რა მოძრაობს უფრო სწრაფად ვიდრე სინათლის სიჩქარე. სენსაცია: ფიზიკოსებმა დააფიქსირეს სინათლის სიჩქარის გადაჭარბება

სიჩქარე უფრო მეტია ვიდრე სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში - ეს რეალობაა. აინშტაინის ფარდობითობის თეორია მხოლოდ კრძალავს ინფორმაციის სუპერლუმინალურ გადაცემას. აქედან გამომდინარე, საკმაოდ ბევრი შემთხვევაა, როდესაც საგნებს შეუძლიათ სინათლეზე უფრო სწრაფად გადაადგილება და არაფერი დაარღვიონ. დავიწყოთ ჩრდილებითა და მზის სხივებით.

თუ თქვენ ქმნით ჩრდილს შორეულ კედელზე თითიდან, რომელზედაც ანათებთ ფანარს, შემდეგ კი თითს ამოძრავებთ, ჩრდილი ბევრად უფრო სწრაფად მოძრაობს, ვიდრე თქვენი თითი. თუ კედელი მდებარეობს ძალიან შორს, მაშინ ჩრდილის მოძრაობა ჩამორჩება თითის მოძრაობას, რადგან სინათლე მაინც უნდა მიაღწიოს თითიდან კედელამდე, მაგრამ მაინც ჩრდილის სიჩქარე იგივე იქნება. რამდენჯერ მეტი. ანუ ჩრდილის სიჩქარე არ შემოიფარგლება სინათლის სიჩქარით.

ჩრდილების გარდა, მზის სხივებს შეუძლიათ სინათლეზე უფრო სწრაფად გადაადგილება. მაგალითად, მთვარისკენ მიმართული ლაზერის სხივის ლაქა. მანძილი მთვარემდე 385000 კმ. თუ ლაზერს ოდნავ ამოძრავებთ, ძლივს 1 სმ-ით გადაადგილდებით, მაშინ მას ექნება დრო, რომ მთვარეზე სინათლეზე დაახლოებით მესამედით მეტი სიჩქარით გაიაროს.

მსგავსი რამ ბუნებაშიც შეიძლება მოხდეს. მაგალითად, პულსარის, ნეიტრონული ვარსკვლავის სინათლის სხივს შეუძლია მტვრის ღრუბელი გადაიჭრას. ნათელი ციმციმი ქმნის სინათლის ან სხვა გამოსხივების გაფართოებულ გარსს. როდესაც ის ღრუბლის ზედაპირს გადაკვეთს, ის ქმნის სინათლის რგოლს, რომელიც იზრდება უფრო სწრაფად ვიდრე სინათლის სიჩქარე.

ეს ყველაფერი არის საგნების მაგალითები, რომლებიც მოძრაობენ სინათლეზე სწრაფად, მაგრამ ეს არ იყო ფიზიკური სხეულები. ჩრდილის ან კურდღლის გამოყენება ვერ გადასცემს ზელუმინალურ შეტყობინებას, ამიტომ სინათლეზე სწრაფად კომუნიკაცია არ მუშაობს.

და აი მაგალითი, რომელიც დაკავშირებულია ფიზიკურ სხეულებთან. წინ რომ ვიხედოთ, ჩვენ ვიტყვით, რომ კიდევ ერთხელ, სუპერლუმინალური შეტყობინებები არ იმუშავებს.

საცნობარო ჩარჩოში, რომელიც დაკავშირებულია მბრუნავ სხეულთან, შორეულ ობიექტებს შეუძლიათ გადაადგილება სუპერნათური სიჩქარით. მაგალითად, ალფა კენტავრი, დედამიწის საცნობარო სისტემაში, მოძრაობს სინათლის სიჩქარით 9600-ჯერ მეტი და დღეში დაახლოებით 26 სინათლის წელიწადის მანძილს „გადის“. და ზუსტად იგივე მაგალითი მთვარეზე. დადექით მისკენ და შემობრუნდით თქვენი ღერძის გარშემო რამდენიმე წამში. ამ დროის განმავლობაში ის თქვენს გარშემო ბრუნავდა დაახლოებით 2,4 მილიონი კილომეტრით, ანუ 4-ჯერ უფრო სწრაფად ვიდრე სინათლის სიჩქარე. ჰა-ჰა, თქვენ ამბობთ, ის კი არ ტრიალებდა, არამედ მე... და გახსოვდეთ, რომ ფარდობითობის თეორიაში ყველა საცნობარო სისტემა დამოუკიდებელია, მათ შორის მბრუნავიც. მაშ, რომელი მხრიდან უნდა გამოიყურებოდეს...

მაშ რა უნდა ვქნათ? სინამდვილეში, აქ წინააღმდეგობები არ არის, რადგან კიდევ ერთხელ, ეს ფენომენი არ შეიძლება გამოყენებულ იქნას შეტყობინებების ზელუმინალური გადაცემისთვის. გარდა ამისა, გაითვალისწინეთ, რომ მის სიახლოვეს მთვარე არ აღემატება სინათლის სიჩქარეს. კერძოდ, ფარდობითობის ზოგად თეორიაში დაწესებულია ყველა აკრძალვა სინათლის ადგილობრივი სიჩქარის გადაჭარბებაზე.

ასტროფიზიკოსებმა ბეილორის უნივერსიტეტიდან (აშშ) შეიმუშავეს ჰიპერსივრცის დისკის მათემატიკური მოდელი, რომელიც საშუალებას აძლევს ადამიანს იმოგზაუროს კოსმოსში სინათლის სიჩქარეზე 10³²-ჯერ მეტი სიჩქარით, რაც საშუალებას აძლევს ადამიანს გაფრინდეს მეზობელ გალაქტიკაში და დაბრუნდეს უკან რამდენიმე დღეში. საათები.

ფრენისას ადამიანი ვერ იგრძნობს იმ გადატვირთვას, რაც თანამედროვე თვითმფრინავებში იგრძნობა, თუმცა, ასეთი ძრავა მეტალში შეიძლება გამოჩნდეს მხოლოდ რამდენიმე ასეულ წელიწადში.

ამძრავის მექანიზმი დაფუძნებულია კოსმოსური დეფორმაციის ძრავის (Warp Drive) პრინციპზე, რომელიც შემოთავაზებული იყო 1994 წელს მექსიკელმა ფიზიკოსმა მიგელ ალკუბიერმა. ამერიკელებმა უბრალოდ მოდელის დახვეწა და უფრო დეტალური გამოთვლები უნდა გააკეთონ.
„თუ თქვენ შეკუმშავთ სივრცეს გემის წინ და, პირიქით, გააფართოვებთ მის უკან, მაშინ გემის ირგვლივ ჩნდება სივრცე-დროის ბუშტი“, ამბობს კვლევის ერთ-ერთი ავტორი, რიჩარდ ობუსი ხომალდი და გამოიყვანს მას ჩვეულებრივი სამყაროდან თავის კოორდინატთა სისტემაში, სივრცე-დროის წნევის სხვაობის გამო, ამ ბუშტს შეუძლია გადაადგილება ნებისმიერი მიმართულებით, გადალახოს სინათლის ბარიერი ათასობით ბრძანებით.

სავარაუდოდ, გემის ირგვლივ სივრცე დეფორმაციას შეძლებს ჯერ კიდევ ნაკლებად შესწავლილი ბნელი ენერგიის გამო. ”ბნელი ენერგია არის ძალიან ცუდად შესწავლილი ნივთიერება, რომელიც შედარებით ცოტა ხნის წინ აღმოაჩინეს და ხსნის, თუ რატომ დაფრინავენ გალაქტიკები ერთმანეთისგან”, - თქვა სერგეი პოპოვმა, მოსკოვის სახელმწიფო უნივერსიტეტის რელატივისტური ასტროფიზიკის განყოფილების უფროსი მკვლევარი. არსებობს მისი რამდენიმე მოდელი, მაგრამ რომელიც „ჯერ არ არსებობს საყოველთაოდ მიღებული მოდელი, რომელიც დაფუძნებულია დამატებით განზომილებებზე და ამბობენ, რომ შესაძლებელია ამ განზომილებების ლოკალური შეცვლა დადგინდეს, რომ შეიძლება არსებობდეს სხვადასხვა კოსმოლოგიური მუდმივები სხვადასხვა მიმართულებით და მაშინ გემი ბუშტში დაიწყებს მოძრაობას.

სამყაროს ეს „ქცევა“ შეიძლება აიხსნას „სიმების თეორიით“, რომლის მიხედვითაც მთელი ჩვენი სივრცე გაჟღენთილია მრავალი სხვა განზომილებით. მათი ურთიერთქმედება ერთმანეთთან წარმოქმნის საძაგელ ძალას, რომელსაც შეუძლია გააფართოოს არა მხოლოდ მატერია, როგორიცაა გალაქტიკები, არამედ თავად სივრცის სხეულიც. ამ ეფექტს ეწოდება "სამყაროს ინფლაცია".

"სამყარო მისი არსებობის პირველივე წამებიდან იწელება", - განმარტავს რუსლან მეცაევი, ფიზიკა-მათემატიკის მეცნიერებათა დოქტორი, ლებედევის ფიზიკური ინსტიტუტის ასტრო-კოსმოსური ცენტრის თანამშრომელი, "და ეს პროცესი გრძელდება დღემდე". ამ ყველაფრის ცოდნით, შეგიძლიათ სცადოთ სივრცის ხელოვნურად გაფართოება ან შევიწროება. ამისათვის მან უნდა მოახდინოს გავლენა სხვა განზომილებებზე, რითაც ჩვენი სამყაროს სივრცის ნაწილი დაიწყებს მოძრაობას სწორი მიმართულებით ბნელი ენერგიის ძალების გავლენის ქვეშ.

ამ შემთხვევაში ფარდობითობის თეორიის კანონები არ ირღვევა. ბუშტის შიგნით ფიზიკური სამყაროს იგივე კანონები დარჩება და სინათლის სიჩქარე მაქსიმალური იქნება. ეს სიტუაცია არ ეხება ეგრეთ წოდებულ ტყუპის ეფექტს, რომელიც გვეუბნება, რომ სინათლის სიჩქარით კოსმოსში მოგზაურობისას გემის შიგნით დრო მნიშვნელოვნად შენელდება და დედამიწაზე დაბრუნებული ასტრონავტი თავის ტყუპ ძმას ძალიან მოხუცი შეხვდება. კაცი. Warp Drive ძრავა გამორიცხავს ამ პრობლემას, რადგან ის უბიძგებს სივრცეს და არა გემს.

ამერიკელებმა უკვე იპოვეს სამიზნე მომავალი ფრენისთვის. ეს არის პლანეტა Gliese 581 (Gliese 581), რომელზეც კლიმატური პირობები და გრავიტაცია უახლოვდება დედამიწისას. მანძილი მასთან არის 20 სინათლის წელი და მაშინაც კი, თუ Warp Drive მუშაობს ტრილიონჯერ სუსტად, ვიდრე მისი მაქსიმალური სიმძლავრე, მასში მგზავრობის დრო მხოლოდ რამდენიმე წამი იქნება.

ტექნიკურ მეცნიერებათა დოქტორი ა.გოლუბევი.

გასული წლის შუა რიცხვებში ჟურნალებში სენსაციური შეტყობინება გამოჩნდა. ამერიკელმა მკვლევართა ჯგუფმა აღმოაჩინა, რომ ძალიან მოკლე ლაზერული პულსი მოძრაობს სპეციალურად შერჩეულ გარემოში ასჯერ უფრო სწრაფად, ვიდრე ვაკუუმში. ეს ფენომენი სრულიად წარმოუდგენელი ჩანდა (შუქის სიჩქარე გარემოში ყოველთვის ნაკლებია, ვიდრე ვაკუუმში) და ეჭვსაც კი ბადებდა ფარდობითობის სპეციალური თეორიის მართებულობაში. იმავდროულად, სუპერლუმინალური ფიზიკური ობიექტი - ლაზერული პულსი გამაძლიერებელ გარემოში - პირველად აღმოაჩინეს არა 2000 წელს, არამედ 35 წლით ადრე, 1965 წელს და 70-იანი წლების დასაწყისამდე ფართოდ განიხილებოდა სუპერნათური მოძრაობის შესაძლებლობა. დღეს ამ უცნაური ფენომენის ირგვლივ დისკუსია განახლებული ენერგიით დაიწყო.

