Lysets hastighet er den første fundamentale konstanten Blant Galileos feil er man så lærerikt at man nøler med å kalle det en fiasko. I sin siste bok snakket Galileo om et forsøk på å måle lysets hastighet, og tilsynelatende var grunnen målingen av en annen

132. Hva er lysets hastighet og hvorfor er den så viktig? Lysets hastighet (c) spiller rollen som uendelig hastighet i universet. Akkurat som uendelighet er uoppnåelig, er lyshastigheten uoppnåelig for en materiell gjenstand Hvorfor er den uoppnåelig? Energi er relatert til masse. Hvis

Elektrodynamikk. Lysets hastighet Endre begrepet rom og tid avgjørende ble mulig først etter fremskritt i studiet av naturen til elektrisitet og magnetisme. Hopper over navnene på en rekke bemerkelsesverdige forskere som har gjort funn i dette området,

IV. Er det mulig å nå lysets hastighet (og se deg selv i speilet)? Vi har gått fryktelig langt fra det opprinnelige spørsmålet, og dette er ikke bra, for det er et veldig godt spørsmål - så bra at Einstein selv stilte seg selv. Imidlertid tror du sannsynligvis at vi

II. Er det mulig å endre virkeligheten bare ved å se på den? Lys er definitivt en bølge. Youngs dobbeltspalteeksperiment beviser dette definitivt og ugjenkallelig. Vel, er spørsmålet avsluttet? Vi dagdrømmer. Newton var helt overbevist om at lys var laget av partikler, og det var han ikke

VII. Så hva er sjansene mine for å endre fortiden? Hør, til slutt, kan jeg lage en tidsmaskin eller ikke?! Du? Neppe.. Er det fysisk mulig for en supersivilisasjon? Sannsynligvis, men det avhenger veldig av eksistensen av alle slags ting som ormehull, kosmiske strenger

På lysets hastighets konstanthet. Analyse av Einsteins postulater

La oss stille oss selv et enkelt spørsmål ved første øyekast: "i forhold til hva er lyshastigheten konstant i den spesielle relativitetsteorien (STR)?" Mange av dem jeg stilte dette spørsmålet til, trakk på skuldrene overrasket, men etter å ha tenkt seg om, sa de noe nølende: «i forhold til tomhet». I praksis kan imidlertid bevegelseshastigheten til en materiell gjenstand (inkludert en partikkel eller en lysbølge) bestemmes i forhold til en referanseramme knyttet til et annet materiell objekt, og ikke "i forhold til tomhet", siden tomheten i seg selv, hvis det virkelig kan eksistere i naturen, er det ikke materie og er ikke preget av noen fysiske konstanter. A. Einstein har samme oppfatning angående tomhet: «... i den spesielle relativitetsteorien fremstår et romområde uten materie og uten elektrisk felt helt tomt, dvs. den kan ikke karakteriseres av noen fysiske størrelser...".

I tomheten er det ingen materielle objekter man kan knytte en referanseramme til. Bestem lyshastigheten i forhold til dette "regioner i rommet uten materie og uten elektrisk felt" umulig på grunn av umuligheten av å lage et referansesystem "festet" til rommet. Så, tross alt, i forhold til hva er det konstant?

La oss prøve å forstå dette problemet mer detaljert og lytte til hva A. Einstein selv sier om dette emnet: “...Eksempler av denne typen(tidligere snakket vi om samspillet mellom en magnet og en leder med strøm, som er i en tilstand av relativ bevegelse. Forfatterens notat) , så vel som mislykkede forsøk på å oppdage jordens bevegelse i forhold til det "lysende mediet", fører til antagelsen om at ikke bare i mekanikk, men også i elektrodynamikk, samsvarer ingen egenskaper til fenomener med konseptet absolutt hvile (uthevelse lagt til) og til og med forutsatt at for alle koordinatsystemer som mekanikkens likninger er gyldige for, er de samme elektrodynamiske og optiske lovene gyldige, som allerede er bevist for førsteordens størrelser. Vi har til hensikt å gjøre denne antagelsen (hvis innholdet heretter vil bli kalt "relativitetsprinsippet") til en premiss og i tillegg gjøre en tilleggsantagelse, som bare er i tilsynelatende motsetning til den første, nemlig at lyset i tomhet forplanter seg alltid med en viss hastighet V(i moderne betegnelse - S. Forfatterens notat), uavhengig av bevegelsestilstanden til det emitterende legemet."

Snakker om eiendomsmismatch her fysiske fenomener betingelse "absolutt fred" A. Einstein understreker en av viktige punkter teorien hans er fraværet av et lysende medium ("eter") som fyller rommet, som er en bærer av lysbølger og en leder for elektromagnetisk interaksjon, som mange forskere tidligere assosierte konseptet "absolutt hvile med." A. Einstein mener ganske riktig at enhver hvile er relativ, det vil si at enhver referanseramme bare kan være i ro i forhold til en annen referanseramme.

I denne forbindelse er det nødvendig å gjøre en liten digresjon. Fysikere har så langt ikke vært i stand til pålitelig å oppdage verken selve det lysende mediet eller bevegelsen til jorden i forhold til dette mediet. Resultatene av noen velkjente eksperimenter for å oppdage jordens bevegelse i forhold til "eteren" må bekreftes av andre uavhengige eksperimenter. Ikke desto mindre, selv om bekreftelsesfakta finner sted, hvilket grunnlag vil vi da ha for å hevde at det er med "eteren" at et referansesystem som er ubevegelig i forhold til rommet kan assosieres? Som vi allerede har sagt, i tomt rom kan det ikke være en referanseramme "festet" til rommet, derfor kan resten av "eteren" bare etableres i forhold til en referanseramme knyttet til et annet materiell objekt, men ikke med rom. Pålitelig deteksjon av et lysende medium vil sannsynligvis tillate forskere å forstå naturen mye dypere verden rundt, men vil ikke tillate bruk av dette mediet som et referansesystem som er i ro i forhold til rommet, det vil si i en tilstand "absolutt fred".

Så, ifølge "antagelsen" til A. Einstein, " lys reiser alltid i tomhet med en viss hastighet" C. Denne hastigheten er ikke avhengig "fra bevegelsestilstanden til det utstrålende legemet." Men ikke desto mindre, i forhold til hva kan denne hastigheten C bestemmes (måles)? A. Einstein svarer på dette spørsmålet i §2: «Ytterligere betraktninger er basert på relativitetsprinsippet og prinsippet om konstant lyshastighet. Vi formulerer begge prinsippene som følger.

1. Lovene som tilstandene til fysiske systemer endres etter, avhenger ikke av hvilket av de to koordinatsystemene som beveger seg jevnt og rettlinjet disse tilstandsendringene tilhører.

2. Hver lysstråle beveger seg i et "hvilende" koordinatsystem med en viss hastighetV, uavhengig av om denne lysstrålen sendes ut av en kropp i hvile eller i bevegelse".

Det er klart at siden å være i en tilstand av jevn rettlinjet relativ bevegelse "i tomrommet" koordinatsystemene er helt like, da kan hvilket som helst av dem betraktes som "i hvile", så vil det andre "bevege seg". Følgelig, hvis vi eller noen andre velger det første systemet som "i hvile", så bør lyshastigheten i forhold til det ha verdien C. Hvis vi (eller noen andre) betegner det andre systemet som "i hvile", så hastighet i forhold til lyset bør også ha en verdi på C.

Med andre ord lysets forplantningshastighet "i tomrommet" i henhold til Einsteins formulering av "prinsippet om konstanten til lyshastigheten" må alltid ha en verdi C i forhold til ethvert koordinatsystem som beveger seg jevnt og rettlinjet i forhold til ethvert annet koordinatsystem.

I sitt arbeid gir A. Einstein en litt mer presis formulering av "prinsippet om lyshastighetens konstanthet": "...det kan anses som fastslått at lys, som følger av Maxwell-Lorentz-ligningene, forplanter seg i vakuum med en hastighet C, i det minste innenfor en viss treghetssystemet koordinater K. I samsvar med det spesielle relativitetsprinsippet Vi må telle (uthevelse lagt til) "at dette prinsippet også er sant i enhver annen treghetsramme."

