A fénysebesség állandó? A neutrínók gyorsabban haladnak, mint a fénysebesség.

fénysebesség - abszolút érték elektromágneses hullámok terjedési sebessége vákuumban. A fizikában hagyományosan jelölik latin betű"c" (ejtsd: [tse]). A fény sebessége vákuumban alapvető állandó, amely nem függ az inerciális referenciakeret (IFR) megválasztásától. Azokra az alapvető fizikai állandókra vonatkozik, amelyek nemcsak az egyes testeket, hanem a téridő egészét jellemzik. Által modern ötletek, a fény sebessége vákuumban a részecskék mozgásának és a kölcsönhatások terjedésének maximális sebessége. Az is fontos, hogy ez az érték abszolút. Ez az SRT egyik posztulátuma.

Vákuumban (ürességben)

1977-ben sikerült kiszámítani a fény közelítő sebességét, amely 299 792 458 ± 1,2 m/s, az 1960-as szabványmérő alapján számolva. On pillanatnyilagúgy gondolják, hogy a fény sebessége vákuumban alapvető fizikai állandó, definíció szerint pontosan egyenlő 299 792 458 m/s-val, vagyis körülbelül 1 079 252 848,8 km/h-val. A pontos érték annak köszönhető, hogy 1983 óta a szabványos mérőszám azt a távolságot jelenti, amelyet a fény vákuumban 1/299 792 458 másodpercnyi idő alatt megtesz. A fény sebességét a c betű jelképezi.

Michelson kísérlete, amely az SRT alapvető fontosságú, kimutatta, hogy a fény sebessége vákuumban nem függ sem a fényforrás, sem a megfigyelő sebességétől. A természetben a következők terjednek fénysebességgel:

tényleges látható fény

más típusú elektromágneses sugárzás (rádióhullámok, röntgensugarak stb.)

A speciális relativitáselméletből az következik, hogy a nyugalmi tömegű részecskék fénysebességre való gyorsítása lehetetlen, mivel ez az esemény sértené az oksági alapelvet. Azaz kizárt, hogy a jel meghaladja a fénysebességet, vagy a tömeg ilyen sebességű mozgását. Az elmélet azonban nem zárja ki a részecskék tér-időbeli, szuperluminális sebességű mozgását. Hipotetikus részecskék, szuperluminális sebességgel mozgó tachionoknak nevezzük. Matematikailag a tachionok könnyen illeszkednek a Lorentz-transzformációba - képzeletbeli tömegű részecskék. Minél nagyobb ezeknek a részecskéknek a sebessége, annál kevesebb energiát hordoznak, és fordítva, minél közelebb van a sebességük a fénysebességhez, annál nagyobb az energiájuk – csakúgy, mint a közönséges részecskék energiája, a tachionok energiája a végtelenbe hajlik. megközelítik a fénysebességet. Ez a legnyilvánvalóbb következménye a Lorentz-transzformációnak, amely nem engedi, hogy a részecske felgyorsuljon a fénysebességre - hogy elmondja a részecskét végtelen szám az energia egyszerűen lehetetlen. Meg kell érteni, hogy egyrészt a tachionok a részecskék egy osztálya, és nem csak egyfajta részecskék, másrészt nem fizikai interakció nem terjeszthető gyorsabb sebesség Sveta. Ebből következik, hogy a tachionok nem sértik az okság elvét - semmilyen módon nem lépnek kölcsönhatásba a közönséges részecskékkel, és nincs különbség a sebességükben sem. egyenlő sebességgel Sveta.

A fénynél lassabban mozgó közönséges részecskéket tardyonoknak nevezzük. A tardionok nem érhetik el a fénysebességet, csak a lehető legközelebb jönnek hozzá, mivel ebben az esetben energiájuk korlátlanul megnő. Minden tardyon nyugalmi tömeggel rendelkezik, ellentétben a tömeg nélküli fotonokkal és gravitonokkal, amelyek mindig fénysebességgel mozognak.

Planck-egységekben a fény sebessége vákuumban 1, vagyis a fény 1 egységnyi Planck-hosszt halad át Planck-időegységenként.

Átlátszó környezetben

A fény sebessége átlátszó közegben az a sebesség, amellyel a fény nem vákuumban terjed. A diszperziós közegben fázis- és csoportsebességek különböztethetők meg.

A fázissebesség a közegben lévő monokromatikus fény frekvenciáját és hullámhosszát határozza meg (λ=c/ν). Ez a sebesség általában (de nem feltétlenül) kisebb, mint c. A vákuumban lévő fény fázissebességének és a közegben lévő fénysebességnek az arányát a közeg törésmutatójának nevezzük. A fény csoportsebessége egyensúlyi közegben mindig kisebb, mint c. Nem egyensúlyi közegben azonban meghaladhatja a c-t. Ebben az esetben azonban az impulzus elülső éle még mindig olyan sebességgel mozog, amely nem haladja meg a vákuumban lévő fénysebességet.

Armand Hippolyte Louis Fizeau kísérletileg bebizonyította, hogy a közeg mozgása relatív fénysugár a fény terjedési sebességét is képes befolyásolni ebben a környezetben.

A maximális fénysebességre vonatkozó posztulátum tagadása

Az elmúlt években gyakran jelentek meg hírek arról, hogy az ún kvantum teleportáció kölcsönhatás gyorsabban halad, mint a fénysebesség. Például 2008. augusztus 15-én Dr. Nicolas Gisin, a Genfi Egyetem kutatócsoportja, amely az űrben 18 km távolságra elválasztott kötött fotonállapotokat vizsgált, állítólag kimutatta, hogy „a részecskék közötti kölcsönhatások körülbelül százezres sebességgel mennek végbe. alkalommal nagyobb sebesség Sveta". Korábban szóba került az úgynevezett Hartmann-paradoxon – szuperluminális sebesség az alagúteffektussal – is.

Ezen és hasonló eredmények jelentőségének tudományos elemzése azt mutatja, hogy alapvetően nem használhatók semmilyen jel vagy anyagmozgás szuperluminális továbbítására.

A fénysebesség-mérés története

Az ókori tudósok ritka kivételektől eltekintve végtelennek tartották a fénysebességet. A modern időkben ez a kérdés vita tárgyává vált. Galileo és Hooke elismerte, hogy véges, bár nagyon nagy, míg Kepler, Descartes és Fermat továbbra is védte a fénysebesség végtelenségét.

