Lysets hastighed er den første fundamentale konstant Blandt Galileos fejl er man så lærerig, at man tøver med at kalde det en fiasko.I sin sidste bog talte Galileo om et forsøg på at måle lysets hastighed, og årsagen var tilsyneladende måling af en anden

132. Hvad er lysets hastighed, og hvorfor er den så vigtig? Lysets hastighed (c) spiller rollen som uendelig hastighed i universet. Ligesom uendelighed er uopnåelig, er lysets hastighed uopnåelig for en materiel genstand Hvorfor er den uopnåelig? Energi er relateret til masse. Hvis

Elektrodynamik. Lysets hastighed Skift begrebet rum og tid afgørende blev først mulig efter fremskridt i studiet af elektricitetens og magnetismens natur. Springer over navnene på en række bemærkelsesværdige videnskabsmænd, der gjorde opdagelser i dette område,

IV. Er det muligt at nå lysets hastighed (og se dig selv i spejlet)? Vi er gået frygteligt langt fra det oprindelige spørgsmål, og det er ikke godt, for det er et meget godt spørgsmål - så godt, at Einstein selv stillede sig selv. Du tror dog nok, at vi

II. Er det muligt at ændre virkeligheden bare ved at se på den? Lys er bestemt en bølge. Youngs dobbeltspalteeksperiment beviser dette definitivt og uigenkaldeligt. Nå, er spørgsmålet lukket? Vi dagdrømmer. Newton var fuldstændig overbevist om, at lys var lavet af partikler, og det var han ikke

VII. Så hvad er mine chancer for at ændre fortiden? Hør her, til sidst, kan jeg lave en tidsmaskine eller ej?! Dig? Næppe Er det fysisk muligt for en supercivilisation? Sandsynligvis, men det afhænger meget af eksistensen af ​​alle mulige ting som ormehuller, kosmiske strenge

På lysets hastigheds konstanthed. Analyse af Einsteins postulater

Lad os stille os selv et enkelt, ved første øjekast, spørgsmål: "i forhold til hvad er lysets hastighed konstant i den særlige relativitetsteori (STR)?" Mange af dem, som jeg stillede dette spørgsmål til, trak overrasket på skuldrene, men efter at have tænkt sig om sagde de noget tøvende: "i forhold til tomhed." Men i praksis kan bevægelseshastigheden af ​​en materiel genstand (inklusive en partikel eller en lysbølge) bestemmes i forhold til en referenceramme forbundet med et andet materielt objekt, og ikke "i forhold til tomhed", da tomheden i sig selv, hvis det virkelig kan eksistere i naturen, er det ikke stof og er ikke karakteriseret ved nogen fysiske konstanter. A. Einstein har samme mening om tomhed: ”... i den særlige relativitetsteori fremstår et område af rummet uden stof og uden et elektrisk felt helt tomt, dvs. det kan ikke karakteriseres af nogen fysiske størrelser...".

I tomheden er der ingen materielle objekter, som man kan forbinde en referenceramme med. Bestem lysets hastighed i forhold til dette "regioner i rummet uden stof og uden elektrisk felt" umuligt på grund af umuligheden af ​​at skabe et referencesystem "tilknyttet" til rummet. Så i forhold til hvad er det jo konstant?

Lad os prøve at forstå dette spørgsmål mere detaljeret og lytte til, hvad A. Einstein selv siger om dette emne: “...Eksempler af denne art(tidligere talte vi om samspillet mellem en magnet og en leder med strøm, som er i en relativ bevægelsestilstand. Forfatterens note) , såvel som mislykkede forsøg på at detektere jordens bevægelse i forhold til "det lysende medium", fører til den antagelse, at ikke kun i mekanik, men også i elektrodynamik, svarer ingen egenskaber ved fænomener til konceptet absolut hvile (fremhævelse tilføjet) og endda i øvrigt til den antagelse, at for alle koordinatsystemer, for hvilke mekanikkens ligninger er gyldige, er de samme elektrodynamiske og optiske love gyldige, som det allerede er blevet bevist for førsteordens størrelser. Vi har til hensigt at gøre denne antagelse (hvis indhold herefter vil blive kaldt "relativitetsprincippet") til en præmis og derudover lave en yderligere antagelse, som kun er i tilsyneladende modstrid med den første, nemlig at lyset i tomhed forplanter sig altid med en vis hastighed V(i moderne betegnelse - S. Forfatterens note), uafhængig af bevægelsestilstanden for det emitterende legeme."

Taler om ejendomsmismatch her fysiske fænomener tilstand "absolut fred" A. Einstein understreger en af centrale punkter hans teori er fraværet af et lysende medium ("ether"), der fylder rummet, som er en bærer af lysbølger og en leder af elektromagnetisk interaktion, som mange videnskabsmænd tidligere har forbundet med begrebet "absolut hvile." A. Einstein mener ganske rigtigt, at enhver hvile er relativ, det vil sige, at enhver referenceramme kun kan være i hvile i forhold til en anden referenceramme.

I denne henseende er det nødvendigt at lave en lille digression. Fysikere har hidtil ikke været i stand til pålideligt at detektere hverken selve det lysende medium eller Jordens bevægelse i forhold til dette medium. Resultaterne af nogle velkendte eksperimenter til at opdage Jordens bevægelse i forhold til "æteren" skal bekræftes af andre uafhængige eksperimenter. Ikke desto mindre, selv om bekræftelsesfakta finder sted, hvilken grund vil vi så have for at hævde, at det er med "æteren", at et referencesystem, der er ubevægeligt i forhold til rummet, kan forbindes? Som vi allerede har sagt, i det tomme rum kan der ikke være en referenceramme "knyttet" til rummet, derfor kan resten af ​​"æteren" kun etableres i forhold til en referenceramme forbundet med et andet materielt objekt, men ikke med plads. Pålidelig detektering af et lysende medium vil sandsynligvis gøre det muligt for forskere at forstå naturen meget dybere den omgivende verden, men vil ikke tillade brug af dette medium som et referencesystem, der er i hvile i forhold til rummet, det vil sige i en tilstand "absolut fred".

Så ifølge A. Einsteins "antagelse", " lys rejser altid i tomhed med en vis hastighed" C. Denne hastighed afhænger ikke "fra det udstrålende legemes bevægelsestilstand." Men ikke desto mindre, i forhold til hvad kan denne hastighed C bestemmes (måles)? A. Einstein besvarer dette spørgsmål i §2: ”Yderligere overvejelser er baseret på relativitetsprincippet og princippet om lyshastighedens konstanthed. Vi formulerer begge principper som følger.

1. De love, hvorefter de fysiske systemers tilstande ændrer sig, afhænger ikke af, hvilket af de to koordinatsystemer, der bevæger sig ensartet og retlinet, disse tilstandsændringer tilhører.

2. Hver lysstråle bevæger sig i et "hvilende" koordinatsystem med en vis hastighedV, uanset om denne lysstråle udsendes af en krop i hvile eller i bevægelse".

Det er klart, at siden at være i en tilstand af ensartet retlinet relativ bevægelse "i tomrummet" koordinatsystemer er fuldstændig ens, så kan ethvert af dem betragtes som "i hvile", så vil det andet "bevæge sig". Derfor, hvis vi eller en anden vælger det første system som "i hvile", så bør lysets hastighed i forhold til det have værdien C. Hvis vi (eller en anden) udpeger det andet system som "i hvile", så hastighed i forhold til det lys bør også have en værdi på C.

Med andre ord lysets udbredelseshastighed "i tomrummet" ifølge Einsteins formulering af "princippet om lysets hastigheds konstanthed" skal altid have en værdi C i forhold til ETHVERT koordinatsystem, der bevæger sig ensartet og retlinet i forhold til ethvert andet koordinatsystem.

I sit arbejde giver A. Einstein en lidt mere præcis formulering af sit "princip om lysets hastigheds konstanthed": "... vi kan betragte det som fastslået, at lys, som følger af Maxwell-Lorentz-ligningerne, forplanter sig i vakuum med en hastighed C, i det mindste inden for en vis inertisystem koordinater K. I overensstemmelse med det særlige relativitetsprincip Vi skal tælle (fremhævelse tilføjet) "at dette princip også er sandt i enhver anden inertiramme."