"სუპერლუმინალური" მოძრაობის მაგალითები.

60-იანი წლების დასაწყისში, მოკლე მაღალი სიმძლავრის სინათლის იმპულსების მიღება დაიწყო ლაზერული ციმციმის კვანტური გამაძლიერებლის გავლით (ინვერსიული პოპულაციის მქონე საშუალება).

გამაძლიერებელ გარემოში, სინათლის პულსის საწყისი რეგიონი იწვევს გამაძლიერებელ გარემოში ატომების სტიმულირებულ გამოსხივებას, ხოლო მისი საბოლოო რეგიონი იწვევს მათ ენერგიის შთანთქმას. შედეგად, დამკვირვებელს ეჩვენება, რომ პულსი სინათლეზე უფრო სწრაფად მოძრაობს.

ლიჯუნ ვონგის ექსპერიმენტი.

გამჭვირვალე მასალისგან (მაგალითად, მინისგან) დამზადებულ პრიზმაში გამავალი სინათლის სხივი ირღვევა, ანუ განიცდის დისპერსიას.

სინათლის პულსი არის სხვადასხვა სიხშირის რხევების ერთობლიობა.

ალბათ ყველამ - თუნდაც ფიზიკისგან შორს მყოფმა ადამიანებმა - იცის, რომ მატერიალური ობიექტების მოძრაობის მაქსიმალური სიჩქარე ან რაიმე სიგნალის გავრცელება არის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში. იგი აღინიშნება ასოთი თანდა არის თითქმის 300 ათასი კილომეტრი წამში; ზუსტი ღირებულება თან= 299,792,458 მ/წმ. სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში ერთ-ერთი ფუნდამენტური ფიზიკური მუდმივია. გადაჭარბებული სიჩქარის მიღწევის შეუძლებლობა თან, გამომდინარეობს აინშტაინის ფარდობითობის სპეციალური თეორიიდან (STR). თუ შეიძლება დადასტურდეს, რომ სიგნალების გადაცემა სუპერნათური სიჩქარით შესაძლებელია, ფარდობითობის თეორია დაეცემა. ჯერჯერობით ეს არ მომხდარა, მიუხედავად მრავალი მცდელობისა, უარყოს აკრძალვა იმაზე მეტი სიჩქარის არსებობის შესახებ თან. თუმცა, ბოლოდროინდელმა ექსპერიმენტულმა კვლევებმა გამოავლინა რამდენიმე ძალიან საინტერესო ფენომენი, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ სპეციალურად შექმნილ პირობებში სუპერნათური სიჩქარის დაკვირვება შესაძლებელია ფარდობითობის თეორიის პრინციპების დარღვევის გარეშე.

დასაწყისისთვის, მოდით გავიხსენოთ ძირითადი ასპექტები, რომლებიც დაკავშირებულია სინათლის სიჩქარის პრობლემასთან. უპირველეს ყოვლისა: რატომ არის შეუძლებელი (ნორმალურ პირობებში) სინათლის ლიმიტის გადაჭარბება? რადგან მაშინ ირღვევა ჩვენი სამყაროს ფუნდამენტური კანონი – მიზეზობრიობის კანონი, რომლის მიხედვითაც შედეგი ვერ უსწრებს მიზეზს. არავის დაუკვირვებია, მაგალითად, დათვი ჯერ მოკვდა და მერე მონადირემ ესროლა. აღემატება სიჩქარით თან, მოვლენების თანმიმდევრობა იცვლება, დროის ლენტი უკან ბრუნდება. ამის გადამოწმება მარტივია შემდეგი მარტივი მსჯელობიდან.

დავუშვათ, რომ ჩვენ ვიმყოფებით რაიმე სახის კოსმოსურ სასწაულ გემზე, რომელიც სინათლეზე სწრაფად მოძრაობს. შემდეგ თანდათან მივაღწევდით წყაროს მიერ ადრე და ადრინდელ დროს გამოსხივებულ შუქს. პირველ რიგში, ჩვენ მივაღწევთ ფოტონებს, რომლებიც ასხივებენ, ვთქვათ, გუშინ, შემდეგ ასხივებენ გუშინწინ, შემდეგ კვირაში, თვეში, ერთი წლის წინ და ა.შ. სინათლის წყარო რომ იყოს სარკე, რომელიც ასახავს სიცოცხლეს, მაშინ ჩვენ ჯერ გუშინდელ მოვლენებს დავინახავდით, შემდეგ გუშინწინ და ა.შ. ჩვენ ვხედავდით, ვთქვათ, მოხუცს, რომელიც თანდათან გადაიქცევა შუახნის კაცად, შემდეგ ახალგაზრდად, ახალგაზრდად, ბავშვად... ანუ დრო უკან ბრუნდებოდა, აწმყოდან გადავიდოდით წარსული. მიზეზები და შედეგები შემდეგ ადგილებს იცვლიდა.

მიუხედავად იმისა, რომ ეს დისკუსია მთლიანად იგნორირებას უკეთებს შუქზე დაკვირვების პროცესის ტექნიკურ დეტალებს, ფუნდამენტური თვალსაზრისით ის ნათლად აჩვენებს, რომ მოძრაობა სუპერნათური სიჩქარით იწვევს სიტუაციას, რომელიც შეუძლებელია ჩვენს სამყაროში. თუმცა, ბუნებამ კიდევ უფრო მკაცრი პირობები დააწესა: მოძრაობა არა მხოლოდ ზემნათური სიჩქარით მიუწვდომელია, არამედ სინათლის სიჩქარის ტოლი სიჩქარითაც – შეიძლება მხოლოდ მიახლოება. ფარდობითობის თეორიიდან გამომდინარეობს, რომ როდესაც მოძრაობის სიჩქარე იზრდება, წარმოიქმნება სამი გარემოება: იზრდება მოძრავი ობიექტის მასა, მცირდება მისი ზომა მოძრაობის მიმართულებით და ამ ობიექტზე დროის დინება შენელდება (პუნქტიდან გარე „დასვენებული“ დამკვირვებლის ხედვა). ჩვეულებრივი სიჩქარით ეს ცვლილებები უმნიშვნელოა, მაგრამ რაც უფრო უახლოვდება სინათლის სიჩქარეს, ისინი უფრო და უფრო შესამჩნევი ხდებიან, ხოლო ზღვარზე - სიჩქარის ტოლი თან, - მასა უსასრულოდ დიდი ხდება, ობიექტი მთლიანად კარგავს ზომას მოძრაობის მიმართულებით და დრო ჩერდება მასზე. ამიტომ ვერც ერთი მატერიალური სხეული ვერ მიაღწევს სინათლის სიჩქარეს. მხოლოდ სინათლეს აქვს ასეთი სიჩქარე! (და ასევე "ყოვლისმომცველი" ნაწილაკი - ნეიტრინო, რომელიც, როგორც ფოტონი, ვერ მოძრაობს იმაზე ნაკლები სიჩქარით. თან.)

ახლა რაც შეეხება სიგნალის გადაცემის სიჩქარეს. აქ მიზანშეწონილია გამოვიყენოთ სინათლის წარმოდგენა ელექტრომაგნიტური ტალღების სახით. რა არის სიგნალი? ეს არის გარკვეული ინფორმაცია, რომელიც უნდა გადაიცეს. იდეალური ელექტრომაგნიტური ტალღა არის მკაცრად ერთი სიხშირის უსასრულო სინუსოიდი და მას არ შეუძლია რაიმე ინფორმაციის გადატანა, რადგან ასეთი სინუსოიდის ყოველი პერიოდი ზუსტად იმეორებს წინას. სინუსუსური ტალღის ფაზის მოძრაობის სიჩქარე - ე.წ - შეუძლია გარემოში გარკვეულ პირობებში გადააჭარბოს სინათლის სიჩქარეს ვაკუუმში. აქ შეზღუდვები არ არის, რადგან ფაზის სიჩქარე არ არის სიგნალის სიჩქარე - ის ჯერ არ არსებობს. სიგნალის შესაქმნელად, თქვენ უნდა გააკეთოთ რაიმე სახის "ნიშანი" ტალღაზე. ასეთი ნიშანი შეიძლება იყოს, მაგალითად, ტალღის რომელიმე პარამეტრის ცვლილება - ამპლიტუდა, სიხშირე ან საწყისი ფაზა. მაგრამ როგორც კი ნიშანი გაკეთდება, ტალღა კარგავს სინუსოიდულობას. ის ხდება მოდულირებული, რომელიც შედგება მარტივი სინუსური ტალღების ნაკრებისგან, სხვადასხვა ამპლიტუდებით, სიხშირეებით და საწყისი ფაზებით - ტალღების ჯგუფი. სიჩქარე, რომლითაც ნიშანი მოძრაობს მოდულირებულ ტალღაში, არის სიგნალის სიჩქარე. საშუალოში გავრცელებისას ეს სიჩქარე ჩვეულებრივ ემთხვევა ჯგუფურ სიჩქარეს, რომელიც ახასიათებს ტალღების ზემოაღნიშნული ჯგუფის გავრცელებას მთლიანობაში (იხ. „მეცნიერება და ცხოვრება“ No2, 2000 წ.). ნორმალურ პირობებში, ჯგუფის სიჩქარე და, შესაბამისად, სიგნალის სიჩქარე ნაკლებია ვიდრე სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში. შემთხვევითი არ არის, რომ აქ გამოიყენება გამოთქმა "ნორმალური პირობებში", რადგან ზოგიერთ შემთხვევაში ჯგუფის სიჩქარე შეიძლება აღემატებოდეს თანან თუნდაც კარგავს თავის მნიშვნელობას, მაგრამ შემდეგ ეს არ ეხება სიგნალის გავრცელებას. მომსახურების სადგური ადგენს, რომ შეუძლებელია სიგნალის გადაცემა მეტი სიჩქარით თან.

რატომ არის ეს ასე? რადგან არსებობს დაბრკოლება ნებისმიერი სიგნალის გადაცემაზე მეტი სიჩქარით თანმიზეზობრიობის იგივე კანონი ემსახურება. წარმოვიდგინოთ ასეთი სიტუაცია. A რაღაც მომენტში მსუბუქი ციმციმი (მოვლენა 1) ჩართავს მოწყობილობას, რომელიც აგზავნის გარკვეულ რადიოსიგნალს, ხოლო B დისტანციურ წერტილში, ამ რადიოსიგნალის გავლენით, ხდება აფეთქება (მოვლენა 2). ნათელია, რომ მოვლენა 1 (აფეთქება) არის მიზეზი, ხოლო მოვლენა 2 (აფეთქება) არის შედეგი, რომელიც ხდება უფრო გვიან, ვიდრე მიზეზი. მაგრამ თუ რადიოსიგნალი გავრცელდა სუპერნათური სიჩქარით, B წერტილის მახლობლად დამკვირვებელი ჯერ დაინახავდა აფეთქებას და მხოლოდ ამის შემდეგ მიაღწევდა მას სიჩქარით. თანსინათლის ციმციმი, აფეთქების მიზეზი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ამ დამკვირვებლისთვის მოვლენა 2 მოხდებოდა უფრო ადრე, ვიდრე მოვლენა 1, ანუ ეფექტი წინ უსწრებდა მიზეზს.

