Чи можна рухатися швидше за світло? Чи можливий надсвітовою політ? Способи подолання надсвітовою швидкості.

Американські астрофізики розробили математичну модель гіперпросторового приводу, що дозволяє долати космічні відстані зі швидкістю вище швидкості світла в 10³² раз, що дозволяє протягом пари годин злітати в сусідню галактику і повернутися назад.

При польоті люди не відчуватимуть перевантажень, які відчуваються в сучасних авіалайнерах, правда в металі такий двигун зможе з'явитися хіба що через кілька сотень років.

Механізм дії приводу заснований на принципі двигуна деформації простору (Warp Drive), який запропонував в 1994 р мексиканський фізик Мігель Алькубіерре. Американцям залишилося лише доопрацювати модель і провести більш детальні підрахунки.
"Якщо перед кораблем стискати простір, а позаду нього, навпаки, розширювати, то навколо корабля з'явиться просторово-часової міхур, - каже один з авторів дослідження, Річард Обоусі. - Він огортає корабель і вириває його зі звичайного світу в свою систему координат. За рахунок різниці тиску простору-часу ця бульбашка здатний рухатися в будь-якому напрямку, долаючи світловий поріг на тисячі порядків. "

Імовірно, деформуватися простір навколо корабля зможе за рахунок маловивченого потоку темної енергії. "Темна енергія - дуже погано вивчена субстанція, відкрита порівняно недавно і пояснює, чому галактики як би розлітаються одна від одної, - розповів старший науковий співробітник відділу релятивістської астрофізики Державного астрономічного інституту ім. Штернберга МГУ Сергій Попов. - Існує кілька її моделей, але який -то загальноприйнятою немає. Американці взяли за основу модель, засновану на додаткових вимірах, і кажуть, що можна локально змінювати властивості цих вимірювань. тоді вийде, що в різних напрямках можуть бути різні космологічні константи. і тоді корабель в міхурі почне рухатися ".

Пояснити таке "поведінку" Всесвіту може "теорія струн", згідно з якою все наше простір пронизаний безліччю інших вимірів. Їх взаємодія між собою породжує відразливу силу, яка здатна розширювати не тільки речовина, як, наприклад, галактики, але і саме тіло простору. Цей ефект отримав назву "інфляція Всесвіту".

"З перших секунд свого існування Всесвіт розтягується, - пояснює доктор фізико-математичних наук, співробітник Астро-космічного центру Фізичного інституту ім. Лебедєва Руслан Мецаєв. - І цей процес триває досі". Знаючи все це, можна спробувати розширювати або звужувати простір штучно. Для цього пропонується впливати на інші виміри, тим самим шматок простору нашого світу почне рух в потрібному напрямку.

При цьому закони теорії відносності не порушуються. Усередині міхура залишаться ті ж самі закони фізичного світу, а швидкість світла буде граничною. На цю ситуацію не поширюється і так званий ефект близнюків, що оповідає про те, що при космічні подорожі зі світловими швидкостями час усередині корабля значно сповільнюється і космонавт, повернувшись на землю, зустріне свого брата-близнюка вже глибоким старцем. Двигун Warp Dreve позбавляє від цієї неприємності, тому як штовхає простір, а не корабель.

Американці вже підшукали і мета для майбутнього польоту. Це планета Gliese 581 (Глізе 581), на якій кліматичні умови і сила тяжіння наближається до земних. Відстань до неї становить 20 світлових років, і навіть за умови, що Warp Drive буде працювати в трильйони разів слабкіше максимальної потужності, час шляху до неї складе всього кілька секунд.

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

Коментарі: 1

Як відомо, людина живе в 3х вимірах - довжина, ширина і висота. Виходячи з "теорії струн", у Всесвіті існує 10 вимірів, перші шість з яких між собою пов'язані. На даному відео розповідається про всі ці вимірювання, включаючи 4 останніх, в рамках уявлень про Всесвіт.

Мічіо Каку

Ця книга, звичайно ж, не розважальне читання. Це те, що називається «інтелектуальний бестселер». Чим, власне, займається сучасна фізика? Якою є нинішня модель Всесвіту? Як розуміти «багатовимірність» простору і часу? Що таке паралельні світи? Наскільки ці поняття як об'єкт дослідження науки відрізняються від релігійно-езотеричних ідей?

Ендрю Понтцен, Том гвинт

Поняття простору відповідає на питання «де?». Поняття часу відповідає на питання «коли?». Часом, для того щоб побачити правильну картину всесвіту, треба взяти ці два поняття і з'єднати.

Мічіо Каку

Ще зовсім недавно нам важко було навіть уявити сьогоднішній світ звичних речей. Які сміливі прогнози письменників-фантастів і авторів фільмів про майбутнє мають шанс збутися у нас на очах? На це питання намагається відповісти Митио Каку, американський фізик японського походження і один з авторів теорії струн. розповідаючи простою мовою про найскладніші явища та новітніх досягненнях сучасної науки і техніки, він прагне пояснити основні закони Всесвіту.

Плеча цього сором'язливого людини в 1994 році сама королева торкнулася шпагою, виробляючи його в лицарі. У парадоксальну логіку Роджера Пенроуза мало хто вірить - настільки вона неймовірна. З нею мало хто сперечається - настільки вона бездоганна. У цій замітці лицар фізики розповість про Всесвіт, бога і людський розум. І все нарешті стало на свої місця.

Тисячі років астрономи покладалися у своїх дослідженнях лише на видиме світло. У XX столітті їх зір охопило весь електромагнітний спектр - від радіохвиль до гамма-променів. Космічні апарати, діставшись до інших небесних тіл, Наділили астрономів дотиком. Нарешті, спостереження заряджених частинок і нейтрино, що випускаються далекими космічними об'єктами, дали астрономам аналог нюху. Але до сих пір у них немає слуху. Звук не проходить через космічний вакуум. Зате він не є перешкодою для хвиль іншого роду - гравітаційних, які теж приводять до коливання предметів. Ось тільки зареєструвати ці примарні хвилі поки не вдалося. Але астрономи впевнені, що знайдуть «слух» в найближче десятиліття.

Шон Керролл, Вільям Крейг

«Телеологічний аргумент про тонкій настройці фундаментальних констант - кращий аргумент, який є у теїстів, коли мова заходить про космології. Тому що тут йде гра за правилами: є феномен, є параметри фізики елементарних частинок і космології, і у вас є дві різні моделі: теїзм і натуралізм, і ви хочете порівняти, яка модель краще відповідає даним ». Шон Керролл в дебатах з філософом Вільямом Крейгом показує, що аргумент про тонкій настройці зовсім не переконливий, і призводить п'ять причин, чому теїзм не пропонує рішення для можливої \u200b\u200bпроблеми тонкої настройки.

Для виникнення життя необхідна основа. Наш Всесвіт синтезувала атомні ядра на початковому етапі своєї історії. Ядра зловили електрони, щоб сформувати атоми. Скупчення атомів утворили галактики, зірки і планети. Нарешті, у живих істот з'явилося місце, яке вони могли назвати будинком. Ми сприймаємо як даність, що закони фізики допускають появу таких структур, але все могло бути інакше.

БАР'ЄР ШВИДКОСТІ СВІТЛА, НАРЕШТІ, перестрибнути! У США зроблена спроба спростувати чергову наукову догму. Постулат, свого часу висунутий А. Ейнштейном, констатує, що швидкість світла, що досягає в вакуумі 300 тис. Км / с - це максимум, який може бути досягнутий в природі. Професор Раймонд Чу, з університету Берклі, в своїх експериментах досяг швидкості, що перевищує класичну в 1,7 рази. Нині дослідники з інституту корпорації NEC в Прінстоні пішли ще дальше.МОЩНИЙ ІМПУЛЬС СВІТЛА пропускався через 6-сантиметрову «колбу», заповнену спеціально приготованим газоподібним цезієм, - описує хід досвіду кореспондент газети «Санді Таймс», посилаючись на керівника експерименту доктора Лідж-на Ванга .

