است. در سرعت های بیش از با، توالی رویدادها برعکس می شود، نوار زمان به عقب برمی گردد. تأیید این موضوع از استدلال ساده زیر آسان است.

بیایید فرض کنیم که ما در نوعی کشتی معجزه آسای فضایی هستیم که سریعتر از نور حرکت می کند. سپس به تدریج به نوری که از منبع ساطع شده در زمان‌های قبل و قبل‌تر می‌رسید، می‌رسیدیم. اول، ما فوتون‌های ساطع شده، مثلاً دیروز، سپس فوتون‌هایی که پریروز ساطع شده‌اند، سپس یک هفته، یک ماه، یک سال پیش و غیره را دنبال می‌کنیم. اگر منبع نور آینه ای بود که زندگی را منعکس می کرد، در آن صورت ما ابتدا وقایع دیروز را می دیدیم، سپس پریروز و غیره. می توانستیم مثلاً پیرمردی را ببینیم که کم کم تبدیل می شود به یک مرد میانسال، بعد به یک جوان، به یک جوان، به یک کودک... یعنی زمان به عقب برمی گشت، ما از زمان حال به گذشته. آنگاه علل و معلول ها مکان خود را تغییر می دهند.

اگرچه این بحث به طور کامل جزئیات فنی فرآیند مشاهده نور را نادیده می گیرد، اما از نقطه نظر بنیادی به وضوح نشان می دهد که حرکت با سرعت های فوق نور منجر به وضعیتی می شود که در جهان ما غیرممکن است. با این حال، طبیعت حتی شرایط سخت تری را تعیین کرده است: حرکت نه تنها با سرعت فوق العاده دست نیافتنی است، بلکه با سرعتی برابر با سرعت نور - فقط می توان به آن نزدیک شد. از نظریه نسبیت چنین بر می آید که وقتی سرعت حرکت افزایش می یابد، سه حالت ایجاد می شود: جرم یک جسم متحرک افزایش می یابد، اندازه آن در جهت حرکت کاهش می یابد، و جریان زمان روی این جسم کاهش می یابد (از نقطه نظر). از دید یک ناظر "در حال استراحت" خارجی). در سرعت های معمولی این تغییرات ناچیز است، اما با نزدیک شدن به سرعت نور بیشتر و بیشتر قابل توجه می شوند و در حد - با سرعتی برابر با با، - جرم بی نهایت بزرگ می شود، جسم در جهت حرکت کاملاً اندازه خود را از دست می دهد و زمان روی آن متوقف می شود. بنابراین هیچ جسم مادی نمی تواند به سرعت نور برسد. فقط خود نور چنین سرعتی دارد! (و همچنین یک ذره "همه نافذ" - یک نوترینو، که مانند یک فوتون نمی تواند با سرعت کمتر از با.)

حالا در مورد سرعت انتقال سیگنال. در اینجا مناسب است از نمایش نور به شکل امواج الکترومغناطیسی استفاده شود. سیگنال چیست؟ این اطلاعاتی است که باید منتقل شود. کامل موج الکترومغناطیسی- این یک سینوسی بی نهایت با یک فرکانس است و نمی تواند هیچ اطلاعاتی را حمل کند، زیرا هر دوره از چنین سینوسی دقیقاً دوره قبلی را تکرار می کند. سرعت حرکت فاز یک موج سینوسی - به اصطلاح سرعت فاز - می تواند در یک محیط تحت شرایط خاص از سرعت نور در خلاء فراتر رود. در اینجا هیچ محدودیتی وجود ندارد، زیرا سرعت فاز، سرعت سیگنال نیست - هنوز وجود ندارد. برای ایجاد یک سیگنال، باید نوعی "علامت" روی موج ایجاد کنید. چنین علامتی می تواند، به عنوان مثال، تغییر در هر یک از پارامترهای موج - دامنه، فرکانس یا فاز اولیه باشد. اما به محض ایجاد علامت، موج سینوسی خود را از دست می دهد. مدوله می شود و شامل مجموعه ای از امواج سینوسی ساده با دامنه ها، فرکانس ها و فازهای اولیه- گروه های امواج سرعتی که علامت در موج مدوله شده حرکت می کند، سرعت سیگنال است. هنگام انتشار در یک محیط، این سرعت معمولاً با سرعت گروهی منطبق است، که مشخصه انتشار گروه امواج فوق الذکر به عنوان یک کل است (به "علم و زندگی" شماره 2، 2000 مراجعه کنید). در شرایط عادی، سرعت گروه و در نتیجه سرعت سیگنال کمتر از سرعت نور در خلاء است. تصادفی نیست که عبارت "در شرایط عادی" در اینجا استفاده می شود، زیرا در برخی موارد سرعت گروه می تواند از بایا حتی معنای خود را از دست می دهد، اما پس از آن به انتشار سیگنال مربوط نمی شود. ایستگاه خدمات ثابت می کند که انتقال سیگنال با سرعت بیشتر غیرممکن است با.