მიზანშეწონილია ხაზგასმით აღვნიშნოთ, რომ ფარდობითობის თეორიის „ზელუმინალური აკრძალვა“ დაწესებულია მხოლოდ მატერიალური სხეულების მოძრაობასა და სიგნალების გადაცემაზე. ბევრ სიტუაციაში მოძრაობა შესაძლებელია ნებისმიერი სიჩქარით, მაგრამ ეს არ იქნება მატერიალური ობიექტების ან სიგნალების მოძრაობა. მაგალითად, წარმოიდგინეთ ორი საკმაოდ გრძელი მმართველი, რომლებიც დევს იმავე სიბრტყეში, რომელთაგან ერთი მდებარეობს ჰორიზონტალურად, ხოლო მეორე კვეთს მას მცირე კუთხით. თუ პირველი სახაზავი გადაადგილდება ქვევით (ისრით მითითებულ მიმართულებით) დიდი სიჩქარით, სახაზავების გადაკვეთის წერტილი შეიძლება ისე სწრაფად იმოძრაოს, როგორც სასურველია, მაგრამ ეს წერტილი არ არის მატერიალური სხეული. კიდევ ერთი მაგალითი: თუ აიღებთ ფანარს (ან, ვთქვათ, ვიწრო სხივის მიმცემ ლაზერს) და სწრაფად აღწერთ რკალს ჰაერში, მაშინ სინათლის ლაქის წრფივი სიჩქარე გაიზრდება მანძილზე და საკმარისად დიდ მანძილზე გაიზრდება. გადააჭარბოს თან.სინათლის ლაქა A და B წერტილებს შორის გადაადგილდება ზემნათური სიჩქარით, მაგრამ ეს არ იქნება სიგნალის გადაცემა A-დან B-მდე, რადგან სინათლის ასეთი ლაქა არ შეიცავს ინფორმაციას A წერტილის შესახებ.

როგორც ჩანს, სუპერნათური სიჩქარის საკითხი მოგვარებულია. მაგრამ მეოცე საუკუნის 60-იან წლებში თეორიულმა ფიზიკოსებმა წამოაყენეს ჰიპოთეზა ზელუმინალური ნაწილაკების არსებობის შესახებ, რომელსაც ეწოდება ტაქიონები. ეს ძალიან უცნაური ნაწილაკებია: თეორიულად შესაძლებელია, მაგრამ ფარდობითობის თეორიასთან წინააღმდეგობების თავიდან აცილების მიზნით, მათ წარმოსახვითი დასვენების მასა უნდა მიენიჭებინათ. ფიზიკურად, წარმოსახვითი მასა არ არსებობს, ეს არის წმინდა მათემატიკური აბსტრაქცია. თუმცა, ამან დიდი განგაში არ გამოიწვია, რადგან ტაქიონები ვერ ისვენებენ - ისინი არსებობენ (თუ არსებობენ!) მხოლოდ სიჩქარით, რომელიც აღემატება სინათლის სიჩქარეს ვაკუუმში და ამ შემთხვევაში ტაქიონის მასა რეალური აღმოჩნდება. აქ არის გარკვეული ანალოგია ფოტონებთან: ფოტონს აქვს ნულოვანი მოსვენების მასა, მაგრამ ეს უბრალოდ ნიშნავს, რომ ფოტონი არ შეიძლება იყოს დასვენების მდგომარეობაში - სინათლის შეჩერება შეუძლებელია.

ყველაზე რთული აღმოჩნდა, როგორც მოსალოდნელია, ტაქიონის ჰიპოთეზის შეჯერება მიზეზობრიობის კანონთან. ამ მიმართულებით განხორციელებულმა მცდელობებმა, მართალია საკმაოდ გენიალური, მაგრამ აშკარა წარმატებას არ მოჰყოლია. ტაქიონების ექსპერიმენტულად რეგისტრაციაც ვერავინ შეძლო. შედეგად, ტაქიონების, როგორც სუპერლუმინალური ელემენტარული ნაწილაკებისადმი ინტერესი თანდათან გაქრა.

თუმცა, 60-იან წლებში ექსპერიმენტულად აღმოაჩინეს ფენომენი, რომელმაც თავიდან ფიზიკოსები დააბნია. ეს დეტალურად არის აღწერილი A.N. Oraevsky-ის სტატიაში “Superluminal Waves in amplifying media” (UFN No. 12, 1998). აქ მოკლედ შევაჯამებთ საკითხის არსს, დეტალებით დაინტერესებულ მკითხველს მითითებულ სტატიაზე მივმართავთ.

ლაზერების აღმოჩენიდან მალევე - 60-იანი წლების დასაწყისში - გაჩნდა პრობლემა მოკლე (ხანგრძლივობა დაახლოებით 1 ნს = 10 -9 წმ) მაღალი სიმძლავრის სინათლის იმპულსების მიღების შესახებ. ამისათვის მოკლე ლაზერული პულსი გაიარა ოპტიკურ კვანტურ გამაძლიერებელზე. პულსი ორ ნაწილად იყო გაყოფილი სხივის გამყოფი სარკის საშუალებით. ერთი მათგანი, უფრო მძლავრი, გაიგზავნა გამაძლიერებელზე, მეორე კი ჰაერში გავრცელდა და ემსახურებოდა საცნობარო პულსს, რომელთანაც გამაძლიერებელში გამავალი პულსი შეიძლება შედარება. ორივე პულსი მიეწოდება ფოტოდეტექტორებს და მათი გამომავალი სიგნალები შეიძლება ვიზუალურად დაფიქსირდეს ოსილოსკოპის ეკრანზე. მოსალოდნელი იყო, რომ გამაძლიერებელში გამავალი სინათლის პულსი მასში გარკვეულ შეფერხებას განიცდიდა საცნობარო პულსთან შედარებით, ანუ გამაძლიერებელში სინათლის გავრცელების სიჩქარე ჰაერზე ნაკლები იქნებოდა. წარმოიდგინეთ მკვლევარების გაოცება, როდესაც აღმოაჩინეს, რომ პულსი გამაძლიერებლის მეშვეობით ვრცელდებოდა სიჩქარით არა მხოლოდ ჰაერში, არამედ რამდენჯერმე აღემატება სინათლის სიჩქარეს ვაკუუმში!

პირველი შოკისგან გამოჯანმრთელების შემდეგ, ფიზიკოსებმა დაიწყეს ასეთი მოულოდნელი შედეგის მიზეზის ძებნა. ფარდობითობის სპეციალური თეორიის პრინციპებში მცირედი ეჭვიც კი არავის ეპარებოდა და სწორედ ეს დაეხმარა სწორი ახსნის პოვნაში: თუ SRT-ის პრინციპები დაცულია, მაშინ პასუხი გამაძლიერებელი საშუალების თვისებებში უნდა ვეძებოთ.

აქ დეტალების გარეშე, ჩვენ მხოლოდ აღვნიშნავთ, რომ გამაძლიერებელი საშუალების მოქმედების მექანიზმის დეტალურმა ანალიზმა სრულიად განმარტა სიტუაცია. საქმე იყო ფოტონების კონცენტრაციის ცვლილება პულსის გავრცელების დროს - ცვლილება გამოწვეულია გარემოს მომატების ცვლილებით უარყოფით მნიშვნელობამდე პულსის უკანა ნაწილის გავლისას, როდესაც საშუალო უკვე შთანთქავს. ენერგია, რადგან მისი საკუთარი რეზერვი უკვე გამოყენებულია სინათლის პულსზე გადაცემის გამო. აბსორბცია იწვევს იმპულსის არა მატებას, არამედ შესუსტებას და ამით იმპულსი წინა ნაწილში ძლიერდება და უკანა ნაწილში სუსტდება. წარმოვიდგინოთ, რომ ჩვენ ვაკვირდებით პულსს გამაძლიერებელ გარემოში სინათლის სიჩქარით მოძრავი მოწყობილობის გამოყენებით. თუ მედია გამჭვირვალე იქნებოდა, ჩვენ დავინახავდით იმპულსს, რომელიც გაყინულია უმოძრაობაში. იმ გარემოში, რომელშიც ზემოაღნიშნული პროცესი მიმდინარეობს, წინა კიდის გაძლიერება და პულსის უკანა კიდის შესუსტება დამკვირვებელს ისე მოეჩვენება, რომ გარემომ თითქოს წინ წაიწია პულსი. მაგრამ რადგან მოწყობილობა (დამკვირვებელი) მოძრაობს სინათლის სიჩქარით, და იმპულსი უსწრებს მას, მაშინ იმპულსის სიჩქარე აღემატება სინათლის სიჩქარეს! სწორედ ეს ეფექტი დაფიქსირდა ექსპერიმენტატორებმა. და აქ ნამდვილად არ არის წინააღმდეგობა ფარდობითობის თეორიასთან: ამპლიფიკაციის პროცესი უბრალოდ ისეთია, რომ ადრე გამოსული ფოტონების კონცენტრაცია უფრო დიდი აღმოჩნდება, ვიდრე მოგვიანებით. ეს არ არის ფოტონები, რომლებიც მოძრაობენ ზელუმინალური სიჩქარით, არამედ პულსის გარსი, კერძოდ მისი მაქსიმუმი, რომელიც შეინიშნება ოსცილოსკოპზე.

ამრიგად, მაშინ, როდესაც ჩვეულებრივ მედიაში ყოველთვის არის სინათლის შესუსტება და მისი სიჩქარის დაქვეითება, რაც განისაზღვრება რეფრაქციული ინდექსით, აქტიურ ლაზერულ მედიაში ხდება არა მხოლოდ სინათლის გაძლიერება, არამედ პულსის გავრცელება ზელუმინალური სიჩქარით.

ზოგიერთი ფიზიკოსი ცდილობდა ექსპერიმენტულად დაემტკიცებინა ზელუმინალური მოძრაობის არსებობა გვირაბის ეფექტის დროს - ერთ-ერთი ყველაზე საოცარი ფენომენი კვანტურ მექანიკაში. ეს ეფექტი მდგომარეობს იმაში, რომ მიკრონაწილაკს (უფრო ზუსტად, მიკროობიექტს, რომელიც სხვადასხვა პირობებში ავლენს როგორც ნაწილაკების თვისებებს, ასევე ტალღის თვისებებს) შეუძლია შეაღწიოს ეგრეთ წოდებულ პოტენციურ ბარიერში - ფენომენი, რომელიც მთლიანად შეუძლებელია კლასიკურ მექანიკაში (როდესაც ასეთი სიტუაცია იქნება ანალოგი: კედელზე გადაგდებული ბურთი კედლის მეორე მხარეს აღმოჩნდება, ან კედელზე მიბმულ თოკზე გადაცემული ტალღის მსგავსი მოძრაობა გადადის მეორე მხარეს კედელზე მიბმული თოკი). კვანტურ მექანიკაში გვირაბის ეფექტის არსი შემდეგია. თუ გარკვეული ენერგიის მქონე მიკრო-ობიექტი გზაზე ხვდება პოტენციური ენერგიის ფართობს, რომელიც აღემატება მიკრო-ობიექტის ენერგიას, ეს ტერიტორია მისთვის არის ბარიერი, რომლის სიმაღლე განისაზღვრება ენერგიის სხვაობით. მაგრამ მიკრო-ობიექტი "გაჟონავს" ბარიერში! ამ შესაძლებლობას მას აძლევს კარგად ცნობილი ჰაიზენბერგის გაურკვევლობის მიმართება, რომელიც დაწერილია ურთიერთქმედების ენერგიისა და დროის მიხედვით. თუ მიკროობიექტის ბარიერთან ურთიერთქმედება ხდება საკმაოდ განსაზღვრულ დროში, მაშინ მიკროობიექტის ენერგია, პირიქით, ხასიათდება გაურკვევლობით და თუ ეს გაურკვევლობა ბარიერის სიმაღლის რიგისაა, მაშინ ეს უკანასკნელი წყვეტს მიკროობიექტისთვის გადაულახავ დაბრკოლებას. პოტენციური ბარიერის მეშვეობით შეღწევის სიჩქარე გახდა მრავალი ფიზიკოსის კვლევის საგანი, რომლებიც თვლიან, რომ მას შეუძლია გადააჭარბოს თან.

1998 წლის ივნისში კიოლნში გაიმართა საერთაშორისო სიმპოზიუმი სუპერლუმინალური მოძრაობის პრობლემებზე, სადაც ოთხ ლაბორატორიაში - ბერკლიში, ვენაში, კიოლნსა და ფლორენციაში მიღებული შედეგები განიხილეს.

და ბოლოს, 2000 წელს, გაჩნდა ცნობები ორი ახალი ექსპერიმენტის შესახებ, რომლებშიც გამოჩნდა სუპერლუმინალური გამრავლების ეფექტი. ერთ-ერთი მათგანი შეასრულეს ლიჯუნ ვონგმა და მისმა კოლეგებმა პრინსტონის კვლევით ინსტიტუტში (აშშ). მისი შედეგია ის, რომ სინათლის პულსი, რომელიც შედის ცეზიუმის ორთქლით სავსე კამერაში, ზრდის მის სიჩქარეს 300-ჯერ. აღმოჩნდა, რომ პულსის ძირითადი ნაწილი კამერის შორეულ კედლიდან უფრო ადრე გამოდიოდა, ვიდრე პულსი წინა კედლით შევიდა პალატაში. ეს სიტუაცია ეწინააღმდეგება არა მხოლოდ საღ აზრს, არამედ, არსებითად, ფარდობითობის თეორიას.