Det ser ut til at lenken til " Maxwell – Lorentz ligninger", gitt inn siste sitat, er ikke helt korrekt, siden J.C. Maxwell og G.A. Lorenz assosierte dette koordinatsystemet med den lysende "eteren" som fyller det omkringliggende rommet. I følge deres tro sprer ikke lys seg " i tomhet ved hastighet C", men akkurat det motsatte - i et materiell miljø preget av visse fysiske konstanter. I dette tilfellet kan lyshastigheten være konstant og lik C bare i forhold til koordinatsystemet "assosiert" med dette materielle miljøet.

I sitt arbeid gir A. Einstein en forenklet formulering av sitt "prinsipp om konstant lyshastighet": "Lyshastigheten i tomt rom er alltid konstant, uavhengig av bevegelsen til kilden eller lysmottakeren".

Som man kan se av disse formuleringene, er den målte verdien av lyshastigheten i tomt rom ifølge A. Einstein alltid lik C, selv om disse målingene utføres ikke bare relativt "strålende kropp", men også relativt "lysmottaker" som er et klart paradoks fra et synspunkt klassisk fysikk. Hvorfor et paradoks? Først av alt, på grunn av vår forståelse av det faktum at i det generelle tilfellet er bevegelsen til lysmottakeren og bevegelsen av lys ikke sammenkoblet av noen årsak-virkning-forhold, og er ikke begrenset av noe i " helt tom" område med romfart "lysmottaker" i prinsippet kan ha en hvilken som helst vilkårlig verdi i forhold til bevegelige lysbølger. Hvis lyset og mottakeren beveger seg uavhengig av hverandre, hvordan blir lyshastigheten da Alltid lik C relativ "lysmottaker"? I motsetning til praksis og logikk ifølge A. Einstein "vi må telle" bevegelsen av lys med en slik bevegelse, hvis hastighet er konstant og lik C i forhold til ethvert objekt (og koordinatsystemet knyttet til det), beveger seg jevnt i enhver retning med en vilkårlig hastighet i forhold til andre objekter i " helt tom" områder av plass. Slik relativ bevegelse av lys og mottaker, hvis den kan eksistere, er fundamentalt forskjellig fra vanlig uavhengig bevegelse, som er enhver relativ bevegelse av ikke-relaterte materielle objekter.

Etter å med rette ha avvist eksistensen av absolutt hvile i naturen, men samtidig avvist selve hypotesen om eksistensen av et lysende medium - "eter", A. Einstein postulerer eksistensen i naturen av et helt nytt fenomen for fysikk - absolutt hastighet bevegelse av lys, som har samme verdi når den måles i ethvert sett med koordinatsystemer som beveger seg i forhold til hverandre "i tomrommet." Fremme av et slikt postulat skulle på sin side uunngåelig føre og faktisk føre i SRT til avvisning av absolutt tid og absolutt rom, ubetinget anerkjent av klassisk fysikk, hvor dimensjonene til enhetene av tid og lengde er like for alle koordinatsystemer. Kan dette nye absolutte eksistere i naturen i prinsippet?

La oss se på et enkelt eksempel. La oss anta at flere materielle objekter, sammen med koordinatsystemer og observatører, beveger seg med ulik hastighet uansett bortsett fra hverandre i den samme lysstråle. La lysstrålen på ingen måte være forbundet med bevegelige objekter og bevege seg på egen hånd "i tomrommet." Likevel "vi må telle", at den målte verdien av bølgehastigheten i en lysstråle i henhold til "prinsippet om konstant lyshastighet" vil være lik C for hver av observatørene som befinner seg på disse materielle objektene. Hvordan kan dette samsvare med virkeligheten? For å forklare dette "fenomenet" alene matematiske formler, foreslått av STR og tilkoblingshastighet, rom og tid, er tydeligvis ikke nok her. Hvis disse matematiske formlene er oppnådd som et resultat av et feil postulat, på grunn av hvilket den uavhengige variabel mengde- lysets hastighet er erstattet i dem med en eller annen hypotetisk konstant, da kan ikke fenomenene forutsagt av formlene samsvare med den fysiske virkeligheten. Hvis postulatet er riktig, må det være en "mekanisme" i naturen som etablerer årsak-virkning-forhold mellom uavhengige bevegelser og støtter et nytt absolutt. Hvordan kan denne "mekanismen" fungere?

Alternativ én - lysstrålen "sammenligner" sin egen hastighet med hastigheten til hver av observatørene og "justerer" hastigheten til bevegelseshastigheten til hver observatør. I denne utførelsesformen må lysstrålen som vurderes som et minimum ha et system for "automatisk" justering av hastigheten til lysbølgene til den samme konstant verdi C i forhold til ethvert objekt som beveger seg i strålen. I dette tilfellet bør bevegelseshastigheten til lysbølger være forskjellig i forskjellige deler av samme lysstråle. Åpenbart er dette alternativet iboende absurd for enhver fysiker.

Det andre alternativet, anerkjent av flertallet av tilhengere av SRT (relativitetsfysikere), er at rommet og tiden som objekter beveger seg i har egenskapen til å endre seg avhengig av bevegelseshastigheten til disse objektene. Bevegelseshastigheten til objekter i forhold til hva? Vi har allerede sagt at i rommet er det ikke og kan ikke være en referanseramme "festet" til dette rommet, derfor bestem verdien av denne hastigheten i forhold til " helt tom" områder i rommet er ikke engang mulig for et tenkende vesen.

Så, kanskje, avhengig av bevegelseshastigheten til disse objektene i forhold til hverandre eller i forhold til en eller annen hjelpereferanseramme, konvensjonelt ansett som ubevegelig? Men hvordan "sammenligner" livløst rom og tid bevegelseshastighetene til disse objektene som er romlig fjernt fra hverandre? IN " helt tom" Området i rommet som skiller bevegelige objekter har ikke en informasjonsbærer, så det er fundamentalt umulig å "sammenligne" bevegelseshastighetene til objekter som befinner seg i avstand fra hverandre.

Kanskje rom og tid "sammenligner" bevegelseshastigheten til hver av objektene med bølgehastigheten i en lysstråle, og deretter "beregner" bevegelseshastigheten til disse objektene i forhold til hverandre? Men A. Einstein postulert oss konstanten til lyshastigheten C i forhold til eventuelle bevegelige objekter - "lysmottakere". Fra dette postulatet følger uunngåelig det motsatte utsagnet - konstanthet og likhet C for bevegelseshastigheten til alle objekter i forhold til bølgene til en felles lysstråle. Følgelig, siden objekter beveger seg med samme hastighet Med hensyn til bølgene til en felles lysstråle, bør resultatet av "beregninger" etter rom og tid av bevegelseshastigheten til objekter i forhold til hverandre alltid være lik null (!), uansett med hvilken relativ hastighet disse objekter faktisk beveger seg - "lysmottakere". Det er en selvmotsigelse i praksis, siden vi lett blir overbevist om at objekter som beveger seg i en felles lysstråle fanger opp og innhenter hverandre, det vil si at de beveger seg med ulik hastighet. Det kan sies at det andre alternativet i alle dens varianter ikke er bedre enn det første og bør også være absurd for enhver fysiker.

I A. Einstein skriver: "Hvis hver lysstråle i tomhet forplanter seg med en hastighet C i forhold til systemet K, så må lyseteren være i ro overalt i forhold til K. Men Hvis (uthevelse lagt til) lovene for lysets utbredelse i K’-systemet (beveger seg i forhold til K) er de samme som i K-systemet, da må vi med samme rett anta at eteren er i ro i K’-systemet. Siden antakelsen om at eteren er i ro samtidig i to systemer er absurd, og siden det ikke ville være mindre absurd å gi preferanse til ett av to (eller fra et uendelig stort antall) fysisk ekvivalente systemer, bør vi nekte å introdusere konseptet om en eter, som bare har blitt et ubrukelig tillegg til teorien, så snart den mekanistiske tolkningen av lys ble avvist."

Faktisk, erkjennelsen av en hviletilstand for et objekt i forhold til hvert av to systemer som er i en tilstand av relativ bevegelse, er absolutt absurd. Men er det mindre absurd å anta at hastigheten til et objekt (lys) er konstant i forhold til hver av de to "(eller fra et uendelig antall) fysisk ekvivalente" systemer i samme tilstand av relativ bevegelse? Hvorfor er en absolutt bedre enn en annen?