چرا اینطور است؟ زیرا مانعی برای انتقال هر سیگنالی با سرعت بیشتر از باهمان قانون علیت در خدمت است. بیایید چنین وضعیتی را تصور کنیم. در نقطه ای A، فلاش نور (رویداد 1) دستگاهی را روشن می کند که سیگنال رادیویی خاصی را ارسال می کند و در نقطه دور B، تحت تأثیر این سیگنال رادیویی، انفجار رخ می دهد (رویداد 2). واضح است که رویداد 1 (شعله ور شدن) علت است و رویداد 2 (انفجار) پیامد آن است که دیرتر از علت رخ می دهد. اما اگر سیگنال رادیویی با سرعت فوق‌العاده منتشر شود، ناظری در نزدیکی نقطه B ابتدا انفجاری را مشاهده می‌کند و تنها پس از آن با سرعت فوق‌العاده به او می‌رسد. بافلش نور، علت انفجار به عبارت دیگر، برای این ناظر، رویداد 2 زودتر از رویداد 1 رخ می دهد، یعنی معلول مقدم بر علت بوده است.

شایان ذکر است که «ممنوعیت ابرشورایی» نظریه نسبیت فقط بر حرکت اجسام مادی و ارسال سیگنال ها تحمیل می شود. در بسیاری از شرایط، حرکت با هر سرعتی امکان پذیر است، اما این حرکت اجسام یا سیگنال های مادی نخواهد بود. به عنوان مثال، دو خط کش نسبتاً طولانی را تصور کنید که در یک صفحه قرار دارند، یکی از آنها به صورت افقی قرار دارد و دیگری با زاویه کوچکی آن را قطع می کند. اگر خط کش اول با سرعت زیاد به سمت پایین (در جهتی که با فلش نشان داده شده است) حرکت داده شود، می توان نقطه تلاقی خط کش ها را به همان سرعتی که می خواهید اجرا کرد، اما این نقطه یک جسم مادی نیست. مثال دیگر: اگر یک چراغ قوه (یا مثلاً لیزری که یک پرتو باریک تولید می کند) بگیرید و به سرعت یک قوس در هوا را توصیف کنید، سپس سرعت خطیپرتو نور با فاصله افزایش می یابد و در فاصله به اندازه کافی بزرگ از آن فراتر می رود با.نقطه نوری بین نقاط A و B با سرعت فوق‌شورایی حرکت می‌کند، اما این انتقال سیگنال از A به B نخواهد بود، زیرا چنین نقطه‌ای از نور هیچ اطلاعاتی در مورد نقطه A ندارد.