A fénysebesség első becslését Olaf Roemer (1676) adta meg. Észrevette, hogy amikor a Föld és a Jupiter a különböző oldalak a Napból a Jupiter Io műholdjának fogyatkozása a számításokhoz képest 22 perccel késik. Ebből a fénysebesség körülbelül 220 000 km/sec értéket kapott - pontatlan, de közel a valódihoz. Fél évszázaddal később az aberráció felfedezése lehetővé tette a fénysebesség végességének megerősítését és értékelésének pontosítását.

2017. március 25

Utazás ide szuperluminális sebesség- az űrsci-fi egyik alapja. Azt azonban valószínűleg mindenki – még a fizikától távol állók is – tudja, hogy az anyagi tárgyak mozgásának vagy bármilyen jel terjedésének legnagyobb lehetséges sebessége a fény vákuumsebessége. C betűvel van jelölve, és csaknem 300 ezer kilométer per másodperc; pontos érték c = 299 792 458 m/s.

A fény sebessége vákuumban az egyik alapvető fizikai állandó. A c-t meghaladó sebesség elérésének lehetetlensége Einstein speciális relativitáselméletéből (STR) következik. Ha be lehetne bizonyítani, hogy a jelek szuperluminális sebességgel átvitele lehetséges, a relativitáselmélet bukna. Eddig ez nem történt meg, annak ellenére, hogy számos kísérletet próbáltak cáfolni a c-nél nagyobb sebességek létezésének tilalmát. Azonban in kísérleti tanulmányok A közelmúltban nagyon érdekes jelenségeket fedeztek fel, amelyek arra utalnak, hogy speciálisan kialakított körülmények között lehetséges szuperluminális sebességek megfigyelése, ugyanakkor a relativitáselmélet elvei nem sérülnek.

Először is emlékezzünk vissza a fénysebesség problémájával kapcsolatos főbb szempontokra.

Először is: miért lehetetlen (normál körülmények között) túllépni a fényhatárt? Mert akkor megsértik alaptörvény világunkról - az ok-okozati összefüggés törvénye, amely szerint a hatás nem előzheti meg az okot. Soha senki nem figyelte meg, hogy például egy medve először holtan esett el, majd a vadász lőtt. C-t meghaladó sebességnél az események sorrendje megfordul, az időszalag visszatekerődik. Ez könnyen ellenőrizhető a következő egyszerű érvelésből.

Tegyük fel, hogy valamiféle űr-csodahajón vagyunk, és mozogunk gyorsabb a fénynél. Ekkor fokozatosan utolérnénk a forrás által a korábbi és korábbi időpontokban kibocsátott fényt. Először utolérjük a kibocsátott fotonokat, mondjuk tegnap, majd a tegnapelőtt, majd egy héttel, egy hónappal, egy évvel ezelőtt és így tovább. Ha a fényforrás életet tükröző tükör lenne, akkor először a tegnapi eseményeket látnánk, majd a tegnapelőtt és így tovább. Láthattunk mondjuk egy idős embert, aki fokozatosan középkorúvá válik, majd fiatalemberré, ifjúvá, gyerekké... Vagyis visszafordulna az idő, a jelenből áttérnénk a a múlt. Az okok és következmények ezután helyet cserélnének.

Noha ez a vita teljesen figyelmen kívül hagyja a fény megfigyelésének folyamatának technikai részleteit, alapvető szempontból egyértelműen megmutatja, hogy a szuperluminális sebességű mozgás olyan helyzethez vezet, amely a mi világunkban lehetetlen. A természet azonban ennél is szigorúbb feltételeket szabott: nemcsak a szuperluminális sebességgel való mozgás elérhetetlen, hanem a fénysebességgel megegyező sebességgel is – csak megközelíteni lehet. A relativitáselméletből az következik, hogy a mozgás sebességének növekedésével három körülmény áll fenn: a mozgó objektum tömege nő, mozgás irányú mérete csökken, és az idő áramlása ezen a tárgyon lelassul (a ponttól egy külső „pihenő” szemlélő látása). Normál sebességnél ezek a változások elhanyagolhatóak, de ahogy közeledünk a fénysebességhez, egyre észrevehetőbbé válnak, és a határértékben - c-vel egyenlő sebességnél - a tömeg végtelenül megnő, a tárgy irányában teljesen elveszíti méretét. a mozgás és az idő megáll rajta. Ezért egyetlen anyagi test sem érheti el a fénysebességet. Csak magának a fénynek van ekkora sebessége! (És egy „mindent átható” részecske - egy neutrínó, amely a fotonhoz hasonlóan nem tud c-nél kisebb sebességgel mozogni.)

Most a jelátviteli sebességről. Itt célszerű a fény elektromágneses hullámok formájában történő ábrázolását használni. Mi az a jel? Ez néhány információ, amelyet továbbítani kell. Tökéletes elektromágneses hullám- ez egy végtelen, szigorúan egy frekvenciájú szinusz, és nem hordozhat semmilyen információt, mert egy ilyen szinusz minden periódusa pontosan megismétli az előzőt. A szinuszhullám fázisának mozgási sebessége - az úgynevezett fázissebesség - egy közegben kb bizonyos feltételeket meghaladják a fény sebességét vákuumban. Itt nincs korlátozás, mivel a fázissebesség nem a jel sebessége - még nem létezik. A jel létrehozásához valamilyen „jelet” kell tenni a hullámon. Ilyen jel lehet például bármely hullámparaméter - amplitúdó, frekvencia vagy kezdeti fázis - változása. De amint megtörténik a jel, a hullám elveszti szinuszosságát. Modulálttá válik, és különböző amplitúdójú, frekvenciájú és egyszerű szinuszhullámokból áll. kezdeti fázisai- hullámcsoportok. Az a sebesség, amellyel a jel mozog a modulált hullámban, a jel sebessége. Közegben terjedéskor ez a sebesség általában egybeesik a csoportsebességgel, amely a fent említett hullámcsoport terjedését összességében jellemzi (lásd "Tudomány és Élet" 2000. 2. sz.). Normál körülmények között a csoportsebesség, így a jel sebessége kisebb, mint a fény vákuumsebessége. Nem véletlenül használják itt a „normál körülmények között” kifejezést, mert esetenként a csoportsebesség meghaladhatja a c-t, vagy akár jelentését is elveszítheti, de akkor nem utal a jel terjedésére. A töltőállomás megállapítja, hogy lehetetlen c-nél nagyobb sebességgel jelet továbbítani.