En enkel logisk analyse av fenomenet akseptert som hovedpostulatet i SRT fører til konklusjonen at en "mekanisme" som støtter dette nye absolutte ikke kan eksistere i naturen. Spesiell geometri, skapt på en gang av G. Minkowski, "koblet sammen" hastighet, rom og tid ved hjelp av matematiske formler, noe som ga SRT bare ekstern eleganse og selvforsyning, men tilbød ikke det viktigste - en "mekanisme" som etablerer årsak-virkning-forhold mellom uavhengige bevegelser.

Dermed viser de uavhengige bevegelsene til lys og observatører seg å være årsaksmessig "koblet" i SRT bare takket være den introduserte menneskesinnet"postulate atu". Har vi ikke tatt på oss for mye, mine herrer, relativistiske fysikere? I navnet til plikten til å "oppfylle" naturen "spesielt relativitetsprinsipp" vi forkastet all erfaring akkumulert av menneskeheten og etablerte et nytt absolutt ved en viljesterk beslutning, "koblet" uavhengige naturfenomener med årsak-og-virkning-forhold. Og hva vet vi egentlig om naturens faktiske "oppfyllelse" "spesielt relativitetsprinsipp" på andre planeter, stjerner og galakser? Hvordan kan vi være sikre på at dette prinsippet gjelder overalt? Og hvorfor er vi så sikre på at det er akkurat dette som blir gjort på jorden?

Resultatene av hvilke fysiske eksperimenter kunne ha «inspirert» dette til A. Einstein? , som krevde fremgang av den absolutte lyshastigheten? Det oppsto tross alt ikke av seg selv. La oss prøve å finne ut om dette fra A. Einstein selv.

Et avsnitt fra den aller første artikkelen, skrevet i 1905, er allerede sitert ovenfor: "... Eksempler av denne typen, så vel som mislykkede forsøk på å oppdage jordens bevegelse i forhold til det "lysende mediet," fører til antagelsen...". Det er usannsynlig at noen kan tvile på at vi her snakker om eksperimentene til Michelson og Michelson - Morley, rettet mot å oppdage hastigheten på jordens bevegelse gjennom den lysende "eteren", fordi andre mislykkede forsøk Det var ennå ikke mulig å oppdage bevegelsen til jorden i forhold til det "lysende mediet" på den tiden. Det samme synspunktet deles av en av de berømte spesialistene i fysikkhistorien P. S. Kudryavtsev: «...I hele Einsteins artikkel er det ikke en eneste referanse til litteratur. Einstein hevdet senere at han visste ikke om Michelsons eksperiment, da jeg skrev arbeidet mitt. Men hvis han leste Lorentz verk i 1895, hvor prinsippet om førsteordens relativitet ble bevist, som han nevner her, så Han kunne ikke annet enn å vite om Michelsons eksperiment » (uthevelse lagt til).

1907: "Siden fremveksten av denne teorien(elektrodynamikk av bevegelige kropper, utviklet av G. A. Lorenz. Forfatterens notat) man ville forvente at det ville være mulig å eksperimentelt oppdage påvirkningen av jordens bevegelse i forhold til eteren på optiske fenomener... Imidlertid viste det negative resultatet av forsøkene til Michelson og Morley at det i det minste i dette tilfellet heller ikke er noen annenordens effekt (proporsjonal v2 /C2), selv om det ifølge det grunnleggende i Lorentz-teorien burde ha manifestert seg eksperimentelt... Derfor ble det skapt inntrykk av at Lorentz teori må forlates, og erstatte den med en teori som er basert på relativitetsteorien, fordi en slik teori ville tillate en umiddelbart å forutse det negative resultatet av Michelson-Morley-eksperimentet... Hvordan vil naturlovene se ut hvis alle fenomener studeres i et referansesystem som nå er i en ny bevegelsestilstand? Som svar på dette spørsmålet vil vi gjøre det logisk enkleste og foreslått erfaring med Michelson og Morleys antakelse: naturlovene avhenger ikke av bevegelsestilstanden til referansesystemet, i det minste hvis det ikke akselereres.(Uthevelse lagt til).

La oss merke oss at, bare to år etter publiseringen av den første artikkelen, uttalte A. Einstein først at "spesielt relativitetsprinsipp" på bakken « bedt om opplevelse av Michelson og Morley".

1910: "I ligningene oppnådd ovenfor er det ikke vanskelig å gjenkjenne hypotesene til Lorenz og Fitzgerald. Denne hypotesen virket merkelig for oss, og det var nødvendig å introdusere den for å kunne forklare det negative resultatet av forsøket til Michelson og Morley. Her fremstår denne hypotesen som en naturlig konsekvens av prinsippene vi har tatt i bruk.".

1915: «Suksessene til Lorentz’ teori var så store at fysikere uten å nøle ville ha forlatt relativitetsprinsippet dersom ett viktig eksperimentelt resultat ikke hadde blitt oppnådd, som vi nå må snakke om, nemlig resultatet av Michelsons eksperiment. Likevel sa de fleste av disse negative resultatene ikke noe mot Lorentz sin teori. I en svært genial teoretisk studie viste G. A. Lorenz at relativ bevegelse, til en første tilnærming, ikke påvirker strålebanen i noen optiske eksperimenter. Det var bare ett optisk eksperiment igjen, der metoden var så følsom at det negative resultatet av eksperimentet forble uforståelig selv fra synspunktet til den teoretiske analysen til G. A. Lorenz. Dette var det allerede nevnte Michelson-eksperimentet...”

1922 "Alle eksperimenter viser at jordens translasjonsbevegelse ikke påvirker elektromagnetiske og optiske fenomener i forhold til jorden som referanselegeme. De viktigste av disse eksperimentene er de til Michelson og Morley, som jeg antar er kjent. Dermed kan gyldigheten av det spesielle relativitetsprinsippet neppe tviles.".

Du kan gi andre eksempler, men dette er nok nok. Så, " negativt resultat av Michelson-Morley-eksperimentet" var grunnlaget både for avvisningen av det lysende mediet - "eter", og for promoteringen av A. Einstein av " det spesielle relativitetsprinsippet" og "prinsippet om lyshastighetens konstanthet". Sannsynligvis tvilte A. Einstein selv intuitivt fortsatt på ukrenkeligheten til dette grunnlaget, siden han senere, som nevnt ovenfor, begynte å benekte sammenhengen mellom utseendet "prinsippet om konstanten til lysets hastighet" Med " negativt resultat av Michelson-Morley-eksperimentet".

Intuisjonen sviktet ikke A. Einstein i i dette tilfellet. Negativt resultat Michelson–Morley-eksperiment "om eksperimentell påvisning av jordens bevegelse i forhold til eteren" var ganske forutsigbar nettopp fra synspunktet om eksistensen av en lysende "eter" i rommet rundt oss. I Michelson-Morley-eksperimentet forplanter lysbølger seg i to innbyrdes perpendikulære retninger med samme hastighet C i forhold til "eteren", men under måleprosessen beveger en av interferometerarmene seg vekselvis langs lysbølgene, og den andre beveger seg vinkelrett. til dem. Bevegelsen av interferometerarmen langs lysbølgene fører ikke bare til den eksperimentelt søkte endringen i tidsintervallet for passasje av en lysstråle langs armen "dit" og "tilbake", men også til endringer i frekvensen av lysvibrasjoner på speilene i denne armen til interferometeret. Disse endringene i oscillasjonsfrekvens er tydelig illustrert blits-modell.

Eksperimentørene som utførte eksperimentet anså frekvensen av lysvibrasjoner på speilene til Michelson-interferometeret for å være konstant, og mente at de hadde å gjøre med en måletransformasjon "hastigheten på jordens bevegelse i forhold til "eteren" - forskjellen i tidsintervaller." I virkeligheten utførte eksperimentet en måletransformasjon: "hastigheten til jordens bevegelse i forhold til "eteren" - faseforskjellen" av lysoscillasjoner oppsummert på "skjermen" til interferometeret. Faseinntrengningen av lysbølgen langs lengden av interferometerarmen er produktet av tidsintervallet for passasje av lysbølgen langs interferometerarmen ved vibrasjonsfrekvens, målt på interferometerspeilet som oppfatter lysbølger. Hvis en av faktorene i dette produktet, for eksempel tidsintervallet, øker med en viss mengde, avtar den andre, oscillasjonsfrekvensen, med samme mengde. Selve produktet – faseskiftet – forblir konstant og er ikke avhengig av hastigheten på jordens bevegelse i forhold til "eteren".