به نظر می رسد که موضوع سرعت های ابر نوری حل شده است. اما در دهه 60 قرن بیستم، فیزیکدانان نظری فرضیه وجود ذرات ابرشورایی به نام تاکیون ها را مطرح کردند. اینها ذرات بسیار عجیبی هستند: از نظر تئوری امکان پذیر هستند، اما برای جلوگیری از تضاد با نظریه نسبیت، باید یک جرم استراحت خیالی به آنها اختصاص داد. از نظر فیزیکی، جرم خیالی وجود ندارد؛ این یک انتزاع کاملاً ریاضی است. با این حال، این باعث زنگ خطر زیادی نشد، زیرا تاکیون ها نمی توانند در حال استراحت باشند - آنها (اگر وجود داشته باشند!) فقط با سرعت هایی بیش از سرعت نور در خلاء وجود دارند، و در این مورد جرم تاکیون واقعی به نظر می رسد. در اینجا قیاسی با فوتون ها وجود دارد: یک فوتون جرم سکون صفر دارد، اما این به سادگی به این معنی است که فوتون نمی تواند در حالت سکون باشد - نور نمی تواند متوقف شود.

همانطور که انتظار می رود دشوارترین کار این است که فرضیه تاکیون را با قانون علیت تطبیق دهیم. تلاش هایی که در این راستا انجام شد، اگرچه کاملاً هوشمندانه بود، اما به موفقیت آشکاری منجر نشد. هیچ کس قادر به ثبت تجربی تاکیون ها نیز نبوده است. در نتیجه، علاقه به تاکیون ها به عنوان سوپرلومینال ذرات بنیادیبه تدریج محو شد

با این حال، در دهه 60، پدیده ای به طور تجربی کشف شد که در ابتدا فیزیکدانان را سردرگم کرد. این به طور مفصل در مقاله A. N. Oraevsky "امواج ابر نوری در رسانه های تقویت کننده" (UFN شماره 12، 1998) توضیح داده شده است. در اینجا به طور خلاصه اصل موضوع را خلاصه می کنیم و خواننده علاقه مند به جزئیات را به مقاله مشخص شده ارجاع می دهیم.

بلافاصله پس از کشف لیزرها - در اوایل دهه 60 - مشکل بدست آوردن پالس های نوری کوتاه (مدت زمان حدود 1 ns = 10-9 ثانیه) به وجود آمد. برای انجام این کار، یک پالس لیزر کوتاه از یک تقویت کننده کوانتومی نوری عبور داده شد. نبض توسط یک آینه تقسیم پرتو به دو قسمت تقسیم شد. یکی از آنها، قوی تر، به تقویت کننده فرستاده شد، و دیگری در هوا منتشر شد و به عنوان یک پالس مرجع عمل کرد که با آن پالس عبوری از تقویت کننده قابل مقایسه بود. هر دو پالس به ردیاب‌های نوری داده شدند و سیگنال‌های خروجی آن‌ها را می‌توان به صورت بصری روی صفحه اسیلوسکوپ مشاهده کرد. انتظار می رفت که پالس نوری که از تقویت کننده عبور می کند در مقایسه با پالس مرجع کمی تاخیر داشته باشد، یعنی سرعت انتشار نور در تقویت کننده کمتر از هوا باشد. شگفتی محققان را تصور کنید وقتی متوجه شدند که پالس از طریق تقویت کننده با سرعتی نه تنها بیشتر از هوا، بلکه چندین برابر بیشتر از سرعت نور در خلاء منتشر می شود!

پس از بهبودی از اولین شوک، فیزیکدانان شروع به جستجوی دلیل چنین نتیجه غیرمنتظره ای کردند. هیچ کس حتی کوچکترین شکی در مورد اصول نظریه نسبیت خاص نداشت، و این همان چیزی است که به یافتن توضیح صحیح کمک کرد: اگر اصول SRT حفظ شود، باید پاسخ را در ویژگی های رسانه تقویت کننده جستجو کرد.

