Доктор на технички науки А.ГОЛУБЕВ.
Во средината на минатата година во списанијата се појави сензационална порака. Група американски истражувачи открија дека многу краток ласерски пулс се движи во специјално избрана средина стотици пати побрзо отколку во вакуум. Овој феномен изгледаше потполно неверојатен (брзината на светлината во медиум е секогаш помала отколку во вакуум) и дури поттикна сомнеж за валидноста на специјалната теорија на релативноста. Во меѓувреме, суперлуминален физички објект - ласерски пулс во медиум за засилување - првпат беше откриен не во 2000 година, туку 35 години порано, во 1965 година, а можноста за суперлуминално движење беше нашироко дискутирана до раните 70-ти. Денес, дискусијата околу овој чуден феномен се разгоре со нова енергија.
Примери за „суперлуминално“ движење.
Во раните 60-ти, кратки светлосни импулси со висока моќност почнаа да се добиваат со поминување на ласерски блиц низ квантен засилувач (медиум со превртена популација).
Во медиумот за засилување, почетната област на светлосниот пулс предизвикува стимулирана емисија на атоми во медиумот за засилувач, а нејзиниот последен регион предизвикува нивна апсорпција на енергија. Како резултат на тоа, на набљудувачот ќе му се чини дека пулсот се движи побрзо од светлината.
Експериментот на Лиџун Вонг.
Зрак светлина што минува низ призма направена од проѕирен материјал (на пример, стакло) се прекршува, односно доживува дисперзија.
Светлосен пулс е збир на осцилации со различни фреквенции.
Веројатно сите - дури и луѓето далеку од физиката - знаат дека максималната можна брзина на движење на материјалните предмети или ширењето на какви било сигнали е брзината на светлината во вакуум. Се означува со буквата Сои е речиси 300 илјади километри во секунда; точна вредност Со= 299.792.458 m/s. Брзината на светлината во вакуум е една од основните физички константи. Неможност да се постигнат брзини кои надминуваат Со, следи од Ајнштајновата специјална теорија на релативност (STR). Кога би можело да се докаже дека преносот на сигнали со суперлуминални брзини е возможен, би паднала теоријата на релативност. Досега тоа не се случи, и покрај бројните обиди да се побие забраната за постоење на брзини поголеми од Со. Сепак, неодамнешните експериментални студии открија некои многу интересни феномени, што укажува дека под специјално создадени услови суперлуминалните брзини може да се набљудуваат без да се нарушат принципите на теоријата на релативност.
За почеток, да се потсетиме на главните аспекти поврзани со проблемот со брзината на светлината. Прво: зошто е невозможно (во нормални услови) да се надмине границата на светлина? Затоа што тогаш се прекршува основниот закон на нашиот свет - законот за каузалност, според кој ефектот не може да ѝ претходи на причината. Никој никогаш не забележал дека, на пример, мечка прво паднала мртва, а потоа ловецот пукал. При брзини што надминуваат Со, редоследот на настаните станува обратен, временската лента се враќа назад. Ова е лесно да се потврди од следново едноставно расудување.
Да претпоставиме дека сме на некој вид вселенски чудо брод, кој се движи побрзо од светлината. Потоа постепено ќе ја достигнеме светлината што ја емитува изворот во претходните и претходните времиња. Прво, ќе ги достигнеме фотоните што се емитуваат, да речеме, вчера, потоа оние што се емитирани завчера, потоа една недела, еден месец, една година, итн. Ако изворот на светлина беше огледало што го рефлектира животот, тогаш прво ќе ги видиме настаните од вчера, потоа завчера итн. Можевме да видиме, да речеме, старец кој постепено се претвора во средовечен човек, па во млад човек, во младост, во дете... Односно, времето би се вратило назад, би се преселиле од сегашноста во минатото. Причините и последиците потоа би ги смениле местата.
Иако оваа дискусија целосно ги игнорира техничките детали за процесот на набљудување на светлината, од фундаментална гледна точка јасно покажува дека движењето со суперлуминални брзини води до ситуација која е невозможна во нашиот свет. Меѓутоа, природата поставила уште построги услови: движењето не само со суперлуминална брзина е недостижно, туку и со брзина еднаква на брзината на светлината - може само да му се приближи. Од теоријата на релативност произлегува дека кога брзината на движење се зголемува, се јавуваат три околности: се зголемува масата на предметот што се движи, неговата големина во насока на движење се намалува и текот на времето на овој објект се забавува (од точка поглед на надворешен набљудувач кој „одмара“). При обични брзини овие промени се занемарливи, но како што се приближуваат до брзината на светлината тие стануваат сè позабележливи, а во граница - со брзина еднаква на Со, - масата станува бескрајно голема, предметот целосно ја губи големината во насока на движење и времето застанува на него. Затоа, ниту едно материјално тело не може да ја достигне брзината на светлината. Само самата светлина има таква брзина! (И, исто така, „сепробивачка“ честичка - неутрино, кое, како фотон, не може да се движи со брзина помала од Со.)