Derfor, med en forsinkelse på 100 år, bør det erkjennes at, i motsetning til uttalelsene til A. Einstein, kunne ikke resultatet av Michelson-Morley-eksperimentet brukes som et eksperimentelt grunnlag for å legge frem " spesielt relativitetsprinsipp" og "prinsippet om konstant lyshastighet". Både "prinsipp" ble fremsatt ganske enkelt på grunnlag av det neste mislykket forsøk forklaring av nullresultatet av Michelson-Morley-eksperimentet, som faktisk indikerer ufølsomheten til Michelson-interferometeret for hastigheten på dets bevegelse i forhold til lysbølger.

Imidlertid, som moderne "offisiell" fysikk hevder, konsekvensene av disse "prinsipper", er mye brukt i teorien og bekreftes av en rekke virkelige praktiske resultater. Det er en merkelig situasjon. Hvis den underliggende STO "prinsippet om konstanten til lysets hastighet" fundamentalt sett ikke kan eksistere i naturen og ble fremsatt kun på grunnlag av en feil tolkning av resultatet av Michelson-Morley-eksperimentet, hvordan kan da konsekvensene av SRT oppfylles? Kanskje dette er konsekvenser av noen andre årsaker som feilaktig tilskrives SRT? La oss analysere virkeligheten til de fysiske fenomenene som er forutsagt av STR og deres korrespondanse med fenomenene som observeres i praksis.

Først et sitat fra arbeidet til A. Einstein: «La oss forestille oss en klokke som er i stand til å vise tiden til referansesystemetk og er i ro i forhold tilk. Det kan vises at den samme klokken beveger seg jevnt og rettlinjet i forhold til referansesystemetk, fra systemets synspunktk vil gå saktere: hvis klokkeavlesningen øker med én, så vil systemklokkenk vil vise at tiden har gått i dette systemet

Dermed går en bevegelig klokke langsommere enn den samme klokken i hvile i forhold til systemetk. I dette tilfellet er det nødvendig å forestille seg at hastigheten til en klokke i en bevegelig tilstand bestemmes ved konstant å sammenligne viserne til disse klokkene med posisjonen til viserne til de som er i ro i forhold til systemetk klokker som måler tiden til systemetk og forbi som den aktuelle klokken passerer."

Hvordan oppnå en slik "bremsing" av den bevegelige klokken " fra synspunkt" A. Einstein demonstrerte tydelig den hvilende referanserammen i , mentalt utførte den metodisk ukorrekte synkroniseringen av lyssignaler av klokker lokalisert i koordinatsystemer i en tilstand av relativ bevegelse. Med denne "synkroniseringen" foreslo de åpenbart ulike tidsintervallene for bevegelse av lyssignaler fra et stasjonært koordinatsystem til et bevegelig og tilbake igjen A. Einstein foreslo å måle identiske og synkront løpende klokker plassert i disse koordinatsystemene, men tilskrev resultatene av målinger av disse ulike tidsintervallene til ulik kjøring av klokkene, og erstattet årsak og virkning, noe som førte til "fremveksten" av relativistisk "nedbremsing" av tid. Dette er beskrevet mer detaljert i forfatterens artikkel "Om den metodologiske feilen i metoden for synkronisering av klokker med lyssignaler, foreslått av A. Einstein," der, i stedet for Einsteins "synkronisering", en annen metode for å synkronisere de samme klokkene med de samme lyssignalene er foreslått, som sikrer ensartethet (innenfor grensene for klokkeujevnheter) tidsintervaller for bevegelse av lyssignaler målt av klokker og utelukker enhver grunn for eksistensen av relativistisk "nedbremsing" av tid.

Det er passende å sitere her en rettferdig uttalelse av L. Brillouin angående Einsteins "synkronisering" av klokker: "Denne regelen er(Einsteins "teknikk" for synkronisering. Forfatterens notat) er vilkårlig og til og med metafysisk. Det kan ikke bevises eller motbevises eksperimentelt...”. I motsetning til Einsteins "synkronisering" av klokker, er synkroniseringen foreslått av forfatteren i artikkelen "On the methodological error in the method of synchronizing clocks with light signals foreslått av A. Einstein" fysisk realiserbar og kan brukes til å eksperimentelt bevise tidens absolutthet og tilbakevise "faktumet" om eksistens i naturen relativistisk "nedbremsing" av tid. I denne forbindelse bør det sies ganske definitivt: det er ingen sanntidsutvidelse i observerte materielle objekter på grunn av deres jevne bevegelse "i tomrommet" i forhold til subjektobservatører, kan ikke forekomme. Det er ingen grunn til dette annet enn den feilaktige klokkesynkroniseringsteknikken nevnt ovenfor.

Så den feilaktige metoden for klokkesynkronisering førte til den feilaktige konklusjonen om eksistensen av relativistisk "nedbremsing" av tid. I sin tur ga den ikke-eksisterende relativistiske "nedgangen" av tid opphav til den ikke-eksisterende relativistiske "sammentrekningen" av lengde. Spesielt bemerker A. Einstein om dette: "Dette resultatet(tilstedeværelse av relativistisk "sammentrekning" av lengde. Forfatterens notat) viser seg å være ikke så rart, med tanke på at denne uttalelsen om størrelsen på en bevegelig kropp har en veldig kompleks betydning, fordi i samsvar med forrige kroppsstørrelse kan bare bestemmes ved å måle tid». Utheving lagt til av forfatteren) .

Av spesiell interesse er A. Einsteins uttalelser om den fysiske betydningen av den relativistiske "nedgangen" av tid og "sammentrekning" av lengde:

– « Å oppsummere , kan vi konkludere: enhver prosess i et visst fysisk system bremser ned hvis dette systemet settes i bevegelse fremover. Imidlertid skjer denne nedgangen bare fra et ikke-koordinatsystems synspunkt.";

– "Spørsmålet om Lorentz-sammentrekningen er ekte eller ikke gir ikke mening. Sammentrekningen er ikke ekte fordi den ikke eksisterer for en observatør som beveger seg med kroppen; det er imidlertid ekte, siden det i prinsippet kan bevises med fysiske midler for en observatør som ikke beveger seg med kroppen.»

Det vil si at den relativistiske "bremsen" av tid og "sammentrekning" av lengde, ifølge A. Einstein, er fraværende for en observatør som beveger seg med en kropp og samtidig forekommer for en observatør som ikke beveger seg med samme kropp. Dette er den viktigste og uunngåelige konsekvensen av relativisme - solipsisme 1 ! Det er ikke objektet for observasjonen i seg selv – den bevegelige materielle kroppen, parametrene som vi observerer – det er virkeligheten, men “virkeligheten” er bare “ideene” til hvert av subjektene – observatørene – om denne kroppen. Følgelig, ifølge A. Einstein, er det like mange "realiteter" som det er observatører.

1. Solipsisme er en subjektiv idealistisk teori, ifølge hvilken bare mennesket og dets bevissthet eksisterer, og objektiv verden eksisterer bare i individets sinn.

Forgjeves identifiserte A. Einstein imidlertid Lorentz-sammentrekningen med den relativistiske "sammentrekningen" av lengde. Selv om Lorentz-sammentrekning og relativistisk "sammentrekning" av lengde er skrevet med samme formel, har de helt forskjellige betydninger. Lorentz-sammentrekning av lengde ble foreslått som en hypotese for å forklare nullresultatet av Michelson-Morley-eksperimentet. Denne hypotesen, til tross for sin "ekstraordinære" (med ordene til G. A. Lorenz), var basert på ukjente, men ganske sannsynlige fysiske årsaker for samspillet mellom en bevegelig kropp og en ubevegelig "eter". Det ble antatt at Lorentz-sammentrekningen er en reell reduksjon i lengden av enhver bevegelse gjennom "eteren" materielle kropper, men ikke "resultat" observasjoner, avhengig av hastigheten på relativ bevegelse av disse kroppene og observatørene. Grunnlaget for den relativistiske "sammentrekningen" av lengde var den ikke-eksisterende relativistiske "nedgangen" av tid. Vi kan bare legge til følgende: verken lorentzisk sammentrekning eller relativistisk "sammentrekning" av lengde er observert i praksis. Begge "forkortelsene" har ingenting å gjøre med å forklare nullresultatet av Michelson-Morley-eksperimentet.