بدون پرداختن به جزئیات در اینجا، ما فقط به این نکته اشاره می کنیم که تجزیه و تحلیل دقیق مکانیسم عمل رسانه تقویت کننده وضعیت را کاملاً روشن کرد. نکته تغییر در غلظت فوتون ها در حین انتشار پالس بود - تغییر ناشی از تغییر در بهره محیط تا ارزش منفیدر هنگام عبور از قسمت پشتی پالس، زمانی که محیط در حال جذب انرژی است، زیرا ذخیره خود قبلاً به دلیل انتقال به پالس نور مصرف شده است. جذب باعث افزایش نه، بلکه ضعیف شدن تکانه می شود و به این ترتیب تکانه در قسمت جلویی تقویت و در قسمت پشتی ضعیف می شود. بیایید تصور کنیم که با استفاده از دستگاهی که با سرعت نور در محیط تقویت کننده حرکت می کند، یک پالس را مشاهده می کنیم. اگر رسانه شفاف بود، ما تکانه را در بی حرکتی منجمد می‌کردیم. در محیطی که فرآیند فوق الذکر در آن اتفاق می افتد، تقویت لبه جلویی و ضعیف شدن لبه انتهایی پالس به گونه ای برای مشاهده گر ظاهر می شود که به نظر می رسد رسانه، پالس را به جلو برده است. اما از آنجایی که دستگاه (ناظر) با سرعت نور حرکت می کند و ضربه از آن سبقت می گیرد، پس سرعت ضربه از سرعت نور بیشتر می شود! این اثر است که توسط آزمایشگران ثبت شد. و در اینجا واقعاً هیچ تناقضی با نظریه نسبیت وجود ندارد: فرآیند تقویت به سادگی به گونه ای است که غلظت فوتون هایی که زودتر بیرون آمده اند بیشتر از فوتون هایی است که دیرتر بیرون آمده اند. این فوتون ها نیستند که با سرعت های فوق نوری حرکت می کنند، بلکه پوشش پالس، به ویژه حداکثر آن، که روی یک اسیلوسکوپ مشاهده می شود.

بنابراین، در حالی که در رسانه‌های معمولی همیشه تضعیف نور و کاهش سرعت آن وجود دارد که توسط ضریب شکست تعیین می‌شود، در رسانه‌های لیزر فعال نه تنها نور تقویت می‌شود، بلکه انتشار یک پالس با سرعت فوق‌شورایی نیز وجود دارد.

برخی از فیزیکدانان سعی کرده اند به صورت تجربی وجود حرکت ابرشورایی را در طول اثر تونل - یکی از شگفت انگیزترین پدیده های مکانیک کوانتومی - اثبات کنند. این اثر در این واقعیت است که یک ریزذره (به طور دقیق تر، یک ریز شی که تحت شرایط مختلف هم ویژگی های یک ذره و هم خواص یک موج را نشان می دهد) می تواند از طریق به اصطلاح مانع پتانسیل نفوذ کند - پدیده ای کاملاً در مکانیک کلاسیک غیرممکن است (که در آن چنین موقعیتی شبیه به آن است: توپی که به دیوار پرتاب می‌شود به سمت دیگر دیوار ختم می‌شود، یا حرکت موج مانندی که به طنابی که به دیوار بسته شده است منتقل می‌شود. طنابی که از طرف دیگر به دیوار بسته شده است). ماهیت اثر تونل در مکانیک کوانتومی به شرح زیر است. اگر یک ریز شی با انرژی معین با ناحیه ای با انرژی پتانسیلاین ناحیه بیش از انرژی میکرو جسم مانعی برای آن است که ارتفاع آن با اختلاف انرژی تعیین می شود. اما ریز شیء از طریق مانع "نشت" می کند! این امکان را رابطه نامعین هایزنبرگ که برای انرژی و زمان تعامل نوشته شده است به او داده است. اگر برهم کنش یک ریز شی با یک مانع در مدت زمان نسبتاً معینی اتفاق بیفتد، برعکس، انرژی ریز شیء با عدم قطعیت مشخص می شود و اگر این عدم قطعیت از مرتبه ارتفاع مانع باشد، آنگاه دومی مانعی غیرقابل عبور برای ریز شی نیست. سرعت نفوذ از طریق یک مانع بالقوه موضوع تحقیق تعدادی از فیزیکدانان است که معتقدند می تواند از آن فراتر رود. با.