Det ser ud til, at linket til " Maxwell-Lorentz ligninger", givet ind sidste citat, er ikke helt korrekt, eftersom J.C. Maxwell og G.A. Lorenz associerede dette koordinatsystem med den lysende "æter", der fylder det omgivende rum. Ifølge deres overbevisning spredes lys ikke " i tomhed ved hastighed C", men lige det modsatte - i et materielt miljø præget af visse fysiske konstanter. I dette tilfælde kan lysets hastighed kun være konstant og lig med C i forhold til koordinatsystemet "associeret" med dette materielle miljø.

I sit arbejde giver A. Einstein en forenklet formulering af hans "princippet om lysets hastigheds konstanthed": "Lysets hastighed i det tomme rum er altid konstant, uanset bevægelsen af ​​lyskilden eller lysmodtageren".

Som det fremgår af disse formuleringer, er den målte værdi af lysets hastighed i det tomme rum ifølge A. Einstein altid lig med C, selvom disse målinger ikke kun udføres i forhold til "udstrålende krop", men også relativt "lysmodtager" hvilket er et klart paradoks set fra et synspunkt klassisk fysik. Hvorfor et paradoks? Først og fremmest på grund af vores forståelse af det faktum, at lysmodtagerens bevægelse og lysets bevægelse i det generelle tilfælde ikke er indbyrdes forbundet af nogen årsag-virkning-sammenhæng og ikke er begrænset af noget i " helt tom" område med rumhastighed "lysmodtager" i princippet kan have en hvilken som helst vilkårlig værdi i forhold til bevægelige lysbølger. Hvis lyset og modtageren bevæger sig uafhængigt af hinanden, hvordan bliver lysets hastighed så Altid lig med C relativ "lysmodtager"? I modsætning til praksis og logik ifølge A. Einstein "vi skal tælle" lysets bevægelse med en sådan bevægelse, hvis hastighed er konstant og lig med C i forhold til ethvert objekt (og det koordinatsystem, der er forbundet med det), bevæger sig ensartet i enhver retning med en vilkårlig hastighed i forhold til andre objekter i " helt tom" områder af rummet. En sådan relativ bevægelse af lys og modtager, hvis den kan eksistere, er fundamentalt forskellig fra almindelig uafhængig bevægelse, som er enhver relativ bevægelse af ikke-relaterede materielle objekter.

Efter at have med rette afvist eksistensen af ​​absolut hvile i naturen, men samtidig afvist selve hypotesen om eksistensen af ​​et lysende medium - "ether", A. Einstein postulater eksistensen i naturen af ​​et helt nyt fænomen for fysik - absolut hastighed bevægelse af lys, som har samme værdi, når det måles i ethvert sæt koordinatsystemer, der bevæger sig i forhold til hinanden "i tomrummet". Fremme af et sådant postulat skulle til gengæld uundgåeligt føre til, og faktisk føre til, i SRT til afvisningen af ​​absolut tid og absolut rum, ubetinget anerkendt af klassisk fysik, hvor dimensionerne af tids- og længdeenhederne er de samme for alle koordinatsystemer. Kan denne nye absolutte eksistere i naturen i princippet?

Lad os se på et simpelt eksempel. Lad os antage, at flere materielle objekter sammen med koordinatsystemer og observatører bevæger sig med forskellig hastighed uanset adskilt fra hinanden i det samme lysstråle. Lad lysstrålen på ingen måde være forbundet med objekter i bevægelse og bevæge sig af sig selv "i tomrummet." alligevel "vi skal tælle", at den målte værdi af bølgehastigheden i en lysstråle ifølge "princippet om lyshastighedens konstanthed" vil være lig med C for hver af observatørerne placeret på disse materielle objekter. Hvordan kan dette svare til virkeligheden? For alene at forklare dette "fænomen". matematiske formler, foreslået af STR og forbindelseshastighed, rum og tid, er tydeligvis ikke nok her. Hvis disse matematiske formler er opnået som et resultat af et forkert postulat, på grund af hvilket den uafhængige variabel mængde- lysets hastighed erstattes i dem af en eller anden hypotetisk konstant, så kan de fænomener, som formlerne forudsiger, ikke svare til den fysiske virkelighed. Hvis postulatet er korrekt, må der være en eller anden "mekanisme" i naturen, der etablerer årsag-virkningsforhold mellem uafhængige bevægelser og understøtter en ny absolut. Hvordan kan denne "mekanisme" fungere?

Mulighed 1 - lysstrålen "sammenligner" sin egen hastighed med hastigheden for hver af observatørerne og "justerer" sin hastighed til bevægelseshastigheden for hver observatør. I denne udførelsesform skal den pågældende lysstråle som minimum have et system med "automatisk" justering af lysbølgernes hastighed til samme konstant værdi C i forhold til ethvert objekt, der bevæger sig i strålen. I dette tilfælde bør bevægelseshastigheden af ​​lysbølger være forskellig i forskellige dele af samme lysstråle. Denne mulighed er naturligvis absurd for enhver fysiker.

Den anden mulighed, anerkendt af flertallet af tilhængere af SRT (relativitetsfysikere), er, at rummet og tiden, hvori objekter bevæger sig, har den egenskab, at de ændrer sig afhængigt af disse objekters bevægelseshastighed. Bevægelseshastigheden af ​​objekter i forhold til hvad? Vi har allerede sagt, at der i rummet ikke er og kan ikke være en referenceramme "knyttet" til dette rum, derfor skal du bestemme værdien af ​​denne hastighed i forhold til " helt tom" områder af rummet er ikke engang mulige for et tænkende væsen.

Så, måske, afhængigt af hastigheden af ​​disse objekters bevægelse i forhold til hinanden eller i forhold til en eller anden hjælpereferenceramme, der konventionelt betragtes som stationære? Men hvordan "sammenligner" livløst rum og tid bevægelseshastighederne for disse objekter, der er rumligt fjernt fra hinanden? IN " helt tom" Området i rummet, der adskiller bevægelige objekter, har ikke en informationsbærer, så det er fundamentalt umuligt at "sammenligne" bevægelseshastighederne for objekter placeret i en afstand fra hinanden.

Måske "sammenligner" rum og tid bevægelseshastigheden for hvert af objekterne med bølgehastigheden i en lysstråle, og derefter "beregner" disse objekters bevægelseshastighed i forhold til hinanden? Men A. Einstein postuleret os konstanten af ​​lysets hastighed C i forhold til eventuelle bevægelige objekter - "lysmodtagere". Fra dette postulat følger uundgåeligt det modsatte udsagn - konstanthed og lighed C af bevægelseshastigheden af ​​ethvert objekt i forhold til bølgerne af en fælles lysstråle. Derfor, da objekter flytter med samme hastighed Med hensyn til bølgerne af en fælles lysstråle bør resultatet af "beregninger" efter rum og tid af bevægelseshastigheden af ​​objekter i forhold til hinanden altid være lig nul (!), uanset med hvilken relativ hastighed disse objekter faktisk bevæger sig - "lysmodtagere". Der er en selvmodsigelse i praksis, da vi let bliver overbevist om, at objekter, der bevæger sig i en fælles lysstråle, indhenter og overhaler hinanden, det vil sige, at de bevæger sig med forskellige hastigheder. Det kan siges, at den anden mulighed i alle dens varianter ikke er bedre end den første og bør også være absurd for enhver fysiker.

I A. Einstein skriver: "Hvis hver lysstråle i tomhed forplanter sig med en hastighed C i forhold til systemet K, så skal lysæteren være i ro overalt i forhold til K. Men Hvis (fremhævelse tilføjet) lovene for lysets udbredelse i K’-systemet (bevæger sig i forhold til K) er de samme som i K-systemet, så må vi med samme ret antage, at æteren er i ro i K’-systemet. Da antagelsen om, at æteren er i ro samtidigt i to systemer, er absurd, og da det ikke ville være mindre absurd at give fortrinsret til et af to (eller fra et uendeligt stort antal) fysisk ækvivalente systemer, bør vi nægte at indføre begrebet en æter, som kun er blevet en ubrugelig tilføjelse til teorien, så snart den mekanistiske fortolkning af lys blev forkastet."

Faktisk er genkendelsen af ​​en hviletilstand for et eller andet objekt i forhold til hvert af to systemer, der er i en tilstand af relativ bevægelse, bestemt absurd. Men er det mindre absurd at antage, at hastigheden af ​​et objekt (lys) er konstant i forhold til hver af de to "(eller fra et uendeligt antal) fysisk ækvivalente" systemer i samme tilstand af relativ bevægelse? Hvorfor er den ene absolut bedre end den anden?