Сега за брзината на пренос на сигналот. Овде е соодветно да се користи претставата на светлината во форма на електромагнетни бранови. Што е сигнал? Ова се некои информации што треба да се пренесат. Идеален електромагнетен бран е бесконечен синусоид со строго една фреквенција и не може да носи никакви информации, бидејќи секој период од таков синусоид точно го повторува претходниот. Брзината на движење на фазата на синусен бран - таканаречена фазна брзина - може во медиум под одредени услови да ја надмине брзината на светлината во вакуум. Овде нема ограничувања, бидејќи фазната брзина не е брзината на сигналот - сè уште не постои. За да создадете сигнал, треба да направите некој вид „ознака“ на бранот. Таквата ознака може да биде, на пример, промена на кој било од параметрите на бранот - амплитуда, фреквенција или почетна фаза. Но, штом ќе се направи ознаката, бранот ја губи синусоидноста. Тој станува модулиран, кој се состои од збир на едноставни синусни бранови со различни амплитуди, фреквенции и почетни фази - група бранови. Брзината со која се движи ознаката во модулираниот бран е брзината на сигналот. Кога се шири во медиум, оваа брзина обично се совпаѓа со групната брзина, која го карактеризира ширењето на гореспоменатата група бранови како целина (види „Наука и живот“ бр. 2, 2000 година). Во нормални услови, брзината на групата, а со тоа и брзината на сигналот, е помала од брзината на светлината во вакуум. Не случајно овде е употребен изразот „под нормални услови“, бидејќи во некои случаи брзината на групата може да надмине Соили дури и го губи своето значење, но тогаш тоа не се однесува на ширење на сигналот. Сервисната станица утврдува дека е невозможно да се пренесе сигнал со брзина поголема од Со.
Зошто е ова така? Бидејќи постои пречка за пренос на кој било сигнал со брзина поголема од СоИстиот закон за каузалност служи. Ајде да замислиме таква ситуација. Во одреден момент А, светлосен блиц (настан 1) вклучува уред кој испраќа одреден радио сигнал, а во оддалечената точка Б, под влијание на овој радио сигнал, се случува експлозија (настан 2). Јасно е дека настанот 1 (блесокот) е причината, а настанот 2 (експлозијата) е последицата, што се случува подоцна од причината. Но, ако радио сигналот се ширел со суперлуминална брзина, набљудувачот во близина на точката Б прво би видел експлозија и дури тогаш би го достигнал со брзина Соблесок светлина, причина за експлозијата. Со други зборови, за овој набљудувач, настанот 2 би се случил порано од настанот 1, односно ефектот би претходел на причината.
Соодветно е да се нагласи дека „суперлуминалната забрана“ на теоријата на релативноста се наметнува само на движењето на материјалните тела и преносот на сигнали. Во многу ситуации, движењето со која било брзина е можно, но тоа нема да биде движење на материјални предмети или сигнали. На пример, замислете два прилично долги линијари кои лежат во иста рамнина, од кои едниот се наоѓа хоризонтално, а другиот го пресекува под мал агол. Ако првиот линијар се помести надолу (во насоката означена со стрелката) со голема брзина, точката на вкрстување на линијарите може да се направи да работи толку брзо колку што сакате, но оваа точка не е материјално тело. Друг пример: ако земете фенерче (или, да речеме, ласер што дава тесен зрак) и брзо опишете лак во воздухот, тогаш линеарната брзина на светлосната точка ќе се зголемува со растојанието и на доволно големо растојание ќе надмине Со.Светлосната точка ќе се движи помеѓу точките А и Б со суперлуминална брзина, но тоа нема да биде пренос на сигнал од А до Б, бидејќи такво светлосно место не носи никакви информации за точката А.
Се чини дека прашањето за суперлуминалните брзини е решено. Но, во 60-тите години на дваесеттиот век, теоретските физичари ја изнесоа хипотезата за постоење на суперлуминални честички наречени тахиони. Ова се многу чудни честички: теоретски тие се можни, но за да се избегнат противречности со теоријата на релативноста, мораше да им се додели имагинарна маса на одмор. Физички, имагинарната маса не постои, таа е чисто математичка апстракција. Сепак, ова не предизвика многу аларм, бидејќи тахионите не можат да мируваат - тие постојат (ако постојат!) само со брзини што ја надминуваат брзината на светлината во вакуум, а во овој случај тахионската маса се покажува како реална. Има некоја аналогија овде со фотоните: фотонот има нулта маса на мирување, но тоа едноставно значи дека фотонот не може да биде во мирување - светлината не може да се запре.