ლ.ვონგის გზავნილმა გამოიწვია ინტენსიური დისკუსია ფიზიკოსებს შორის, რომელთა უმეტესობა არ იყო მიდრეკილი მიღებულ შედეგებში ფარდობითობის პრინციპების დარღვევას დაენახა. მათი აზრით, გამოწვევა არის ამ ექსპერიმენტის სწორად ახსნა.

ლ. ვონგის ექსპერიმენტში ცეზიუმის ორთქლის კამერაში შემავალი სინათლის პულსი დაახლოებით 3 μs ხანგრძლივობა იყო. ცეზიუმის ატომები შეიძლება არსებობდეს თექვსმეტ შესაძლო კვანტურ მექანიკურ მდგომარეობაში, რომელსაც ეწოდება "ძირითადი მდგომარეობის ჰიპერწვრილი მაგნიტური ქვედონეები". ოპტიკური ლაზერული ტუმბოს გამოყენებით, თითქმის ყველა ატომმა მიიყვანეს ამ თექვსმეტი მდგომარეობიდან მხოლოდ ერთში, რაც შეესაბამება კელვინის მასშტაბის თითქმის აბსოლუტურ ნულოვან ტემპერატურას (-273,15 o C). ცეზიუმის კამერის სიგრძე 6 სანტიმეტრი იყო. ვაკუუმში სინათლე გადის 6 სანტიმეტრს 0,2 ნს-ში. როგორც გაზომვებმა აჩვენა, სინათლის პულსი ცეზიუმთან ერთად კამერაში გავიდა იმ დროს, რომელიც 62 ნმ-ით ნაკლები იყო, ვიდრე ვაკუუმში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ცეზიუმის გარემოში პულსის გავლას სჭირდება მინუს ნიშანი! მართლაც, თუ 0,2 ns-ს გამოვაკლებთ 62 ns, მივიღებთ „უარყოფით“ დროს. ეს "უარყოფითი შეფერხება" საშუალო - გაუგებარი დროის ნახტომი - უდრის იმ დროს, რომლის დროსაც პულსი 310-ჯერ გაივლის კამერაში ვაკუუმში. ამ „დროებითი შებრუნების“ შედეგი იყო ის, რომ პულსმა, რომელიც ტოვებდა პალატას, მოახერხა მისგან 19 მეტრის დაშორება, სანამ შემომავალი პულსი მიაღწევდა პალატის კედელს. როგორ შეიძლება აიხსნას ასეთი წარმოუდგენელი სიტუაცია (თუ, რა თქმა უნდა, ეჭვი არ შეგვეპარება ექსპერიმენტის სისუფთავეში)?

თუ ვიმსჯელებთ მიმდინარე დისკუსიის მიხედვით, ზუსტი ახსნა ჯერ არ არის ნაპოვნი, მაგრამ ეჭვგარეშეა, რომ გარემოს უჩვეულო დისპერსიული თვისებები აქ როლს თამაშობს: ცეზიუმის ორთქლი, რომელიც შედგება ლაზერული შუქით აღგზნებული ატომებისგან, არის ანომალიური დისპერსიის მქონე გარემო. . მოკლედ გავიხსენოთ რა არის.

ნივთიერების დისპერსია არის ფაზის (ჩვეულებრივი) რეფრაქციული ინდექსის დამოკიდებულება ნსინათლის ტალღის სიგრძეზე l. ნორმალური დისპერსიით, რეფრაქციული ინდექსი იზრდება ტალღის სიგრძის კლებასთან ერთად და ეს ხდება მინაში, წყალში, ჰაერში და ყველა სხვა ნივთიერებაში, რომელიც გამჭვირვალეა სინათლისთვის. ნივთიერებებში, რომლებიც ძლიერად შთანთქავენ სინათლეს, რეფრაქციული ინდექსის კურსი ტალღის სიგრძის ცვლილებით იცვლება და უფრო ციცაბო ხდება: l შემცირებით (სიხშირის გაზრდა w), გარდატეხის ინდექსი მკვეთრად მცირდება და გარკვეული ტალღის სიგრძის რეგიონში ხდება ერთიანობაზე ნაკლები. (ფაზის სიჩქარე ვვ > თან). ეს არის ანომალიური დისპერსია, რომლის დროსაც ნივთიერებაში სინათლის გავრცელების ნიმუში რადიკალურად იცვლება. ჯგუფის სიჩქარე ვ gr ხდება ტალღების ფაზის სიჩქარეზე მეტი და შეიძლება გადააჭარბოს სინათლის სიჩქარეს ვაკუუმში (და ასევე გახდეს უარყოფითი). L. Wong მიუთითებს ამ გარემოებაზე, როგორც მიზეზად მისი ექსპერიმენტის შედეგების ახსნის შესაძლებლობის საფუძველში. თუმცა უნდა აღინიშნოს, რომ პირობა ვგრ > თანარის წმინდა ფორმალური, ვინაიდან ჯგუფური სიჩქარის კონცეფცია შემოღებულ იქნა მცირე (ნორმალური) დისპერსიის შემთხვევაში, გამჭვირვალე მედიისთვის, როდესაც ტალღების ჯგუფი თითქმის არ იცვლის ფორმას გავრცელებისას. ანომალიური დისპერსიის რეგიონებში სინათლის პულსი სწრაფად დეფორმირდება და ჯგუფური სიჩქარის კონცეფცია კარგავს თავის მნიშვნელობას; ამ შემთხვევაში შემოტანილია სიგნალის სიჩქარისა და ენერგიის გავრცელების სიჩქარის ცნებები, რომლებიც გამჭვირვალე მედიაში ემთხვევა ჯგუფის სიჩქარეს, ხოლო შთანთქმის მქონე მედიაში რჩება სინათლის სიჩქარეზე ნაკლები ვაკუუმში. მაგრამ აი, რა არის საინტერესო ვონგის ექსპერიმენტში: სინათლის პულსი, რომელიც გადის გარემოში ანომალიური დისპერსიით, არ არის დეფორმირებული - ის ზუსტად ინარჩუნებს თავის ფორმას! და ეს შეესაბამება ვარაუდს, რომ იმპულსი ჯგუფური სიჩქარით ვრცელდება. მაგრამ თუ ასეა, მაშინ გამოდის, რომ გარემოში არ არის აბსორბცია, თუმცა მედიუმის ანომალიური დისპერსია სწორედ შთანთქმით არის განპირობებული! თავად ვონგი, მიუხედავად იმისა, რომ აღიარებს, რომ ბევრი რამ გაურკვეველია, თვლის, რომ რაც ხდება მის ექსპერიმენტულ წყობაში, შეიძლება, პირველი მიახლოებით, ნათლად აიხსნას შემდეგნაირად.

სინათლის პულსი შედგება მრავალი კომპონენტისგან სხვადასხვა ტალღის სიგრძით (სიხშირით). ფიგურაში ნაჩვენებია სამი კომპონენტი (ტალღები 1-3). რაღაც მომენტში სამივე ტალღა ფაზაშია (მათი მაქსიმუმი ემთხვევა); აქ ისინი, შეკრებით, აძლიერებენ ერთმანეთს და ქმნიან იმპულსს. კოსმოსში მათი შემდგომი გავრცელებისას ტალღები დეფაზას განიცდიან და ამით „აუქმებენ“ ერთმანეთს.

ანომალიური დისპერსიის რეგიონში (ცეზიუმის უჯრედის შიგნით), ტალღა, რომელიც უფრო მოკლე იყო (ტალღა 1) უფრო გრძელი ხდება. პირიქით, ტალღა, რომელიც სამიდან ყველაზე გრძელი იყო (ტალღა 3), ხდება უმოკლესი.

შესაბამისად, ტალღების ფაზები შესაბამისად იცვლება. მას შემდეგ, რაც ტალღები ცეზიუმის უჯრედში გაივლიან, მათი ტალღის ფრონტი აღდგება. ანომალიური დისპერსიის მქონე სუბსტანციაში უჩვეულო ფაზის მოდულაციის შემდეგ, სამივე ტალღა კვლავ აღმოჩნდება ფაზაში რაღაც მომენტში. აქ ისინი კვლავ იკრიბებიან და ქმნიან ზუსტად იგივე ფორმის პულსს, რომელიც შედის ცეზიუმის გარემოში.

როგორც წესი, ჰაერში და, ფაქტობრივად, ნებისმიერ გამჭვირვალე გარემოში ნორმალური დისპერსიით, სინათლის პულსი ზუსტად ვერ შეინარჩუნებს თავის ფორმას შორ მანძილზე გავრცელებისას, ანუ მისი ყველა კომპონენტი არ შეიძლება განლაგდეს გავრცელების გზის ნებისმიერ შორეულ წერტილში. და ნორმალურ პირობებში, გარკვეული დროის შემდეგ ასეთ შორეულ წერტილში ჩნდება სინათლის პულსი. თუმცა, ექსპერიმენტში გამოყენებული საშუალების ანომალიური თვისებების გამო, დისტანციურ წერტილში პულსი ისეთივე ფაზიანი აღმოჩნდა, როგორც ამ გარემოში შესვლისას. ამგვარად, სინათლის პულსი ისე იქცევა, თითქოს შორეული წერტილისკენ მიმავალ გზაზე ნეგატიური დროის შეფერხება აქვს, ანუ მას მივა არა უგვიანეს, არამედ უფრო ადრე, ვიდრე საშუალოზე გაიარა!

ფიზიკოსთა უმეტესობა მიდრეკილია დაუკავშიროს ეს შედეგი კამერის დისპერსიულ გარემოში დაბალი ინტენსივობის წინამორბედის გამოჩენას. ფაქტია, რომ პულსის სპექტრული დაშლის დროს, სპექტრი შეიცავს თვითნებურად მაღალი სიხშირის კომპონენტებს უმნიშვნელოდ მცირე ამპლიტუდით, ეგრეთ წოდებულ წინამორბედს, რომელიც წინ უსწრებს პულსის „მთავარ ნაწილს“. დაფუძნების ბუნება და წინამორბედის ფორმა დამოკიდებულია გარემოში დისპერსიის კანონზე. ამის გათვალისწინებით, ვონგის ექსპერიმენტში მოვლენების თანმიმდევრობა შემოთავაზებულია შემდეგი ინტერპრეტაციით. შემომავალი ტალღა, რომელიც თავის წინ „გაჭიმავს“ მაუწყებელს, უახლოვდება კამერას. სანამ შემომავალი ტალღის პიკი მოხვდება კამერის მახლობლად კედელზე, წინამორბედი იწყებს პალატაში პულსის გამოჩენას, რომელიც აღწევს შორეულ კედელს და აირეკლება მისგან, ქმნის „საპირისპირო ტალღას“. ეს ტალღა 300-ჯერ უფრო სწრაფად ვრცელდება თან, აღწევს ახლო კედელს და ხვდება შემომავალ ტალღას. ერთი ტალღის მწვერვალები ხვდება მეორის ღეროებს, ისე ანადგურებენ ერთმანეთს და შედეგად აღარაფერი რჩება. გამოდის, რომ შემომავალი ტალღა „ანაზღაურებს ვალს“ ცეზიუმის ატომებს, რომლებიც მას ენერგიას „სესხებს“ კამერის მეორე ბოლოში. ვინც უყურებდა ექსპერიმენტის მხოლოდ დასაწყისს და დასასრულს, დაინახავდა მხოლოდ სინათლის პულსს, რომელიც დროთა განმავლობაში "ახტებოდა" წინ და უფრო სწრაფად მოძრაობდა. თან.