En simpel logisk analyse af fænomenet, der accepteres som hovedpostulatet i SRT, fører til den konklusion, at en "mekanisme", der understøtter denne nye absolutte, ikke kan eksistere i naturen. Speciel geometri, skabt på én gang af G. Minkowski, "forbundet" hastighed, rum og tid sammen ved hjælp af matematiske formler, hvilket gav SRT kun ekstern elegance og selvforsyning, men tilbød ikke det vigtigste - en "mekanisme" der etablerer årsag-virkning-forhold mellem uafhængige bevægelser.

Således viser de uafhængige bevægelser af lys og observatører sig kun at være kausalt "forbundet" i SRT takket være den indførte menneskesind"postulere atu". Har vi ikke taget for meget på os, mine herrer, relativistiske fysikere? I forpligtelsen til at "opfylde" naturen "særlige relativitetsprincip" vi kasserede al den erfaring, menneskeheden havde akkumuleret, og etablerede et nyt absolut ved en viljestærk beslutning, der "forbinder" uafhængige naturfænomener med årsag-og-virkning-forhold. Og hvad ved vi egentlig om naturens faktiske "opfyldelse" "særlige relativitetsprincip" på andre planeter, stjerner og galakser? Hvordan kan vi være sikre på, at dette princip gælder overalt? Og hvorfor er vi så sikre på, at det netop er det, der bliver gjort på Jorden?

Resultaterne af hvilke fysiske eksperimenter kunne have "inspireret" dette til A. Einstein? , som krævede fremrykning af lysets absolutte hastighed? Det er jo ikke opstået af sig selv. Lad os prøve at finde ud af dette fra A. Einstein selv.

Et afsnit fra den allerførste artikel, skrevet i 1905, er allerede blevet citeret ovenfor: "... Eksempler af denne art, såvel som mislykkede forsøg på at detektere jordens bevægelse i forhold til "det lysende medium," fører til antagelsen...". Det er usandsynligt, at nogen kan være i tvivl om, at vi her taler om forsøgene fra Michelson og Michelson - Morley, der har til formål at detektere hastigheden af ​​Jordens bevægelse gennem den lysende "æter", fordi andre mislykkede forsøg Det var endnu ikke muligt at detektere Jordens bevægelse i forhold til "det lysende medium" på det tidspunkt. Det samme synspunkt deles af en af ​​de berømte specialister i fysikkens historie P. S. Kudryavtsev: “...I hele Einsteins artikel er der ikke en eneste reference til litteratur. Einstein hævdede senere, at han vidste ikke om Michelsons eksperiment, da jeg skrev mit arbejde. Men hvis han læste Lorentz' værk i 1895, hvor princippet om førsteordens relativitet blev bevist, som han nævner her, så Han kunne ikke lade være med at vide om Michelsons eksperiment » (fremhævelse tilføjet).

1907: "Siden fremkomsten af ​​denne teori(elektrodynamik af bevægelige kroppe, udviklet af G. A. Lorenz. Forfatterens note) man ville forvente, at det ville være muligt eksperimentelt at påvise indflydelsen af ​​Jordens bevægelse i forhold til æteren på optiske fænomener... Men det negative resultat af Michelsons og Morleys eksperimenter viste, at der i det mindste i dette tilfælde heller ikke er nogen andenordens effekt (proportional v2 /C2), selvom det ifølge Lorentz-teoriens grundlæggende principper skulle have manifesteret sig eksperimentelt... Derfor skabtes det indtryk, at Lorentz' teori må opgives, og erstattes med en teori, der er baseret på relativitetsteorien, fordi en sådan teori ville gøre det muligt umiddelbart at forudse det negative resultat af Michelson-Morley-eksperimentet... Hvordan vil naturlovene se ud, hvis alle fænomener studeres i et referencesystem, der nu er i en ny bevægelsestilstand? Som svar på dette spørgsmål vil vi gøre det logisk enkleste og foreslået erfaring med Michelson og Morleys antagelse: naturlovene afhænger ikke af referencesystemets bevægelsestilstand, i det mindste hvis det ikke accelereres"(fremhævelse tilføjet).

Lad os selv bemærke, at kun to år efter offentliggørelsen af ​​den første artikel, udtalte A. Einstein først, at "særlige relativitetsprincip" på jorden « tilskyndet oplevelse af Michelson og Morley".

1910: "I ligningerne opnået ovenfor er det ikke svært at genkende Lorenz og Fitzgeralds hypoteser. Denne hypotese forekom os mærkelig, og det var nødvendigt at introducere den for at kunne forklare det negative resultat af Michelsons og Morleys forsøg. Her fremstår denne hypotese som en naturlig konsekvens af de principper, vi har vedtaget.”.

1915: “Succeserne med Lorentz’ teori var så store, at fysikere uden tøven ville have opgivet relativitetsprincippet, hvis der ikke var opnået ét vigtigt eksperimentelt resultat, som vi nu skal tale om, nemlig resultatet af Michelsons eksperiment. Alligevel sagde de fleste af disse negative resultater ikke noget imod Lorentz' teori. I en yderst genial teoretisk undersøgelse viste G. A. Lorenz, at relativ bevægelse, til en første tilnærmelse, ikke påvirker strålernes vej i nogen optiske eksperimenter. Der var kun ét optisk eksperiment tilbage, hvor metoden var så følsom, at det negative resultat af eksperimentet forblev uforståeligt selv set ud fra den teoretiske analyse af G. A. Lorenz. Dette var det allerede nævnte Michelson-eksperiment...”

1922 ”Alle eksperimenter viser, at Jordens translationelle bevægelse ikke påvirker elektromagnetiske og optiske fænomener i forhold til Jorden som referencelegeme. De vigtigste af disse eksperimenter er Michelson og Morleys, som jeg antager er kendte. Således kan gyldigheden af ​​det særlige relativitetsprincip næppe tvivles.".

Du kan give andre eksempler, men det er nok nok. Så, " negativt resultat af Michelson-Morley eksperimentet" var grundlaget både for afvisningen af ​​det lysende medium - "ether", og for A. Einsteins promovering af " det særlige relativitetsprincip" og "princippet om lysets hastigheds konstanthed". Sandsynligvis har A. Einstein selv intuitivt stadig tvivlet på ukrænkeligheden af ​​dette grundlag, da han senere, som nævnt ovenfor, begyndte at benægte sammenhængen mellem udseendet "princippet om lysets hastigheds konstanthed" med " negativt resultat af Michelson-Morley eksperimentet".

Intuitionen svigtede ikke A. Einstein I dette tilfælde. Negativt resultat Michelson-Morley eksperiment "om den eksperimentelle påvisning af Jordens bevægelse i forhold til æteren" var ret forudsigelig netop ud fra et synspunkt om eksistensen af ​​en lysende "æter" i rummet omkring os. I Michelson-Morley-eksperimentet forplanter lysbølger sig i to indbyrdes vinkelrette retninger med samme hastighed C i forhold til "etheren", men under måleprocessen bevæger en af ​​interferometerarmene sig skiftevis langs lysbølgerne, og den anden bevæger sig vinkelret til dem. Interferometerarmens bevægelse langs lysbølgerne fører ikke kun til den eksperimentelt søgte ændring i tidsintervallet for passage af en lysstråle langs armen "derhen" og "tilbage", men også til ændringer i frekvensen af ​​lysvibrationer på spejlene placeret i denne arm af interferometeret. Disse ændringer i oscillationsfrekvens er tydeligt illustreret blitz-model.

Eksperimentatorerne, der udførte eksperimentet, anså frekvensen af ​​lysvibrationer på Michelson-interferometerets spejle for at være konstant, idet de mente, at de havde at gøre med en måling af transformation af "hastigheden af ​​jordens bevægelse i forhold til "æteren" - forskellen i tidsintervaller." I virkeligheden udførte eksperimentet en måletransformation: "hastigheden af ​​jordens bevægelse i forhold til "æteren" - faseforskellen" af lysoscillationer opsummeret på "skærmen" af interferometeret. Faseindtrængen af ​​lysbølgen langs længden af ​​interferometerarmen er produktet af tidsintervallet for passage af lysbølgen langs interferometerarmen vha. vibrationsfrekvens, målt på interferometerspejlet, der opfatter lysbølger. Hvis i dette produkt en af ​​faktorerne, for eksempel tidsintervallet, stiger med en vis mængde, så falder den anden, oscillationsfrekvensen, med samme mængde. Selve produktet - faseskiftet - forbliver konstant og afhænger ikke af hastigheden af ​​Jordens bevægelse i forhold til "æteren".