Miért van ez így? Mivel bármely jel c-nél nagyobb sebességű átvitelének akadálya ugyanaz az oksági törvény. Képzeljünk el egy ilyen helyzetet. Egy ponton A fényvillanás (1. esemény) bekapcsol egy bizonyos rádiójelet küldő eszközt, egy távoli B pontban pedig ennek a rádiójelnek a hatására robbanás következik be (2. esemény). Nyilvánvaló, hogy az 1. esemény (fellobbanás) az ok, és a 2. esemény (robbanás) a következmény, amely később következik be, mint az ok. De ha a rádiójel szuperluminális sebességgel terjedne, a B pont közelében lévő megfigyelő először egy robbanást látna, és csak azután annak a robbanásnak az okát, amely fényvillanás sebességével érte el. Más szóval, ennél a megfigyelőnél a 2. esemény korábban következett volna be, mint az 1. esemény, vagyis a hatás megelőzte volna az okot.

Helyénvaló hangsúlyozni, hogy a relativitáselmélet „szuperluminális tilalma” csak a mozgásra vonatkozik. anyagi testekés jelátvitel. Sok helyzetben bármilyen sebességű mozgás lehetséges, de ez nem anyagi tárgyak vagy jelek mozgása lesz. Például képzeljünk el két meglehetősen hosszú vonalzót ugyanabban a síkban, amelyek közül az egyik vízszintesen helyezkedik el, a másik pedig kis szögben metszi azt. Ha az első vonalzót nagy sebességgel lefelé (a nyíllal jelzett irányba) mozgatjuk, akkor a vonalzók metszéspontja tetszőleges sebességgel futhat, de ez a pont nem anyagi test. Egy másik példa: ha veszel egy zseblámpát (vagy mondjuk egy keskeny sugarat kibocsátó lézert), és gyorsan leírsz egy ívet a levegőben, akkor lineáris sebesség A fénysugár a távolsággal növekszik, és kellően nagy távolságban meghaladja a c-t. A fényfolt A és B pontok között szuperluminális sebességgel fog mozogni, de ez nem lesz jelátvitel A-ból B-be, mivel egy ilyen fényfolt nem hordoz információt az A pontról.

Úgy tűnik, hogy a szuperluminális sebesség kérdése megoldódott. De a huszadik század 60-as éveiben az elméleti fizikusok a tachionoknak nevezett szuperluminális részecskék létezésének hipotézisét terjesztették elő. Ezek nagyon furcsa részecskék: elméletileg lehetségesek, de a relativitáselmélettel való ellentmondások elkerülése érdekében képzeletbeli nyugalmi tömeget kellett hozzájuk rendelni. Fizikailag a képzeletbeli tömeg nem létezik, ez pusztán matematikai absztrakció. Ez azonban nem keltett nagy riadalmat, hiszen a tachionok nem lehetnek nyugalomban - csak a vákuumban lévő fénysebességet meghaladó sebességgel léteznek (ha vannak!), és ebben az esetben a tachion tömege valóságosnak bizonyul. Van itt némi analógia a fotonokkal: a foton nyugalmi tömege nulla, de ez egyszerűen azt jelenti, hogy a foton nem lehet nyugalomban – a fényt nem lehet megállítani.

A legnehezebb dolognak, ahogy az várható volt, a tachion-hipotézis és az oksági törvény összeegyeztetése bizonyult. Az ezirányú próbálkozások, bár elég zseniálisak, nem vezettek szembetűnő sikerre. Senkinek sem sikerült kísérletileg tachionokat regisztrálni. Ennek eredményeként a tachionok, mint szuperluminális elemi részecskék iránti érdeklődés fokozatosan elenyészett.

A 60-as években azonban kísérleti úton felfedeztek egy jelenséget, amely kezdetben megzavarta a fizikusokat. Ezt részletesen leírja A. N. Oraevsky „Superluminal waves in ampliifying media” (UFN No. 12, 1998) című cikkében. Itt röviden összefoglaljuk a dolog lényegét, utalva a részletek iránt érdeklődő olvasót a megadott cikkre.

Nem sokkal a lézerek felfedezése után - a 60-as évek elején - felmerült a probléma a rövid (körülbelül 1 ns = 10-9 s időtartamú) fényimpulzusok előállításával. nagy teljesítményű. Ehhez egy rövid lézerimpulzust vezettek át egy optikai berendezésen kvantum erősítő. Az impulzust egy sugárosztó tükör két részre osztotta. Az egyik, erősebb, az erősítőhöz került, a másik pedig a levegőben terjedt, és referenciaimpulzusként szolgált, amellyel az erősítőn áthaladó impulzust összehasonlítani lehetett. Mindkét impulzus fotodetektorba került, és a kimenő jeleik vizuálisan megfigyelhetők az oszcilloszkóp képernyőjén. Várható volt, hogy az erősítőn áthaladó fényimpulzus némi késést tapasztal a referenciaimpulzushoz képest, vagyis az erősítőben a fény terjedési sebessége kisebb lesz, mint a levegőben. Képzeld el a kutatók csodálkozását, amikor felfedezték, hogy az impulzus nem csak a levegőnél nagyobb sebességgel terjed az erősítőn, hanem a vákuumban a fény sebességének többszöröse is!

Miután felépült az első sokkból, a fizikusok elkezdték keresni egy ilyen váratlan eredmény okát. A speciális relativitáselmélet alapelvei iránt senkinek sem volt kétsége, és ez segített megtalálni helyes magyarázat: ha az SRT alapelvei megmaradnak, akkor a választ az erősítő közeg tulajdonságaiban kell keresni.

Anélkül, hogy itt részletekbe mennénk, csak rámutatunk erre részletes elemzés a fokozó közeg hatásmechanizmusa teljesen tisztázta a helyzetet. A lényeg a fotonok koncentrációjának változása volt az impulzus terjedése során - az a változás, amelyet a közeg erősítésének negatív értékig történő változása okozott az impulzus hátsó részének áthaladása során, amikor a közeg már elnyeli. energiát, mert a saját tartaléka a fényimpulzusra való átadása miatt már elhasználódott. Az abszorpció nem az impulzus növekedését, hanem gyengülését okozza, így az elülső részen az impulzus erősödik, a hátsó részen gyengül. Képzeljük el, hogy egy impulzust figyelünk meg egy fénysebességgel mozgó eszköz segítségével az erősítő közegében. Ha a közeg átlátszó lenne, az impulzust mozdulatlanságba dermedve látnánk. Abban a környezetben, amelyben a fent említett folyamat végbemegy, az impulzus elülső élének erősödése és a hátulsó élének gyengülése úgy jelenik meg a megfigyelő számára, hogy a közeg úgy tűnik, előre mozdította az impulzust. De mivel az eszköz (megfigyelő) fénysebességgel mozog, és az impulzus utoléri, akkor az impulzus sebessége meghaladja a fénysebességet! Ezt a hatást rögzítették a kísérletezők. És itt tényleg nincs ellentmondás a relativitáselmélettel: az erősítési folyamat egyszerűen olyan, hogy a korábban kikerült fotonok koncentrációja nagyobbnak bizonyul, mint a később kikerülőké. Nem a fotonok mozognak szuperluminális sebességgel, hanem az oszcilloszkópon megfigyelhető impulzusburkológörbe, különösen annak maximuma.