І прилади показали неймовірну річ - поки основна частина світла зі своєю звичайною швидкістю проходила крізь цезієві осередок, якісь спритні фотони встигали добігти до протилежної стіни лабораторії, що знаходиться приблизно в 18 м, і відзначитися на розташованих там датчиках. Фізики підрахували і переконалися: якщо частки- «торопигі» пролітали 18 м за той же час, за яке нормальні фотони проходили крізь 6-сантиметрову «колбу», - значить, їх швидкість в 300 разів перевищувала швидкість світла! А це порушує непорушність ейнштейнівською константи, коливає самі підвалини теорії відносності ...

Щоб хоч якось захистити авторитет великого фізика, дослідники з Прінстона висунули припущення, що «швидкі фотони» зовсім і не долають відстань від джерела світла до датчиків, а як би зникають в одному місці і миттєво виникають вже в іншому. Тобто в наявності так званий ефект нуль ранспортіровкі, або телепортації, про яку так багато писали фантасти у своїх романах. Втім, в ході подальших перевірочних експериментів з'ясувалося, що деякі фотони начебто прибувають в точку призначення навіть раніше, ніж включається їх джерело!

Погодьтеся, цей факт порушує вже не тільки постулати теорії відносності Ейнштейна, а й фундаментальні уявлення про природу Часу, яке, як прийнято вважати, тече тільки в одну сторону і не може бути повернуто назад.

Логічним тут було б тільки одне пояснення - «колба» з газоподібним цезієм працює як своєрідна «машина часу», що посилає частину світлових фотонів в минуле, що і дозволяє їм досягати датчиків раніше, ніж включався джерело світла. НАСТІЛЬКИ НЕЙМОВІРНІ ЕКСПЕРИМЕНТИ вчених з Прінстона не могли не привернути уваги їхніх колег з інших дослідницьких організацій. І не всі з них висловилися з цього приводу скептично.

Керівники Італійського державного дослідного ради повідомили, що недавно їм теж вдалося розігнати мікрохвилі зі швидкістю, на 25% перевищує швидкість світла. Тому в повній достовірності повідомлення американців вони не сумніваються. І все ж поки що важко однозначно оцінити результати експериментів в Прінстоні, так як в повідомленнях, що з'явилися в зарубіжній пресі, сенсаційні досліди описуються лише в загальних рисах.

Найвірогіднішим поясненням їх, як це вже не раз бувало, в результаті може виявитися елементарна помилка приладів. Але якщо, припустимо, сенсація підтвердиться, то це допоможе пояснити і інші загадкові порушення причинно-наслідкових зв'язків, над якими досі марно б'ються вчені. Візьмемо, наприклад, дивний дар передбачення, яким володіють деякі живі істоти. Так, ще в 1930-і рр. лікар-мікробіолог С.Т.Вельтхофер виявив, що коринебактерії (одноклітинні мікроби, що живуть в дихальних шляхах людини) починають активно розмножуватися в певні періоди часу (за кілька діб до того, як астрономи фіксують на Сонце черговий спалах).

Суть явища зрозуміла: зростаюча сонячна радіація (причина) згубна для цих бактерій, і спрацьовує захисний механізм, що змушує їх посилено розмножуватися (наслідок), щоб зберегти популяцію. Дивно інше - як мікроби заздалегідь «визначають» час виникнення спалаху на Сонці?

Ніяких фізичних провісників, які заздалегідь могли б попередити про сонячному викиді, прилади не реєстрували. У наявності тимчасової феномен, коли
наслідок спостерігається раніше причини. Існування світових фотонов- «поспішайок», що досягають мішені ще до того, як відбувається спалах, могло б пояснити його. А ПОКИ експериментатор СПЕРЕЧАЮТЬСЯ, можуть або не можуть існувати надшвидкісні фотони, теоретики намагаються не тільки пояснити що спостерігаються явища, але і знайти їм практичне застосування.

Як вважає, наприклад, співробітник Головної астрономічної обсерваторії в Пулково, кандидат фізико-математичних наук Сергій Красніков, космічні кораблі швидкого майбутнього зможуть рухатися набагато швидше за швидкість світла. Як випливає зі слів вченого, йому вдалося виявити свого роду «лазівку» в законах фізики, яка дозволяє припустити, що навіть до найвіддаленіших районів Всесвіту можна буде дістатися практично миттєво, якщо скористатися виниклими ще під час Великого Вибуху природними тунелями - так званими «кротовінамі », що зв'язують найвіддаленіші куточки простору.

Про можливість існування таких тунелів вчені підозрюють вже давно. Але якщо раніше багато хто вважав, що вони бувають тільки крихітного діаметра (наявність саме таких і підтвердили, схоже, експерименти в Прінстоні), то Красніков своїми розрахунками доводить, що «кротовіни» можуть бути і такого солідного діаметру, що крізь них зможуть проскакувати і великі космічні кораблі, миттєво долаючи простір і час. Більш того, якщо допустити, що час в цих тунелях має властивість текти в зворотний бік, То виходить: «кротовіни» можуть працювати одночасно і «машинами часу», що переносять проникають крізь них об'єкти в більш ранні часи!

Так що кораблі, вискакують з «кротовін», можуть одночасно надаватися не тільки за тисячі парсеків від нашої планети, але і на мільйони років раніше нашої ери ... Так все це або не так, повинні показати подальші дослідження. Адже треба ще знайти ці тунелі і обстежити їх. Але перший крок в пошуках, схоже, вже зроблений ... Ще в 1994 р російський орбітальний рентгенівський телескоп «Гранат» засік в космосі два спалахи випромінювань, що виходять від якогось джерела гігантської потужності. Дані про це було передано Міжнародному астрономічному союзу з тим, щоб астрофізики, володіють необхідною апаратурою, простежили, що піде за небаченим викидом енергії.

Швидкість поширення світла дорівнює 299 792 458 метрів в секунду, але граничною величиною вона давно вже не є. «Футурист» зібрав 4 теорії, де світло вже не Міхаель Шумахер.

Американський вчений японського походження, фахівець в галузі теоретичної фізики Митио Каку впевнений, що швидкість світла цілком може бути подолана.

великий вибух

Найвідомішим прикладом, коли був подоланий світловий бар'єр, Митио Каку називає Великий вибух - надшвидкий «хлопок», що став початком розширення Всесвіту, до якого вона перебувала в сингулярному стані.

«Жоден матеріальний об'єкт не може подолати світловий бар'єр. Але порожній простір, безумовно, може рухатися швидше за світло. Ніщо не може бути більш порожнім, ніж вакуум, значить він може розширюватися швидше за швидкість світла », - упевнений учений.

Ліхтарик в нічному небі

Якщо світити ліхтарем в нічному небі, то в принципі промінь, який йде з однієї частини Всесвіту в іншу, що знаходиться на відстані багатьох світлових років, може рухатися швидше за швидкість світла. Проблема в тому, що в цьому випадку не буде матеріального об'єкта, який дійсно рухається швидше за світло. Уявіть, що ви оточені гігантської сферою діаметром один світловий рік. Зображення променя світла промчить по цій сфері за лічені секунди, не дивлячись на її розміри. Але тільки зображення променя може рухатися по нічному небу швидше за світло, а не інформація або матеріальний об'єкт.