Med en forsinkelse på 100 år bør det således erkendes, at i modsætning til A. Einsteins udtalelser, kunne resultatet af Michelson-Morley-eksperimentet ikke bruges som et eksperimentelt grundlag for at fremsætte " særlige relativitetsprincip" og "princippet om konstant lyshastighed". Begge "princip" blev blot fremsat på grundlag af det næste mislykket forsøg forklaring på nulresultatet af Michelson-Morley-eksperimentet, som faktisk indikerer Michelson-interferometerets ufølsomhed over for hastigheden af ​​dets bevægelse i forhold til lysbølger.

Men som moderne "officiel" fysik hævder, er konsekvenserne af disse "principper", er meget udbredt i teorien og bekræftes af talrige reelle praktiske resultater. Det er en mærkelig situation. Hvis den underliggende STO "princippet om lysets hastigheds konstanthed" grundlæggende ikke kan eksistere i naturen og kun blev fremsat på baggrund af en forkert fortolkning af resultatet af Michelson-Morley eksperimentet, hvordan kan konsekvenserne af SRT så opfyldes? Måske er disse konsekvenser af nogle andre årsager, der fejlagtigt tilskrives SRT? Lad os separat analysere virkeligheden af ​​de fysiske fænomener forudsagt af STR og deres korrespondance med de fænomener, der observeres i praksis.

Først et citat fra A. Einsteins arbejde: "Lad os forestille os et ur, der er i stand til at vise referencesystemets tidk og er i hvile i forhold tilk. Det kan vises, at det samme ur bevæger sig ensartet og retlinet i forhold til referencesystemetk, set fra systemets synspunktk vil gå langsommere: hvis urets aflæsning øges med én, så systemuretk vil vise, at tiden er gået i dette system

Et bevægeligt ur kører således langsommere end det samme ur i hvile i forhold til systemetk. I dette tilfælde er det nødvendigt at forestille sig, at hastigheden af ​​et ur i en bevægelig tilstand bestemmes ved konstant at sammenligne disse ures visere med positionen af ​​viserne på dem i hvile i forhold til systemetk ure, der måler systemets tidk og forbi hvilket det pågældende bevægelige ur passerer."

Hvordan opnå sådan en "opbremsning" af det bevægende ur " fra synspunkt" A. Einstein demonstrerede klart den hvilende referenceramme i , mentalt at udføre den metodisk ukorrekte synkronisering af lyssignaler af ure placeret i koordinatsystemer i en tilstand af relativ bevægelse. Med denne "synkronisering" foreslog de åbenlyst ulige tidsintervaller for bevægelse af lyssignaler fra et stationært koordinatsystem til et bevægeligt og tilbage igen A. Einstein foreslog at måle identiske og synkront kørende ure placeret i disse koordinatsystemer, men tilskrev resultaterne af målinger af disse ulige tidsintervaller til den ulige kørsel af urene, der erstatter årsag og virkning, hvilket førte til "fremkomsten" af relativistisk "opbremsning" af tiden. Dette er beskrevet mere detaljeret i forfatterens artikel "Om den metodologiske fejl i metoden til synkronisering af ure med lyssignaler, foreslået af A. Einstein," hvor der i stedet for Einsteins "synkronisering", en anden metode til at synkronisere de samme ure med de samme lyssignaler er foreslået, hvilket sikrer ensartethed (inden for grænserne for urets ujævnhed) tidsintervaller for bevægelse af lyssignaler målt af ure og udelukker enhver grund for eksistensen af ​​relativistisk "nedsættelse" af tiden.

Det er passende her at citere en retfærdig udtalelse af L. Brillouin vedrørende Einsteins "synkronisering" af ure: "Denne regel er(Einsteins "teknik" til synkronisering. Forfatterens note) er vilkårlig og endda metafysisk. Det kan ikke bevises eller modbevises eksperimentelt...”. I modsætning til Einsteins "synkronisering" af ure, er den synkronisering, forfatteren foreslår i artiklen "On the methodological error in the method of synchronizing clocks with light signals foreslået af A. Einstein", fysisk realiserbar og kan bruges til eksperimentelt at bevise tidens absoluthed og tilbagevise "kendsgerningen" om eksistens i naturen relativistisk "opbremsning" af tiden. I denne henseende skal det siges helt bestemt: der er ingen realtidsudvidelse i observerede materielle genstande på grund af deres ensartede bevægelse "i tomrummet" i forhold til subjektobservatører, kan ikke forekomme. Der er ingen grund til dette, bortset fra den forkerte clock-synkroniseringsteknik nævnt ovenfor.

Så den forkerte metode til klokkesynkronisering førte til den forkerte konklusion om eksistensen af ​​relativistisk "afmatning" af tiden. Til gengæld gav den ikke-eksisterende relativistiske "opbremsning" af tiden anledning til den ikke-eksisterende relativistiske "sammentrækning" af længde. Især bemærker A. Einstein om dette: "Dette resultat(tilstedeværelse af relativistisk "sammentrækning" af længden. Forfatterens note) viser sig at være ikke så mærkeligt, i betragtning af at denne udtalelse om størrelsen af ​​en bevægelig krop har en meget kompleks betydning, fordi i overensstemmelse med det foregående kropsstørrelse kan kun bestemmes ved at måle tid». Fremhævelse tilføjet af forfatteren) .

Af særlig interesse er A. Einsteins udsagn om den fysiske betydning af den relativistiske "opbremsning" af tid og "sammentrækning" af længde:

– « At opsummere , kan vi konkludere: enhver proces i et bestemt fysisk system bliver langsommere, hvis dette system sættes i fremadgående bevægelse. Denne afmatning sker dog kun ud fra et ikke-koordinatsystems synspunkt.";

– "Spørgsmålet om, hvorvidt Lorentz-sammentrækningen er reel eller ej, giver ikke mening. Sammentrækningen er ikke reel, fordi den ikke eksisterer for en iagttager, der bevæger sig med kroppen; det er dog reelt, da det i princippet kan bevises med fysiske midler for en iagttager, der ikke bevæger sig med kroppen.”

Det vil sige, at den relativistiske "opbremsning" af tid og "sammentrækning" af længde, ifølge A. Einstein, er fraværende for en iagttager, der bevæger sig med en krop, og samtidig forekommer for en iagttager, der ikke bevæger sig med den samme krop. Dette er den vigtigste og uundgåelige konsekvens af relativisme - solipsisme 1 ! Det er ikke selve iagttagelsesobjektet – den bevægelige materielle krop, hvis parametre vi observerer – det er virkeligheden, men "virkeligheden" er kun hver af subjekternes - observatørernes - "ideer" om denne krop. I overensstemmelse hermed er der ifølge A. Einstein lige så mange "virkeligheder", som der er observatører.

1. Solipsisme er en subjektiv idealistisk teori, ifølge hvilken kun mennesket og dets bevidsthed eksisterer, og objektiv verden eksisterer kun i individets sind.

Forgæves identificerede A. Einstein imidlertid Lorentz-sammentrækningen med den relativistiske "sammentrækning" af længden. Selvom Lorentz sammentrækning og relativistisk "sammentrækning" af længde er skrevet med den samme formel, har de helt forskellige betydninger. Lorentz-længdesammentrækning blev foreslået som en hypotese for at forklare nulresultatet af Michelson-Morley-eksperimentet. Denne hypotese var, på trods af dens "ekstraordinaritet" (med G. A. Lorenz ord), baseret på ukendte, men ret sandsynlige fysiske årsager til samspillet mellem en bevægende krop og en ubevægelig "æter". Det blev antaget, at Lorentz-sammentrækningen er en reel reduktion i længden af ​​enhver bevægelse gennem "æteren" materielle legemer, men ikke "resultat" observationer, afhængigt af hastigheden af ​​relativ bevægelse af disse kroppe og observatører. Grundlaget for den relativistiske "sammentrækning" af længden var den ikke-eksisterende relativistiske "opbremsning" af tiden. Vi kan kun tilføje følgende: Hverken Lorentzisk sammentrækning eller relativistisk "sammentrækning" af længden observeres i praksis. Begge "forkortelser" har intet at gøre med at forklare nulresultatet af Michelson-Morley-eksperimentet.