Louis de Broglie snakket mest nøyaktig om "virkeligheten" av eksistensen av relativistiske "effekter": « Tilsynelatende (her og under er det understreket av forfatteren) reduksjon i størrelse er ledsaget tilsynelatende bremse ned klokken. Observatører som for eksempel befinner seg i koordinatsystem A og studerer fremdriften til klokker som beveger seg med ramme B, vil finne at de ligger etter sine egne klokker i ro i ramme A. Med andre ord kan det hevdes at klokker i bevegelse er tregere enn stasjonære. Som Einstein viste, er dette også en av konsekvensene av Lorentz-transformasjonen. Så, tilsynelatende reduksjonen i lengder og nedbremsingen av klokken følger klart av de nye definisjonene av rom og tid, som Lorentz-transformasjonen er assosiert med. Og omvendt, ved å postulere en reduksjon i størrelse og en nedgang i klokkens hastighet, kan man få formler for Lorentz-transformasjonen.".

I våre liv møter vi tilsynelatende fenomener hver dag. Beveger vi oss langs gaten ser vi at bygningene i perspektiv ikke representerer rektangulære parallellepipeder, som de faktisk er. De nærmere delene av bygningen virker høyere og mer voluminøse for oss. Men vi vet fra barndommen at dette er perspektivets lover og anser derfor ikke dette fenomenet som virkelighet. Erfaring har ført oss til denne forståelsen. Virkeligheten for oss er streng ensartethet i høyden motsatte sider rektangulære parallellepipeder – bygge vegger, støttet av resultater nøyaktige mål utføres under oppføring av bygninger. La oss forestille oss at det ville være en "vitenskapsmann" som ville fortelle oss at høyden på veggene til bygningene vi bor i avhenger av deres avstand fra enhver observatør - en fotgjenger som går nedover gaten. Jeg tror at vi ikke ville applaudere denne "vitenskapsmannen" for en slik "oppdagelse", selv om han prøvde å forsikre oss om at uttalelsen hans kunne være " fundamentalt bevist med fysiske midler" Så hvorfor har vi i 100 år vurdert virkeligheten ikke til selve observasjonsobjektene - materielle kropper som eksisterer uavhengig og uavhengig av oss, men for å erstatte dem med individuelle "ideer" fra observatører om disse materielle kroppene, visstnok avhengig av hastigheten av relativ bevegelse? Selv om det virkelig viste seg at den målte verdien av noen av parameterne til en materiell kropp avhenger av bevegelseshastigheten til visse observatører i forhold til denne kroppen, hvorfor ikke introdusere i måleresultatet en korreksjon beregnet fra ligningen av forholdet av den målte parameteren med den relative bevegelseshastigheten, og oppnå samme verdi for alle observatører reell verdi parameter for den observerte materielle kroppen? Dette er nøyaktig hva metrologer vanligvis gjør, og introduserer nødvendige korreksjoner i måleresultatene for å kompensere for påvirkningen av tilsynelatende fenomener som oppsto av en eller annen grunn under måleprosessen. Denne enkle metoden lar dem korrigere de oppnådde måleresultatene og, med maksimal nøyaktighet, bringe dem på linje med en enkelt fysisk virkelighet- materiell kropp.

Hva indikerer da massen? kjente eksperimenter, hvor den ikke-eksisterende relativistiske "nedgangen" av tid er "registrert"? Det kan bare være ett svar. I virkeligheten registrerer ikke eksperimentatorer en tilsynelatende nedgang i tid, men en reell nedgang i strømningshastigheten. fysiske prosesser, som forekommer i materielle objekter som beveger seg i forhold til oss med høye hastigheter, sammenlignbare med lysets hastighet, eller med høye akselerasjoner. Objektiv grunn en reell økning i varigheten av noen observerbare fysiske prosesser, som for eksempel en økning i "levetiden" til raskt bevegelige ustabile partikler, bør være assosiert med endringer i den indre strukturen til disse partiklene som oppstår som et resultat av endringer i intensiteten av deres interaksjon med "eteren" når de beveger seg i forhold til den ved underlyshastighet eller høy akselerasjon. Konklusjonen tyder på at vi i dag blir villedet tilfeldighet matematiske formler oppnådd i SRT, med formler som skal beskrive objektivt forekommende prosesser, og for å forklare nedgangen i hastigheten på fysiske prosesser, kreves en annen teori.

La oss oppsummere. "Flyndring" på strykene på 1800- og 1900-tallet, "svelget" fysikken et vakkert agn i form av " relativitetsprinsippet" og ble godt fanget på "stålkroken" til den absolutte lyshastigheten. Det er fortsatt generelt akseptert at STR raskt "brakte" fysikken ut av en dyp krise. Kanskje det "brakte det ut", men hvor "brakte det" som et resultat? I "sumpen" av solipsisme, "overgrodd" til toppen med tilsynelatende fenomener, hvor det ikke er noen vei ut i sikte.

Doktor tekniske vitenskaper A. GOLUBEV.

I midten av fjoråret dukket det opp en oppsiktsvekkende melding i magasiner. En gruppe amerikanske forskere har oppdaget at en veldig kort laserpuls beveger seg i et spesielt utvalgt medium hundrevis av ganger raskere enn i et vakuum. Dette fenomenet virket helt utrolig (lyshastigheten i et medium er alltid mindre enn i et vakuum) og reiste til og med tvil om gyldigheten av den spesielle relativitetsteorien. I mellomtiden ble et superluminal fysisk objekt - en laserpuls i et forsterkningsmedium - først oppdaget ikke i 2000, men 35 år tidligere, i 1965, og muligheten for superluminal bevegelse ble mye diskutert frem til tidlig på 70-tallet. I dag har diskusjonen rundt dette merkelige fenomenet blusset opp med fornyet kraft.

Eksempler på "superluminal" bevegelse.

På begynnelsen av 60-tallet, korte lyspulser høy effekt begynte å bli oppnådd ved å føre en laserblits gjennom en kvanteforsterker (et medium med invertert populasjon).

I et forsterkermedium forårsaker den innledende regionen til en lyspuls stimulert emisjon av atomer i forsterkermediet, og dens siste region forårsaker deres absorpsjon av energi. Som et resultat vil det se ut for observatøren at pulsen beveger seg raskere enn lyset.

Lijun Wongs eksperiment.

En lysstråle som passerer gjennom et prisme laget av et gjennomsiktig materiale (for eksempel glass) brytes, det vil si at den opplever spredning.

En lyspuls er et sett med oscillasjoner med forskjellige frekvenser.

Sannsynligvis vet alle - selv folk langt fra fysikk - at maksimal mulig hastighet for bevegelse av materielle objekter eller forplantning av signaler er lysets hastighet i et vakuum. Det er merket med bokstaven Med og er nesten 300 tusen kilometer per sekund; eksakt verdi Med= 299 792 458 m/s. Lysets hastighet i et vakuum er en av de grunnleggende fysiske konstantene. Manglende evne til å oppnå hastigheter som overskrider Med, følger av Einsteins spesielle relativitetsteori (STR). Hvis det kunne bevises at overføring av signaler med superluminale hastigheter er mulig, ville relativitetsteorien falle. Så langt har dette ikke skjedd, til tross for utallige forsøk på å tilbakevise forbudet mot eksistensen av hastigheter over Med. Nyere eksperimentelle studier har imidlertid avslørt noen veldig interessante fenomener, som indikerer at under spesielt skapte forhold kan superluminale hastigheter observeres uten å bryte prinsippene for relativitetsteori.

Til å begynne med, la oss huske hovedaspektene knyttet til problemet med lysets hastighet. Først av alt: hvorfor er det umulig (hvis normale forhold) overskride lysgrensen? For da brytes vår verdens grunnleggende lov – kausalitetsloven, ifølge hvilken virkningen ikke kan gå foran årsaken. Ingen har noen gang observert at for eksempel en bjørn først falt død og så skjøt jegeren. Ved hastigheter over Med, hendelsesforløpet blir reversert, tidsbåndet spoles tilbake. Dette er lett å bekrefte fra følgende enkle resonnement.