квантова заплутаність

Швидше за швидкість світла може бути не якийсь об'єкт, а ціле явище, а точніше взаємозв'язок, яка називається квантовою заплутаністю. Це квантовомеханічної явище, при якому квантові стану двох або декількох об'єктів взаємозалежні. Щоб отримати пару квантовозапутанних фотонів, можна посвітити на нелінійний кристал лазером з певними частотою та інтенсивністю. В результаті розсіювання лазерного променя, виникнуть фотони в двох різних конусах поляризації, зв'язок між якими і буде називатися квантової заплутаністю. Отже, квантова заплутаність - це один способів взаємодії субатомних частинок, і процес зв'язку з цим може відбуватися швидше за світло.

«Якщо два електрона звести разом, вони будуть вібрувати в унісон, відповідно до квантової теорії. Але якщо потім розділити ці електрони безліччю світлових років, вони все одно будуть підтримувати зв'язок один з одним. Якщо похитнути один електрон, інший відчує цю вібрацію, причому станеться це швидше за швидкість світла. Альберт Ейнштейн думав, що це явище спростує квантову теорію, тому що ніщо не може рухатися швидше за світло, але насправді він помилявся », - каже Митио Каку.

кротові нори

Тема подолання швидкості світла обігрується в багатьох науково-фантастичних фільмах. Зараз навіть у тих, хто далекий від астрофізики, на слуху словосполучення « кротова нора», Завдяки фільму« Інтерстеллар ». Це особливе викривлення в системі простір-час, тунель в просторі, що дозволяє долати величезні відстані за мізерно малий час.

Про таких викривленнях говорять не тільки сценаристи фільмів, а й вчені. Митио Каку вважає, що Кротова нора (wormhole), або, як її ще називають, червоточина - один з двох найбільш реальних способів передавати інформацію швидше, ніж зі швидкістю світла.

Другий спосіб, пов'язаний також із змінами матерії - стиснення простору попереду вас і розширення позаду. У цьому деформованому просторі виникає хвиля, яка рухається швидше за швидкість світла, якщо управляється темною матерією.

Таким чином, єдиний реальний шанс для людини навчитися долати світловий бар'єр може ховатися в загальної теорії відносності та викривленні простору і часу. Однак все впирається в ту саму темну матерію: ніхто так і не знає, чи існує вона точно, і стабільні чи кротові нори.

March 25th 2017

подорож на надсвітовою швидкості - одна з основ космічної наукової фантастики. Однак напевно, всім - навіть людям, далеким від фізики, - відомо, що гранично можливою швидкістю руху матеріальних об'єктів або розповсюдження будь-яких сигналів є швидкість світла у вакуумі. Вона позначається буквою с і становить майже 300 тисяч кілометрів на секунду; точна величина з \u003d 299 792 458 м / с.

Швидкість світла у вакуумі - одна з фундаментальних фізичних констант. Неможливість досягнення швидкостей, що перевищують с, випливає з спеціальної теорії відносності (СТО) Ейнштейна. Якби вдалося довести, що можлива передача сигналів з надсвітовою швидкістю, теорія відносності впала б. Поки що цього не сталося, незважаючи на численні спроби спростувати заборона на існування швидкостей, великих с. Однак в експериментальних дослідженнях останнього часу було виявлено окремі вельми цікаві явища, які свідчать про те, що при спеціально створених умовах можна спостерігати сверхсветовие швидкості і при цьому принципи теорії відносності не порушуються.

Для початку нагадаємо основні аспекти, що стосуються проблеми швидкості світла.

Перш за все: чому не можна (при звичайних умовах) перевищити світловий межа? Тому, що тоді порушується фундаментальний закон нашого світу - закон причинності, відповідно до якого слідство не може випереджати причину. Ніхто ніколи не чув од, щоб, наприклад, спочатку замертво впав ведмідь, а потім вистрілив мисливець. При швидкостях ж, що перевищують с, послідовність подій стає зворотним, стрічка часу відмотується назад. У цьому легко переконатися з наступного простого міркування.

Припустимо, що ми знаходимося на якомусь космічному чудо-кораблі, що рухається швидше за світло. Тоді ми поступово наздоганяли б світло, випущений джерелом у все більш і більш ранні моменти часу. Спочатку ми наздогнали б фотони, випущені, скажімо, вчора, потім - випущені позавчора, потім - тиждень, місяць, рік назад і так далі. Якби джерелом світла було дзеркало, що відбиває життя, то ми спочатку побачили б події вчорашнього дня, потім позавчорашнього і так далі. Ми могли б побачити, скажімо, старого, який поступово перетворюється в людини середнього віку, потім в молодого, в юнака, в дитини ... Тобто час повернуло б назад, ми рухалися б із сьогодення в минуле. Причини і наслідки при цьому помінялися б місцями.

Хоча в цьому міркуванні повністю ігноруються технічні деталі процесу спостереження за світлом, з принципової точки зору воно наочно демонструє, що рух зі сверхсветовой швидкістю призводить до неможливою в нашому світі ситуації. Однак природа поставила ще більш жорсткі умови: недосяжно рух не тільки з надсвітовою швидкістю, але і зі швидкістю, яка дорівнює швидкості світла, - до неї можна тільки наближатися. З теорії відносності випливає, що при збільшенні швидкості руху виникають три обставини: зростає маса рухомого об'єкту, зменшується його розмір у напрямку руху і сповільнюється протягом часу на цьому об'єкті (з точки зору зовнішнього "покоїться" спостерігача). При звичайних швидкостях ці зміни дуже малі, але в міру наближення до швидкості світла вони стають все відчутніше, а в межі - при швидкості, що дорівнює с, - маса стає нескінченно великою, об'єкт повністю втрачає розмір в напрямку руху і час на ньому зупиняється. Тому ніяке матеріальне тіло не може досягти швидкості світла. Такий швидкістю володіє тільки сам світло! (А також "всепроникна" частка - нейтрино, яка, як і фотон, не може рухатися зі швидкістю, меншою с.)

Тепер про швидкість передачі сигналу. Тут доречно скористатися поданням світла у вигляді електромагнітних хвиль. Що таке сигнал? Це якась інформація, що підлягає передачі. Ідеальна електромагнітна хвиля - це нескінченна синусоїда строго однієї частоти, і вона не може нести ніякої інформації, бо кожен період такої синусоїди в точності повторює попередній. Швидкість переміщення фази cінусоідальной хвилі - так звана фазова швидкість - може в середовищі при певних умовах перевищувати швидкість світла у вакуумі. Тут обмеження відсутні, так як фазова швидкість не є швидкістю сигналу - його ще немає. Щоб створити сигнал, треба зробити якусь "позначку" на хвилі. Такий відміткою може бути, наприклад, зміна будь-якого з параметрів хвилі - амплітуди, частоти або початкової фази. Але як тільки відмітка зроблена, хвиля втрачає синусоидальность. Вона стає модульованим, що складається з набору простих синусоїдальних хвиль з різними амплітудами, частотами і початковими фазами - групи хвиль. Швидкість переміщення позначки в модульованої хвилі і є швидкістю сигналу. При поширенні в середовищі ця швидкість зазвичай збігається з груповою швидкістю, що характеризує поширення вищезгаданої групи хвиль в цілому (див. "Наука і життя" № 2, 2000 г.). При звичайних умовах групова швидкість, а отже, і швидкість сигналу менше швидкості світла у вакуумі. Тут не випадково вжито вислів "при звичайних умовах", бо в деяких випадках і групова швидкість може перевищувати з або взагалі втрачати сенс, але тоді вона не відноситься до поширення сигналу. В СТО встановлюється, що неможлива передача сигналу зі швидкістю, більшою с.