ლ. ვონგი თვლის, რომ მისი ექსპერიმენტი არ შეესაბამება ფარდობითობის თეორიას. განცხადება სუპერნათური სიჩქარის მიუღწევლობის შესახებ, მისი აზრით, ეხება მხოლოდ დასვენების მასის მქონე ობიექტებს. სინათლე შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ან ტალღების სახით, რომლებზეც მასის ცნება ზოგადად მიუღებელია, ან ფოტონების სახით დანარჩენი მასით, როგორც ცნობილია, ნულის ტოლია. მაშასადამე, სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში, ვონგის მიხედვით, არ არის ზღვარი. თუმცა, ვონგი აღიარებს, რომ მის მიერ აღმოჩენილი ეფექტი არ იძლევა ინფორმაციის გადაცემას უფრო სწრაფად, ვიდრე თან.

„ინფორმაცია აქ უკვე არის პულსის წინა კიდეში“, ამბობს პ. მილონი, ფიზიკოსი ლოს ალამოსის ნაციონალური ლაბორატორიიდან, აშშ-ში არ აგზავნიან."

ფიზიკოსთა უმეტესობა თვლის, რომ ახალი ნაშრომი არ აყენებს გამანადგურებელ დარტყმას ფუნდამენტურ პრინციპებს. მაგრამ ყველა ფიზიკოსს არ სჯერა, რომ პრობლემა მოგვარებულია. პროფესორი ა. რანფაგნი, იტალიური კვლევითი ჯგუფიდან, რომელმაც კიდევ ერთი საინტერესო ექსპერიმენტი ჩაატარა 2000 წელს, თვლის, რომ საკითხი ჯერ კიდევ ღიაა. ამ ექსპერიმენტმა, რომელიც ჩაატარეს დანიელ მუგნაიმ, ანედიო რანფაგნიმ და როკო რუჯერიმ, აღმოაჩინეს, რომ სანტიმეტრიანი რადიოტალღები ჩვეულებრივ საჰაერო მოგზაურობისას აღემატება სიჩქარით. თან 25%-ით.

რომ შევაჯამოთ, შეგვიძლია ვთქვათ შემდეგი. ბოლო წლების მუშაობამ აჩვენა, რომ გარკვეულ პირობებში, სუპერნათური სიჩქარე რეალურად შეიძლება მოხდეს. მაგრამ კონკრეტულად რა მოძრაობს სუპერნათური სიჩქარით? ფარდობითობის თეორია, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, კრძალავს ასეთ სიჩქარეს მატერიალური სხეულებისთვის და ინფორმაციის მატარებელი სიგნალებისთვის. მიუხედავად ამისა, ზოგიერთი მკვლევარი ძალიან დაჟინებით ცდილობს აჩვენოს სინათლის ბარიერის გადალახვა სპეციალურად სიგნალებისთვის. ამის მიზეზი მდგომარეობს იმაში, რომ ფარდობითობის სპეციალურ თეორიაში არ არსებობს მკაცრი მათემატიკური დასაბუთება (დაფუძნებულია, ვთქვათ, მაქსველის განტოლებებზე ელექტრომაგნიტური ველის შესახებ) სიგნალების გადაცემის შეუძლებლობის შესახებ, ვიდრე მეტი სიჩქარით. თან. STR-ში ასეთი შეუძლებლობა დადგენილია, შეიძლება ითქვას, წმინდა არითმეტიკულად, აინშტაინის სიჩქარის დამატების ფორმულაზე დაყრდნობით, მაგრამ ეს ძირეულად დასტურდება მიზეზობრიობის პრინციპით. თავად აინშტაინი, განიხილავს ზელუმინალური სიგნალის გადაცემის საკითხს, დაწერა, რომ ამ შემთხვევაში „...ჩვენ იძულებულნი ვართ განვიხილოთ შესაძლო სიგნალის გადაცემის მექანიზმი, რომელშიც მიღწეული მოქმედება წინ უსწრებს მიზეზს, მაგრამ, თუმცა ეს არის წმინდა ლოგიკური თვალსაზრისით თვალსაზრისი არ შეიცავს თავის თავს, ჩემი აზრით, არ არსებობს წინააღმდეგობები, მაგრამ მაინც იმდენად ეწინააღმდეგება ჩვენი გამოცდილების ბუნებას, რომ ვარაუდის შეუძლებლობაა V > სროგორც ჩანს, საკმარისად დადასტურებულია." მიზეზობრიობის პრინციპი არის ქვაკუთხედი, რომელიც საფუძვლად უდევს ზელუმინალური სიგნალის გადაცემის შეუძლებლობას. და, როგორც ჩანს, ზელუმინალური სიგნალების ყველა ძიება გამონაკლისის გარეშე გადაეყრება ამ ქვას, რაც არ უნდა სურდეს ექსპერიმენტატორებს ასეთი აღმოჩენა. სიგნალები, რადგან ასეთია ჩვენი სამყაროს ბუნება.

დასასრულს, ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ ყოველივე ზემოთქმული კონკრეტულად ეხება ჩვენს სამყაროს, ჩვენს სამყაროს. ეს დათქმა გაკეთდა იმის გამო, რომ ახლახან გამოჩნდა ახალი ჰიპოთეზები ასტროფიზიკასა და კოსმოლოგიაში, რაც საშუალებას გვაძლევს მრავალი სამყაროს არსებობა, რომელიც დაფარულია ჩვენგან, რომლებიც დაკავშირებულია ტოპოლოგიური გვირაბებით - მხტუნავები. ამ თვალსაზრისს იზიარებს, მაგალითად, ცნობილი ასტროფიზიკოსი ნ.ს. გარე დამკვირვებლისთვის, ამ გვირაბების შესასვლელები მითითებულია ანომალიური გრავიტაციული ველებით, როგორიცაა შავი ხვრელები. ასეთ გვირაბებში მოძრაობა, როგორც ჰიპოთეზის ავტორები ვარაუდობენ, შესაძლებელს გახდის ჩვეულებრივ სივრცეში სინათლის სიჩქარით დაწესებული მოძრაობის სიჩქარის შეზღუდვის გვერდის ავლით და, შესაბამისად, შექმნის იდეის რეალიზებას. დროის მანქანა... შესაძლებელია, რომ ასეთ სამყაროებში ჩვენთვის რაღაც უჩვეულო მოხდეს. და მიუხედავად იმისა, რომ ამჟამად ასეთი ჰიპოთეზები ძალიან მოგვაგონებს ისტორიებს სამეცნიერო ფანტასტიკიდან, კატეგორიულად არ უნდა უარვყოთ მატერიალური სამყაროს სტრუქტურის მრავალელემენტიანი მოდელის ფუნდამენტური შესაძლებლობა. სხვა საქმეა, რომ ყველა ეს სხვა სამყარო, დიდი ალბათობით, დარჩება ჩვენს სამყაროში მცხოვრები თეორიული ფიზიკოსების წმინდა მათემატიკური კონსტრუქციები და, მათი აზრების ძალით, ცდილობენ იპოვონ ჩვენთვის დახურული სამყაროები...

იხილეთ საკითხი იმავე თემაზე

ჩრდილებს შეუძლიათ სინათლეზე უფრო სწრაფად იმოგზაურონ, მაგრამ არ შეუძლიათ მატერიის ან ინფორმაციის გადატანა

შესაძლებელია თუ არა სუპერნათური ფრენა?

ამ სტატიის სექციები არის ქვესათაურები და თითოეული ნაწილი შეიძლება ცალკე იყოს მითითებული.

სუპერნათური მოგზაურობის მარტივი მაგალითები

1. ჩერენკოვის ეფექტი

როდესაც ვსაუბრობთ ზელუმინალური სიჩქარით მოძრაობაზე, ვგულისხმობთ სინათლის სიჩქარეს ვაკუუმში გ(299,792,458 მ/წმ). მაშასადამე, ჩერენკოვის ეფექტი არ შეიძლება ჩაითვალოს ზელუმინალური სიჩქარით მოძრაობის მაგალითად.

2. მესამე დამკვირვებელი

თუ რაკეტა ასისწრაფით მიფრინავს ჩემგან 0.6cდასავლეთით და რაკეტა ბსისწრაფით მიფრინავს ჩემგან 0.6cაღმოსავლეთით, მაშინ ვხედავ, რომ შორის მანძილი ადა ბსიჩქარით იზრდება 1.2c. რაკეტების ფრენის ყურება ადა ბგარედან მესამე დამკვირვებელი ხედავს, რომ რაკეტის ამოღების საერთო სიჩქარე მეტია გ .

თუმცა შედარებითი სიჩქარეარ არის სიჩქარის ჯამის ტოლი. რაკეტის სიჩქარე არაკეტასთან შედარებით ბარის სიჩქარე, რომლითაც იზრდება რაკეტამდე მანძილი ა, რომელსაც ხედავს რაკეტაზე მფრინავი დამკვირვებელი ბ. ფარდობითი სიჩქარე უნდა გამოითვალოს სიჩქარის დამატების რელატივისტური ფორმულის გამოყენებით. (იხილეთ, როგორ დაამატებთ სიჩქარეებს ფარდობითობის განსაკუთრებულ სიბრტყეში?) ამ მაგალითში ფარდობითი სიჩქარე დაახლოებით უდრის 0.88c. ასე რომ, ამ მაგალითში ჩვენ არ მივიღეთ სუპერნათური სიჩქარე.

3. სინათლე და ჩრდილი

იფიქრეთ იმაზე, თუ რამდენად სწრაფად მოძრაობს ჩრდილი. თუ ნათურა ახლოს არის, მაშინ შორეულ კედელზე თქვენი თითის ჩრდილი ბევრად უფრო სწრაფად მოძრაობს, ვიდრე თითის მოძრაობა. როდესაც თითს აწევთ კედლის პარალელურად, ჩრდილის სიჩქარე არის დ/დჯერ უფრო სწრაფი ვიდრე თქვენი თითის სიჩქარე. Აქ დ- მანძილი ნათურიდან თითამდე და დ- სანათიდან კედელამდე. სიჩქარე კიდევ უფრო დიდი იქნება, თუ კედელი განლაგებულია კუთხით. თუ კედელი ძალიან შორს არის, მაშინ ჩრდილის მოძრაობა ჩამორჩება თითის მოძრაობას, ვინაიდან სინათლეს კედელამდე მისვლას დრო სჭირდება, მაგრამ კედლის გასწვრივ მოძრავი ჩრდილის სიჩქარე კიდევ უფრო გაიზრდება. ჩრდილის სიჩქარე არ შემოიფარგლება სინათლის სიჩქარით.

კიდევ ერთი ობიექტი, რომელსაც შეუძლია სინათლეზე უფრო სწრაფად იმოგზაუროს, არის მთვარისკენ მიმართული ლაზერის სინათლის ლაქა. მანძილი მთვარემდე 385000 კმ. თქვენ თავად შეგიძლიათ გამოთვალოთ სიჩქარე, რომლითაც სინათლის ლაქა მოძრაობს მთვარის ზედაპირზე ლაზერული მაჩვენებლის მცირე ვიბრაციებით ხელში. თქვენ ასევე შეიძლება მოგეწონოთ ტალღის მაგალითი, რომელიც პლაჟის სწორ ხაზს მცირე კუთხით ეჯახება. რა სიჩქარით შეიძლება მოძრაობდეს ტალღისა და ნაპირის გადაკვეთის წერტილი სანაპიროზე?

ეს ყველაფერი ბუნებაში შეიძლება მოხდეს. მაგალითად, პულსარის სინათლის სხივს შეუძლია მტვრის ღრუბლის გასწვრივ გადაადგილება. ძლიერმა აფეთქებამ შეიძლება შექმნას სინათლის ან რადიაციის სფერული ტალღები. როდესაც ეს ტალღები იკვეთება ნებისმიერ ზედაპირთან, ამ ზედაპირზე ჩნდება სინათლის წრეები და უფრო სწრაფად ფართოვდება ვიდრე სინათლე. ეს ფენომენი ხდება, მაგალითად, როდესაც ელვისებური ელვისებური ელექტრომაგნიტური პულსი გადის ზედა ატმოსფეროში.

4. მყარი

თუ თქვენ გაქვთ გრძელი ხისტი ჯოხი და მოხვდებით ღეროს ერთ ბოლოში, მეორე ბოლო მაშინვე არ გადაადგილდება? განა ეს არ არის ინფორმაციის სუპერლუმინალური გადაცემის გზა?