La oss anta at vi er på et slags rommirakelskip, og beveger oss raskere enn lyset. Da ville vi gradvis ta igjen lyset som ble sendt ut av kilden på tidligere og tidligere tidspunkt. Først ville vi ta igjen fotoner som ble sendt ut, for eksempel i går, deretter de som ble sendt ut i forgårs, deretter en uke, en måned, et år siden, og så videre. Hvis lyskilden var et speil som reflekterte livet, ville vi først se hendelsene i går, så i forgårs, og så videre. Vi kunne for eksempel se en gammel mann som gradvis forvandles til en middelaldrende mann, deretter til en ung mann, til en ungdom, til et barn... Det vil si at tiden ville snudd tilbake, vi ville flytte fra nåtiden til fortiden. Årsaker og virkninger ville da bytte plass.

Selv om denne diskusjonen fullstendig ignorerer de tekniske detaljene i prosessen med å observere lys, viser den fra et grunnleggende synspunkt tydelig at bevegelse i superluminale hastigheter fører til en situasjon som er umulig i vår verden. Naturen har imidlertid satt enda strengere betingelser: Bevegelse ikke bare ved superluminal hastighet er uoppnåelig, men også med en hastighet lik lysets hastighet - man kan bare nærme seg den. Fra relativitetsteorien følger det at når bevegelseshastigheten øker, oppstår tre omstendigheter: massen til et objekt i bevegelse, dets størrelse i bevegelsesretningen avtar, og strømmen av tid på dette objektet avtar (fra punktet synet til en ekstern "hvilende" observatør). Ved vanlige hastigheter er disse endringene ubetydelige, men når de nærmer seg lyshastigheten blir de mer og mer merkbare, og i grensen - med en hastighet lik Med, - massen blir uendelig stor, objektet mister fullstendig størrelse i bevegelsesretningen og tiden stopper på det. Derfor kan ingen materiell kropp nå lysets hastighet. Bare lys i seg selv har en slik hastighet! (Og også en "alt-penetrerende" partikkel - en nøytrino, som, som et foton, ikke kan bevege seg med en hastighet mindre enn Med.)

Nå om signaloverføringshastigheten. Her er det hensiktsmessig å bruke representasjonen av lys i form av elektromagnetiske bølger. Hva er et signal? Dette er noe informasjon som må overføres. Perfekt elektromagnetisk bølge- dette er en uendelig sinusoid av strengt tatt en frekvens, og den kan ikke bære noen informasjon, fordi hver periode av en slik sinusoid nøyaktig gjentar den forrige. Bevegelseshastigheten til fasen til en sinusbølge - den såkalte fasehastigheten - kan i et medium under visse forhold overskride lysets hastighet i et vakuum. Det er ingen begrensninger her, siden fasehastigheten ikke er hastigheten til signalet - den eksisterer ikke ennå. For å lage et signal må du lage et slags "merke" på bølgen. Et slikt merke kan for eksempel være en endring i hvilken som helst av bølgeparametrene - amplitude, frekvens eller startfase. Men så snart merket er laget, mister bølgen sin sinusform. Den blir modulert, bestående av et sett med enkle sinusbølger med forskjellige amplituder, frekvenser og startfaser - en gruppe bølger. Hastigheten som merket beveger seg med i den modulerte bølgen er hastigheten til signalet. Ved forplantning i et medium faller denne hastigheten vanligvis sammen med gruppehastigheten, som karakteriserer forplantningen av den ovenfor nevnte gruppen av bølger som helhet (se "Vitenskap og liv" nr. 2, 2000). Under normale forhold er gruppehastigheten, og dermed signalhastigheten, mindre enn lysets hastighet i vakuum. Det er ikke tilfeldig at uttrykket "under normale forhold" brukes her, for i noen tilfeller kan gruppehastigheten overstige Med eller mister sin mening helt, men da forholder det seg ikke til signalutbredelse. Bensinstasjonen fastslår at det er umulig å sende et signal med en hastighet høyere enn Med.

Hvorfor er det slik? Fordi det er en hindring for å overføre signaler med en hastighet større enn Med Den samme kausalitetsloven tjener. La oss forestille oss en slik situasjon. På et tidspunkt A slår et lysblink (hendelse 1) på en enhet som sender et bestemt radiosignal, og på et eksternt punkt B, under påvirkning av dette radiosignalet, oppstår en eksplosjon (hendelse 2). Det er klart at hendelse 1 (bluss) er årsaken, og hendelse 2 (eksplosjon) er konsekvensen som oppstår senere årsaker. Men hvis radiosignalet forplantet seg i superluminal hastighet, ville en observatør nær punkt B først se en eksplosjon, og først da ville det nå ham med hastigheten Med et lysglimt, årsaken til eksplosjonen. Med andre ord, for denne observatøren ville hendelse 2 ha skjedd tidligere enn hendelse 1, det vil si at effekten ville ha gått foran årsaken.

Det er på sin plass å understreke at det "superluminale forbudet" av relativitetsteorien bare er pålagt bevegelse av materielle kropper og overføring av signaler. I mange situasjoner er bevegelse i enhver hastighet mulig, men dette vil ikke være bevegelse av materielle objekter eller signaler. Tenk deg for eksempel to ganske lange linjaler som ligger i samme plan, hvorav den ene er plassert horisontalt, og den andre skjærer den i en liten vinkel. Hvis den første linjalen flyttes nedover (i retningen angitt av pilen) i høy hastighet, kan skjæringspunktet mellom linjalene fås til å løpe så fort som ønskelig, men dette punktet er ikke en materiell kropp. Et annet eksempel: hvis du tar en lommelykt (eller for eksempel en laser som produserer en smal stråle) og raskt beskriver en bue i luften, så lineær hastighet lysstrålen vil øke med avstanden og med nok stor avstand vil overstige Med. Lysflekken vil bevege seg mellom punktene A og B med superluminal hastighet, men dette vil ikke være en signaloverføring fra A til B, siden en slik lysflekk ikke bærer noen informasjon om punkt A.

Det ser ut til at problemet med superluminale hastigheter er løst. Men på 60-tallet av det tjuende århundre fremmet teoretiske fysikere hypotesen om eksistensen av superluminale partikler kalt tachyoner. Dette er veldig merkelige partikler: teoretisk er de mulige, men for å unngå motsetninger med relativitetsteorien, måtte de tildeles en tenkt hvilemasse. Fysisk eksisterer ikke imaginær masse, det er en rent matematisk abstraksjon. Dette forårsaket imidlertid ikke mye alarm, siden tachyoner ikke kan være i ro - de eksisterer (hvis de eksisterer!) bare ved hastigheter som overstiger lysets hastighet i et vakuum, og i dette tilfellet viser tachyonmassen seg å være ekte. Det er en viss analogi her med fotoner: et foton har null hvilemasse, men dette betyr ganske enkelt at fotonet ikke kan være i ro - lys kan ikke stoppes.

Det vanskeligste viste seg å være, som man kunne forvente, å forene tachyon-hypotesen med kausalitetsloven. Forsøkene som ble gjort i denne retningen, selv om de var ganske geniale, førte ikke til åpenbar suksess. Ingen har vært i stand til å eksperimentelt registrere tachyoner heller. Som et resultat, interesse for tachyoner som superluminal elementære partikler gradvis bleknet bort.

På 60-tallet ble det imidlertid eksperimentelt oppdaget et fenomen som i utgangspunktet forvirret fysikere. Dette er beskrevet i detalj i artikkelen av A. N. Oraevsky "Superluminal waves in amplifying media" (UFN nr. 12, 1998). Her vil vi kort oppsummere essensen av saken, og henvise leseren som er interessert i detaljer til den spesifiserte artikkelen.

Rett etter oppdagelsen av lasere - på begynnelsen av 60-tallet - oppsto problemet med å oppnå korte (varighet ca. 1 ns = 10 -9 s) høyeffekts lyspulser. For å gjøre dette ble en kort laserpuls ført gjennom en optisk kvanteforsterker. Pulsen ble delt i to deler av et stråledelingsspeil. En av dem, kraftigere, ble sendt til forsterkeren, og den andre forplantet seg i luften og fungerte som en referansepuls som pulsen som passerte gjennom forsterkeren kunne sammenlignes med. Begge pulsene ble matet til fotodetektorer, og utgangssignalene deres kunne observeres visuelt på oscilloskopskjermen. Det var forventet at lyspulsen som passerte gjennom forsterkeren ville oppleve en viss forsinkelse i den sammenlignet med referansepulsen, det vil si at hastigheten på lysutbredelsen i forsterkeren ville være mindre enn i luft. Se for deg forskernes forundring da de oppdaget at pulsen forplantet seg gjennom forsterkeren med en hastighet som ikke bare var større enn i luft, men også flere ganger høyere enn lysets hastighet i vakuum!