Így míg a közönséges közegben a fény mindig gyengül és sebessége csökken, amit a törésmutató határozza meg, addig az aktív lézeres közegben nem csak a fény erősödik, hanem az impulzus szuperluminális sebességgel terjed.

Egyes fizikusok kísérletileg próbálták bizonyítani a szuperluminális mozgás jelenlétét az alagúthatás során – az egyik elképesztő jelenségek V kvantummechanika. Ez a hatás abban áll, hogy egy mikrorészecske (pontosabban egy mikroobjektum, amely különböző körülmények között a részecske tulajdonságait és a hullám tulajdonságait is mutatja) képes áthatolni az úgynevezett potenciálgáton – ez a jelenség teljesen lehetetlen benne klasszikus mechanika(amiben a hasonlat a következő szituáció lenne: a falnak dobott labda a fal másik oldalára kerülne, vagy a falhoz kötött kötélnek adott hullámszerű mozgás átkerülne egy kötélre. a fal a másik oldalon). Esszencia alagút hatás a kvantummechanikában a következő. Ha egy bizonyos energiájú mikroobjektum olyan területtel találkozik potenciális energia, meghaladja a mikroobjektum energiáját, ez a régió gátat jelent számára, melynek magasságát az energiakülönbség határozza meg. De a mikroobjektum „átszivárog” a sorompón! Ezt a lehetőséget a jól ismert Heisenberg-féle bizonytalansági reláció adja meg, amely az interakció energiájára és idejére íródott. Ha egy mikroobjektum kölcsönhatása egy gáttal meglehetősen meghatározott időn keresztül megy végbe, akkor a mikroobjektum energiáját éppen ellenkezőleg, bizonytalanság jellemzi, és ha ez a bizonytalanság az akadály magasságának nagyságrendje, akkor a ez utóbbi megszűnik leküzdhetetlen akadály lenni a mikroobjektum számára. Számos fizikus kutatásának tárgyává vált a potenciális korláton való áthatolás sebessége, amely szerint ez meghaladhatja a c.

1998 júniusában Kölnben nemzetközi szimpóziumot tartottak a szuperluminális mozgás problémáiról, ahol négy laboratóriumban - Berkeleyben, Bécsben, Kölnben és Firenzében - kapott eredményeket vitatták meg.

Végül 2000-ben két új kísérletről jelentek meg jelentések, amelyekben megjelentek a szuperluminális terjedés hatásai. Az egyiket Lijun Wong és kollégái adták elő ben kutatóintézet Princetonban (USA). Ennek eredménye, hogy a céziumgőzzel teli kamrába belépő fényimpulzus 300-szorosára növeli a sebességét. Kiderült, hogy fő része Az impulzus még azelőtt elhagyja a kamra túlsó falát, mielőtt az impulzus az elülső falon keresztül belépne a kamrába. Ez a helyzet nemcsak annak ellentmond józan ész, hanem lényegében a relativitáselmélet.

L. Wong üzenete heves vitát váltott ki a fizikusok körében, akiknek többsége nem volt hajlandó a relativitáselmélet megsértését látni a kapott eredményekben. Úgy vélik, hogy a kihívás helyes magyarázata ennek a kísérletnek.

L. Wong kísérletében a kamrába céziumgőzzel belépő fényimpulzus körülbelül 3 μs időtartamú volt. A céziumatomok tizenhat lehetséges kvantummechanikai állapotban létezhetnek, ezeket "az alapállapot hiperfinom mágneses részszintjeinek" nevezik. Optikai lézeres pumpálással szinte az összes atomot e tizenhat állapot közül csak egybe vitték, ami majdnem megfelel abszolút nulla hőmérséklet a Kelvin-skálán (-273,15°C). A céziumkamra hossza 6 centiméter volt. Vákuumban a fény 0,2 ns alatt 6 centimétert tesz meg. Amint a mérések kimutatták, a fényimpulzus céziummal 62 ns-al rövidebb idő alatt haladt át a kamrán, mint a vákuumban. Más szóval, annak az időnek, amely alatt az impulzus áthalad a cézium közegen, mínusz előjele van! Valóban, ha 0,2 ns-ból kivonunk 62 ns-t, akkor „negatív” időt kapunk. Ez a "negatív késleltetés" a közegben - egy felfoghatatlan időugrás - egyenlő azzal az idővel, amely alatt az impulzus 310-szer áthaladna a kamrán vákuumban. Ennek az „időbeli fordulatnak” az lett a következménye, hogy a kamrából kilépő impulzus 19 méterrel távolodott tőle, mielőtt a bejövő impulzus elérte volna a kamra közeli falát. Mivel magyarázható egy ilyen hihetetlen szituáció (hacsak persze nem kételkedünk a kísérlet tisztaságában)?

A folyamatban lévő vita alapján pontos magyarázatot még nem találtak, de kétségtelen, hogy itt a közeg szokatlan diszperziós tulajdonságai játszanak szerepet: a lézerfénnyel gerjesztett atomokból álló céziumgőz anomális diszperziójú közeg. . Emlékezzünk vissza röviden, mi is ez.