در ژوئن 1998، یک سمپوزیوم بین المللی در مورد مشکلات حرکت ابرشورایی در کلن برگزار شد، که در آن نتایج به دست آمده در چهار آزمایشگاه - در برکلی، وین، کلن و فلورانس مورد بحث قرار گرفت.

و سرانجام، در سال 2000، گزارش هایی در مورد دو آزمایش جدید ظاهر شد که در آنها اثرات انتشار ابر نور ظاهر شد. یکی از آنها توسط لیجون وانگ و همکارانش در موسسه تحقیقاتی پرینستون (ایالات متحده آمریکا) اجرا شد. نتیجه آن این است که یک پالس نور وارد محفظه ای پر از بخار سزیم می شود، سرعت آن را 300 برابر افزایش می دهد. مشخص شد که قسمت اصلی پالس از دیواره دور محفظه حتی زودتر از اینکه پالس از طریق دیواره جلویی وارد محفظه شود، خارج شده است. این وضعیت نه تنها در تضاد است حس مشترک، اما در اصل، نظریه نسبیت است.

پیام L. Wong باعث بحث شدید بین فیزیکدانان شد که اکثر آنها تمایلی به مشاهده نقض اصول نسبیت در نتایج به دست آمده نداشتند. آنها معتقدند چالش، توضیح صحیح این آزمایش است.

در آزمایش L. Wong، پالس نوری که با بخار سزیم وارد محفظه می شود، مدت زمان حدود 3 میکرو ثانیه داشت. اتم های سزیم می توانند در شانزده حالت مکانیکی کوانتومی ممکن وجود داشته باشند که به آنها «زیرسطح مغناطیسی فوق ظریف حالت پایه» می گویند. با استفاده از پمپاژ لیزری نوری، تقریباً همه اتم‌ها تنها به یکی از این شانزده حالت، مطابق با دمای تقریباً صفر مطلق در مقیاس کلوین (273.15- درجه سانتیگراد) آورده شدند. طول محفظه سزیوم 6 سانتی متر بود. در خلاء، نور 6 سانتی متر در 0.2 ns حرکت می کند. همانطور که اندازه گیری ها نشان داد، پالس نور از محفظه با سزیم در زمانی که 62 ns کمتر از خلاء بود عبور کرد. به عبارت دیگر مدت زمانی که یک پالس از محیط سزیمی عبور می کند علامت منفی دارد! در واقع، اگر 62 ns را از 0.2 ns کم کنیم، زمان «منفی» به دست می‌آید. این "تاخیر منفی" در محیط - یک پرش زمانی نامفهوم - برابر با زمانی است که طی آن پالس 310 عبور از محفظه را در خلاء انجام می دهد. پیامد این "برگشت زمانی" این بود که پالس خروجی از محفظه موفق شد قبل از رسیدن پالس ورودی به دیواره نزدیک اتاق، 19 متر از آن دور شود. چگونه می توان چنین وضعیت باورنکردنی را توضیح داد (مگر اینکه، البته در خلوص آزمایش شک کنیم)؟

با قضاوت بر اساس بحث در حال انجام، توضیح دقیقی هنوز پیدا نشده است، اما شکی نیست که خواص پراکندگی غیرعادی محیط در اینجا نقش دارد: بخار سزیم، متشکل از اتم های برانگیخته شده توسط نور لیزر، محیطی با پراکندگی غیرعادی است. . اجازه دهید به طور خلاصه یادآوری کنیم که چیست.