Најтешкото нешто се покажа, како што се очекува, да се усогласи хипотезата за тахион со законот за каузалност. Обидите направени во оваа насока, иако доста генијални, не доведоа до очигледен успех. Никој не успеал експериментално да регистрира ниту тахиони. Како резултат на тоа, интересот за тахиони како суперлуминални елементарни честички постепено исчезна.
Сепак, во 60-тите, експериментално беше откриен феномен што првично ги збуни физичарите. Ова е детално опишано во написот на А. Н. Ораевски „Суперлуминални бранови во медиум за засилување“ (UFN бр. 12, 1998). Овде накратко ќе ја сумираме суштината на предметот, упатувајќи го читателот заинтересиран за детали до наведениот напис.
Набргу по откривањето на ласерите - во раните 60-ти - се појави проблемот со добивање на кратки (времетраење околу 1 ns = 10 -9 s) светлосни импулси со висока моќност. За да го направите ова, краток ласерски пулс беше пренесен преку оптички квантен засилувач. Пулсот беше поделен на два дела со огледало што го разделува зракот. Еден од нив, помоќен, беше испратен до засилувачот, а другиот се ширеше во воздухот и служеше како референтен пулс со кој може да се спореди пулсот што минува низ засилувачот. И двата импулси беа напојувани со фотодетектори, а нивните излезни сигнали можеа визуелно да се набљудуваат на екранот на осцилоскопот. Се очекуваше дека светлосниот пулс што минува низ засилувачот ќе доживее одредено доцнење во него во споредба со референтниот пулс, односно брзината на ширење на светлината во засилувачот ќе биде помала отколку во воздухот. Замислете го чудењето на истражувачите кога открија дека пулсот се шири низ засилувачот со брзина не само поголема од воздухот, туку и неколку пати поголема од брзината на светлината во вакуум!
Откако се опоравија од првиот шок, физичарите почнаа да ја бараат причината за таков неочекуван резултат. Никој немаше ни најмал сомнеж за принципите на специјалната теорија на релативноста, и тоа е она што помогна да се најде точното објаснување: ако принципите на SRT се зачувани, тогаш одговорот треба да се бара во својствата на медиумот за засилување.
Без да навлегуваме овде во детали, само ќе укажеме дека деталната анализа на механизмот на дејство на медиумот за засилување целосно ја разјасни ситуацијата. Поентата беше промена во концентрацијата на фотоните за време на ширењето на пулсот - промена предизвикана од промена на засилувањето на медиумот до негативна вредност за време на поминувањето на задниот дел од пулсот, кога медиумот веќе апсорбира енергија, бидејќи сопствената резерва е веќе потрошена поради нејзиното пренесување на светлосниот пулс. Апсорпцијата не предизвикува зголемување, туку слабеење на импулсот и на тој начин импулсот се зајакнува во предниот дел и ослабува во задниот дел. Да замислиме дека набљудуваме пулс користејќи уред кој се движи со брзина на светлината во медиумот на засилувачот. Кога медиумот би бил проѕирен, би го виделе импулсот замрзнат во неподвижноста. Во средината во која се случува горенаведениот процес, зајакнувањето на предниот раб и слабеењето на задниот раб на пулсот ќе му се појават на набљудувачот на таков начин што медиумот се чини дека го придвижил пулсот напред. Но, бидејќи уредот (набљудувачот) се движи со брзина на светлината, а импулсот го престигнува, тогаш брзината на импулсот ја надминува брзината на светлината! Токму овој ефект го забележаа експериментаторите. И овде навистина нема противречност со теоријата на релативност: процесот на засилување е едноставно таков што концентрацијата на фотоните што излегле порано се покажува дека е поголема од оние што излегле подоцна. Не се фотоните што се движат со суперлуминална брзина, туку обвивката на пулсот, особено нејзиниот максимум, што се забележува на осцилоскоп.
Така, додека во обичните медиуми секогаш има слабеење на светлината и намалување на нејзината брзина, определено со индексот на рефракција, во активните ласерски медиуми не постои само засилување на светлината, туку и ширење на пулсот со суперлуминална брзина.