მართალი იქნებოდა თუიყო იდეალურად ხისტი სხეულები. პრაქტიკაში, ზემოქმედება გადაეცემა ღეროს გასწვრივ ხმის სიჩქარით, რაც დამოკიდებულია ღეროს მასალის ელასტიურობასა და სიმკვრივეზე. გარდა ამისა, ფარდობითობის თეორია ზღუდავს მასალაში ხმის შესაძლო სიჩქარეს მნიშვნელობით გ .

იგივე პრინციპი მოქმედებს, თუ ძაფს ან ჯოხს ვერტიკალურად უჭერთ, გაათავისუფლებთ და ის იწყებს ვარდნას გრავიტაციის გავლენის ქვეშ. ზედა ბოლო, რომელიც გაუშვით, დაუყოვნებლივ იწყებს ვარდნას, მაგრამ ქვედა ბოლო მხოლოდ გარკვეული დროის შემდეგ დაიწყებს მოძრაობას, რადგან დამჭერი ძალის გაქრობა ღეროზე გადადის მასალაში ხმის სიჩქარით.

ელასტიურობის რელატივისტური თეორიის ფორმულირება საკმაოდ რთულია, მაგრამ ზოგადი იდეა შეიძლება ილუსტრირებული იყოს ნიუტონის მექანიკის გამოყენებით. იდეალურად დრეკადი სხეულის გრძივი მოძრაობის განტოლება შეიძლება გამოვიდეს ჰუკის კანონიდან. ავღნიშნოთ ღეროს წრფივი სიმკვრივე ρ , იანგის ელასტიურობის მოდული ი. გრძივი გადაადგილება Xაკმაყოფილებს ტალღის განტოლებას

ρ d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0

თვითმფრინავის ტალღის ხსნარი მოძრაობს ბგერის სიჩქარით ს, რომელიც განისაზღვრება ფორმულიდან s 2 = Y/ρ. ტალღის განტოლება არ იძლევა საშუალებას, რომ გარემოში დარღვევები უფრო სწრაფად მოძრაობდეს, ვიდრე სიჩქარე ს. გარდა ამისა, ფარდობითობის თეორია დებს საზღვრებს ელასტიურობის სიდიდეს: ი< ρc 2 . პრაქტიკაში არცერთი ცნობილი მასალა არ უახლოვდება ამ ზღვარს. გთხოვთ ასევე გაითვალისწინოთ, რომ თუნდაც ხმის სიჩქარე ახლოს იყოს გ, მაშინ თავად მატერია სულაც არ მოძრაობს რელატივისტური სიჩქარით.

მიუხედავად იმისა, რომ ბუნებაში არ არსებობს მყარი სხეულები, არსებობს ხისტი სხეულების მოძრაობა, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას სინათლის სიჩქარის დასაძლევად. ეს თემა ეხება ჩრდილებისა და მაჩვენებლების უკვე აღწერილ განყოფილებას. (იხ. სუპერლუმინალური მაკრატელი, ხისტი მბრუნავი დისკი ფარდობითობაში).

5. ფაზის სიჩქარე

ტალღის განტოლება
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0

აქვს გამოსავალი ფორმაში
u = A cos(ax - bt), c 2 a 2 - b 2 + w 2 = 0

ეს არის სინუსური ტალღები, რომლებიც ვრცელდება v სიჩქარით
v = b/a = sqrt(c 2 + w 2 /a 2)

მაგრამ ეს უფრო მეტია ვიდრე გ. იქნებ ეს არის ტაქიონების განტოლება? (იხილეთ შემდგომი განყოფილება). არა, ეს არის ჩვეულებრივი რელატივისტური განტოლება მასის მქონე ნაწილაკისთვის.

პარადოქსის აღმოსაფხვრელად, თქვენ უნდა განასხვავოთ "ფაზის სიჩქარე" ვ ph და "ჯგუფური სიჩქარე" ვგრ და
v ph ·v gr = c 2

ტალღის ხსნარს შეიძლება ჰქონდეს სიხშირის დისპერსია. ამ შემთხვევაში, ტალღის პაკეტი მოძრაობს ჯგუფური სიჩქარით, რომელიც ნაკლებია გ. ტალღური პაკეტის გამოყენებით ინფორმაციის გადაცემა შესაძლებელია მხოლოდ ჯგუფის სიჩქარით. ტალღების პაკეტში ტალღები მოძრაობენ ფაზის სიჩქარით. ფაზის სიჩქარე არის სუპერნათური მოძრაობის კიდევ ერთი მაგალითი, რომლის გამოყენება შეუძლებელია შეტყობინებების გადასაცემად.

6. ზელუმინალური გალაქტიკები

7. რელატივისტური რაკეტა

დაე, დამკვირვებელმა დედამიწაზე დაინახოს კოსმოსური ხომალდი, რომელიც სიჩქარით შორდება 0.8cფარდობითობის თეორიის მიხედვით, ის დაინახავს, ​​რომ კოსმოსურ ხომალდზე საათი 5/3-ჯერ ნელა მუშაობს. თუ გემამდე მანძილს გავყოფთ ფრენის დროზე საბორტო საათის მიხედვით, მივიღებთ სიჩქარეს 4/3c. დამკვირვებელი ასკვნის, რომ მისი საბორტო საათის გამოყენებით, გემის პილოტი ასევე დაადგენს, რომ ის დაფრინავს სუპერლუმინირებული სიჩქარით. პილოტის თვალსაზრისით, მისი საათი ნორმალურად მუშაობს, მაგრამ ვარსკვლავთშორისი სივრცე 5/3-ჯერ შემცირდა. მაშასადამე, ის ვარსკვლავებს შორის ცნობილ დისტანციებზე უფრო სწრაფად, სიჩქარით გადის 4/3c .

დროის გაფართოება არის რეალური ეფექტი, რომელიც, პრინციპში, შეიძლება გამოყენებულ იქნას კოსმოსში მოგზაურობისას ასტრონავტის თვალთახედვიდან მოკლე დროში დიდი მანძილების გასავლელად. 1 გ-ის მუდმივი აჩქარებისას ასტრონავტებს არა მხოლოდ ხელოვნური გრავიტაციის კომფორტი ექნებათ, არამედ შეძლებენ გალაქტიკის გადაკვეთას მხოლოდ 12 წელიწადში საკუთარ დროში. მოგზაურობის დროს ისინი 12 წლის იქნებიან.

მაგრამ ეს ჯერ კიდევ არ არის სუპერნათური ფრენა. თქვენ არ შეგიძლიათ სიჩქარის გამოთვლა სხვადასხვა საცნობარო სისტემაში განსაზღვრული მანძილისა და დროის გამოყენებით.

8. სიმძიმის სიჩქარე

ზოგი ამტკიცებს, რომ გრავიტაციის სიჩქარე გაცილებით დიდია გან თუნდაც უსასრულო. შეამოწმეთ მოგზაურობს თუ არა გრავიტაცია სინათლის სიჩქარით? და რა არის გრავიტაციული გამოსხივება? გრავიტაციული დარღვევები და გრავიტაციული ტალღები სიჩქარით ვრცელდება გ .

9. EPR პარადოქსი

10. ვირტუალური ფოტონები

11. კვანტური გვირაბის ეფექტი

კვანტურ მექანიკაში, გვირაბის ეფექტი საშუალებას აძლევს ნაწილაკს გადალახოს ბარიერი, მაშინაც კი, თუ მას არ აქვს საკმარისი ენერგია ამისათვის. ასეთი ბარიერის მეშვეობით შესაძლებელია გვირაბის გაყვანის დროის გამოთვლა. და შეიძლება აღმოჩნდეს იმაზე ნაკლები, ვიდრე საჭიროა სინათლეზე იმავე მანძილის დაფარვის სიჩქარით გ. შეიძლება თუ არა მისი გამოყენება სინათლეზე სწრაფად შეტყობინებების გადასაცემად?

კვანტური ელექტროდინამიკა ამბობს "არა!" თუმცა, ჩატარდა ექსპერიმენტი, რომელმაც გვირაბის ეფექტის გამოყენებით ინფორმაციის სუპერლუმინალური გადაცემა აჩვენა. 11,4 სმ სიგანის ბარიერის გავლით 4,7 სიჩქარით გმოცარტის ორმოცდამეათე სიმფონია გადაიტანეს. ამ ექსპერიმენტის ახსნა ძალიან საკამათოა. ფიზიკოსთა უმეტესობა თვლის, რომ გვირაბის ეფექტის გამოყენება შეუძლებელია გადაცემისთვის ინფორმაციასინათლეზე სწრაფი. თუ ეს შესაძლებელი იყო, მაშინ რატომ არ გადასცეთ სიგნალი წარსულში აღჭურვილობის სწრაფად მოძრავ საცნობარო ჩარჩოში მოთავსებით.

17. ველის კვანტური თეორია

გრავიტაციის გარდა, ყველა დაკვირვებული ფიზიკური ფენომენი შეესაბამება სტანდარტულ მოდელს. სტანდარტული მოდელი არის რელატივისტური კვანტური ველის თეორია, რომელიც ხსნის ელექტრომაგნიტურ და ბირთვულ ურთიერთქმედებებს, ისევე როგორც ყველა ცნობილ ნაწილაკს. ამ თეორიაში, ოპერატორების ნებისმიერი წყვილი, რომელიც შეესაბამება ფიზიკურ დაკვირვებებს, რომლებიც გამოყოფილია მოვლენების სივრცის მსგავსი ინტერვალით, „მიდის“ (ანუ ამ ოპერატორების თანმიმდევრობა შეიძლება შეიცვალოს). პრინციპში, ეს გულისხმობს, რომ სტანდარტულ მოდელში ზემოქმედება არ შეიძლება სინათლეზე უფრო სწრაფად იმოგზაუროს და ეს შეიძლება ჩაითვალოს უსასრულო ენერგიის არგუმენტის კვანტური ველის ეკვივალენტად.

თუმცა, არ არსებობს უზადო მკაცრი მტკიცებულება სტანდარტული მოდელის ველის კვანტური თეორიისთვის. ჯერ არავის დაუმტკიცებია, რომ ეს თეორია შინაგანად თანმიმდევრულია. დიდი ალბათობით, ეს ასე არ არის. ნებისმიერ შემთხვევაში, არ არსებობს გარანტია, რომ ჯერ კიდევ არ არის აღმოჩენილი ნაწილაკები ან ძალები, რომლებიც არ ემორჩილებიან სუპერლუმინალური მოგზაურობის აკრძალვას. ასევე არ არსებობს ამ თეორიის განზოგადება, რომელიც მოიცავს გრავიტაციას და ზოგად ფარდობითობას. ბევრი ფიზიკოსი, რომელიც მუშაობს კვანტური გრავიტაციის სფეროში, ეჭვობს, რომ მარტივი იდეები მიზეზობრიობისა და ლოკალიზაციის შესახებ განზოგადდება. არ არსებობს გარანტია, რომ მომავალში უფრო სრულყოფილ თეორიაში სინათლის სიჩქარე შეინარჩუნებს საბოლოო სიჩქარის მნიშვნელობას.

18. ბაბუის პარადოქსი

ფარდობითობის სპეციალობით, ნაწილაკი, რომელიც სინათლეზე უფრო სწრაფად მოძრაობს ერთ საცნობარო სისტემაში, დროში უკან მოძრაობს სხვა მითითების სისტემაში. FTL მოგზაურობა ან ინფორმაციის გადაცემა შესაძლებელს გახდის მოგზაურობას ან გაგზავნას წარსულში. დროში ასეთი მოგზაურობა რომ შესაძლებელი ყოფილიყო, შეგეძლოთ დრო უკან დაბრუნდეთ და ბაბუის მოკვლით შეცვალოთ ისტორიის მიმდინარეობა.

ეს არის ძალიან სერიოზული არგუმენტი სუპერლუმინალური მოგზაურობის შესაძლებლობის წინააღმდეგ. მართალია, რჩება თითქმის წარმოუდგენელი შესაძლებლობა იმისა, რომ შეზღუდული სუპერნათური მოგზაურობა იყოს შესაძლებელი, რაც ხელს უშლის წარსულში დაბრუნებას. ან შესაძლოა დროში მოგზაურობა შესაძლებელია, მაგრამ მიზეზობრიობა ირღვევა გარკვეული თანმიმდევრული გზით. ეს ყველაფერი ძალიან შორს არის, მაგრამ თუ ჩვენ განვიხილავთ სუპერლუმინალურ მოგზაურობას, უმჯობესია მოემზადოთ ახალი იდეებისთვის.