پراکندگی یک ماده، وابستگی فاز (معمولی) ضریب شکست است nدر طول موج نور l. با پراکندگی معمولی، ضریب شکست با کاهش طول موج افزایش می‌یابد و این مورد در شیشه، آب، هوا و سایر مواد شفاف به نور است. در موادی که نور را به شدت جذب می‌کنند، سیر ضریب شکست با تغییر طول موج معکوس می‌شود و بسیار تندتر می‌شود: با کاهش l (افزایش فرکانس w)، ضریب شکست به شدت کاهش می‌یابد و در یک منطقه طول موج معین کمتر از واحد می‌شود. (سرعت فاز V f > با). این پراکندگی غیرعادی است که در آن الگوی انتشار نور در یک ماده به شدت تغییر می کند. سرعت گروه V gr از سرعت فاز امواج بیشتر می شود و می تواند از سرعت نور در خلاء تجاوز کند (و همچنین منفی شود). L. Wong به این شرایط به عنوان دلیلی برای امکان توضیح نتایج آزمایش خود اشاره می کند. البته لازم به ذکر است که شرط V gr > باکاملاً رسمی است، زیرا مفهوم سرعت گروه برای مورد پراکندگی کوچک (عادی) برای رسانه های شفاف، زمانی که گروهی از امواج تقریباً شکل خود را در طول انتشار تغییر نمی دهند، معرفی شد. در مناطق پراکندگی غیرعادی، پالس نور به سرعت تغییر شکل می دهد و مفهوم سرعت گروهی معنای خود را از دست می دهد. در این حالت مفاهیم سرعت سیگنال و سرعت انتشار انرژی معرفی می شوند که در محیط های شفاف با سرعت گروه منطبق است و در محیط های دارای جذب کمتر از سرعت نور در خلاء باقی می ماند. اما نکته جالب در مورد آزمایش وونگ اینجاست: یک پالس نور که از محیطی با پراکندگی غیرعادی می گذرد، تغییر شکل نمی دهد - دقیقاً شکل خود را حفظ می کند! و این با این فرض مطابقت دارد که تکانه با سرعت گروهی منتشر می شود. اما اگر اینطور باشد، معلوم می شود که هیچ جذبی در محیط وجود ندارد، اگرچه پراکندگی غیرعادی محیط دقیقاً به دلیل جذب است! خود وونگ، در حالی که اذعان می‌کند که بسیاری از موارد نامشخص باقی می‌مانند، معتقد است که آنچه در مجموعه آزمایشی او اتفاق می‌افتد را می‌توان با تقریب اول به وضوح به شرح زیر توضیح داد.

یک پالس نوری از اجزای بسیاری با طول موج (فرکانس) متفاوت تشکیل شده است. شکل سه مورد از این مؤلفه ها را نشان می دهد (امواج 1-3). در نقطه ای، هر سه موج در فاز هستند (حداکثر آنها منطبق هستند). در اینجا آنها با جمع شدن، یکدیگر را تقویت می کنند و یک انگیزه را تشکیل می دهند. با انتشار بیشتر آنها در فضا، امواج از بین می روند و در نتیجه یکدیگر را خنثی می کنند.

در ناحیه پراکندگی غیرعادی (داخل سلول سزیم)، موجی که کوتاهتر بود (موج 1) بلندتر می شود. برعکس، موجی که طولانی ترین موج از این سه بود (موج 3) کوتاه ترین موج می شود.

در نتیجه، فازهای امواج بر این اساس تغییر می کنند. هنگامی که امواج از سلول سزیوم عبور کردند، جبهه موج آنها بازیابی می شود. سه موج مورد بحث پس از انجام یک مدولاسیون فاز غیرمعمول در یک ماده با پراکندگی غیرعادی، دوباره در نقطه ای خود را در فاز می یابند. در اینجا دوباره جمع می‌شوند و پالسی دقیقاً به همان شکلی که وارد محیط سزیوم می‌شود تشکیل می‌دهند.