Некои физичари се обидоа експериментално да докажат присуство на суперлуминално движење за време на ефектот на тунелот - еден од најневеројатните феномени во квантната механика. Овој ефект се состои во тоа што микрочестичката (поточно, микрообјектот кој под различни услови покажува и својства на честичка и својства на бран) е способна да навлезе низ таканаречената потенцијална бариера - феномен кој е целосно невозможно во класичната механика (во која таквата ситуација би била аналогна: топката фрлена на ѕид ќе заврши на другата страна од ѕидот, или движењето слично на бранови дадено на јаже врзано за ѕидот ќе се пренесе на јаже врзано за ѕидот од другата страна). Суштината на ефектот на тунелот во квантната механика е како што следува. Ако микро-објект со одредена енергија на својот пат наиде на област со потенцијална енергија што ја надминува енергијата на микро-објектот, оваа област е бариера за него, чија висина се одредува со енергетската разлика. Но, микро-објектот „протекува“ низ бариерата! Оваа можност му ја дава добро познатата Хајзенберг релација на несигурност, напишана за енергијата и времето на интеракција. Ако интеракцијата на микрообјектот со бариерата се случи во текот на прилично одредено време, тогаш енергијата на микрообјектот, напротив, ќе се карактеризира со несигурност, а ако оваа несигурност е од редот на висината на бариерата, тогаш вториот престанува да биде непремостлива пречка за микрообјектот. Брзината на пенетрација низ потенцијална бариера стана предмет на истражување на голем број физичари, кои веруваат дека може да надмине Со.
Во јуни 1998 година, во Келн се одржа меѓународен симпозиум за проблемите на суперлуминалното движење, каде што се дискутираше за резултатите добиени во четири лаборатории - во Беркли, Виена, Келн и Фиренца.
И, конечно, во 2000 година, се појавија извештаи за два нови експерименти во кои се појавија ефектите од суперлуминалното ширење. Еден од нив беше изведен од Лиџун Вонг и неговите колеги од Истражувачкиот институт Принстон (САД). Неговиот резултат е дека светлосниот пулс кој влегува во комора исполнета со цезиумска пареа ја зголемува неговата брзина за 300 пати. Се испостави дека главниот дел од пулсот излезе од далечниот ѕид на комората уште порано отколку што пулсот влезе во комората преку предниот ѕид. Оваа ситуација е во спротивност не само со здравиот разум, туку, во суштина, со теоријата на релативноста.
Пораката на Л. Вонг предизвика интензивна дискусија меѓу физичарите, од кои повеќето не беа склони да видат повреда на принципите на релативноста во добиените резултати. Предизвикот, сметаат тие, е правилно да се објасни овој експеримент.
Во експериментот на L. Wong, светлосниот пулс кој влегува во комората со цезиумска пареа имал времетраење од околу 3 μs. Атомите на цезиум можат да постојат во шеснаесет можни квантни механички состојби, наречени „хиперфини магнетни поднивоа на основната состојба“. Со користење на оптичко ласерско пумпање, речиси сите атоми беа доведени во само една од овие шеснаесет состојби, што одговара на речиси апсолутна нула температура на Келвиновата скала (-273,15 o C). Должината на цезиумската комора беше 6 сантиметри. Во вакуум, светлината патува 6 сантиметри за 0,2 ns. Како што покажаа мерењата, светлосниот пулс помина низ комората со цезиум во време кое беше 62 ns помалку отколку во вакуум. Со други зборови, времето потребно за пулсот да помине низ цезиумска средина има знак минус! Навистина, ако одземеме 62 ns од 0,2 ns, ќе добиеме „негативно“ време. Ова „негативно доцнење“ во медиумот - неразбирлив временски скок - е еднаков на времето во кое пулсот би направил 310 поминувања низ комората во вакуум. Последица на овој „временски пресврт“ беше тоа што пулсот што ја напушта комората успеа да се оддалечи 19 метри од неа пред влезниот пулс да стигне до блискиот ѕид на комората. Како може да се објасни таквата неверојатна ситуација (освен, се разбира, ако не се сомневаме во чистотата на експериментот)?
Судејќи според тековната дискусија, сè уште не е пронајдено точно објаснување, но нема сомнеж дека необичните дисперзивни својства на медиумот играат улога тука: пареата на цезиумот, која се состои од атоми возбудени од ласерската светлина, е медиум со аномална дисперзија. . Накратко да се потсетиме што е тоа.