Louis de Broglie talte mest præcist om "virkeligheden" af eksistensen af ​​relativistiske "effekter": « Tilsyneladende (her og nedenfor er det understreget af forfatteren) reduktion i størrelse er ledsaget tilsyneladende sænke uret. Observatører, der f.eks. befinder sig i koordinatsystem A og studerer ures fremskridt, der bevæger sig med ramme B, vil opdage, at de halter bagud efter deres egne ure i hvile i ramme A. Med andre ord kan man argumentere for, at bevægelige ure er langsommere end stationære. Som Einstein viste, er dette også en af ​​konsekvenserne af Lorentz-transformationen. Så, tilsyneladende reduktionen i længder og opbremsningen af ​​uret følger klart af de nye definitioner af rum og tid, som Lorentz-transformationen er forbundet med. Og omvendt, ved at postulere en reduktion i størrelse og en opbremsning i urets hastighed, kan man opnå formler for Lorentz-transformationen".

I vores liv møder vi tilsyneladende fænomener hver dag. Når vi bevæger os langs gaden, ser vi, at bygningerne i perspektiv ikke repræsenterer rektangulære parallelepipeder, som de faktisk er. De tættere dele af bygningen virker højere og mere voluminøse for os. Men vi ved fra barnsben, at det er perspektivets love og betragter derfor ikke dette fænomen for at være virkelighed. Erfaring har ført os til denne forståelse. Virkeligheden for os er streng ensartethed i højden modsatte sider rektangulære parallelepipeder – bygge vægge, understøttet af resultater præcise mål udføres under opførelse af bygninger. Lad os forestille os, at der ville være en "videnskabsmand", der ville fortælle os, at højden af ​​væggene i de bygninger, vi bor i, afhænger af deres afstand fra enhver observatør - en fodgænger, der går ned ad gaden. Jeg tror, ​​at vi ikke ville bifalde denne "videnskabsmand" for sådan en "opdagelse", selv hvis han forsøgte at forsikre os om, at hans udtalelse kunne være " fundamentalt bevist med fysiske midler" Hvorfor har vi så i 100 år betragtet virkeligheden ikke for observationsobjekterne selv - materielle kroppe, der eksisterer uafhængigt og uafhængigt af os, men for at erstatte dem med individuelle "ideer" fra observatører om disse materielle kroppe, angiveligt afhængigt af hastigheden af relativ bevægelse? Selv hvis det virkelig viste sig, at den målte værdi af en hvilken som helst af parametrene for en materiel krop afhænger af bevægelseshastigheden af ​​visse observatører i forhold til denne krop, hvorfor så ikke indføre en korrektion i måleresultatet beregnet ud fra ligningen af ​​forholdet af den målte parameter med den relative bevægelseshastighed, og opnå den samme værdi for alle observatører reel værdi parameter for det observerede materialelegeme? Det er præcis, hvad metrologer plejer at gøre, idet de indfører de nødvendige korrektioner i måleresultaterne for at kompensere for påvirkningen af ​​tilsyneladende fænomener, der opstod af den ene eller anden grund under måleprocessen. Denne enkle metode giver dem mulighed for at korrigere de opnåede måleresultater og med maksimal nøjagtighed bringe dem i overensstemmelse med en enkelt fysisk virkelighed- materiel krop.

Hvad indikerer massen så? berømte eksperimenter, hvor den ikke-eksisterende relativistiske "opbremsning" af tiden er "registreret"? Der kan kun være ét svar. I virkeligheden registrerer forsøgsledere ikke en tilsyneladende afmatning i tid, men en reel opbremsning i flowhastigheden. fysiske processer, der forekommer i materielle genstande, der bevæger sig i forhold til os ved høje hastigheder, sammenlignelige med lysets hastighed eller med høje accelerationer. Objektiv grund en reel stigning i varigheden af ​​nogle observerbare fysiske processer, såsom f.eks. en stigning i "levetiden" for hurtigt bevægende ustabile partikler, bør være forbundet med ændringer i den indre struktur af disse partikler, der opstår som følge af ændringer i intensiteten af ​​deres interaktion med "æteren", når de bevæger sig i forhold til den ved underlyshastighed eller høj acceleration. Konklusionen tyder på, at vi i dag er vildledt sammentræf matematiske formler opnået i SRT, med formler, der skal beskrive objektivt forekommende processer, og for at forklare afmatningen i hastigheden af ​​fysiske processer, kræves en anden teori.

Lad os opsummere. "Floundering" på strømfaldene i det 19. - 20. århundrede "slugte" fysikken en smuk lokkemad i form af " relativitetsprincippet" og var solidt fanget på "stålkrogen" af den absolutte lyshastighed. Det er stadig almindeligt accepteret, at STR prompte "bragte" fysikken ud af en dyb krise. Måske "bragte det det ud", men hvor "bragte det det" som et resultat? I solipsismens "sump", "overgroet" til toppen med tilsyneladende fænomener, hvorfra der ikke er nogen vej ud i sigte.

Læge tekniske videnskaber A. GOLUBEV.

I midten af ​​sidste år dukkede en opsigtsvækkende melding op i magasiner. En gruppe amerikanske forskere har opdaget, at en meget kort laserimpuls bevæger sig i et særligt udvalgt medie hundredvis af gange hurtigere end i et vakuum. Dette fænomen virkede fuldstændig utroligt (lysets hastighed i et medium er altid mindre end i et vakuum) og rejste endda tvivl om gyldigheden af ​​den særlige relativitetsteori. I mellemtiden blev et superluminalt fysisk objekt - en laserpuls i et forstærkningsmedium - først opdaget ikke i 2000, men 35 år tidligere, i 1965, og muligheden for superluminal bevægelse blev bredt diskuteret indtil begyndelsen af ​​70'erne. I dag er diskussionen omkring dette mærkelige fænomen blusset op med fornyet kraft.

Eksempler på "superluminal" bevægelse.

I begyndelsen af ​​60'erne, korte lysimpulser høj effekt begyndte at blive opnået ved at sende en laserblitz gennem en kvanteforstærker (et medium med inverteret population).

I et forstærkermedium forårsager det indledende område af en lysimpuls stimuleret emission af atomer i forstærkermediet, og dets sidste område forårsager deres absorption af energi. Som et resultat vil det se ud for observatøren, at pulsen bevæger sig hurtigere end lyset.

Lijun Wongs eksperiment.

En lysstråle, der passerer gennem et prisme lavet af et gennemsigtigt materiale (for eksempel glas), brydes, det vil sige, at den oplever spredning.

En lysimpuls er et sæt af svingninger med forskellige frekvenser.

Sandsynligvis ved alle - selv folk langt fra fysikken - at den maksimalt mulige hastighed for bevægelse af materielle genstande eller udbredelsen af ​​signaler er lysets hastighed i et vakuum. Det er angivet med bogstavet Med og er næsten 300 tusinde kilometer i sekundet; præcise værdi Med= 299.792.458 m/s. Lysets hastighed i et vakuum er en af ​​de grundlæggende fysiske konstanter. Manglende evne til at opnå hastigheder, der overstiger Med, følger af Einsteins særlige relativitetsteori (STR). Hvis det kunne bevises, at transmission af signaler ved superluminale hastigheder er mulig, ville relativitetsteorien falde. Det er indtil videre ikke sket, på trods af adskillige forsøg på at modbevise forbuddet mod eksistensen af ​​hastigheder på over Med. Nylige eksperimentelle undersøgelser har dog afsløret nogle meget interessante fænomener, der indikerer, at under specielt skabte forhold kan superluminale hastigheder observeres uden at krænke relativitetsteoriens principper.

Til at begynde med, lad os huske de vigtigste aspekter relateret til problemet med lysets hastighed. Først og fremmest: hvorfor er det umuligt (hvis normale forhold) overskride lysgrænsen? For så er vores verdens grundlæggende lov overtrådt - kausalitetsloven, ifølge hvilken virkningen ikke kan gå forud for årsagen. Ingen har nogensinde observeret, at for eksempel en bjørn først faldt død om og derefter jægeren skudt. Ved hastigheder over Med, rækkefølgen af ​​begivenheder bliver omvendt, tidsbåndet spoles tilbage. Dette er let at verificere ud fra følgende enkle ræsonnement.