Egy anyag diszperziója az n fázis (közönséges) törésmutatónak az l fényhullámhossztól való függése. Normál diszperzió esetén a törésmutató a hullámhossz csökkenésével növekszik, és ez a helyzet üvegben, vízben, levegőben és minden más, fény számára átlátszó anyagban. Azokban az anyagokban, amelyek erősen elnyelik a fényt, a törésmutató lefutása a hullámhossz változásával megfordul, és sokkal meredekebbé válik: l csökkenésével (növekvő w frekvencia) a törésmutató meredeken csökken, és egy bizonyos hullámhossz-tartományban egységnél kisebb lesz ( fázissebesség Vf > s ). Ez anomális diszperzió, amelyben az anyagban a fényterjedés mintája gyökeresen megváltozik. A Vgr csoportsebesség nagyobb lesz, mint a hullámok fázissebessége, és meghaladhatja a fény sebességét vákuumban (és negatívvá is válhat). L. Wong erre a körülményre mutat rá, mint arra, hogy kísérlete eredményeit megmagyarázza. Meg kell azonban jegyezni, hogy a Vgr > c feltétel tisztán formális, mivel a csoportsebesség fogalmát kis (normál) diszperzió esetén vezették be, átlátszó közegekre, amikor egy hullámcsoport szinte nem változtatja meg alakját. a szaporítás során. Az anomális diszperziójú területeken a fényimpulzus gyorsan deformálódik, és a csoportsebesség fogalma értelmét veszti; ebben az esetben bevezetik a jelsebesség és az energiaterjedési sebesség fogalmát, amelyek átlátszó közegben egybeesnek a csoportsebességgel, abszorpciós közegben pedig kisebbek maradnak, mint a vákuumban lévő fénysebesség. De Wong kísérletében ez az érdekes: a rendellenes diszperziójú közegen áthaladó fényimpulzus nem deformálódik – pontosan megőrzi alakját! És ez megfelel annak a feltételezésnek, hogy az impulzus csoportsebességgel terjed. De ha igen, akkor kiderül, hogy a közegben nincs abszorpció, pedig a közeg rendellenes szórása pontosan az abszorpciónak köszönhető! Wong maga, bár elismeri, hogy sok minden továbbra is homályos, úgy véli, hogy mi történik kísérleti beállítás vizuálisan megmagyarázható első közelítéssel alábbiak szerint.

A fényimpulzus sok összetevőből áll különböző hosszúságú hullámok (frekvenciák). Az ábrán három ilyen komponens látható (1-3. hullámok). Egy ponton mindhárom hullám fázisban van (maximumuk egybeesik); itt összeadva erősítik egymást, és impulzust alkotnak. Mint további terjesztése A térben a hullámok defázisúak, és ezáltal „kioltják” egymást.

Az anomális diszperzió tartományában (a céziumcellán belül) a rövidebb hullám (1. hullám) hosszabbá válik. Ezzel szemben a három közül a leghosszabb hullám (3. hullám) lesz a legrövidebb.

Következésképpen a hullámok fázisai ennek megfelelően változnak. Miután a hullámok áthaladtak a cézium cellán, hullámfrontjaik helyreállnak. Miután szokatlan fázismoduláción ment keresztül egy rendellenes diszperziójú anyagban, a szóban forgó három hullám valamikor ismét fázisban találja magát. Itt ismét összeadódnak, és pontosan ugyanolyan alakú impulzust alkotnak, mint ami a cézium közegbe kerül.

Jellemzően levegőben, sőt bármilyen normál diszperziójú átlátszó közegben a fényimpulzus nem tudja pontosan megőrizni alakját távoli terjedéskor, vagyis minden komponense nem fázisozható a terjedési út bármely távoli pontján. És normál körülmények között egy ilyen távoli ponton egy idő után fényimpulzus jelenik meg. A kísérletben használt közeg rendellenes tulajdonságai miatt azonban az impulzus egy távoli pontban ugyanúgy fázisosnak bizonyult, mint ebbe a közegbe való belépéskor. Így a fényimpulzus úgy viselkedik, mintha egy távoli pont felé vezető úton negatív időkésleltetése lenne, vagyis nem később, hanem korábban érne oda, mint ahogy áthaladt a közegen!

A legtöbb fizikus hajlik arra, hogy ezt az eredményt egy alacsony intenzitású prekurzor megjelenésével hozza összefüggésbe a kamra diszpergáló közegében. A lényeg az, hogy mikor spektrális dekompozíció impulzus a spektrumban elhanyagolhatóan kis amplitúdójú, tetszőlegesen magas frekvenciájú komponensek, az ún. prekurzor, megelőzik az impulzus „fő részét”. A keletkezés természete és az előanyag alakja a közegben való diszperzió törvényétől függ. Ezt szem előtt tartva a Wong-kísérlet eseménysorát a következőképpen javasoljuk értelmezni. A bejövő hullám, „nyújtva” a hírnököt maga elé, közeledik a kamera felé. Mielőtt a beérkező hullám csúcsa elérné a kamra közeli falát, a prekurzor impulzus megjelenését indítja el a kamrában, amely eléri a túlsó falat, és onnan visszaverődik, „fordított hullámot” képezve. Ez a c-nél 300-szor gyorsabban terjedő hullám eléri a közeli falat és találkozik a bejövő hullámmal. Az egyik hullám csúcsai találkoznak a másik hullámvölgyeivel, így tönkreteszik egymást, és ennek következtében nem marad semmi. Kiderült, hogy a beérkező hullám „visszafizeti az adósságot” a céziumatomoknak, amelyek a kamra másik végében „kölcsönöznek” neki energiát. Bárki, aki csak a kísérlet elejét és végét figyelte, csak egy fényimpulzust lát, amely "ugrott" előre az időben, gyorsabban haladva, mint c.

L. Wong úgy véli, hogy kísérlete nincs összhangban a relativitáselmélettel. A szuperluminális sebesség elérhetetlenségére vonatkozó állítás szerinte csak a nyugalmi tömegű tárgyakra vonatkozik. A fény ábrázolható hullámok formájában, amelyekre a tömeg fogalma általában nem alkalmazható, vagy nyugalmi tömegű fotonok formájában, amint az ismeretes. egyenlő nullával. Ezért Wong szerint a fény sebessége vákuumban nem a határ. Wong azonban elismeri, hogy az általa felfedezett hatás nem teszi lehetővé c-nél nagyobb sebességű információ továbbítását.

"Az itt található információkat már tartalmazza vágóél lendületet” – mondja P. Milonni, az egyesült államokbeli Los Alamos National Laboratory fizikusa. "És azt a benyomást keltheti, hogy a fénynél gyorsabban küldi az információt, még akkor is, ha nem küldi el."

A legtöbb fizikus ezt hiszi új munkahely nem vonatkozik zúzó ütésÁltal alapelvek. De nem minden fizikus hiszi el, hogy a probléma megoldódott. A. Ranfagni professzor az olasz kutatócsoportból, amely egy másikat is végzett érdekes kísérlet 2000, úgy véli, hogy a kérdés továbbra is nyitott marad. Ez a Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni és Rocco Ruggeri által végzett kísérlet felfedezte, hogy a centiméteres hullámú rádióhullámok normál légi körülmények között 25%-kal gyorsabban haladnak, mint a c.