Дисперзијата на супстанцијата е зависност од фазата (обичен) индекс на рефракција nна светлосната бранова должина l. Со нормална дисперзија, индексот на прекршување се зголемува со намалување на брановата должина, а тоа е случај кај стаклото, водата, воздухот и сите други супстанции проѕирни на светлина. Кај супстанциите кои силно ја апсорбираат светлината, текот на индексот на рефракција со промена на брановата должина е обратен и станува многу поостри: со намалување на l (зголемување на фреквенцијата w), индексот на рефракција нагло се намалува и во одреден регион на бранова должина станува помал од единството. (фазна брзина В f > Со). Ова е аномална дисперзија, во која шемата на ширење на светлината во супстанцијата радикално се менува. Групна брзина В gr станува поголема од фазната брзина на брановите и може да ја надмине брзината на светлината во вакуум (и исто така да стане негативна). Л. Вонг укажува на оваа околност како причина за можноста за објаснување на резултатите од неговиот експеримент. Треба да се напомене дека, сепак, состојбата В gr > Сое чисто формален, бидејќи концептот на групна брзина беше воведен за случај на мала (нормална) дисперзија, за транспарентни медиуми, кога група бранови речиси не ја менуваат својата форма за време на ширење. Во регионите на аномална дисперзија, светлосниот пулс брзо се деформира и концептот на групна брзина го губи своето значење; во овој случај, се воведуваат концептите на брзина на сигналот и брзина на ширење на енергијата, кои во проѕирните медиуми се совпаѓаат со брзината на групата, а во медиумот со апсорпција остануваат помали од брзината на светлината во вакуум. Но, еве што е интересно за експериментот на Вонг: светлосниот пулс, кој минува низ медиум со аномална дисперзија, не се деформира - тој точно ја задржува својата форма! И ова одговара на претпоставката дека импулсот се шири со групна брзина. Но, ако е така, тогаш излегува дека нема апсорпција во медиумот, иако аномалната дисперзија на медиумот се должи токму на апсорпцијата! Самиот Вонг, иако признава дека многу останува нејасно, верува дека она што се случува во неговата експериментална поставеност може, до прво приближување, јасно да се објасни на следниов начин.
Светлосниот пулс се состои од многу компоненти со различни бранови должини (фреквенции). Сликата покажува три од овие компоненти (бранови 1-3). Во одреден момент, сите три бранови се во фаза (нивните максимални се совпаѓаат); овде тие, собирајќи се, меѓусебно се зајакнуваат и формираат импулс. Како што понатаму се шират во вселената, брановите стануваат дефазни и на тој начин се „поништуваат“ еден со друг.
Во регионот на аномална дисперзија (во внатрешноста на цезиумската клетка), бранот што бил пократок (бран 1) станува подолг. Спротивно на тоа, бранот кој беше најдолг од трите (бран 3) станува најкраток.
Следствено, фазите на брановите соодветно се менуваат. Откако брановите ќе поминат низ цезиумската клетка, нивните бранови фронтови се обновуваат. Преку невообичаена фазна модулација во супстанција со аномална дисперзија, трите бранови за кои станува збор повторно се наоѓаат во фаза во одреден момент. Овде тие повторно се собираат и формираат пулс со иста форма како оној што влегува во цезиумската средина.
Вообичаено во воздухот, а всушност во која било проѕирна средина со нормална дисперзија, светлосниот пулс не може точно да ја одржи својата форма кога се шири на далечина, односно, сите негови компоненти не можат да се истурат во која било далечна точка долж патеката на ширење. И во нормални услови, светлосниот пулс се појавува во толку далечна точка по некое време. Сепак, поради аномалните својства на медиумот користен во експериментот, се покажа дека пулсот на оддалечена точка е фазен на ист начин како и при влегувањето во овој медиум. Така, светлосниот пулс се однесува како да има негативно временско задоцнување на пат до далечна точка, односно до него ќе стигне не подоцна, туку порано отколку што поминал низ медиумот!
Повеќето физичари се склони да го поврзат овој резултат со појавата на прекурсор со низок интензитет во дисперзивниот медиум на комората. Факт е дека за време на спектралното распаѓање на пулсот, спектарот содржи компоненти на произволно високи фреквенции со занемарливо мала амплитуда, таканаречениот претходник, кој оди пред „главниот дел“ на пулсот. Природата на воспоставување и обликот на претходникот зависат од законот за дисперзија во медиумот. Имајќи го ова на ум, секвенцата на настани во експериментот на Вонг се предлага да се толкува на следниов начин. Дојдовниот бран, „истегнувајќи го“ предвесникот пред себе, се приближува до камерата. Пред врвот на влезниот бран да го погоди блискиот ѕид на комората, претходникот иницира појава на пулс во комората, кој допира до далечниот ѕид и се рефлектира од него, формирајќи „обратен бран“. Овој бран се шири 300 пати побрзо Со, стигнува до блискиот ѕид и се среќава со влезниот бран. Врвовите на еден бран се среќаваат со коритата на друг, така што меѓусебно се уништуваат и како резултат не останува ништо. Излегува дека дојдовниот бран „го враќа долгот“ на атомите на цезиум, кои му „позајмиле“ енергија на другиот крај на комората. Секој што го гледал само почетокот и крајот на експериментот би видел само пулс на светлина што „скокнува“ напред во времето, движејќи се побрзо Со.
Л. Вонг верува дека неговиот експеримент не е во согласност со теоријата на релативноста. Изјавата за недостижноста на суперлуминалната брзина, смета тој, се однесува само на предмети со маса на мирување. Светлината може да се претстави или во форма на бранови, на кои концептот на маса е генерално неприменлив, или во форма на фотони со маса на мирување, како што е познато, еднаква на нула. Затоа, брзината на светлината во вакуум, според Вонг, не е граница. Сепак, Вонг признава дека ефектот што го открил не овозможува пренос на информации со брзина поголема од Со.