به طور معمول در هوا، و در واقع در هر محیط شفاف با پراکندگی معمولی، یک پالس نوری نمی تواند شکل خود را به طور دقیق حفظ کند هنگام انتشار در فاصله ای دور، یعنی، تمام اجزای آن نمی توانند در هر نقطه دور از مسیر انتشار فاز شوند. و در شرایط عادی، پس از مدتی یک پالس نور در چنین نقطه ای دور ظاهر می شود. با این حال، به دلیل خواص غیرعادی محیط مورد استفاده در آزمایش، پالس در یک نقطه دور به همان روشی که هنگام ورود به این محیط فازبندی شده بود، مشخص شد. بنابراین، پالس نور طوری رفتار می کند که گویی در راه رسیدن به نقطه ای دور، تاخیر زمانی منفی داشته است، یعنی نه دیرتر، بلکه زودتر از زمانی که از محیط عبور کرده است، به آن می رسد!

اکثر فیزیکدانان تمایل دارند که این نتیجه را با ظهور یک پیش ماده با شدت کم در محیط پراکنده محفظه مرتبط کنند. واقعیت این است که در طی تجزیه طیفی یک پالس، طیف حاوی اجزایی از فرکانس های خودسرانه بالا با دامنه بسیار ناچیز است، به اصطلاح پیشرو، که جلوتر از "قسمت اصلی" پالس است. ماهیت استقرار و شکل پیش ساز به قانون پراکندگی در محیط بستگی دارد. با در نظر گرفتن این موضوع، توالی رویدادها در آزمایش ونگ پیشنهاد می‌شود که به صورت زیر تفسیر شود. موج ورودی که منادی را جلوتر از خود "کشش" می کند، به دوربین نزدیک می شود. قبل از اینکه اوج موج ورودی به دیواره نزدیک محفظه برخورد کند، پیش ساز یک پالس در محفظه ظاهر می شود که به دیواره دور می رسد و از آن منعکس می شود و یک "موج معکوس" را تشکیل می دهد. این موج 300 برابر سریعتر گسترش می یابد با، به دیوار نزدیک می رسد و با موج ورودی برخورد می کند. قله های یک موج با فرورفتگی موج دیگر برخورد می کنند، به طوری که یکدیگر را نابود می کنند و در نتیجه چیزی باقی نمی ماند. معلوم می‌شود که موج ورودی «بدهی» را به اتم‌های سزیم بازپرداخت می‌کند، که در انتهای دیگر محفظه به آن انرژی «قرض داد». هرکسی که فقط ابتدا و انتهای آزمایش را تماشا می‌کرد، تنها یک پالس نور را می‌دید که در زمان به جلو می‌پرید و سریع‌تر حرکت می‌کرد. با.

L. Wong معتقد است که آزمایش او با نظریه نسبیت سازگار نیست. او معتقد است که بیانیه در مورد دست نیافتنی بودن سرعت ابر نوری فقط در مورد اجسامی با جرم سکون صدق می کند. نور را می‌توان یا به صورت امواج، که مفهوم جرم برای آن‌ها به طور کلی غیرقابل استفاده است، یا به شکل فوتون‌هایی با جرم سکون، همانطور که مشخص است، برابر با صفر نشان داد. بنابراین، سرعت نور در خلاء، به گفته وونگ، حد نیست. با این حال، وونگ اعتراف می کند که اثری که او کشف کرد، انتقال اطلاعات را با سرعتی بیشتر از با.

P. Milonni، فیزیکدان در آزمایشگاه ملی لوس آلاموس در ایالات متحده می گوید: "اطلاعات اینجا قبلاً در لبه اصلی پالس موجود است." آن را نمی فرستند.»