Összefoglalva a következőket mondhatjuk.

Művek utóbbi években azt mutatják, hogy bizonyos feltételek mellett valóban előfordulhat szuperluminális sebesség. De mi is mozog pontosan szuperluminális sebességgel? A relativitáselmélet, mint már említettük, tiltja az ilyen sebességet az anyagi testek és a jelek esetében, információkat hordoz. Ennek ellenére egyes kutatók nagyon kitartóan próbálják bizonyítani a fénysorompó leküzdését kifejezetten a jelekre. Ennek az az oka, hogy a speciális relativitáselméletnek nincs szigorú matematikai igazolása (például Maxwell egyenletek alapján elektro mágneses mező) lehetetlen c-nél nagyobb sebességgel jeleket továbbítani. Az STR ilyen lehetetlensége, mondhatni tisztán aritmetikailag, Einstein sebesség-összeadási képletén alapul, de ezt alapvetően megerősíti az ok-okozati összefüggés elve. Maga Einstein a szuperluminális jelátvitel kérdését fontolgatva azt írta, hogy ebben az esetben „kénytelenek vagyunk egy olyan jelátviteli mechanizmust lehetségesnek tekinteni, amelyben az elért cselekvés megelőzi az okot, de ez az eredmény pusztán logikai szempontból A nézet nem tartalmazza önmagát, véleményem szerint nincsenek ellentmondások, mindazonáltal olyannyira ellentmond egész tapasztalatunk természetének, hogy a V > c feltevés lehetetlensége kellően bizonyítottnak tűnik. Az ok-okozati összefüggés elve az sarokkő, ami a szuperluminális jelátvitel lehetetlenségének hátterében áll. És úgy tűnik, kivétel nélkül minden szuperluminális jelre irányuló keresés megbotlik e kőben, bármennyire is szeretnék a kísérletezők észlelni az ilyen jeleket, mert ilyen a mi világunk.

De mégis, képzeljük el, hogy a relativitáselmélet matematikája még mindig szuperluminális sebességgel fog működni. Ez azt jelenti, hogy elméletileg még mindig megtudhatjuk, mi történne, ha egy test túllépné a fénysebességet.

Képzeljünk el két űrhajót, amint a Földről egy csillag felé tart, amely 100 fényévnyire van a bolygónktól. Az első hajó a fénysebesség 50%-ával hagyja el a Földet, így 200 évbe telik az út befejezése. A második, hipotetikus lánchajtással felszerelt hajó 200%-os fénysebességgel fog haladni, de 100 évvel az első után. Mi fog történni?

A relativitáselmélet szerint a helyes válasz nagyban függ a megfigyelő nézőpontjától. A Földről úgy tűnik, hogy az első hajó már jelentős utat megtett, mielőtt a négyszer gyorsabban haladó második hajó utolérte. De az első hajó emberei szempontjából minden kicsit más.

A 2-es számú hajó gyorsabban mozog, mint a fény, ami azt jelenti, hogy még az általa kibocsátott fényt is felülmúlhatja. Ez egyfajta „fényhullámot” eredményez (hasonlóan a hanghullámhoz, de a levegő rezgései helyett fényhullámok rezegnek), ami több érdekes hatást eredményez. Emlékezzünk vissza, hogy a 2-es hajó fénye lassabban mozog, mint maga a hajó. Az eredmény vizuális megduplázódás lesz. Vagyis először az 1-es számú hajó legénysége látja majd, hogy a második hajó mintha a semmiből bukkant volna fel mellettük. Ezután a második hajó fénye kis késéssel eléri az elsőt, és az eredmény egy látható másolat lesz, amely enyhe késéssel ugyanabba az irányba mozog.

Valami hasonlót tapasztalhatunk a számítógépes játékokban, amikor rendszerhiba következtében a motor a modellt és annak algoritmusait betölti végpont gyorsabban mozog, mint maga az animáció véget ér, így több felvétel történik. Valószínűleg ez az oka annak, hogy tudatunk nem érzékeli az Univerzumnak azt a hipotetikus aspektusát, amelyben a testek szuperluminális sebességgel mozognak – talán ez a legjobb.

P.S. ... de az utolsó példában valamit nem értettem, hogy a hajó valós helyzetét miért társítják az „által kibocsátott fényhez”? Nos, még ha rossz helyen látják is, a valóságban meg fogja előzni az első hajót!

források

Orvos műszaki tudományok A. GOLUBEV

A hullámterjedési sebesség fogalma csak diszperzió hiányában egyszerű.

Lin Westergaard Heu az installáció közelében, ahol egy egyedülálló kísérletet végeztek.

Tavaly tavasszal szenzációs hírekről számoltak be a tudományos és népszerű tudományos magazinok világszerte. Amerikai fizikusok egyedülálló kísérletet végeztek: sikerült 17 méter/másodpercre csökkenteni a fénysebességet.

Mindenki tudja, hogy a fény óriási sebességgel halad - csaknem 300 ezer kilométer per másodperc. Értékének pontos értéke vákuumban = 299792458 m/s - alapvető fizikai állandó. A relativitáselmélet szerint ez a maximum lehetséges sebesség jelátvitel.

Bármilyen átlátszó közegben a fény lassabban terjed. V sebessége az n közeg törésmutatójától függ: v = c/n. A levegő törésmutatója 1,0003, a vízé - 1,33, a különböző típusú üvegeké - 1,5-1,8. Az egyik legtöbb nagy értékek A gyémánt törésmutatója 2,42. Így a fénysebesség az közönséges anyagok legfeljebb 2,5-szeresére csökken.

1999 elején a Rowland Institute fizikusainak egy csoportja tudományos kutatás a Harvard Egyetemen (Massachusetts, USA) és a Stanford Egyetemen (Kalifornia) tanulmányozták a makroszkopikus kvantumhatást - az úgynevezett önindukált transzparenciát, amely lézerimpulzusokat enged át olyan közegen, amely normál körülmények között átlátszatlan. Ez a közeg nátriumatomok voltak egy speciális állapotban, amelyet Bose-Einstein kondenzátumnak neveznek. Lézerimpulzussal besugározva megszerzi optikai tulajdonságok, amelyek 20 milliószorosára csökkentik az impulzus csoportsebességét a vákuumban mért sebességhez képest. A kísérletezőknek sikerült 17 m/s-ra növelniük a fénysebességet!

Mielőtt ennek az egyedülálló kísérletnek a lényegét ismertetnénk, emlékezzünk meg néhány fizikai fogalom jelentéséről.