„Информациите овде веќе се содржани во предниот раб на пулсот“, вели П. Милони, физичар во Националната лабораторија Лос Аламос во Соединетите Држави. „И може да остави впечаток на испраќање информации побрзо од светлината, дури и кога не го испраќаат“.
Повеќето физичари веруваат дека новото дело не им задава кршен удар на основните принципи. Но, не сите физичари веруваат дека проблемот е решен. Професорот А. Ранфањи, од италијанската истражувачка група која изврши уште еден интересен експеримент во 2000 година, смета дека прашањето е сè уште отворено. Овој експеримент, спроведен од Даниел Мугнаи, Анедио Ранфањи и Роко Руџери, откри дека радио брановите со сантиметар при нормално воздушно патување со брзина поголема од Соза 25%.
Да резимираме, можеме да го кажеме следново. Работата во последните години покажува дека, под одредени услови, всушност може да се појави суперлуминална брзина. Но, што точно се движи со суперлуминални брзини? Теоријата на релативноста, како што веќе беше споменато, забранува таква брзина за материјалните тела и за сигналите што носат информации. Сепак, некои истражувачи многу упорно се обидуваат да покажат надминување на светлосната бариера специјално за сигнали. Причината за ова лежи во фактот што во специјалната теорија на релативноста не постои строго математичко оправдување (засновано, да речеме, на Максвеловите равенки за електромагнетното поле) за неможноста да се пренесуваат сигнали со брзини поголеми од Со. Таквата неможност во STR е утврдена, може да се каже, чисто аритметички, врз основа на формулата на Ајнштајн за собирање брзини, но тоа е фундаментално потврдено со принципот на каузалност. Самиот Ајнштајн, земајќи го предвид прашањето за пренос на суперлуминален сигнал, напишал дека во овој случај „... ние сме принудени да разгледаме можен механизам за пренос на сигнал, во кој постигнатото дејство и претходи на причината. Но, иако ова е резултат од чисто логична точка гледиштето не се содржи, според мое мислење, нема противречности; сепак е толку контрадикторно со природата на целото наше искуство што неможноста да се претпостави V > ссе чини дека е доволно докажан.“ Принципот на каузалност е камен-темелникот што лежи во основата на неможноста за пренос на суперлуминален сигнал. сигнали, зашто таква е природата на нашиот свет.
Како заклучок, треба да се нагласи дека сето горенаведено се однесува конкретно за нашиот свет, за нашиот Универзум. Оваа резервација е направена затоа што неодамна се појавија нови хипотези во астрофизиката и космологијата, кои овозможуваат постоење на многу универзуми скриени од нас, поврзани со тополошки тунели - скокачи. Ова гледиште го дели, на пример, познатиот астрофизичар Н.С. Кардашев. За надворешен набљудувач, влезовите во овие тунели се означени со аномални гравитациони полиња, како црни дупки. Движењата во таквите тунели, како што сугерираат авторите на хипотезите, ќе овозможат да се заобиколи ограничувањето на брзината на движење наметнато во обичниот простор од брзината на светлината и, според тоа, да се реализира идејата за создавање временска машина... Можно е во такви Универзуми нешто необично за нас всушност да се случуваат работи. И иако засега ваквите хипотези премногу потсетуваат на приказни од научна фантастика, тешко дека треба категорично да се отфрли основната можност за повеќеелементен модел на структурата на материјалниот свет. Друга работа е што сите овие други Универзуми, најверојатно, ќе останат чисто математички конструкции на теоретски физичари кои живеат во нашиот Универзум и, со моќта на нивните мисли, ќе се обидуваат да најдат светови затворени за нас...
Видете го изданието на истата тема
Како што знаете, фотоните, честичките на светлината што ја сочинуваат светлината, се движат со брзина на светлината. Во ова прашање ќе ни помогне специјалната теорија на релативност.
Во научно-фантастичните филмови, меѓуѕвездените вселенски бродови речиси секогаш летаат со брзина на светлината. Ова е обично она што писателите на научна фантастика го нарекуваат хипербрзина. И писателите и филмските режисери го опишуваат и ни го прикажуваат со речиси иста уметничка техника. Најчесто, за да може бродот да направи брз пробив, хероите повлекуваат или притискаат копче на контролниот елемент, а возилото веднаш забрзува, забрзувајќи речиси до брзината на светлината со заглушувачки тресок. Ѕвездите што гледачот ги гледа на бродот прво треперат, а потоа целосно се протегаат во линии. Но, дали навистина вака изгледаат ѕвездите низ прозорците на вселенски брод со голема брзина? Истражувачите велат не. Во реалноста, патниците на бродот би виделе само светол диск наместо ѕвезди испружени во линија.