პირიქითაც მართალია. დროში უკან მოგზაურობა რომ შეგვეძლოს, სინათლის სიჩქარეს დავძლევდით. შეგიძლიათ დაბრუნდეთ დროში, იფრინოთ სადმე დაბალი სიჩქარით და იქამდე მიხვიდეთ, ვიდრე ჩვეულებრივი გზით გაგზავნილი შუქი მოვა. იხილეთ დროში მოგზაურობა ამ თემაზე დეტალებისთვის.

გახსენით კითხვები სინათლეზე სწრაფი მოგზაურობის შესახებ

ამ ბოლო ნაწილში მე აღვწერ რამდენიმე სერიოზულ იდეას სინათლეზე უფრო სწრაფად შესაძლო მოგზაურობის შესახებ. ეს თემები ხშირად არ შედის ხშირად დასმულ კითხვებში, რადგან ისინი ნაკლებად ჰგვანან პასუხებს და უფრო მეტად ჰგვანან უამრავ ახალ კითხვას. ისინი აქ ჩართულია იმის საჩვენებლად, რომ ამ მიმართულებით სერიოზული კვლევები მიმდინარეობს. მოცემულია თემის მხოლოდ მოკლე შესავალი. დეტალების ნახვა შეგიძლიათ ინტერნეტში. როგორც ყველაფერი ინტერნეტში, იყავით კრიტიკული მათ მიმართ.

19. ტახიონები

ტაქიონები ჰიპოთეტური ნაწილაკებია, რომლებიც ადგილობრივად სინათლეზე უფრო სწრაფად მოძრაობენ. ამისათვის მათ უნდა ჰქონდეთ წარმოსახვითი მასა. უფრო მეტიც, ტაქიონის ენერგია და იმპულსი რეალური სიდიდეებია. არ არსებობს საფუძველი იმის დასაჯერებლად, რომ სუპერლუმინალური ნაწილაკების აღმოჩენა შეუძლებელია. ჩრდილებსა და ხაზგასმებს შეუძლიათ სინათლეზე უფრო სწრაფად გადაადგილება და მათი ამოცნობა.

ჯერჯერობით ტაქიონები არ არის ნაპოვნი და ფიზიკოსები მათ არსებობას ეჭვობენ. იყო პრეტენზია, რომ ტრიტიუმის ბეტა დაშლის შედეგად წარმოქმნილი ნეიტრინოების მასის გაზომვის ექსპერიმენტებში, ნეიტრინო იყო ტაქიონები. ეს საეჭვოა, მაგრამ ჯერ არ არის საბოლოოდ უარყოფილი.

პრობლემებია ტაქიონის თეორიასთან დაკავშირებით. გარდა იმისა, რომ შესაძლოა არღვევენ მიზეზობრიობას, ტაქიონები ვაკუუმსაც არასტაბილურს ხდის. ამ სირთულეების გვერდის ავლა შესაძლებელია, მაგრამ მაშინაც კი, ჩვენ ვერ შევძლებთ ტაქიონების გამოყენებას სუპერლუმინალური შეტყობინების გადაცემისთვის.

ფიზიკოსთა უმეტესობა თვლის, რომ თეორიაში ტაქიონების გამოჩენა ამ თეორიაში გარკვეული პრობლემების ნიშანია. ტაქიონების იდეა იმდენად პოპულარულია საზოგადოებაში მხოლოდ იმიტომ, რომ ისინი ხშირად მოიხსენიება სამეცნიერო ფანტასტიკურ ლიტერატურაში. იხილეთ ტახიონები.

20. ჭიის ხვრელები

გლობალური სუპერლუმინალური მოგზაურობის ყველაზე ცნობილი მეთოდი ჭიის ხვრელების გამოყენებაა. ჭიის ხვრელი არის სივრცე-დროის ჭრილი სამყაროს ერთი წერტილიდან მეორეში, რაც საშუალებას გაძლევთ იმოგზაუროთ ხვრელის ერთი ბოლოდან მეორეზე უფრო სწრაფად, ვიდრე ჩვეულებრივი გზა. ჭიის ხვრელები აღწერილია ფარდობითობის ზოგადი თეორიით. მათ შესაქმნელად, თქვენ უნდა შეცვალოთ სივრცე-დროის ტოპოლოგია. შესაძლოა ეს შესაძლებელი გახდეს გრავიტაციის კვანტური თეორიის ფარგლებში.

იმისათვის, რომ ჭიის ხვრელი ღია იყოს, საჭიროა სივრცის არეები უარყოფითი ენერგიით. C.W.Misner-მა და K.S.Thorne-მა შემოგვთავაზეს კაზიმირის ეფექტის ფართომასშტაბიანი გამოყენება უარყოფითი ენერგიის შესაქმნელად. ვისერიშესთავაზა ამისთვის კოსმოსური სიმების გამოყენება. ეს ძალიან სპეკულაციური იდეებია და შეიძლება შეუძლებელი იყოს. შესაძლოა, ეგზოტიკური მატერიის საჭირო ფორმა უარყოფითი ენერგიით არ არსებობს.

ეძღვნება ნეიტრინოს სიჩქარის პირდაპირ გაზომვას. შედეგები სენსაციურად ჟღერს: ნეიტრინოს სიჩქარე იყო ოდნავ - მაგრამ სტატისტიკურად მნიშვნელოვანი! - უფრო სწრაფი ვიდრე სინათლის სიჩქარე. თანამშრომლობის ნაშრომი შეიცავს შეცდომების და გაურკვევლობების სხვადასხვა წყაროს ანალიზს, მაგრამ ფიზიკოსთა აბსოლუტური უმრავლესობის რეაქცია ძალიან სკეპტიკურად რჩება, პირველ რიგში იმიტომ, რომ ეს შედეგი არ შეესაბამება სხვა ექსპერიმენტულ მონაცემებს ნეიტრინოების თვისებების შესახებ.

ექსპერიმენტის დეტალები

ექსპერიმენტის იდეა (იხ. OPERA ექსპერიმენტი) ძალიან მარტივია. ნეიტრინოს სხივი იბადება CERN-ში, მიფრინავს დედამიწაზე იტალიურ გრან სასოს ლაბორატორიაში და გადის იქ სპეციალური OPERA ნეიტრინო დეტექტორის მეშვეობით. ნეიტრინოები ძალიან სუსტად ურთიერთობენ მატერიასთან, მაგრამ იმის გამო, რომ მათი ნაკადი CERN-დან ძალიან დიდია, ზოგიერთი ნეიტრინო მაინც ეჯახება დეტექტორის შიგნით არსებულ ატომებს. იქ ისინი წარმოქმნიან დამუხტული ნაწილაკების კასკადს და ამით ტოვებენ თავიანთ სიგნალს დეტექტორში. CERN-ში ნეიტრინოები არ იბადებიან განუწყვეტლივ, არამედ „ადიდებულად“ და თუ ვიცით ნეიტრინოს დაბადების მომენტი და მისი შთანთქმის მომენტი დეტექტორში, ისევე როგორც მანძილი ორ ლაბორატორიას შორის, შეგვიძლია გამოვთვალოთ სიჩქარე. ნეიტრინოს.

წყაროსა და დეტექტორს შორის მანძილი სწორი ხაზით არის დაახლოებით 730 კმ და ის იზომება 20 სმ სიზუსტით (ზუსტი მანძილი საცნობარო წერტილებს შორის არის 730,534,61 ± 0,20 მეტრი). მართალია, ნეიტრინოების დაბადებამდე მიმავალი პროცესი არ არის ლოკალიზებული ასეთი სიზუსტით. CERN-ში მაღალი ენერგიის პროტონების სხივი გამოიყოფა SPS ამაჩქარებლიდან, იშლება გრაფიტის სამიზნეზე და წარმოქმნის მეორად ნაწილაკებს, მათ შორის მეზონებს. ისინი კვლავ მიფრინავენ წინ სინათლის თითქმის სიჩქარით და იშლებიან მიონებად ნეიტრინოების გამოსხივებისას. მიონები ასევე იშლება და დამატებით ნეიტრინოს წარმოქმნის. შემდეგ ყველა ნაწილაკი, გარდა ნეიტრინოებისა, შეიწოვება ნივთიერების სისქეში და ისინი თავისუფლად აღწევს აღმოჩენის ადგილს. ექსპერიმენტის ამ ნაწილის ზოგადი დიაგრამა ნაჩვენებია ნახ. 1.

მთელი კასკადი, რომელიც მივყავართ ნეიტრინოს სხივის გამოჩენამდე, შეიძლება ასობით მეტრზე გადაჭიმულიყო. თუმცა, მას შემდეგ ყველაამ მტევნის ნაწილაკები წინ მიფრინავენ თითქმის სინათლის სიჩქარით, აღმოჩენის დროისთვის, პრაქტიკულად არ არის განსხვავება, ნეიტრინო დაიბადა მაშინვე თუ ერთი კილომეტრის მოგზაურობის შემდეგ (თუმცა, დიდი მნიშვნელობა აქვს, როდის მიიყვანა ზუსტად თავდაპირველი პროტონი; ამ ნეიტრინოს დაბადება გაფრინდა ამაჩქარებლიდან). შედეგად, წარმოქმნილი ნეიტრინოები, ძირითადად, უბრალოდ იმეორებენ ორიგინალური პროტონის სხივის პროფილს. აქედან გამომდინარე, აქ მთავარი პარამეტრი არის ზუსტად ამაჩქარებლიდან გამოსხივებული პროტონის სხივის დროის პროფილი, კერძოდ მისი წინა და უკანა კიდეების ზუსტი პოზიცია და ეს პროფილი იზომება დროში. ს m გარჩევადობა (იხ. ნახ. 2).

პროტონის სხივის მიზანზე ჩამოშვების ყოველი სესია (ინგლისურად ასეთ სესიას ე.წ დაღვრას, "ადიდებული") გრძელდება დაახლოებით 10 მიკროწამი და იწვევს დიდი რაოდენობით ნეიტრინოების დაბადებას. თუმცა, თითქმის ყველა მათგანი დაფრინავს პირდაპირ დედამიწაზე (და დეტექტორში) ურთიერთქმედების გარეშე. იმ იშვიათ შემთხვევებში, როდესაც დეტექტორი აღმოაჩენს ნეიტრინოს, შეუძლებელია იმის თქმა, რომელ მომენტში მოხდა ის 10 მიკროწამიანი ინტერვალის განმავლობაში. ანალიზი შეიძლება განხორციელდეს მხოლოდ სტატისტიკურად, ანუ დაგროვდეს ნეიტრინოების გამოვლენის მრავალი შემთხვევა და ააშენოს მათი განაწილება დროთა განმავლობაში თითოეული სესიის საწყის წერტილთან შედარებით. დეტექტორში საწყისი წერტილი მიიღება დროის მომენტად, როდესაც ჩვეულებრივი სიგნალი, რომელიც მოძრაობს სინათლის სიჩქარით და ასხივებს ზუსტად პროტონის სხივის წინა კიდის მომენტში, აღწევს დეტექტორს. ამ მომენტის ზუსტი გაზომვა შესაძლებელი გახდა საათების სინქრონიზაციის შედეგად ორ ლაბორატორიაში რამდენიმე ნანოწამის სიზუსტით.