Lad os antage, at vi er på en slags mirakelskib, der bevæger os hurtigere end lyset. Så ville vi gradvist indhente det lys, som kilden udsendte på tidligere og tidligere tidspunkter. Først ville vi indhente fotoner udsendt for eksempel i går, derefter dem der blev udsendt i forgårs, så for en uge, en måned, et år siden og så videre. Hvis lyskilden var et spejl, der reflekterede livet, så ville vi først se begivenhederne i går, så i forgårs og så videre. Vi kunne for eksempel se en gammel mand, der gradvist bliver til en midaldrende mand, derefter til en ung mand, til en ung, til et barn... Det vil sige, at tiden ville vende tilbage, vi ville bevæge os fra nutiden til fortiden. Årsager og virkninger ville så skifte plads.

Selvom denne diskussion fuldstændig ignorerer de tekniske detaljer i processen med at observere lys, viser den fra et grundlæggende synspunkt klart, at bevægelse med superluminale hastigheder fører til en situation, der er umulig i vores verden. Naturen har dog sat endnu strengere betingelser: Bevægelse ikke kun med superluminal hastighed er uopnåelig, men også med en hastighed svarende til lysets hastighed - man kan kun nærme sig den. Af relativitetsteorien følger det, at når bevægelseshastigheden stiger, opstår der tre omstændigheder: massen af ​​et bevægeligt objekt øges, dets størrelse i bevægelsesretningen falder, og tidsstrømmen på dette objekt bremses (fra punktet af en ekstern "hvilende" observatør). Ved almindelige hastigheder er disse ændringer ubetydelige, men når de nærmer sig lysets hastighed bliver de mere og mere mærkbare, og i grænsen - med en hastighed svarende til Med, - massen bliver uendelig stor, objektet mister fuldstændig størrelse i bevægelsesretningen og tiden stopper på det. Derfor kan ingen materiel krop nå lysets hastighed. Kun lyset selv har en sådan hastighed! (Og også en "altgennemtrængende" partikel - en neutrino, der ligesom en foton ikke kan bevæge sig med en hastighed mindre end Med.)

Nu om signaltransmissionshastigheden. Her er det hensigtsmæssigt at bruge repræsentationen af ​​lys i form af elektromagnetiske bølger. Hvad er et signal? Dette er nogle oplysninger, der skal overføres. Perfekt elektromagnetisk bølge- dette er en uendelig sinusoide af strengt taget én frekvens, og den kan ikke bære nogen information, fordi hver periode af en sådan sinusoide nøjagtigt gentager den foregående. Bevægelseshastigheden af ​​fasen af ​​en sinusbølge - den såkaldte fasehastighed - kan i et medium under visse forhold overskride lysets hastighed i et vakuum. Der er ingen begrænsninger her, da fasehastigheden ikke er signalets hastighed - den eksisterer ikke endnu. For at skabe et signal skal du lave en form for "mærke" på bølgen. Et sådant mærke kan for eksempel være en ændring i en hvilken som helst af bølgeparametrene - amplitude, frekvens eller indledende fase. Men så snart mærket er lavet, mister bølgen sin sinusform. Det bliver moduleret, bestående af et sæt simple sinusbølger med forskellige amplituder, frekvenser og indledende faser - en gruppe bølger. Den hastighed, hvormed mærket bevæger sig i den modulerede bølge, er signalets hastighed. Ved udbredelse i et medium falder denne hastighed som regel sammen med gruppehastigheden, som karakteriserer udbredelsen af ​​ovennævnte gruppe af bølger som helhed (se "Videnskab og liv" nr. 2, 2000). Under normale forhold er gruppehastigheden og dermed signalhastigheden mindre end lysets hastighed i vakuum. Det er ikke tilfældigt, at udtrykket "under normale forhold" bruges her, for i nogle tilfælde kan gruppehastigheden overstige Med eller endda miste sin betydning, men så relaterer det sig ikke til signaludbredelse. Servicestationen konstaterer, at det er umuligt at sende et signal med en hastighed, der er større end Med.

Hvorfor er det sådan? Fordi der er en hindring for at sende ethvert signal med en hastighed større end Med Den samme lov om kausalitet tjener. Lad os forestille os en sådan situation. På et tidspunkt A tænder et lysglimt (hændelse 1) en enhed, der sender et bestemt radiosignal, og på et fjerntliggende punkt B, under påvirkning af dette radiosignal, sker der en eksplosion (hændelse 2). Det er klart, at hændelse 1 (flare) er årsagen, og hændelse 2 (eksplosion) er konsekvensen, der opstår senere årsager. Men hvis radiosignalet forplantede sig med superluminal hastighed, ville en observatør nær punkt B først se en eksplosion, og først derefter ville det nå ham med hastigheden Med et lysglimt, årsagen til eksplosionen. Med andre ord, for denne observatør ville hændelse 2 have fundet sted tidligere end hændelse 1, det vil sige, at virkningen ville være gået forud for årsagen.

Det er passende at understrege, at det "superluminale forbud" af relativitetsteorien kun er pålagt bevægelse af materielle legemer og transmission af signaler. I mange situationer er bevægelse med enhver hastighed mulig, men dette vil ikke være bevægelse af materielle genstande eller signaler. Forestil dig for eksempel to ret lange linealer, der ligger i samme plan, hvoraf den ene er placeret vandret, og den anden skærer den i en lille vinkel. Hvis den første lineal flyttes nedad (i pilens retning) med høj hastighed, kan linealernes skæringspunkt fås til at løbe så hurtigt som ønsket, men dette punkt er ikke en materiel krop. Et andet eksempel: hvis du tager en lommelygte (eller f.eks. en laser, der producerer en smal stråle) og hurtigt beskriver en bue i luften, så lineær hastighed lysstrålen vil øges med afstanden og tilstrækkeligt stor afstand vil overstige Med. Lyspletten vil bevæge sig mellem punkt A og B med superluminal hastighed, men dette vil ikke være en signaltransmission fra A til B, da en sådan lysplet ikke bærer nogen information om punkt A.

Det ser ud til, at spørgsmålet om superluminale hastigheder er blevet løst. Men i 60'erne af det tyvende århundrede fremsatte teoretiske fysikere hypotesen om eksistensen af ​​superluminale partikler kaldet tachyoner. Det er meget mærkelige partikler: teoretisk set er de mulige, men for at undgå modsætninger med relativitetsteorien måtte de tildeles en imaginær hvilemasse. Fysisk eksisterer imaginær masse ikke; det er en rent matematisk abstraktion. Dette vakte dog ikke meget alarm, da tachyoner ikke kan være i ro - de eksisterer (hvis de findes!) kun ved hastigheder, der overstiger lysets hastighed i et vakuum, og i dette tilfælde viser tachyonmassen sig at være reel. Der er en vis analogi her med fotoner: en foton har nul hvilemasse, men det betyder ganske enkelt, at fotonen ikke kan være i hvile - lys kan ikke stoppes.

Det sværeste viste sig at være, som man kunne forvente, at forene tachyon-hypotesen med kausalitetsloven. De forsøg, der blev gjort i denne retning, førte, skønt ret geniale, ikke til åbenbar succes. Ingen har heller eksperimentelt været i stand til at registrere tachyoner. Som et resultat, interesse for tachyoner som superluminal elementære partikler gradvist forsvandt.

Men i 60'erne blev der eksperimentelt opdaget et fænomen, som oprindeligt forvirrede fysikerne. Dette er beskrevet detaljeret i artiklen af ​​A. N. Oraevsky "Superluminal waves in amplifying media" (UFN nr. 12, 1998). Her vil vi kort opsummere essensen af ​​sagen og henvise læseren interesseret i detaljer til den specificerede artikel.

Kort efter opdagelsen af ​​lasere - i begyndelsen af ​​60'erne - opstod problemet med at opnå korte (varighed ca. 1 ns = 10 -9 s) højeffekt lysimpulser. For at gøre dette blev en kort laserimpuls ført gennem en optisk kvanteforstærker. Pulsen blev delt i to dele af et stråleopdelingsspejl. En af dem, kraftigere, blev sendt til forstærkeren, og den anden forplantede sig i luften og fungerede som en referenceimpuls, som den impuls, der passerede gennem forstærkeren, kunne sammenlignes med. Begge impulser blev ført til fotodetektorer, og deres udgangssignaler kunne observeres visuelt på oscilloskopskærmen. Det var forventet, at lysimpulsen, der passerede gennem forstærkeren, ville opleve en vis forsinkelse i den sammenlignet med referenceimpulsen, det vil sige, at lysudbredelseshastigheden i forstærkeren ville være mindre end i luft. Forestil dig forskernes forbløffelse, da de opdagede, at pulsen forplantede sig gennem forstærkeren med en hastighed, der ikke kun var større end i luft, men også flere gange højere end lysets hastighed i vakuum!