اکثر فیزیکدانان بر این باورند شغل جدیدضربه کوبنده ای به اصول اساسی وارد نمی کند. اما همه فیزیکدانان معتقد نیستند که این مشکل حل شده است. پروفسور A. Ranfagni از ایتالیایی گروه تحقیقاتیاو که آزمایش جالب دیگری را در سال 2000 انجام داد، معتقد است که این سوال هنوز باز است. این آزمایش که توسط Daniel Mugnai، Anedio Ranfagni و Rocco Ruggeri انجام شد، کشف کرد که امواج رادیویی با موج سانتی متری در سفرهای معمولی هوا با سرعت های بیش از با 25 درصد

به طور خلاصه می توان موارد زیر را بیان کرد. آثار سالهای اخیرنشان می دهد که تحت شرایط خاص سرعت ابر نور واقعاً می تواند رخ دهد. اما دقیقاً چه چیزی با سرعت های فوق العاده در حال حرکت است؟ نظریه نسبیت، همانطور که قبلاً ذکر شد، چنین سرعتی را برای اجسام مادی و سیگنال های حامل اطلاعات ممنوع می کند. با این وجود، برخی از محققان به طور مداوم در تلاش برای نشان دادن غلبه بر مانع نوری به طور خاص برای سیگنال ها هستند. دلیل این امر در این واقعیت نهفته است که نظریه نسبیت خاص توجیه ریاضی دقیقی ندارد (مثلاً بر اساس معادلات ماکسول برای میدان الکترومغناطیسی) عدم امکان انتقال سیگنال با سرعت بیشتر از با. چنین غیرممکنی در STR، می‌توان گفت، صرفاً از نظر محاسباتی، بر اساس فرمول اینشتین برای جمع کردن سرعت‌ها ایجاد می‌شود، اما این اساساً توسط اصل علیت تأیید می‌شود. خود انیشتین با توجه به موضوع انتقال سیگنال ابرشورایی نوشت که در این مورد «... ما مجبوریم مکانیزم انتقال سیگنال را ممکن بدانیم که در آن عمل به دست آمده مقدم بر علت باشد. دیدگاه خود را شامل نمی شود، به نظر من، هیچ تناقضی وجود ندارد؛ با این حال، آنقدر با ماهیت تمام تجربیات ما در تضاد است که عدم امکان فرض V > sبه نظر می رسد به اندازه کافی ثابت شده است." اصل علیت سنگ بنای عدم امکان انتقال سیگنال ابر نور است. سیگنال‌ها، زیرا طبیعت جهان ما چنین است.

در پایان، باید تأکید کرد که همه موارد فوق به طور خاص در مورد جهان ما، در جهان ما صدق می کند. این رزرو به این دلیل انجام شد که اخیراً فرضیه‌های جدیدی در اخترفیزیک و کیهان‌شناسی ظاهر شده‌اند که امکان وجود بسیاری از جهان‌های پنهان از ما را فراهم می‌کند که توسط تونل‌های توپولوژیکی - پرش‌ها به هم متصل شده‌اند. این دیدگاه، برای مثال، توسط اخترفیزیکدان معروف N.S. Kardashev مشترک است. برای یک ناظر خارجی، ورودی این تونل ها با میدان های گرانشی غیرعادی مانند سیاهچاله ها نشان داده می شود. حرکات در چنین تونل هایی، همانطور که نویسندگان فرضیه ها پیشنهاد می کنند، دور زدن محدودیت سرعت حرکت تحمیل شده در فضای معمولی توسط سرعت نور و در نتیجه تحقق ایده ایجاد را ممکن می سازد. یک ماشین زمان... این امکان وجود دارد که در چنین جهان هایی چیزی غیرعادی برای ما واقعاً اتفاق بیفتد. و اگرچه در حال حاضر چنین فرضیه‌هایی بیش از حد یادآور داستان‌های علمی تخیلی هستند، اما به سختی باید امکان اساسی مدل چند عنصری از ساختار جهان مادی را رد کرد. چیز دیگر این است که همه این جهان‌های دیگر، به احتمال زیاد، ساخت‌های ریاضی محض فیزیکدانان نظری باقی خواهند ماند که در کیهان ما زندگی می‌کنند و با قدرت افکارشان در تلاش برای یافتن جهان‌های بسته به روی ما هستند...

موضوع را در همین موضوع ببینید