Чому це так? Тому, що перешкодою для передачі будь-якого сигналу зі швидкістю більше з служить все той же закон причинності. Уявімо собі таку ситуацію. В деякій точці А світлова спалах (подія 1) включає пристрій, що посилає якийсь радіосигнал, а у віддаленій точці В під дією цього сигналу відбувається вибух (подія 2). Зрозуміло, що подія 1 (спалах) - причина, а подія 2 (вибух) - наслідок, наступає пізніше причини. Але якби радіосигнал поширювався з надсвітовою швидкістю, спостерігач поблизу точки В побачив би спочатку вибух, а вже потім - дійшла до нього зі швидкістю з світловий спалах, причину вибуху. Іншими словами, для цього спостерігача подія 2 зроблю її раніше, ніж подія 1, тобто наслідок випередило б причину.

Доречно підкреслити, що "надсвітовою заборона" теорії відносності накладається тільки на рух матеріальних тіл і передачу сигналів. У багатьох ситуаціях можливий рух з будь-якою швидкістю, але це буде рух нематеріальних об'єктів і не сигналів. Наприклад, уявімо собі дві лежать в одній площині досить довгі лінійки, одна з яких розташована горизонтально, а інша перетинає її під малим кутом. Якщо першу лінійку рухати вниз (в напрямку стрілки) з великою швидкістю, Точку перетину лінійок можна змусити бігти як завгодно швидко, проте ту саму точку - не матеріальне тіло. Інший приклад: якщо взяти ліхтарик (або, скажімо, лазер, що дає вузький промінь) і швидко описати їм в повітрі дугу, то лінійна швидкість світлового зайчика буде збільшуватися з відстанню і на досить великій відстані перевищить с. Світлове пляма переміститься між точками А і В з надсвітовою швидкістю, але це не буде передачею сигналу з А в В, так як такий світловий зайчик не несе ніякої інформації про точку А.

Здавалося б, питання про сверхсветових швидкостях вирішене. Але в 60-х роках двадцятого століття фізиками-теоретиками була висунута гіпотеза існування сверхсветових частинок, названих ТАХІОН. Це дуже дивні частинки: теоретично вони можливі, але щоб уникнути протиріч з теорією відносності їм довелося приписати уявну масу спокою. Фізично уявна маса не існує, це чисто математична абстракція. Однак це не викликало особливої \u200b\u200bтривоги, оскільки тахіони не можуть перебувати в спокої - вони існують (якщо існують!) Тільки при швидкостях, що перевищують швидкість світла у вакуумі, а в цьому випадку маса ТАХІОН виявляється речової. Тут є деяка аналогія з фотонами: у фотона маса спокою дорівнює нулю, але це просто означає, що фотон не може перебувати в спокої - світло не можна зупинити.

Найбільш складним виявилося, як і слід було очікувати, примирити ТАХІОН гіпотезу з законом причинності. Спроби, що вживали в цьому напрямку, хоча і були досить дотепними, не привели до явного успіху. Експериментально зарегистриро вать тахіони також нікому не вдалося. У підсумку інтерес до ТАХІОН як до сверхсветовое елементарних частинок поступово зійшов нанівець.

Однак в 60-х же роках було експериментально виявлено явище, спочатку призвело фізиків в замішання. Про це докладно розказано в статті А. Н. Ораевскій "сверхсветовое хвилі в підсилюють середовищах" (УФН № 12, 1998 г.). Тут ми коротко наведемо суть справи, відсилаючи читача, який цікавиться подробицями, до зазначеної статті.

Незабаром після відкриття лазерів - на початку 60-х років - виникла проблема отримання коротких (тривалістю близько 1 нс \u003d 10-9 с) імпульсів світла великої потужності. Для цього короткий лазерний імпульс пропускався через оптичний квантовий підсилювач. Імпульс розщеплювався светоделі тельним дзеркалом на дві частини. Одна з них, більш потужна, прямувала в підсилювач, а інша поширювалася в повітрі і служила опорним імпульсом, з яким можна було порівнювати імпульс, який пройшов через підсилювач. Обидва імпульсу подавалися на фотоприймачі, а їх вихідні сигнали могли візуально спостерігатися на екрані осцилографа. Очікувалося, що світловий імпульс, що проходить через підсилювач, зазнає в ньому деяку затримку в порівнянні з опорним імпульсом, тобто швидкість поширення світла в підсилювачі буде менше, ніж в повітрі. Яке ж було здивування дослідників, коли вони виявили, що імпульс поширювався через підсилювач зі швидкістю не тільки більшою, ніж в повітрі, а й перевищує швидкість світла у вакуумі в кілька разів!

Оговтавшись від першого шоку, фізики стали шукати причину такого несподіваного результату. Ні у кого не виникло навіть найменшого сумніву в принципах спеціальної теорії відносності, і саме це допомогло знайти правильне пояснення: якщо принципи СТО зберігаються, то відповідь слід шукати у властивостях підсилює середовища.

Не вдаючись тут у деталі, зазначимо лише, що докладний аналіз механізму дії підсилює середовища повністю прояснив ситуацію. Справа полягала в зміні концентрації фотонів при поширенні імпульсу - зміні, обумовленому зміною коефіцієнта посилення середовища аж до від'ємного значення при проходженні задньої частини імпульсу, коли середовище вже поглинає енергію, бо її власний запас вже витрачено внаслідок передачі її світловому імпульсу. Поглинання викликає не посилення, а ослаблення імпульсу, і, таким чином, імпульс виявляється посиленим в передній і ослабленим в задній його частині. Уявімо собі, що ми спостерігаємо за імпульсом за допомогою приладу, що рухається зі швидкістю світла в середовищі підсилювача. Якби середовище було прозорою, ми бачили б застиглий в нерухомості імпульс. У середовищі ж, в якій відбувається згаданий вище процес, посилення переднього і ослаблення заднього фронту імпульсу буде представлятися спостерігачеві так, що навколишнє середовище як би посунула імпульс вперед. Але раз прилад (спостерігач) рухається зі швидкістю світла, а імпульс обганяє його, то швидкість імпульсу перевищує швидкість світла! Саме цей ефект і був зареєстрований експериментаторами. І тут дійсно немає протиріччя з теорією відносності: просто процес посилення такий, що концентрація фотонів, які вийшли раніше, виявляється більше, ніж вийшли пізніше. З надсвітовою швидкістю переміщаються НЕ фотони, а огинає імпульсу, зокрема його максимум, який і спостерігається на осцилографі.

Таким чином, в той час як в звичайних середовищах завжди відбувається ослаблення світла і зменшення його швидкості, яке визначається показником заломлення, в активних лазерних середовищах спостерігається не тільки посилення світла, а й поширення імпульсу з надсвітовою швидкістю.

Деякі фізики намагалися експериментально довести наявність сверхсветового руху при тунельному ефекті - одному з найбільш дивовижних явищ в квантовій механіці. Цей ефект полягає в тому, що мікрочастинка (точніше кажучи, мікрооб'єкт, в різних умовах виявляє як властивості частинки, так і властивості хвилі) здатна проникати через так званий потенційний бар'єр - явище, абсолютно неможливе в класичній механіці (в якій аналогом була б така ситуація : кинутий в стіну м'яч опинився б за іншу сторону стіни або ж хвилеподібний рух, придане прив'язаною до стіни мотузці, передавалося б мотузці, прив'язаної до стіни з іншого боку). Сутність тунельного ефекту в квантовій механіці полягає в наступному. Якщо мікрооб'єкт, що володіє певною енергією, зустрічає на своєму шляху область з потенційною енергією, що перевищує енергію мікрооб'єкту, ця область є для нього бар'єром, висота якого визначається різницею енергій. Але мікрооб'єкт "просочується" через бар'єр! Таку можливість дає йому відоме співвідношення невизначеностей Гейзенбер га, записане для енергії і часу взаємодії. Якщо взаємодія мікрооб'єкту з бар'єром відбувається протягом досить певного часу, то енергія мікрооб'єкту буде, навпаки, характеризуватися невизначеністю, і якщо ця невизначений ність буде порядку висоти бар'єру, то останній перестає бути для мікрооб'єкту непереборною перешкодою. Ось швидкість проникнення через потенційний бар'єр і стала предметом досліджень ряду фізиків, які вважають, що вона може перевищувати с.