Etter å ha kommet seg etter det første sjokket, begynte fysikere å lete etter årsaken til et så uventet resultat. Ingen hadde selv den minste tvil om prinsippene for den spesielle relativitetsteorien, og det var dette som hjalp til med å finne den riktige forklaringen: Hvis prinsippene for SRT er bevart, bør svaret søkes i egenskapene til forsterkermediet.

Uten å gå i detaljer her, vil vi bare påpeke det detaljert analyse virkningsmekanismen til det forbedrende mediet klargjorde situasjonen fullstendig. Poenget var en endring i konsentrasjonen av fotoner under pulsutbredelse – en endring forårsaket av endring i forsterkningen til mediet opp til negativ verdi under passasjen av den bakre delen av pulsen, når mediet allerede absorberer energi, fordi dets egen reserve allerede er brukt opp på grunn av overføringen lys puls. Absorpsjon forårsaker ikke en økning, men en svekkelse av impulsen, og dermed blir impulsen forsterket i fremre del og svekket i bakre del. La oss forestille oss at vi observerer en puls ved hjelp av en enhet som beveger seg med lysets hastighet i forsterkermediet. Hvis mediet var gjennomsiktig, ville vi sett impulsen stivnet i ubevegelighet. I miljøet hvor den ovennevnte prosessen skjer, vil forsterkningen av forkanten og svekkelsen av bakkanten av pulsen fremstå for observatøren på en slik måte at mediet ser ut til å ha flyttet pulsen fremover. Men siden enheten (observatøren) beveger seg med lysets hastighet, og impulsen innhenter den, så overskrider impulsens hastighet lysets hastighet! Det er denne effekten som ble registrert av eksperimenter. Og her er det egentlig ingen motsetning til relativitetsteorien: amplifikasjonsprosessen er ganske enkelt slik at konsentrasjonen av fotoner som kom ut tidligere viser seg å være større enn de som kom ut senere. Det er ikke fotoner som beveger seg med superluminale hastigheter, men pulsomhyllingen, spesielt dens maksimum, som observeres på et oscilloskop.

Således, mens det i vanlige medier alltid er en svekkelse av lys og en reduksjon i dets hastighet, bestemt av brytningsindeksen, er det i aktive lasermedier ikke bare en forsterkning av lys, men også forplantning av en puls ved superluminal hastighet.

Noen fysikere prøvde å eksperimentelt bevise tilstedeværelsen av superluminal bevegelse under tunneleffekten - et av de mest fantastiske fenomenene i kvantemekanikk. Denne effekten består i det faktum at en mikropartikkel (mer presist, et mikroobjekt, i ulike forhold som viser både partikkel- og bølgeegenskaper) er i stand til å trenge gjennom den såkalte potensielle barrieren - et fenomen som er helt umulig i klassisk mekanikk(hvor analogien ville være følgende situasjon: en ball kastet mot en vegg ville ende opp på den andre siden av veggen, eller den bølgelignende bevegelsen gitt til et tau bundet til veggen ville bli overført til et tau knyttet til veggen på den andre siden). Essensen av tunneleffekten i kvantemekanikk er som følger. Hvis et mikroobjekt med en viss energi møter et område med potensiell energi, som overstiger energien til mikroobjektet, er denne regionen en barriere for den, hvis høyde bestemmes av energiforskjellen. Men mikroobjektet "lekker" gjennom barrieren! Denne muligheten er gitt ham av den velkjente Heisenberg-usikkerhetsrelasjonen, skrevet for energien og tiden for interaksjon. Hvis interaksjonen mellom et mikroobjekt og en barriere skjer over en ganske viss tid, vil energien til mikroobjektet tvert imot være preget av usikkerhet, og hvis denne usikkerheten er i størrelsesorden barrierens høyde, vil sistnevnte slutter å være en uoverstigelig hindring for mikroobjektet. Penetrasjonshastigheten gjennom en potensiell barriere har blitt gjenstand for forskning av en rekke fysikere, som mener at den kan overskride Med.

I juni 1998, et internasjonalt symposium om problemene ved superluminale bevegelser, hvor resultatene oppnådd i fire laboratorier ble diskutert - i Berkeley, Wien, Köln og Firenze.

Og til slutt, i 2000, dukket det opp rapporter om to nye eksperimenter der effektene av superluminal forplantning dukket opp. En av dem ble fremført av Lijun Wong og hans kolleger i forskningsinstitutt i Princeton (USA). Resultatet er at en lyspuls som kommer inn i et kammer fylt med cesiumdamp øker hastigheten med 300 ganger. Det viste seg at hoveddelen av pulsen forlot den fjerneste veggen av kammeret enda tidligere enn pulsen kom inn i kammeret gjennom frontveggen. Denne situasjonen motsier ikke bare sunn fornuft, men i hovedsak relativitetsteorien.

L. Wongs budskap forårsaket intens diskusjon blant fysikere, hvorav de fleste ikke var tilbøyelige til å se et brudd på relativitetsprinsippene i de oppnådde resultatene. Utfordringen mener de er å forklare dette eksperimentet riktig.

I L. Wongs eksperiment hadde lyspulsen som kom inn i kammeret med cesiumdamp en varighet på ca. 3 μs. Cesiumatomer kan eksistere i seksten mulige kvantemekaniske tilstander, kalt "hyperfine magnetiske undernivåer av grunntilstanden." Ved hjelp av optisk laserpumping ble nesten alle atomer brakt inn i bare én av disse seksten tilstandene, tilsvarende nesten absolutt nulltemperatur på Kelvin-skalaen (-273,15 o C). Lengden på cesiumkammeret var 6 centimeter. I et vakuum beveger lyset seg 6 centimeter på 0,2 ns. Som målingene viste gikk lyspulsen gjennom kammeret med cesium i en tid som var 62 ns mindre enn i vakuum. Med andre ord har tiden det tar før en puls passerer gjennom et cesiummedium et minustegn! Faktisk, hvis vi trekker 62 ns fra 0,2 ns, får vi "negativ" tid. Denne "negative forsinkelsen" i mediet - et uforståelig tidshopp - er lik tiden som pulsen ville gjort 310 passeringer gjennom kammeret i et vakuum. Konsekvensen av denne "tidsmessige reverseringen" var at pulsen som forlot kammeret klarte å bevege seg 19 meter unna den før den innkommende pulsen nådde nærveggen av kammeret. Hvordan kan en så utrolig situasjon forklares (med mindre vi selvfølgelig tviler på renheten til eksperimentet)?

Ut fra den pågående diskusjonen er det ennå ikke funnet en eksakt forklaring, men det er ingen tvil om at de uvanlige spredningsegenskapene til mediet spiller en rolle her: cesiumdamp, bestående av atomer eksitert av laserlys, er et medium med unormal spredning . La oss kort huske hva det er.

Dispersjonen av et stoff er avhengigheten av fase (vanlig) brytningsindeks n på lysets bølgelengde l. Ved normal spredning øker brytningsindeksen med avtagende bølgelengde, og dette er tilfellet i glass, vann, luft og alle andre lysgjennomsiktige stoffer. I stoffer som sterkt absorberer lys, reverseres forløpet av brytningsindeksen med endring i bølgelengde og blir mye brattere: med synkende l (økende frekvens w), synker brytningsindeksen kraftig og i et bestemt bølgelengdeområde blir den mindre enn enhet (fasehastighet V f > Med). Dette er unormal spredning, der mønsteret for lysutbredelse i et stoff endres radikalt. Gruppehastighet V gr blir større enn fasehastigheten til bølgene og kan overstige lysets hastighet i vakuum (og også bli negativ). L. Wong peker på denne omstendigheten som årsaken til muligheten for å forklare resultatene av eksperimentet hans. Det skal imidlertid bemerkes at betingelsen V gr > Med er rent formell, siden konseptet med gruppehastighet ble introdusert for tilfellet med liten (normal) spredning, for transparente medier, når en gruppe bølger nesten ikke endrer form under forplantning. I områder med unormal spredning blir lyspulsen raskt deformert og begrepet gruppehastighet mister sin betydning; i dette tilfellet introduseres begrepene signalhastighet og energiutbredelseshastighet, som i transparente medier sammenfaller med gruppehastigheten, og i medier med absorpsjon forblir mindre enn lyshastigheten i vakuum. Men her er det som er interessant med Wongs eksperiment: en lyspuls som passerer gjennom et medium med unormal spredning, blir ikke deformert - den beholder nøyaktig sin form! Og dette tilsvarer antakelsen om at impulsen forplanter seg med gruppehastighet. Men i så fall, så viser det seg at det ikke er noen absorpsjon i mediet, selv om den unormale spredningen av mediet skyldes nettopp absorpsjon! Wong selv, selv om han erkjenner at mye fortsatt er uklart, mener at det som skjer i hans eksperimentelle oppsett kan, til en første tilnærming, tydelig forklares som følger.