Efter at være kommet sig fra det første chok, begyndte fysikere at lede efter årsagen til et så uventet resultat. Ingen var selv den mindste i tvivl om principperne i den specielle relativitetsteori, og det var det, der hjalp med at finde den rigtige forklaring: hvis principperne for SRT er bevaret, så skal svaret søges i det forstærkende mediums egenskaber.

Uden at gå i detaljer her, vil vi kun påpege det detaljeret analyse virkningsmekanismen for det forbedrende medium afklarede situationen fuldstændigt. Pointen var en ændring i koncentrationen af ​​fotoner under pulsudbredelse - en ændring forårsaget af en ændring i mediets forstærkning op til negativ værdi under passagen af ​​den bagerste del af pulsen, når mediet allerede absorberer energi, fordi dets egen reserve allerede er brugt op på grund af dets overførsel lys puls. Absorption forårsager ikke en stigning, men en svækkelse af impulsen, og dermed forstærkes impulsen i den forreste del og svækkes i den bagerste del. Lad os forestille os, at vi observerer en puls ved hjælp af en enhed, der bevæger sig med lysets hastighed i forstærkermediet. Hvis mediet var gennemsigtigt, ville vi se impulsen fastfrosset i ubevægelighed. I det miljø, hvori den ovennævnte proces finder sted, vil forstærkningen af ​​forkanten og svækkelsen af ​​pulsens bagkant fremstå for iagttageren på en sådan måde, at mediet synes at have flyttet pulsen fremad. Men da enheden (observatøren) bevæger sig med lysets hastighed, og impulsen overhaler den, så overstiger impulsens hastighed lysets hastighed! Det er denne effekt, der blev registreret af forsøgsledere. Og her er der virkelig ingen modsætning til relativitetsteorien: forstærkningsprocessen er simpelthen sådan, at koncentrationen af ​​fotoner, der kom ud tidligere, viser sig at være større end dem, der kom ud senere. Det er ikke fotoner, der bevæger sig med superluminale hastigheder, men pulshylsteret, især dets maksimum, som observeres på et oscilloskop.

Mens der i almindelige medier altid er en svækkelse af lys og et fald i dets hastighed, bestemt af brydningsindekset, er der i aktive lasermedier ikke kun en forstærkning af lys, men også udbredelse af en puls ved superluminal hastighed.

Nogle fysikere forsøgte eksperimentelt at bevise tilstedeværelsen af ​​superluminal bevægelse under tunneleffekten - et af de mest fantastiske fænomener i kvantemekanik. Denne effekt består i, at en mikropartikel (mere præcist, et mikroobjekt, i forskellige forhold udviser både partikel- og bølgeegenskaber) er i stand til at trænge igennem den såkaldte potentialbarriere - et fænomen fuldstændig umuligt i klassisk mekanik(hvor analogien ville være følgende situation: en bold kastet mod en væg ville ende på den anden side af væggen, eller den bølgelignende bevægelse tilført et reb bundet til væggen ville blive overført til et reb bundet til væggen på den anden side). Essensen af ​​tunneleffekten i kvantemekanik er som følger. Hvis et mikroobjekt med en bestemt energi møder et område med potentiel energi, der overstiger mikroobjektets energi, er dette område en barriere for det, hvis højde bestemmes af energiforskellen. Men mikroobjektet "lækker" gennem barrieren! Denne mulighed er givet ham af den velkendte Heisenberg-usikkerhedsrelation, skrevet til interaktionens energi og tid. Hvis et mikroobjekts interaktion med en barriere sker over en ret bestemt tid, så vil mikroobjektets energi tværtimod være karakteriseret ved usikkerhed, og hvis denne usikkerhed er af størrelsesordenen af ​​barrierens højde, så vil sidstnævnte ophører med at være en uoverstigelig hindring for mikroobjektet. Penetrationshastigheden gennem en potentiel barriere er blevet genstand for forskning af en række fysikere, som mener, at den kan overskride Med.

I juni 1998 afholdt et internationalt symposium om problemerne vedr superluminale bevægelser, hvor resultaterne opnået i fire laboratorier blev diskuteret - i Berkeley, Wien, Köln og Firenze.

Og endelig, i 2000, dukkede rapporter op om to nye eksperimenter, hvor virkningerne af superluminal udbredelse viste sig. En af dem blev udført af Lijun Wong og hans kolleger i forskningsinstitut i Princeton (USA). Resultatet er, at en lysimpuls, der kommer ind i et kammer fyldt med cæsiumdamp, øger dens hastighed med 300 gange. Det viste sig, at hoveddelen af ​​pulsen forlod den fjerneste væg af kammeret endnu tidligere, end pulsen kom ind i kammeret gennem forvæggen. Denne situation modsiger ikke kun sund fornuft, men i bund og grund relativitetsteorien.

L. Wongs budskab skabte intens diskussion blandt fysikere, hvoraf de fleste ikke var tilbøjelige til at se en krænkelse af relativitetsprincipperne i de opnåede resultater. Udfordringen, mener de, er at forklare dette eksperiment korrekt.

I L. Wongs eksperiment havde lysimpulsen, der kom ind i kammeret med cæsiumdamp, en varighed på omkring 3 μs. Cæsiumatomer kan eksistere i seksten mulige kvantemekaniske tilstande, kaldet "hyperfine magnetiske underniveauer af grundtilstanden." Ved hjælp af optisk laserpumpning blev næsten alle atomer kun bragt i én af disse seksten tilstande, svarende til næsten absolut nultemperatur på Kelvin-skalaen (-273,15 o C). Længden af ​​cæsiumkammeret var 6 centimeter. I et vakuum bevæger lyset sig 6 centimeter på 0,2 ns. Som målingerne viste, passerede lysimpulsen gennem kammeret med cæsium i en tid, der var 62 ns mindre end i vakuum. Med andre ord har den tid det tager for en puls at passere gennem et cæsiummedium et minustegn! Faktisk, hvis vi trækker 62 ns fra 0,2 ns, får vi "negativ" tid. Denne "negative forsinkelse" i mediet - et uforståeligt tidsspring - er lig med den tid, hvor pulsen ville lave 310 passager gennem kammeret i et vakuum. Konsekvensen af ​​denne "temporale vending" var, at pulsen, der forlod kammeret, nåede at bevæge sig 19 meter væk fra den, før den indkommende puls nåede den nære væg af kammeret. Hvordan kan sådan en utrolig situation forklares (medmindre vi naturligvis tvivler på forsøgets renhed)?

At dømme efter den igangværende diskussion er der endnu ikke fundet en nøjagtig forklaring, men der er ingen tvivl om, at mediets usædvanlige spredningsegenskaber spiller en rolle her: cæsiumdamp, bestående af atomer exciteret af laserlys, er et medium med unormal spredning . Lad os kort huske, hvad det er.

Spredningen af ​​et stof er afhængigheden af ​​fase (almindeligt) brydningsindeks n på lysets bølgelængde l. Ved normal spredning stiger brydningsindekset med aftagende bølgelængde, og det er tilfældet i glas, vand, luft og alle andre lysgennemsigtige stoffer. I stoffer, der absorberer lys kraftigt, vendes forløbet af brydningsindekset med en ændring i bølgelængde og bliver meget stejlere: med faldende l (stigende frekvens w), falder brydningsindekset kraftigt, og i et bestemt bølgelængdeområde bliver det mindre end enhed (fasehastighed V f > Med). Dette er unormal spredning, hvor mønsteret af lysudbredelse i et stof ændres radikalt. Gruppehastighed V gr bliver større end bølgernes fasehastighed og kan overstige lysets hastighed i et vakuum (og også blive negativ). L. Wong peger på denne omstændighed som årsagen til muligheden for at forklare resultaterne af sit eksperiment. Det skal dog bemærkes, at betingelsen V gr > Med er rent formelt, eftersom begrebet gruppehastighed blev introduceret i tilfælde af lille (normal) spredning, for transparente medier, når en gruppe af bølger næsten ikke ændrer sin form under udbredelsen. I områder med unormal spredning deformeres lysimpulsen hurtigt, og begrebet gruppehastighed mister sin betydning; i dette tilfælde introduceres begreberne signalhastighed og energiudbredelseshastighed, som i transparente medier falder sammen med gruppehastigheden, og i medier med absorption forbliver mindre end lysets hastighed i vakuum. Men her er det interessante ved Wongs eksperiment: en lysimpuls, der passerer gennem et medium med unormal spredning, deformeres ikke - den bevarer nøjagtigt sin form! Og dette svarer til antagelsen om, at impulsen forplanter sig med gruppehastighed. Men hvis det er tilfældet, så viser det sig, at der ikke er nogen absorption i mediet, selvom den unormale spredning af mediet netop skyldes absorption! Wong selv, selv om han erkender, at meget stadig er uklart, mener, at det, der sker i hans eksperimentelle opsætning, til en første tilnærmelse klart kan forklares som følger.