У червні 1998 року в КЈльне відбувся міжнародний симпозіум з проблем сверхсветових рухів, де обговорювалися результати, отримані в чотирьох лабораторіях - в Берклі, Відні, КЈльне і у Флоренції.

І, нарешті, у 2000 році з'явилися повідомлення про двох нових експериментах, в яких проявилися ефекти сверхсветового поширення. Один з них виконав Ліджун Вонг з співробітниками в дослідницькому інституті в Прінстоні (США). Його результат полягає в тому, що світловий імпульс, що входить в камеру, наповнену парами цезію, збільшує свою швидкість в 300 разів. Виходило, що головна частина імпульсу виходить з дальньої стінки камери навіть раніше, ніж імпульс входить в камеру через передню стінку. Така ситуація суперечить не тільки здоровому глузду, але, по суті, і теорії щодо відповідності ності.

Повідомлення Л. Вонга викликало інтенсивне обговорення в колі фізиків, більшість яких не схильні бачити в отриманих результатах порушення принципів щодо сти. Завдання полягає в тому, вважають вони, щоб правильно пояснити цей експеримент.

В експерименті Л.Вонга світловий імпульс, що входить в камеру з парами цезію, мав тривалість близько 3 мкс. Атоми цезію можуть перебувати в шістнадцяти можливих квантовомеханических станах, званих "надтонкі магнітні підрівні основного стану". За допомогою оптичної лазерної накачування майже всі атоми наводилися лише в одне з цих шістнадцяти станів, відповідне майже абсолютного нуля температури за шкалою Кельвіна (-273,15оC). Довжина цезієвої камери становила 6 сантиметрів. У вакуумі світло проходить 6 сантиметрів за 0,2 нс. Через камеру же з цезієм, як показали виконані вимірювання, світловий імпульс проходив за час на 62 нс менше, ніж у вакуумі. Іншими словами, час проходження імпульсу через цезієві середу має знак "мінус"! Дійсно, якщо з 0,2 нс відняти 62 нс, отримаємо "негативний" час. Ця "негативна затримка" в середовищі - незбагненний тимчасової стрибок - дорівнює часу, протягом якого імпульс зробив би 310 проходів через камеру в вакуумі. Наслідком цього "тимчасового перевороту" стало те, що виходить з камери імпульс встиг віддалитися від неї на 19 метрів, перш ніж приходить імпульс досяг ближньої стінки камери. Як же можна пояснити таку неймовірну ситуацію (якщо, звичайно, не сумніватися в чистоті експерименту)?

Судячи з розгорнутої дискусії, точне пояснення ще не знайдено, але безсумнівно, що тут грають роль незвичайні дисперсійні властивості середовища: пари цезію, що складаються з порушених лазерним світлом атомів, представляють собою середовище з аномальною дисперсією. Нагадаємо коротко, що це таке.

Дисперсією речовини називається залежність фазового (звичайного) показника заломлення n від довжини хвилі світла l. При нормальній дисперсії показник заломлення збільшується зі зменшенням довжини хвилі, і це має місце в склі, воді, повітрі та всіх інших прозорих для світла речовинах. У речовинах ж, сильно поглинають світло, хід показника заломлення зі зміною довжини хвилі змінюється на зворотний і стає набагато крутіше: при зменшенні l (збільшенні частоти w) показник заломлення різко зменшується і в деякій області довжин хвиль стає менше одиниці (фазова швидкість Vф\u003e з ). Це і є аномальна дисперсія, при якій картина поширення світла в речовині змінюється радикально. Групова швидкість Vгр стає більше фазової швидкості хвиль і може перевищити швидкість світла у вакуумі (а також стати негативною). Л. Вонг вказує на цю обставину як на причину, що лежить в основі можливості пояснення результатів його експерименту. Слід, однак, зауважити, що умова Vгр\u003e з є чисто формальним, так як поняття групової швидкості введено для випадку малої (нормальної) дисперсії, для прозорих середовищ, коли група хвиль при поширенні майже не змінює своєї форми. В областях же аномальної дисперсії світловий імпульс швидко деформується і поняття групової швидкості втрачає сенс; в цьому випадку вводяться поняття швидкості сигналу і швидкості поширення енергії, які в прозорих середовищах збігаються з груповою швидкістю, а в середовищах з поглинанням залишаються менше швидкості світла у вакуумі. Але ось що цікаво в експерименті Вонга: світловий імпульс, пройшовши через середовище з аномальною дисперсією, не деформується - він в точності зберігає свою форму! А це відповідає допущенню про поширення імпульсу з груповий швидкістю. Але якщо так, то виходить, що в середовищі відсутня поглинання, хоча аномальна дисперсія середовища обумовлена \u200b\u200bсаме поглинанням! Сам Вонг, визнаючи, що багато ще залишається неясним, вважає, що те, що відбувається в його експериментальній установці можна в першому наближенні наочно пояснити наступним чином.

Світловий імпульс складається з безлічі складових з різними довжинами хвиль (частотами). На малюнку показані три з цих складових (хвилі 1-3). В деякій точці всі три хвилі перебувають у фазі (їх максимуми збігаються); тут вони, складаючись, підсилюють один одного і утворюють імпульс. У міру подальшого поширення в просторі хвилі расфазіруются і тим самим "гасять" один одного.

В області аномальної дисперсії (всередині цезієвої осередки) хвиля, яка була коротшою (хвиля 1), стає довшим. І навпаки, хвиля, колишня найдовшою з трьох (хвиля 3), стає найкоротшою.

Отже, відповідно змінюються і фази хвиль. Коли хвилі пройшли через цезієві осередок, їх хвильові фронти відновлюються. Зазнавши незвичайну фазову модуляцію в речовині з аномальною дисперсією, три розглянуті хвилі знову опиняються в фазі в деякій точці. Тут вони знову складаються і утворюють імпульс точно такої ж форми, як і входить в цезієві середу.

Зазвичай в повітрі і фактично в будь-який прозорому середовищі з нормальною дисперсією світловий імпульс не може точно зберігати свою форму при поширенні на віддалене відстань, тобто всі його складові не можуть бути сфазіровани в будь-якої віддаленої точки вздовж шляху поширення. І в звичайних умовах світловий імпульс в такий віддаленій точці з'являється через деякий час. Однак внаслідок аномальних властивостей використаної в експерименті середовища імпульс в віддаленій точці виявився сфазіровать так само, як і при вході в цю середу. Таким чином, світловий імпульс поводиться так, як якщо б він мав негативну тимчасову затримку на шляху до віддаленої точки, тобто прийшов би в неї не пізніше, а раніше, ніж пройшов середу!