Csoportsebesség. Amikor a fény egy közegben terjed, két sebességet különböztetünk meg - fázis és csoport. A v f fázissebesség egy ideális monokromatikus hullám fázisának mozgását jellemzi - szigorúan egy frekvenciájú végtelen szinuszhullám, és meghatározza a fény terjedésének irányát. A fázissebesség a közegben megfelel a fázis törésmutatónak - ugyanaz, amelynek értékeit mérik különféle anyagok. A fázis törésmutatója, így a fázissebesség a hullámhossztól függ. Ezt a függőséget diszperziónak nevezik; különösen bomláshoz vezet fehér fény a prizmán át a spektrumba.

De igazi fényhullám különböző frekvenciájú hullámok halmazából áll, amelyek egy bizonyos spektrális intervallumban vannak csoportosítva. Az ilyen halmazt hullámcsoportnak, hullámcsomagnak vagy fényimpulzusnak nevezzük. Ezek a hullámok a diszperzió miatt különböző fázissebességgel terjednek a közegben. Ebben az esetben az impulzus megnyúlik, és alakja megváltozik. Ezért egy impulzus mozgásának, egy hullámcsoport egészének leírásához bevezetjük a csoportsebesség fogalmát. Ennek csak szűk spektrum esetén és gyenge diszperziójú közegben van értelme, amikor az egyes komponensek fázissebességei között kicsi a különbség. A helyzet jobb megértése érdekében egyértelmű analógiát adhatunk.

Képzeljük el, hogy hét sportoló áll fel a rajtvonalon, a spektrum színei szerint különböző színű mezbe öltözve: piros, narancssárga, sárga stb. A rajtpisztoly jelére egyszerre futni kezd, de a „piros ” sportoló gyorsabban fut, mint a „narancs”, a „narancs” gyorsabb, mint a „sárga” stb., így láncba nyúlnak, amelynek hossza folyamatosan növekszik. Most képzeljük el, hogy olyan magasságból nézzük őket felülről, hogy nem tudjuk megkülönböztetni az egyes futókat, csak egy tarka foltot látunk. Lehet-e beszélni ennek a foltnak a mozgási sebességéről egészében? Lehetséges, de csak akkor, ha nem nagyon homályos, amikor a különböző színű futók sebessége között kicsi a különbség. IN egyébként a folt az útvonal teljes hosszán átnyúlhat, és a sebesség kérdése értelmét veszti. Ez erős diszperziónak felel meg – a sebességek nagy elterjedésének. Ha a futók majdnem azonos színű, csak árnyalatokban (mondjuk a sötétvöröstől a világospirosig) eltérő mezbe öltöznek, ez összhangban van a szűk spektrum esetével. Ekkor a futók sebessége nem sokban tér el egymástól a csoport mozgás közben meglehetősen kompakt marad, és egy nagyon határozott sebességértékkel jellemezhető, amit csoportsebességnek nevezünk.

Bose-Einstein statisztika. Ez az úgynevezett kvantumstatisztika egyik fajtája – ez az elmélet olyan rendszerek állapotát írja le, amelyek nagyon nagy számban részecskék, amelyek engedelmeskednek a kvantummechanika törvényeinek.

Minden részecskét - mind az atomban lévőket, mind a szabadokat - két osztályra osztják. Egyikükre érvényes a Pauli-kizárási elv, miszerint minden energiaszinten nem lehet több részecske. Az ebbe az osztályba tartozó részecskéket fermionoknak nevezzük (ezek elektronok, protonok és neutronok; ugyanebbe az osztályba tartoznak a páratlan számú fermionból álló részecskék), eloszlásuk törvényét pedig Fermi-Dirac statisztikának nevezik. Egy másik osztály részecskéit bozonoknak nevezzük, és nem engedelmeskednek a Pauli-elvnek: egy energiaszinten korlátlan számú bozon halmozódhat fel. Ebben az esetben Bose-Einstein statisztikáról beszélünk. A bozonok fotonokat tartalmaznak, amelyek közül néhány rövid életű elemi részecskék(például pi mezonok), valamint páros számú fermionból álló atomok. Nagyon alacsony hőmérsékletek a bozonok a legalacsonyabb - alapvető - energiaszinten gyűlnek össze; akkor azt mondják, hogy Bose-Einstein kondenzáció lép fel. A kondenzátum atomjai elvesztik egyéni tulajdonságok, és több millióan kezdenek egy egészként viselkedni, hullámfüggvényeik egyesülnek, és viselkedésüket egyetlen egyenlet írja le. Ez azt jelenti, hogy a kondenzátum atomjai koherensekké váltak, mint a fotonok a lézersugárzásban. Kutatók az amerikaiakból Nemzeti Intézet szabványok és technológiák a Bose-Einstein kondenzátum ezen tulajdonságát használták fel egy „atomi lézer” létrehozására (lásd: „Tudomány és Élet”, 1997. 10. szám).

Önmaguk által előidézett átláthatóság. Ez a nemlineáris optika – az erős fényterek optikájának – egyik hatása. Abból áll, hogy egy nagyon rövid és erős fényimpulzus csillapítás nélkül halad át a folyamatos sugárzást vagy hosszú impulzusokat elnyelő közegen: egy átlátszatlan közeg átlátszóvá válik számára. Az önindukált átlátszóság ritka gázoknál figyelhető meg, amelyek impulzusideje 10 -7 - 10 -8 s, kondenzált közegben pedig kevesebb, mint 10 -11 s. Ebben az esetben az impulzus késése következik be - csoportsebessége nagymértékben csökken. Ezt a hatást először McCall és Khan mutatta be 1967-ben rubinon 4 K hőmérsékleten. 1970-ben a vákuumban lévő fénysebességnél három nagyságrenddel (1000-szer) kisebb impulzussebességnek megfelelő késleltetést kaptak rubídiumban. gőz.

Térjünk most rá az 1999-es egyedülálló kísérletre. Len Westergaard Howe, Zachary Dutton, Cyrus Berusi (Rowland Institute) és Steve Harris (Stanford Egyetem) végezte. Sűrű nátriumatomfelhőt hűtöttek le, amelyet mágneses mező tartott, amíg át nem tértek az alapállapotba - a legalacsonyabb energiájú szintre. Ebben az esetben csak azokat az atomokat izoláltuk, amelyek mágnesesek dipólusmomentum ellentétes volt a mágneses tér irányával. A kutatók ezután lehűtötték a felhőt 435 nK alá (nanokelvin vagy 0,000000435 K, majdnem abszolút nulla).