En lysimpuls består af mange komponenter med forskellige bølgelængder (frekvenser). Figuren viser tre af disse komponenter (bølge 1-3). På et tidspunkt er alle tre bølger i fase (deres maksima falder sammen); her forstærker de hinanden og danner en impuls. Som videre formidling I rummet udfases bølgerne og "slukker" derved hinanden.

I området med unormal spredning (inde i cæsiumcellen) bliver den bølge, der var kortere (bølge 1), længere. Omvendt bliver den bølge, der var den længste af de tre (bølge 3), den korteste.

Følgelig ændres bølgernes faser tilsvarende. Når bølgerne er gået gennem cæsiumcellen, genoprettes deres bølgefronter. Efter at have gennemgået en usædvanlig fasemodulation i et stof med unormal spredning, befinder de tre pågældende bølger sig igen på et tidspunkt i fase. Her summer de igen og danner en puls af nøjagtig samme form som den, der kommer ind i cæsiummediet.

Typisk i luft, og faktisk i et hvilket som helst transparent medium med normal spredning, kan en lysimpuls ikke nøjagtigt opretholde sin form, når den udbreder sig over en fjern afstand, det vil sige, at alle dens komponenter ikke kan fases på noget fjernt punkt langs udbredelsesvejen. Og under normale forhold vises en lyspuls på et så fjernt punkt efter nogen tid. Men på grund af de unormale egenskaber af mediet, der blev brugt i forsøget, viste pulsen sig på et fjerntliggende sted at være faset på samme måde, som når man gik ind i dette medium. Således opfører lysimpulsen sig, som om den havde en negativ tidsforsinkelse på vej til et fjernt punkt, det vil sige, at den ville nå frem til den ikke senere, men tidligere end den havde passeret gennem mediet!

De fleste fysikere er tilbøjelige til at forbinde dette resultat med udseendet af en lav-intensitets-precursor i kammerets dispersive medium. Faktum er, at under den spektrale nedbrydning af en puls indeholder spektret komponenter af vilkårligt høje frekvenser med ubetydelig lille amplitude, den såkaldte forløber, der går foran "hoveddelen" af pulsen. Arten af ​​etablering og formen af ​​forstadiet afhænger af loven om spredning i mediet. Med dette i tankerne foreslås hændelsesforløbet i Wongs eksperiment at blive fortolket som følger. Den indkommende bølge, der "strækker" forbudsmanden foran sig selv, nærmer sig kameraet. Før toppen af ​​den indkommende bølge rammer den nære væg af kammeret, initierer prækursoren fremkomsten af ​​en puls i kammeret, som når den fjerneste væg og reflekteres fra den og danner en "omvendt bølge". Denne bølge spredes 300 gange hurtigere Med, når nærvæggen og møder den indkommende bølge. Toppene af en bølge møder en andens lavpunkter, så de ødelægger hinanden, og som følge heraf er der intet tilbage. Det viser sig, at den indkommende bølge "tilbagebetaler gælden" til cæsiumatomerne, som "lånte" energi til den i den anden ende af kammeret. Enhver, der kun så begyndelsen og slutningen af ​​eksperimentet, ville kun se en lysimpuls, der "sprang" frem i tiden og bevægede sig hurtigere Med.

L. Wong mener, at hans eksperiment ikke stemmer overens med relativitetsteorien. Udsagnet om uopnåeligheden af ​​superluminal hastighed, mener han, gælder kun for genstande med hvilemasse. Lys kan repræsenteres enten i form af bølger, hvor begrebet masse generelt er uanvendeligt, eller i form af fotoner med en hvilemasse, som det er kendt. lig med nul. Derfor er lysets hastighed i et vakuum ifølge Wong ikke grænsen. Wong indrømmer dog, at den effekt, han opdagede, ikke gør det muligt at transmittere information med en hurtigere hastighed end Med.

"Informationen her er allerede indeholdt i forkanten af ​​pulsen," siger P. Milonni, fysiker ved Los Alamos National Laboratory i USA. "Og det kan give indtryk af at sende information hurtigere end lyset, selv når du sender det ikke."

Det tror de fleste fysikere nyt job giver ikke et knusende slag mod grundlæggende principper. Men ikke alle fysikere mener, at problemet er løst. Professor A. Ranfagni, fra den italienske forskergruppe, der udførte endnu et interessant eksperiment i 2000, mener, at spørgsmålet stadig er åbent. Dette eksperiment, udført af Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni og Rocco Ruggeri, opdagede, at centimeterbølge radiobølger i normal flyrejse med hastigheder overstiger Med med 25 %.

For at opsummere kan vi sige følgende. Arbejder seneste år viser, at der under visse forhold faktisk kan forekomme superluminal hastighed. Men hvad er det egentlig, der bevæger sig med superluminal hastighed? Relativitetsteorien forbyder, som allerede nævnt, en sådan hastighed for materielle legemer og for signaler, der bærer information. Ikke desto mindre forsøger nogle forskere meget vedvarende at demonstrere at overvinde lysbarrieren specifikt for signaler. Grunden til dette ligger i, at den særlige relativitetsteori ikke har en streng matematisk begrundelse (baseret f.eks. på Maxwells ligninger for elektromagnetisk felt) umulighed af at transmittere signaler med en hastighed større end Med. En sådan umulighed i STR etableres, kan man sige, rent aritmetisk, baseret på Einsteins formel for at tilføje hastigheder, men dette bekræftes grundlæggende af kausalitetsprincippet. Einstein selv, i betragtning af spørgsmålet om superluminal signaltransmission, skrev, at i dette tilfælde "... er vi tvunget til at overveje en mulig signaltransmissionsmekanisme, hvor den opnåede handling går forud for årsagen. Men selvom dette er et resultat af et rent logisk punkt synet rummer ikke sig selv, efter min mening er der ingen modsætninger; det modsiger ikke desto mindre arten af ​​al vores erfaring, at umuligheden af ​​at antage V > s ser ud til at være tilstrækkeligt bevist." Kausalitetsprincippet er hjørnestenen, der ligger til grund for umuligheden af ​​superluminal signaltransmission. Og tilsyneladende vil alle søgninger efter superluminale signaler uden undtagelse snuble over denne sten, uanset hvor meget eksperimenter gerne vil opdage sådanne. signaler, for sådan er vores verdens natur.

Afslutningsvis skal det understreges, at alt ovenstående gælder specifikt for vores verden, for vores univers. Denne klausul er lavet pga På det sidste I astrofysik og kosmologi dukker nye hypoteser op, der tillader eksistensen af ​​mange universer skjult for os, forbundet med topologiske tunneler - jumpere. Dette synspunkt deles for eksempel af den berømte astrofysiker N.S. Kardashev. For en ekstern observatør er indgangene til disse tunneler angivet af unormale gravitationsfelter, som sorte huller. Bevægelser i sådanne tunneler, som forfatterne af hypoteserne antyder, vil gøre det muligt at omgå begrænsningen af ​​bevægelseshastigheden, som lysets hastighed pålægger i det almindelige rum, og derfor at realisere ideen om at skabe en tidsmaskine... Det er muligt, at der i sådanne universer faktisk kan ske noget usædvanligt for os. Og selvom sådanne hypoteser indtil videre minder for meget om historier fra science fiction, bør man næppe kategorisk afvise den grundlæggende mulighed for en multi-element enhedsmodel materielle verden. En anden ting er, at alle disse andre universer højst sandsynligt vil forblive rent matematiske konstruktioner af teoretiske fysikere, der lever i vores univers og, med kraften i deres tanker, forsøger at finde verdener lukket for os...

Se udgaven om samme emne