Ако некој предмет се движи речиси со брзина на светлината, може да го види ефектот на Доплер во акција. Во физиката, ова е името за промената на фреквенцијата и брановата должина поради брзото движење на приемникот. Фреквенцијата на светлината од ѕвездите кои трепкаат пред гледачот од бродот ќе се зголеми толку многу што ќе се префрли од видливиот опсег до делот од спектарот на Х-зраци. Се чини дека ѕвездите исчезнуваат! Во исто време, должината на реликтното електромагнетно зрачење што останува по Големата експлозија ќе се намали. Позадинското зрачење ќе стане видливо и ќе изгледа како светол диск, кој бледне на рабовите.
Но, како изгледа светот од страна на објект кој ќе достигне брзина на светлината? Како што е познато, фотоните, честичките на светлината од кои се состои, се движат со такви брзини. Во ова прашање ќе ни помогне специјалната теорија на релативност. Според него, кога некој предмет се движи со брзина на светлината за кое било време, времето поминато на движењето на овој објект станува еднакво на нула. Во едноставни термини, ако се движите со брзина на светлината, тогаш е невозможно да се изврши било каква акција, како што се набљудување, гледање, гледање итн. Објект кој патува со брзина на светлината всушност нема да види ништо.
Фотоните секогаш патуваат со брзина на светлината. Тие не губат време на забрзување и сопирање, така што целиот живот им трае нула време. Да бевме фотони, тогаш нашите моменти на раѓање и смрт ќе се поклопат, односно едноставно не би сфатиле дека светот воопшто постои. Вреди да се напомене дека ако објектот забрза до брзината на светлината, тогаш неговата брзина во сите референтни системи станува еднаква на брзината на светлината. Ова е фотофизика. Применувајќи ја специјалната теорија на релативноста, можеме да заклучиме дека за објект што се движи со брзина на светлината, целиот околен свет ќе изгледа бескрајно срамнет со земја, а сите настани што се случуваат во него ќе се случат во еден момент во времето.
Брзината на ширење на светлината е 299.792.458 метри во секунда, но одамна веќе не е ограничувачка вредност. „Футурист“ собра 4 теории каде светлината повеќе не е Михаел Шумахер.
Американскиот научник со јапонско потекло, експерт во областа на теоретската физика, Мичио Каку, е уверен дека брзината на светлината лесно може да се надмине.
Големата експлозија
Мичио Каку го нарекува најпознатиот пример кога е надмината светлосната бариера Биг Бенг - ултрабрз „тресне“ што стана почеток на проширувањето на Универзумот, пред кој беше во единствена состојба.
„Ниту еден материјален предмет не може да ја надмине светлосната бариера. Но, празниот простор секако може да патува побрзо од светлината. Ништо не може да биде попразно од вакуум, што значи дека може да се прошири побрзо од брзината на светлината“, сигурен е научникот.
Фенерче на ноќното небо
Ако светите фенерче на ноќното небо, тогаш, во принцип, зракот што оди од еден дел на Универзумот до друг, кој се наоѓа на растојание од многу светлосни години, може да патува побрзо од брзината на светлината. Проблемот е што во овој случај нема да има материјален објект кој всушност се движи побрзо од светлината. Замислете дека сте опкружени со џиновска сфера со дијаметар од една светлосна година. Сликата на зрак светлина ќе се втурне низ оваа сфера за неколку секунди, и покрај нејзината големина. Но, само сликата на зракот може да се движи по ноќното небо побрзо од светлината, а не информациите или материјалниот објект.
Квантна испреплетеност
Побрза од брзината на светлината можеби не е некој објект, туку цел феномен, поточно врска наречена квантна испреплетеност. Ова е квантно механички феномен во кој квантните состојби на два или повеќе објекти се меѓусебно зависни. За да произведете пар квантно заплеткани фотони, можете да заблескате со ласер со одредена фреквенција и интензитет на нелинеарен кристал. Како резултат на расејувањето на ласерскиот зрак, фотоните ќе се појават во два различни конуси на поларизација, чија врска ќе се нарече квантно заплеткување. Значи, квантното заплеткување е еден од начините на кои субатомските честички комуницираат, а процесот на оваа комуникација може да се случи побрзо од светлината.
„Ако два електрони се спојат, тие ќе вибрираат во дует, според квантната теорија. Но, ако потоа ги разделите овие електрони за многу светлосни години, тие сепак ќе комуницираат едни со други. Ако протресете еден електрон, другиот ќе ја почувствува оваа вибрација, а тоа ќе се случи побрзо од брзината на светлината. Алберт Ајнштајн мислеше дека овој феномен ќе ја отфрли квантната теорија бидејќи ништо не може да патува побрзо од светлината, но всушност погреши“, вели Мичио Каку.