Велика частина фізиків схильна пов'язувати цей результат з виникненням низкоинтенсивного передвісника в диспергирующей середовищі камери. Справа в тому, що при спектральному розкладанні імпульсу в спектрі присутні складові як завгодно високих частот з мізерно малою амплітудою, так званий провісник, що йде попереду "головної частини" імпульсу. Характер встановлення і форма передвісника залежать від закону дисперсії в середовищі. Маючи це на увазі, послідовність подій в експерименті Вонга пропонується інтерпретувати в такий спосіб. Приходить хвиля, "простягаючи" провісник перед собою, наближається до камери. Перш ніж пік хвилі, що приходить потрапить на ближню стінку камери, провісник ініціює виникнення імпульсу в камері, який доходить до дальньої стінки і відбивається від неї, утворюючи "зворотний хвилю". Ця хвиля, поширюючись в 300 разів швидше с, досягає ближньої стінки і зустрічається з приходить хвилею. Піки однієї хвилі зустрічаються з западинами іншої, так що вони знищують один одного і в результаті нічого не залишається. Виходить, що приходить хвиля "повертає борг" атомам цезію, які "позичали" їй енергію на іншому кінці камери. Той, хто спостерігав би тільки початок і кінець експерименту, побачив би лише імпульс світла, який "стрибнув" вперед у часі, рухаючись швидше с.

Л. Вонг вважає, що його експеримент не узгоджується з теорією відносності. Твердження про недосяжність надсвітовою швидкості, вважає він, може бути застосовано тільки до об'єктів, які мають масу спокою. Світло може бути представлений або у вигляді хвиль, до яких взагалі не застосовується поняття маси, або у вигляді фотонів з масою спокою, як відомо, дорівнює нулю. Тому швидкість світла у вакуумі, вважає Вонг, не межа. Проте Вонг визнає, що виявлений їм ефект не дає можливості передавати інформацію зі швидкістю більше с.

"Інформація тут уже укладена в передньому краї імпульсу, - каже П. Мілонов, фізик з Лос-Аламоської національної лабораторії США. - І може скластися враження про надсвітовою посилці інформації, навіть коли ви її не посилаєте".

Більшість фізиків вважають, що нова робота завдає нищівного удару по фундаментальним принципам. Але не всі фізики вважають, що проблема залагоджено. Професор А. Ранфагні з італійської дослідницької групи, яка здійснила ще один цікавий експеримент 2000 року, вважає, що питання ще залишається відкритим. Цей експеримент, проведений Даніелом Мугнаі, Анедіо Ранфагні і Рокко Руггері, виявив, що радіохвилі сантиметрового діапазону в звичайному повітрі поширюються зі швидкістю, що перевищує з на 25%.

Резюмуючи, можна сказати наступне.

роботи останніх років показують, що при певних умовах надсвітлова швидкість дійсно може мати місце. Але що саме рухається з надсвітовою швидкістю? Теорія відносності, як уже згадувалося, забороняє таку швидкість для матеріальних тіл і для сигналів, що несуть інформацію. Проте деякі дослідники досить наполегливо намагаються продемонструє ровать подолання світлового бар'єру саме для сигналів. Причина цього криється в тому, що в спеціальній теорії відносності немає строгого математичного обгрунтування (що базується, скажімо, на рівняннях Максвелла для електромагнітного поля) Неможливості передачі сигналів зі швидкістю більше с. Така неможливість в СТО встановлюється, можна сказати, чисто арифметично, виходячи з ейнштейнівською формули складання швидкостей, але фундаментальним чином це підтверджується принципом причинності. Сам Ейнштейн, розглядаючи питання про надсвітовою передачі сигналів, писав, що в цьому випадку "... ми змушені вважати можливим механізм передачі сигналу, при використанні якого досягається дію передує причини. Але, хоча цей результат з чисто логічної точки зору і не містить в собі, по-моєму, ніяких протиріч, він все ж настільки суперечить характеру всього нашого досвіду, що неможливість припущення V\u003e з представляється в достатній мірі доведеною ". Принцип причинності - ось той наріжний камінь, який лежить в основі неможливості надсвітовою передачі сигналів. І про цей камінь, мабуть, будуть спотикатися все без винятку пошуки сверхсветових сигналів, як би експериментаторам не хотілося такі сигнали виявити, бо така природа нашого світу.

Але все ж давайте уявимо, що математика відносності буде як і раніше працювати на сверхсветових швидкостях. Це означає, що теоретично ми все-таки можемо дізнатися, що сталося б, якби тілу перевищити швидкість світла.

Уявімо собі два космічних корабля, Що прямують від Землі в бік зірки, яка відстоїть від нашої планети на відстані в 100 світлових років. Перший корабель залишає Землю зі швидкістю в 50% від швидкості світла, так що на весь шлях у нього піде 200 років. Другий корабель, оснащений гіпотетичним варп-двигуном, відправиться зі швидкістю в 200% від швидкості світла, але через 100 років після першого. Що ж станеться?

Відповідно до теорії відносності, правильну відповідь багато в чому залежить від перспективи спостерігача. Із Землі буде здаватися, що перший корабель уже пройшов значну відстань, перш ніж його обігнав другий корабель, який рухається вчетверо швидше. А ось з точки зору людей, які перебувають на першому кораблі, все трохи не так.

Корабель №2 рухається швидше за світло, а значить може обігнати навіть світло, який сам же і випускає. Це призводить до свого роду «світловий хвилі» (аналог звуковий, тільки замість вібрацій повітря тут вібрують світлові хвилі), яка породжує кілька цікавих ефектів. Нагадаємо, що світло від корабля №2 рухається повільніше, ніж сам корабель. В результаті відбудеться візуальне подвоєння. Іншими словами, спочатку екіпаж корабля №1 побачить, що другий корабель виник поруч з ним немов з нізвідки. Потім, світло від другого корабля з невеликим запізненням досягне першого, і в результаті вийде видима копія, яка буде рухатися в тому ж напрямку з невеликим відставанням.

Щось подібне можна побачити в комп'ютерних іграх, коли в результаті системного збою движок прогружаются модель і її алгоритми в кінцевій точці руху швидше, ніж закінчується сама анімація руху, так що виникають множинні дублі. Ймовірно, саме тому наша свідомість і не сприймає той гіпотетичний аспект Всесвіту, в якому тіла рухаються на надсвітовою швидкості - можливо, це й на краще.

П.С. ... а ось в останньому прикладі я щось не зрозумів, чому реальний стан корабля зв'язується з "випускаються їм світлом"? Ну і нехай що бачити його будуть як то не там, але реально то він обжене перший корабель!

джерела

Доктор технічних наук А. ГОЛУБЄВ.

В середині минулого року в журналах з'явилося сенсаційне повідомлення. Група американських дослідників виявила, що дуже короткий лазерний імпульс рухається в особливим чином підібраною середовищі в сотні разів швидше, ніж у вакуумі. Це явище здавалося абсолютно неймовірним (швидкість світла в середовищі завжди менше, ніж у вакуумі) і навіть породило сумніви в справедливості спеціальної теорії відносності. Тим часом надсвітовою фізичний об'єкт - лазерний імпульс в підсилює середовищі - був вперше виявлений не у 2000 році, а на 35 років раніше, в 1965 році, і можливість сверхсветового руху широко обговорювалася до початку 70-х років. Сьогодні дискусія навколо цього дивного явища спалахнула з новою силою.

Приклади "сверхсветового" руху.

На початку 60-х років короткі світлові імпульси великої потужності стали отримувати, пропускаючи через квантовий підсилювач (середу з інверсної заселеністю) лазерну спалах.

У підсилює середовищі початкова область світлового імпульсу викликає вимушене випромінювання атомів середовища підсилювача, а кінцева його область - поглинання ними енергії. В результаті спостерігачеві буде здаватися, що імпульс рухається швидше за світло.

Експеримент Ліджуна Вонга.

Промінь світла, що проходить крізь призму з прозорого матеріалу (наприклад, скла), заломлюється, тобто відчуває дисперсію.

Світловий імпульс являє собою набір коливань різної частоти.