En lyspuls består av mange komponenter med forskjellige bølgelengder (frekvenser). Figuren viser tre av disse komponentene (bølge 1-3). På et tidspunkt er alle tre bølgene i fase (deres maksima faller sammen); her forsterker de hverandre og danner en impuls. Som videre formidling I verdensrommet avfases bølgene og "slukker" derved hverandre.

I området med unormal spredning (inne i cesiumcellen) blir bølgen som var kortere (bølge 1) lengre. Motsatt blir bølgen som var den lengste av de tre (bølge 3) den korteste.

Følgelig endres fasene til bølgene tilsvarende. Når bølgene har passert gjennom cesiumcellen, gjenopprettes bølgefrontene deres. Etter å ha gjennomgått en uvanlig fasemodulering i et stoff med unormal spredning, befinner de tre aktuelle bølgene seg igjen i fase på et tidspunkt. Her legger de seg opp igjen og danner en puls av nøyaktig samme form som den som kommer inn i cesiummediet.

Typisk i luft, og faktisk i et hvilket som helst gjennomsiktig medium med normal spredning, kan ikke en lyspuls nøyaktig opprettholde sin form når den forplanter seg over en fjern avstand, det vil si at alle dens komponenter ikke kan fases på noe fjernt punkt langs forplantningsbanen. Og under normale forhold vises en lyspuls på et så fjernt punkt etter en stund. På grunn av de unormale egenskapene til mediet som ble brukt i eksperimentet, viste det seg imidlertid at pulsen på et avsidesliggende punkt ble faset på samme måte som når den gikk inn i dette mediet. Dermed oppfører lyspulsen seg som om den hadde en negativ tidsforsinkelse på vei til et fjernt punkt, det vil si at den ville ankomme den ikke senere, men tidligere enn den hadde passert gjennom mediet!

De fleste fysikere er tilbøyelige til å assosiere dette resultatet med utseendet til en lavintensitetsforløper i det dispersive mediet i kammeret. Faktum er at under den spektrale dekomponeringen av en puls, inneholder spekteret komponenter med vilkårlig høye frekvenser med ubetydelig liten amplitude, den såkalte forløperen, som går foran "hoveddelen" av pulsen. Etableringens natur og formen til forløperen avhenger av loven om spredning i mediet. Med dette i bakhodet foreslås hendelsesforløpet i Wongs eksperiment tolket som følger. Den innkommende bølgen, som "strekker" forvarselen foran seg, nærmer seg kameraet. Før toppen av den innkommende bølgen treffer den nære veggen av kammeret, initierer forløperen utseendet til en puls i kammeret, som når den fjerne veggen og reflekteres fra den, og danner en "omvendt bølge." Denne bølgen sprer seg 300 ganger raskere Med, når nærveggen og møter den innkommende bølgen. Toppene av en bølge møter dalene til en annen, slik at de ødelegger hverandre og som et resultat er det ingenting igjen. Det viser seg at den innkommende bølgen "tilbakebetaler gjelden" til cesiumatomene, som "lånte" energi til den i den andre enden av kammeret. Alle som bare så begynnelsen og slutten av eksperimentet, ville bare se en lyspuls som "hoppet" fremover i tid og beveget seg raskere Med.

L. Wong mener at eksperimentet hans ikke stemmer overens med relativitetsteorien. Utsagnet om uoppnåelighet av superluminal hastighet, mener han, gjelder kun objekter med hvilemasse. Lys kan representeres enten i form av bølger, hvor massebegrepet generelt ikke kan brukes, eller i form av fotoner med hvilemasse, som kjent lik null. Derfor er ikke lysets hastighet i et vakuum, ifølge Wong, grensen. Wong innrømmer imidlertid at effekten han oppdaget ikke gjør det mulig å overføre informasjon med en hastighet raskere enn Med.

"Informasjonen her er allerede inneholdt i forkanten av pulsen," sier P. Milonni, fysiker ved Los Alamos National Laboratory i USA. "Og det kan gi inntrykk av å sende informasjon raskere enn lyset, selv når du sender den ikke."

De fleste fysikere tror det ny jobb gir ikke et knusende slag for grunnleggende prinsipper. Men ikke alle fysikere tror at problemet er løst. Professor A. Ranfagni, fra den italienske forskningsgruppen som gjennomførte nok et interessant eksperiment i 2000, mener at spørsmålet fortsatt er åpent. Dette eksperimentet, utført av Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni og Rocco Ruggeri, oppdaget at radiobølger med centimeterbølge i normal flyreise med hastigheter overstiger Med med 25 %.

For å oppsummere kan vi si følgende. Virker senere år viser at under visse forhold faktisk kan oppstå superluminal hastighet. Men hva er det egentlig som beveger seg i superluminal hastighet? Relativitetsteorien, som allerede nevnt, forbyr slik hastighet for materielle kropper og for signaler som bærer informasjon. Likevel prøver noen forskere veldig vedvarende å demonstrere å overvinne lysbarrieren spesifikt for signaler. Grunnen til dette ligger i det faktum at den spesielle relativitetsteorien ikke har en streng matematisk begrunnelse (basert f.eks. på Maxwells ligninger for elektromagnetisk felt) umulighet å sende signaler med en hastighet større enn Med. En slik umulighet i STR er etablert, kan man si, rent aritmetisk, basert på Einsteins formel for å legge til hastigheter, men dette er fundamentalt bekreftet av kausalitetsprinsippet. Einstein selv, med tanke på spørsmålet om superluminal signaloverføring, skrev at i dette tilfellet "... vi er tvunget til å vurdere mulig en signaloverføringsmekanisme, der den oppnådde handlingen går foran årsaken. Men selv om dette er et resultat av et rent logisk punkt synet inneholder ikke seg selv, etter min mening er det ingen motsetninger; det motsier likevel naturen av all vår erfaring at umuligheten av å anta V > s ser ut til å være tilstrekkelig bevist." Kausalitetsprinsippet er hjørnesteinen som ligger til grunn for umuligheten av superluminal signaloverføring. Og tilsynelatende vil alle søk etter superluminale signaler uten unntak snuble over denne steinen, uansett hvor mye eksperimenter ønsker å oppdage slike. signaler, for slik er vår verdens natur.

Avslutningsvis bør det understrekes at alt det ovennevnte gjelder spesifikt for vår verden, for vårt univers. Denne klausulen er laget pga I det siste I astrofysikk og kosmologi dukker det opp nye hypoteser som tillater eksistensen av mange universer skjult for oss, forbundet med topologiske tunneler - hoppere. Dette synspunktet deles for eksempel av den berømte astrofysikeren N.S. Kardashev. For en ekstern observatør er inngangene til disse tunnelene indikert av unormale gravitasjonsfelt, som sorte hull. Bevegelser i slike tunneler, som forfatterne av hypotesene antyder, vil gjøre det mulig å omgå fartsgrensen som er pålagt i det vanlige rom av lysets hastighet, og derfor å realisere ideen om å lage en tidsmaskin. .. Det er mulig at ting som er uvanlige for oss i slike universer faktisk kan skje ting. Og selv om slike hypoteser foreløpig minner for mye om historier fra science fiction, bør man neppe kategorisk avvise den grunnleggende muligheten for en enhetsmodell med flere elementer materiell verden. En annen ting er at alle disse andre universene, mest sannsynlig, vil forbli rent matematiske konstruksjoner av teoretiske fysikere som lever i universet vårt og, med kraften i tankene deres, prøver å finne verdener lukket for oss ...

Se saken om samme tema