црвливи дупки
Темата за кршење на брзината на светлината се игра во многу научно-фантастични филмови. Сега дури и оние кои се далеку од астрофизиката ја слушнаа фразата „црвена дупка“, благодарение на филмот „Меѓуѕвездена“. Ова е посебна кривина во системот простор-време, тунел во вселената што ви овозможува да надминете огромни растојанија за занемарливо кратко време.
За ваквите искривувања не зборуваат само филмските сценаристи, туку и научниците. Мичио Каку верува дека црвоточината или, како што ја нарекуваат и црвја дупка, е еден од двата најреални начини за пренос на информации побрзо од брзината на светлината.
Вториот метод, исто така поврзан со промените во материјата, е компресија на просторот пред вас и проширување зад вас. Во овој деформиран простор, се појавува бран кој патува побрзо од брзината на светлината ако е контролиран од темната материја.
Така, единствената вистинска шанса за човекот да научи да ја надмине светлосната бариера може да лежи во општата теорија на релативноста и искривувањето на просторот и времето. Сепак, сè се сведува на таа многу темна материја: никој не знае дали таа постои со сигурност и дали црвоточините се стабилни.
Астрофизичарите од Универзитетот Бејлор (САД) развија математички модел на хипервселенски погон кој овозможува патување низ вселената со брзина 10³² пати поголема од брзината на светлината, овозможувајќи му да лета до соседната галаксија и да се врати назад за неколку часови.
Кога летаат, луѓето нема да ги почувствуваат преоптоварувањата што се чувствуваат во современите авиони, но таков мотор може да се појави во метал само за неколку стотици години.
Погонскиот механизам се заснова на принципот на мотор за деформација на просторот (Warp Drive), кој беше предложен во 1994 година од мексиканскиот физичар Мигел Алкубиер. Американците треба само да го усовршат моделот и да направат подетални пресметки.
„Ако го компресирате просторот пред бродот и, напротив, го проширите зад него, тогаш околу бродот се појавува простор-временски меур“, вели еден од авторите на студијата, Ричард Обуси. „Тоа го обвива бродот и го извлекува од обичниот свет во неговиот координатен систем. Поради разликата во притисокот на простор-времето, овој меур е способен да се движи во која било насока, надминувајќи го прагот на светлината со илјадници реда на величина“.
Веројатно, просторот околу бродот ќе може да се деформира поради сè уште малку проучената темна енергија. „Темната енергија е многу слабо проучена супстанција, откриена релативно неодамна и објаснува зошто изгледа дека галаксиите летаат една од друга“, рече Сергеј Попов, постар истражувач на одделот за релативистичка астрофизика на Државниот астрономски институт Стернберг на Московскиот државен универзитет. Има неколку негови модели, но кои "Сè уште не постои општо прифатен. Американците за основа го земаа моделот заснован на дополнителни димензии и велат дека е можно локално да се променат својствата на овие димензии. Тогаш излегува дека може да има различни космолошки константи во различни правци. И тогаш бродот во меурот ќе почне да се движи“.
Ова „однесување“ на Универзумот може да се објасни со „теоријата на струни“, според која целиот наш простор е проникнат со многу други димензии. Нивната интеракција едни со други генерира одбивна сила, која е способна да ја прошири не само материјата, како што се галаксиите, туку и телото на самата вселена. Овој ефект се нарекува „надувување на универзумот“.
„Од првите секунди од своето постоење, Универзумот се протега“, објаснува Руслан Мецаев, доктор по физичко-математички науки, вработен во Астро-вселенскиот центар на Физичкиот институт Лебедев. „И овој процес продолжува до ден-денес“. Знаејќи го сето ова, можете да се обидете вештачки да го проширите или стесните просторот. За да го направите ова, треба да влијае на другите димензии, со што дел од просторот од нашиот свет ќе почне да се движи во вистинската насока под влијание на силите на темната енергија.
Во овој случај, законите на теоријата на релативност не се прекршени. Внатре во меурот ќе останат истите закони на физичкиот свет, а брзината на светлината ќе биде максимална. Оваа ситуација не се однесува на таканаречениот ефект на близнаци, кој ни кажува дека за време на патувањето во вселената со брзина на светлината, времето внатре во бродот значително се забавува и астронаутот, враќајќи се на Земјата, ќе го сретне својот брат близнак како многу стар. човек. Моторот Warp Drive ја елиминира оваа неволја, бидејќи го турка просторот, а не бродот.
Американците веќе најдоа цел за идниот лет. Ова е планетата Gliese 581 (Gliese 581), на која климатските услови и гравитацијата се приближуваат кон оние на Земјата. Растојанието до него е 20 светлосни години, па дури и ако Warp Drive работи со трилиони пати послабо од неговата максимална моќност, времето на патување до него ќе биде само неколку секунди.