Напевно, всім - навіть людям, далеким від фізики, - відомо, що гранично можливою швидкістю руху матеріальних об'єктів або розповсюдження будь-яких сигналів є швидкість світла у вакуумі. Вона позначається літерою з і становить майже 300 тисяч кілометрів на секунду; точна величина з \u003d 299 792 458 м / с. Швидкість світла у вакуумі - одна з фундаментальних фізичних констант. Неможливість досягнення швидкостей, що перевищують з, Випливає зі спеціальної теорії відносності (СТО) Ейнштейна. Якби вдалося довести, що можлива передача сигналів з надсвітовою швидкістю, теорія відносності впала б. Поки що цього не сталося, незважаючи на численні спроби спростувати заборона на існування швидкостей, великих з. Однак в експериментальних дослідженнях останнього часу було виявлено окремі вельми цікаві явища, які свідчать про те, що при спеціально створених умовах можна спостерігати сверхсветовие швидкості і при цьому принципи теорії відносності не порушуються.

Для початку нагадаємо основні аспекти, що стосуються проблеми швидкості світла. Перш за все: чому не можна (при звичайних умовах) перевищити світловий межа? Тому, що тоді порушується фундаментальний закон нашого світу - закон причинності, відповідно до якого слідство не може випереджати причину. Ніхто ніколи не чув од, щоб, наприклад, спочатку замертво впав ведмідь, а потім вистрілив мисливець. При швидкостях ж, що перевищують з, Послідовність подій стає зворотним, стрічка часу відмотується назад. У цьому легко переконатися з наступного простого міркування.

Хоча в цьому міркуванні повністю ігноруються технічні деталі процесу спостереження за світлом, з принципової точки зору воно наочно демонструє, що рух зі сверхсветовой швидкістю призводить до неможливою в нашому світі ситуації. Однак природа поставила ще більш жорсткі умови: недосяжно рух не тільки з надсвітовою швидкістю, але і зі швидкістю, яка дорівнює швидкості світла, - до неї можна тільки наближатися. З теорії відносності випливає, що при збільшенні швидкості руху виникають три обставини: зростає маса рухомого об'єкту, зменшується його розмір у напрямку руху і сповільнюється протягом часу на цьому об'єкті (з точки зору зовнішнього "покоїться" спостерігача). При звичайних швидкостях ці зміни дуже малі, але в міру наближення до швидкості світла вони стають все відчутніше, а в межі - при швидкості, що дорівнює з, - маса стає нескінченно великою, об'єкт повністю втрачає розмір в напрямку руху і час на ньому зупиняється. Тому ніяке матеріальне тіло не може досягти швидкості світла. Такий швидкістю володіє тільки сам світло! (А також "всепроникна" частка - нейтрино, яка, як і фотон, не може рухатися зі швидкістю, меншою с.)

Чому це так? Тому, що перешкодою для передачі будь-якого сигналу зі швидкістю більше зслужить все той же закон причинності. Уявімо собі таку ситуацію. В деякій точці А світлова спалах (подія 1) включає пристрій, що посилає якийсь радіосигнал, а у віддаленій точці В під дією цього сигналу відбувається вибух (подія 2). Зрозуміло, що подія 1 (спалах) - причина, а подія 2 (вибух) - наслідок, наступає пізніше причини. Але якби радіосигнал поширювався з надсвітовою швидкістю, спостерігач поблизу точки В побачив би спочатку вибух, а вже потім - дійшла до нього зі швидкістю з світловий спалах, причину вибуху. Іншими словами, для цього спостерігача подія 2 зроблю її раніше, ніж подія 1, тобто наслідок випередило б причину.

Доречно підкреслити, що "надсвітовою заборона" теорії відносності накладається тільки на рух матеріальних тіл і передачу сигналів. У багатьох ситуаціях можливий рух з будь-якою швидкістю, але це буде рух нематеріальних об'єктів і не сигналів. Наприклад, уявімо собі дві лежать в одній площині досить довгі лінійки, одна з яких розташована горизонтально, а інша перетинає її під малим кутом. Якщо першу лінійку рухати вниз (в напрямку стрілки) з великою швидкістю, точку перетину лінійок можна змусити бігти як завгодно швидко, проте ту саму точку - не матеріальне тіло. Інший приклад: якщо взяти ліхтарик (або, скажімо, лазер, що дає вузький промінь) і швидко описати їм в повітрі дугу, то лінійна швидкість світлового зайчика буде збільшуватися з відстанню і на досить великій відстані перевищить с.Світлове пляма переміститься між точками А і В з надсвітовою швидкістю, але це не буде передачею сигналу з А в В, так як такий світловий зайчик не несе ніякої інформації про точку А.

Незабаром після відкриття лазерів - на початку 60-х років - виникла проблема отримання коротких (тривалістю близько 1 нс \u003d 10 -9 с) імпульсів світла великої потужності. Для цього короткий лазерний імпульс пропускався через оптичний квантовий підсилювач. Імпульс розщеплювався светоделі тельним дзеркалом на дві частини. Одна з них, більш потужна, прямувала в підсилювач, а інша поширювалася в повітрі і служила опорним імпульсом, з яким можна було порівнювати імпульс, який пройшов через підсилювач. Обидва імпульсу подавалися на фотоприймачі, а їх вихідні сигнали могли візуально спостерігатися на екрані осцилографа. Очікувалося, що світловий імпульс, що проходить через підсилювач, зазнає в ньому деяку затримку в порівнянні з опорним імпульсом, тобто швидкість поширення світла в підсилювачі буде менше, ніж в повітрі. Яке ж було здивування дослідників, коли вони виявили, що імпульс поширювався через підсилювач зі швидкістю не тільки більшою, ніж в повітрі, а й перевищує швидкість світла у вакуумі в кілька разів!

Не вдаючись тут у деталі, зазначимо лише, що детальний аналіз механізму дії підсилює середовища повністю прояснив ситуацію. Справа полягала в зміні концентрації фотонів при поширенні імпульсу - зміні, обумовленому зміною коефіцієнта посилення середовища аж до від'ємного значення при проходженні задньої частини імпульсу, коли середовище вже поглинає енергію, бо її власний запас вже витрачено внаслідок передачі її світловому імпульсу. Поглинання викликає не посилення, а ослаблення імпульсу, і, таким чином, імпульс виявляється посиленим в передній і ослабленим в задній його частині. Уявімо собі, що ми спостерігаємо за імпульсом за допомогою приладу, що рухається зі швидкістю світла в середовищі підсилювача. Якби середовище було прозорою, ми бачили б застиглий в нерухомості імпульс. У середовищі ж, в якій відбувається згаданий вище процес, посилення переднього і ослаблення заднього фронту імпульсу буде представлятися спостерігачеві так, що навколишнє середовище як би посунула імпульс вперед. Але раз прилад (спостерігач) рухається зі швидкістю світла, а імпульс обганяє його, то швидкість імпульсу перевищує швидкість світла! Саме цей ефект і був зареєстрований експериментаторами. І тут дійсно немає протиріччя з теорією відносності: просто процес посилення такий, що концентрація фотонів, які вийшли раніше, виявляється більше, ніж вийшли пізніше. З надсвітовою швидкістю переміщаються НЕ фотони, а огинає імпульсу, зокрема його максимум, який і спостерігається на осцилографі.