ნახ. სურათი 3 გვიჩვენებს ასეთი განაწილების მაგალითს. შავი წერტილები არის ნამდვილი ნეიტრინო მონაცემები, რომლებიც ჩაწერილია დეტექტორის მიერ და შეჯამებულია სესიების დიდი რაოდენობით. წითელი მრუდი გვიჩვენებს ჩვეულებრივი "მინიშნება" სიგნალს, რომელიც მოძრაობს სინათლის სიჩქარით. ჩანს, რომ მონაცემები იწყება დაახლოებით 1048,5 ns ადრესაცნობარო სიგნალი. თუმცა, ეს არ ნიშნავს იმას, რომ ნეიტრინოები რეალურად უსწრებენ სინათლეს მიკროწამით, მაგრამ არის მხოლოდ მიზეზი, რომ ყურადღებით გავზომოთ ყველა კაბელის სიგრძე, აღჭურვილობის რეაგირების სიჩქარე, ელექტრონული დაყოვნების დრო და ა.შ. ეს ხელახალი შემოწმება შესრულდა და აღმოჩნდა, რომ ის ანაზღაურებს "მინიშნებას" ბრუნვას 988 ns-ით. ამრიგად, გამოდის, რომ ნეიტრინოს სიგნალი რეალურად აჭარბებს საცნობარო სიგნალს, მაგრამ მხოლოდ დაახლოებით 60 ნანოწამით. ნეიტრინოს სიჩქარის თვალსაზრისით, ეს შეესაბამება სინათლის სიჩქარის გადაჭარბებას დაახლოებით 0,0025%-ით.

ამ გაზომვის ცდომილება ანალიზის ავტორებმა შეაფასეს 10 ნანოწამად, რაც მოიცავს როგორც სტატისტიკურ, ასევე სისტემატურ შეცდომებს. ამრიგად, ავტორები ამტკიცებენ, რომ ისინი „ხედავენ“ სუპერლუმინალურ ნეიტრინო მოძრაობას ექვსი სტანდარტული გადახრის სტატისტიკური ნდობის დონეზე.

სხვაობა შედეგებსა და მოლოდინებს შორის ექვსი სტანდარტული გადახრით უკვე საკმაოდ დიდია და ნაწილაკების ფიზიკაში დიდ სიტყვას „აღმოჩენას“ უწოდებენ. თუმცა, ეს რიცხვი სწორად უნდა იქნას გაგებული: ეს მხოლოდ იმას ნიშნავს, რომ ალბათობა სტატისტიკურიმონაცემების რყევები ძალიან მცირეა, მაგრამ ეს არ მიუთითებს რამდენად სანდოა მონაცემთა დამუშავების ტექნიკა და რამდენად კარგად გაითვალისწინეს ფიზიკოსებმა ყველა ინსტრუმენტული შეცდომა. ყოველივე ამის შემდეგ, არსებობს მრავალი მაგალითი ნაწილაკების ფიზიკაში, სადაც უჩვეულო სიგნალები არ დადასტურდა სხვა ექსპერიმენტებით, განსაკუთრებით მაღალი სტატისტიკური ნდობით.

რას ეწინააღმდეგება სუპერლუმინალური ნეიტრინოები?

პოპულარული რწმენის საწინააღმდეგოდ, ფარდობითობის სპეციალური თეორია თავისთავად არ კრძალავს ნაწილაკების არსებობას, რომლებიც მოძრაობენ ზელუმინალური სიჩქარით. თუმცა, ასეთი ნაწილაკებისთვის (მათ ზოგადად "ტახიონებს" უწოდებენ) სინათლის სიჩქარე ასევე არის ზღვარი, მაგრამ მხოლოდ ქვემოდან - მათ არ შეუძლიათ მასზე ნელა გადაადგილება. ამ შემთხვევაში, ნაწილაკების ენერგიის დამოკიდებულება სიჩქარეზე შებრუნებულია: რაც უფრო მაღალია ენერგია, მით უფრო უახლოვდება ტაქიონების სიჩქარე სინათლის სიჩქარეს.

ბევრად უფრო სერიოზული პრობლემები იწყება ველის კვანტურ თეორიაში. ეს თეორია ცვლის კვანტურ მექანიკას, როდესაც საქმე ეხება მაღალი ენერგიების მქონე კვანტურ ნაწილაკებს. ამ თეორიაში ნაწილაკები არ არის წერტილები, არამედ, შედარებით რომ ვთქვათ, მატერიალური ველის შედედება და ისინი არ შეიძლება განიხილებოდეს ველისგან განცალკევებით. გამოდის, რომ ტაქიონები აქვეითებენ ველის ენერგიას, რაც იმას ნიშნავს, რომ ისინი ვაკუუმს არასტაბილურს ხდიან. მაშინ უფრო ხელსაყრელია სიცარიელის სპონტანურად დაშლა ამ ნაწილაკების უზარმაზარ რაოდენობაში და, შესაბამისად, უბრალოდ უაზროა განიხილოს ერთი ტახიონის მოძრაობა ჩვეულებრივ ცარიელ სივრცეში. შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ტაქიონი არ არის ნაწილაკი, არამედ ვაკუუმის არასტაბილურობა.

ტაქიონ-ფერმიონების შემთხვევაში, სიტუაცია გარკვეულწილად უფრო რთულია, მაგრამ იქაც წარმოიქმნება შედარებითი სირთულეები, რომლებიც ხელს უშლის ტაქიონური კვანტური ველის თეორიის შექმნას, მათ შორის ფარდობითობის ჩვეულებრივი თეორიის ჩათვლით.

თუმცა, ეს ასევე არ არის ბოლო სიტყვა თეორიაში. როგორც ექსპერიმენტატორები ზომავენ ყველაფერს, რისი გაზომვაც შესაძლებელია, თეორეტიკოსები ასევე ამოწმებენ ყველა შესაძლო ჰიპოთეტურ მოდელს, რომელიც არ ეწინააღმდეგება არსებულ მონაცემებს. კერძოდ, არსებობს თეორიები, რომლებშიც დაშვებულია მცირე, ჯერ არ შეუმჩნეველი, გადახრა ფარდობითობის თეორიის პოსტულატებიდან - მაგალითად, თავად სინათლის სიჩქარე შეიძლება იყოს ცვლადი მნიშვნელობა. ასეთ თეორიებს ჯერ არ აქვთ პირდაპირი ექსპერიმენტული მხარდაჭერა, მაგრამ ისინი ჯერ კიდევ არ არის დახურული.

თეორიული შესაძლებლობების ეს მოკლე ჩანახატი შეიძლება შემდეგნაირად შეჯამდეს: მიუხედავად იმისა, რომ სუპერნათური მოძრაობა შესაძლებელია ზოგიერთ თეორიულ მოდელში, ისინი რჩება მხოლოდ ჰიპოთეტურ კონსტრუქტებად. დღეს არსებული ყველა ექსპერიმენტული მონაცემი აღწერილია სტანდარტული თეორიებით სუპერნათური მოძრაობის გარეშე. მაშასადამე, თუ ის საიმედოდ დადასტურდა, სულ მცირე, ზოგიერთ ნაწილაკზე, ველის კვანტური თეორია რადიკალურად უნდა გადაკეთდეს.

უნდა ჩაითვალოს თუ არა OPERA-ს შედეგი ამ თვალსაზრისით „პირველ ნიშნად“? Ჯერ არა. შესაძლოა, სკეპტიციზმის ყველაზე მნიშვნელოვანი მიზეზი რჩება ის ფაქტი, რომ OPERA-ს შედეგი არ ეთანხმება ნეიტრინოების სხვა ექსპერიმენტულ მონაცემებს.

ჯერ ერთი, ცნობილი სუპერნოვას აფეთქების დროს SN1987A, ასევე დაფიქსირდა ნეიტრინოები, რომლებიც სინათლის პულსამდე რამდენიმე საათით ადრე მოვიდა. ეს არ ნიშნავს, რომ ნეიტრინოები სინათლეზე უფრო სწრაფად მოძრაობდნენ, მაგრამ უბრალოდ ასახავს იმ ფაქტს, რომ ნეიტრინოები უფრო ადრე გამოიყოფა სუპერნოვას ბირთვის კოლაფსის დროს, ვიდრე სინათლე. თუმცა, ვინაიდან ნეიტრინოები და სინათლე, 170 ათასი წლის მოგზაურობის შემდეგ, არ განსხვავდებოდნენ რამდენიმე საათზე მეტით, ეს ნიშნავს, რომ მათი სიჩქარე ძალიან ახლოს არის და განსხვავდება არაუმეტეს მილიარდი. OPERA-ს ექსპერიმენტი გვიჩვენებს ათასჯერ უფრო დიდ შეუსაბამობას.

აქ, რა თქმა უნდა, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ სუპერნოვას აფეთქების დროს წარმოქმნილი ნეიტრინოები და CERN-ის ნეიტრინოები ენერგიით ძლიერ განსხვავდებიან (რამდენიმე ათეული MeV სუპერნოვაში და 10-40 გევ აღწერილ ექსპერიმენტში), ხოლო ნეიტრინოების სიჩქარე იცვლება ენერგიის მიხედვით. . მაგრამ ეს ცვლილება ამ შემთხვევაში მუშაობს "არასწორი" მიმართულებით: ბოლოს და ბოლოს, რაც უფრო მაღალია ტაქიონების ენერგია, მით უფრო ახლოს უნდა იყოს მათი სიჩქარე სინათლის სიჩქარესთან. რა თქმა უნდა, აქაც შეგვიძლია მივიღოთ ტაქიონის თეორიის გარკვეული მოდიფიკაცია, რომელშიც ეს დამოკიდებულება სრულიად განსხვავებული იქნებოდა, მაგრამ ამ შემთხვევაში მოგვიწევს „ორმაგი ჰიპოთეტური“ მოდელის განხილვა.

გარდა ამისა, ბოლო წლებში მიღებული ნეიტრინოს რხევების შესახებ ექსპერიმენტული მონაცემების სიმდიდრედან გამომდინარეობს, რომ ყველა ნეიტრინოს მასა განსხვავდება ერთმანეთისგან მხოლოდ ელექტრონვოლტის ფრაქციებით. თუ OPERA-ს შედეგი აღიქმება, როგორც ნეიტრინოების სუპერნათური მოძრაობის გამოვლინება, მაშინ სულ მცირე ერთი ნეიტრინოს მასის კვადრატული მნიშვნელობა იქნება –(100 MeV) 2-ის რიგის (უარყოფითი კვადრატული მასა არის მათემატიკური გამოვლინება. ის ფაქტი, რომ ნაწილაკი ტაქიონად ითვლება). მაშინ ეს უნდა ვაღიაროთ ყველანეიტრინოების ტიპები ტაქიონებია და აქვთ დაახლოებით იგივე მასა. მეორეს მხრივ, ნეიტრინოს მასის პირდაპირი გაზომვა ტრიტიუმის ბირთვების ბეტა დაშლისას აჩვენებს, რომ ნეიტრინოს მასა (აბსოლუტურ მნიშვნელობაში) არ უნდა აღემატებოდეს 2 ელექტრონვოლტს. ანუ ყველა ამ მონაცემის ერთმანეთთან შეჯერება შეუძლებელი იქნება.

აქედან შეიძლება გამოვიტანოთ დასკვნა: OPERA-ს თანამშრომლობის გამოცხადებული შედეგი ძნელია მოერგოს ნებისმიერ, თუნდაც ყველაზე ეგზოტიკურ თეორიულ მოდელს.

Რა არის შემდეგი?

ნაწილაკების ფიზიკაში ყველა მსხვილ თანამშრომლობაში, ნორმალური პრაქტიკაა თითოეული კონკრეტული ანალიზის ჩატარება მონაწილეთა მცირე ჯგუფის მიერ და მხოლოდ ამის შემდეგ არის წარმოდგენილი შედეგები ზოგადი განხილვისთვის. ამ შემთხვევაში, როგორც ჩანს, ეს ეტაპი ძალიან ხანმოკლე იყო, რის შედეგადაც თანამშრომლობის ყველა მონაწილე არ დათანხმდა სტატიის ხელმოწერას (სრულ სიაში შედის ექსპერიმენტის 216 მონაწილე, მაგრამ წინასწარ ბეჭდვას მხოლოდ 174 ავტორი ჰყავს). ამიტომ, უახლოეს მომავალში, როგორც ჩანს, თანამშრომლობის ფარგლებში ბევრი დამატებითი შემოწმება განხორციელდება და მხოლოდ ამის შემდეგ გაიგზავნება სტატია დასაბეჭდად.

რა თქმა უნდა, ახლა შეგვიძლია ველოდოთ თეორიული ნაშრომების ნაკადს ამ შედეგისთვის სხვადასხვა ეგზოტიკური ახსნა-განმარტებით. თუმცა, სანამ მითითებული შედეგი არ იქნება საიმედოდ გადამოწმებული, ის არ შეიძლება ჩაითვალოს სრულფასოვან აღმოჩენად.