В експерименті Л.Вонга світловий імпульс, що входить в камеру з парами цезію, мав тривалість близько 3 мкс. Атоми цезію можуть перебувати в шістнадцяти можливих квантовомеханических станах, званих "надтонкі магнітні підрівні основного стану". За допомогою оптичної лазерної накачування майже всі атоми наводилися лише в одне з цих шістнадцяти станів, відповідне майже абсолютного нуля температури за шкалою Кельвіна (-273,15 про C). Довжина цезієвої камери становила 6 сантиметрів. У вакуумі світло проходить 6 сантиметрів за 0,2 нс. Через камеру же з цезієм, як показали виконані вимірювання, світловий імпульс проходив за час на 62 нс менше, ніж у вакуумі. Іншими словами, час проходження імпульсу через цезієві середу має знак "мінус"! Дійсно, якщо з 0,2 нс відняти 62 нс, отримаємо "негативний" час. Ця "негативна затримка" в середовищі - незбагненний тимчасової стрибок - дорівнює часу, протягом якого імпульс зробив би 310 проходів через камеру в вакуумі. Наслідком цього "тимчасового перевороту" стало те, що виходить з камери імпульс встиг віддалитися від неї на 19 метрів, перш ніж приходить імпульс досяг ближньої стінки камери. Як же можна пояснити таку неймовірну ситуацію (якщо, звичайно, не сумніватися в чистоті експерименту)?

Дисперсією речовини називається залежність фазового (звичайного) показника заломлення nвід довжини хвилі світла l. При нормальній дисперсії показник заломлення збільшується зі зменшенням довжини хвилі, і це має місце в склі, воді, повітрі та всіх інших прозорих для світла речовинах. У речовинах ж, сильно поглинають світло, хід показника заломлення зі зміною довжини хвилі змінюється на зворотний і стає набагато крутіше: при зменшенні l (збільшенні частоти w) показник заломлення різко зменшується і в деякій області довжин хвиль стає менше одиниці (фазова швидкість V ф\u003e з). Це і є аномальна дисперсія, при якій картина поширення світла в речовині змінюється радикально. групова швидкість V гр стає більше фазової швидкості хвиль і може перевищити швидкість світла у вакуумі (а також стати негативною). Л. Вонг вказує на цю обставину як на причину, що лежить в основі можливості пояснення результатів його експерименту. Слід, однак, зауважити, що умова V гр\u003e зє чисто формальним, так як поняття групової швидкості введено для випадку малої (нормальної) дисперсії, для прозорих середовищ, коли група хвиль при поширенні майже не змінює своєї форми. В областях же аномальної дисперсії світловий імпульс швидко деформується і поняття групової швидкості втрачає сенс; в цьому випадку вводяться поняття швидкості сигналу і швидкості поширення енергії, які в прозорих середовищах збігаються з груповою швидкістю, а в середовищах з поглинанням залишаються менше швидкості світла у вакуумі. Але ось що цікаво в експерименті Вонга: світловий імпульс, пройшовши через середовище з аномальною дисперсією, не деформується - він в точності зберігає свою форму! А це відповідає допущенню про поширення імпульсу з груповий швидкістю. Але якщо так, то виходить, що в середовищі відсутня поглинання, хоча аномальна дисперсія середовища обумовлена \u200b\u200bсаме поглинанням! Сам Вонг, визнаючи, що багато ще залишається неясним, вважає, що те, що відбувається в його експериментальній установці можна в першому наближенні наочно пояснити наступним чином.

Велика частина фізиків схильна пов'язувати цей результат з виникненням низкоинтенсивного передвісника в диспергирующей середовищі камери. Справа в тому, що при спектральному розкладанні імпульсу в спектрі присутні складові як завгодно високих частот з мізерно малою амплітудою, так званий провісник, що йде попереду "головної частини" імпульсу. Характер встановлення і форма передвісника залежать від закону дисперсії в середовищі. Маючи це на увазі, послідовність подій в експерименті Вонга пропонується інтерпретувати в такий спосіб. Приходить хвиля, "простягаючи" провісник перед собою, наближається до камери. Перш ніж пік хвилі, що приходить потрапить на ближню стінку камери, провісник ініціює виникнення імпульсу в камері, який доходить до дальньої стінки і відбивається від неї, утворюючи "зворотний хвилю". Ця хвиля, поширюючись в 300 разів швидше з, Досягає ближньої стінки і зустрічається з приходить хвилею. Піки однієї хвилі зустрічаються з западинами іншої, так що вони знищують один одного і в результаті нічого не залишається. Виходить, що приходить хвиля "повертає борг" атомам цезію, які "позичали" їй енергію на іншому кінці камери. Той, хто спостерігав би тільки початок і кінець експерименту, побачив би лише імпульс світла, який "стрибнув" вперед у часі, рухаючись швидше с.

Більшість фізиків вважають, що нова робота не завдає нищівного удару по фундаментальним принципам. Але не всі фізики вважають, що проблема залагоджено. Професор А. Ранфагні з італійської дослідницької групи, яка здійснила ще один цікавий експеримент 2000 року, вважає, що питання ще залишається відкритим. Цей експеримент, проведений Даніелом Мугнаі, Анедіо Ранфагні і Рокко Руггері, виявив, що радіохвилі сантиметрового діапазону в звичайному повітрі поширюються зі швидкістю, що перевищує з на 25%.

Резюмуючи, можна сказати наступне. Роботи останніх років показують, що при певних умовах надсвітлова швидкість дійсно може мати місце. Але що саме рухається з надсвітовою швидкістю? Теорія відносності, як уже згадувалося, забороняє таку швидкість для матеріальних тіл і для сигналів, що несуть інформацію. Проте деякі дослідники досить наполегливо намагаються продемонструє ровать подолання світлового бар'єру саме для сигналів. Причина цього криється в тому, що в спеціальній теорії відносності немає строгого математичного обгрунтування (що базується, скажімо, на рівняннях Максвелла для електромагнітного поля) неможливості передачі сигналів зі швидкістю більше з. Така неможливість в СТО встановлюється, можна сказати, чисто арифметично, виходячи з ейнштейнівською формули складання швидкостей, але фундаментальним чином це підтверджується принципом причинності. Сам Ейнштейн, розглядаючи питання про надсвітовою передачі сигналів, писав, що в цьому випадку "... ми змушені вважати можливим механізм передачі сигналу, при використанні якого досягається дію передує причини. Але, хоча цей результат з чисто логічної точки зору і не містить в собі, по-моєму, ніяких протиріч, він все ж настільки суперечить характеру всього нашого досвіду, що неможливість припущення V\u003e з представляється в достатній мірі доведеною ". Принцип причинності - ось той наріжний камінь, який лежить в основі неможливості надсвітовою передачі сигналів. І про цей камінь, мабуть, будуть спотикатися все без винятку пошуки сверхсветових сигналів, як би експериментаторам не хотілося такі сигнали виявити , бо така природа нашого світу.

На закінчення слід підкреслити, що все вищевикладене відноситься саме до нашого світу, до нашого Всесвіту. Таке застереження зроблено тому, що останнім часом в астрофізиці і космології з'являються нові гіпотези, що допускають існування безлічі прихованих від нас Всесвітів, з'єднаних топологічними тунелями -Перемички. Такої точки зору дотримується, наприклад, відомий астрофізик Н. С. Кардашев. Для зовнішнього спостерігача входи в ці тунелі позначаються аномальними полями тяжіння, подібно чорних дірок. Переміщення в таких тунелях, як припускають автори гіпотез, дозволять обійти обмеження швидкості руху, накладаючи емое в звичайному просторі швидкістю світла, і, отже, реалізувати ідею про створення машини часу ... Не виключено, що в подібних Всесвітів дійсно можуть відбуватися незвичайні для нас речі. І хоча поки що такі гіпотези надто вже нагадують сюжети з наукової фантастики, навряд чи слід категорично відкидати принципову можливість багатоелементної моделі пристрою матеріального світу. Інша справа, що всі ці інші Всесвіти, швидше за все, залишаться суто математичними побудовами фізиків-теоретиків, які живуть в нашому Всесвіті і силою своєї думки намагаються намацати закриті для нас світи ...

Див. В номері на ту ж тему