Ezt követően a kondenzátumot a gyenge gerjesztési energiájának megfelelő frekvenciájú lineárisan polarizált lézerfény „csatolósugárral” világították meg. Az atomok magasabb energiaszintre kerültek, és abbahagyták a fény elnyelését. Ennek eredményeként a kondenzátum átlátszóvá vált a következő lézersugárzás számára. És itt nagyon furcsa és szokatlan hatások jelentek meg. A mérések kimutatták, hogy bizonyos körülmények között a Bose-Einstein kondenzátumon áthaladó impulzus több mint hét nagyságrenddel – ez 20 milliós tényező – a fény lassulásának megfelelő késést tapasztal. A fényimpulzus sebessége 17 m/s-ra, hossza pedig többszörösére csökkent - 43 mikrométerre.

A kutatók úgy vélik, hogy a kondenzátum lézeres felmelegedésének elkerülésével még tovább lassíthatják a fényt – talán akár több centiméter/másodperc sebességre is.

Egy ilyen szokatlan jellemzőkkel rendelkező rendszer lehetővé teszi az anyag kvantumoptikai tulajdonságainak tanulmányozását, valamint különféle eszközök létrehozását a jövő kvantumszámítógépei számára, például egyfotonos kapcsolókat.

Az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) kutatóközpontja rendkívül fogadott váratlan eredményeket A fizikusok értetlenül állnak: Úgy tűnik, hogy a szubatomi részecskék gyorsabban tudnak haladni, mint a fénysebesség.

A kísérletek eredményei hamarosan felkerülnek az internetre, hogy minden érdeklődő szakember tanulmányozhassa azokat.

Érthető azoknak a tudósoknak az óvatossága, akik nem sietnek új felfedezést bejelenteni - ha az eredmények megerősítést nyernek, akkor egy egész évszázadnyi fejlődés fizikai tudomány kérdéses lesz.

A CERN kutatólaboratóriumának igazgatója "egyszerűen hihetetlennek" nevezte a kísérletek eredményeit.

A modern elképzelések szerint a fénysebesség a határ az Univerzumban. Minden modern fizika– fogalmazott ben magánelmélet Albert Einstein relativitáselmélete azon az elképzelésen alapul, hogy semmi sem lépheti túl ezt az alapvető fizikai állandót.

Több ezer kísérletet végeztek annak megállapítására pontos érték fénysebesség. De egyetlen részecske sem tudta leküzdeni ezt az akadályt.

Antonio Ereditato és munkatársai azonban felfedeztek neutrínókat, vagyis olyan szubatomi részecskéket, amelyeknek úgy tűnik, sikerült meghaladniuk a fénysebességet.

Ennek már három éve nagy csoport több tucat ország fizikusai dolgoznak az OPERA projekten (Oscillation Project with Emulsion-Tracking Apparatus vagy egy kísérlet a neutrínó oszcillációinak tanulmányozására),

A kísérlet célja bizonyos neutrínótípusok (elektron-, müon- és tau-neutrínók) átalakulásának hipotézise bizonyítása.

Dr. Ereditato és munkatársai a CERN-ből egy olaszországi földalatti laboratóriumba csak egyfajta neutrínó-müon sugarát küldik.

Céljuk, hogy kiderítsék, az elküldött részecskék közül mennyi érkezik már tau neutrínó formájában a Gran Sasso laboratóriumba.

A kísérletek során a kutatók észrevették, hogy a részecskék a fénynél valamivel gyorsabban 732 km távolságot tettek meg. Hogy pontosak legyünk, a különbség egy hatvanmilliárd másodperc volt.

A fizikusok körülbelül 15 ezer alkalommal mérték ezt a neutrínó mozgási sebességet. Az ilyen statisztikák lehetővé teszik, hogy azt mondjuk, hogy tudományos felfedezésről beszélünk.

Egy ilyen felfedezés lényege azonban annyira hihetetlen, és nem csak a tudományos közösségben, hanem az Univerzum egészének megértésében is akkora felfordulást válthat ki, hogy a kutatók különösen óvatosak.

Úgy döntöttek, hogy kutatásukat nyilvánosságra hozzák az interneten, hogy alá lehessen vetni gondos elemzés globális léptékben.

Ha a tudósoknak igazuk van, a részecskék utazhatnak az időben

Fizikusok kutatóközpont Az Európai Nukleáris Kutatási Szervezet (CERN) a kísérlet során megállapította, hogy a szubatomi részecskék a fénysebességet meghaladó sebességgel mozoghatnak.

A CERN-ből az olaszországi Gran Sasso földalatti laboratóriumba 732 km-re küldött neutrínósugár a hírek szerint több milliárd másodperccel korábban érkezett meg a célállomáshoz, mintha fénysebességgel haladt volna.

Ha a kísérleti adatok beigazolódnak, akkor megcáfolódik Einstein relativitáselmélete, mely szerint semmi sem tud gyorsabban mozogni a fénysebességnél.

A tudósok szerint a neutrínó sugarai 60 nanomásodperccel haladták meg azt, ami ellentmond annak a feltételezésnek, hogy az elemi részecskék nem mozoghatnak gyorsabban a fénysebességnél.

A kísérlet eredményeiről Ruben Sahakyannal, a University College London fizikaprofesszorával beszélgetett a BBC orosz szolgálata.

BBC: Ön a Gran Sasso laboratóriumban dolgozott, és valószínűleg nagyon jól ismeri az Opera-kísérletet.

Ruben Sahakyan: Több mint 10 éve hagytam el a Gran Sasso laboratóriumot, amikor az Opera éppen épült. Az „Opera” egy olyan kísérlet, amely olyan jelenséget keres, mint a neutrínó oszcillációja, vagyis az egyik neutrínótípus átalakulása a másikba.

A neutrínó az alapvető részecskék, az univerzum úgynevezett építőkövei. Van számuk érdekes tulajdonságok, beleértve az egyik típusból a másikba való átalakítást. Az "Opera" ezt a problémát hivatott feltárni.

Ez az eredmény (az adatok, amelyek szerint a neutrínók a fénysebességnél gyorsabban haladnak) az általuk végzett kísérlet mellékterméke volt.

BBC: Meggyőzőek a tudósok által bemutatott eredmények?

R.S.: A közzétett eredmények meggyőzőnek tűnnek. IN kísérleti tudomány az eredmény megbízhatóságának numerikus mértéke van, vagyis a mérésének legalább ötszörösével kell meghaladnia a mérési hibát. Az övék pedig hatszor magasabb.

Másrészt ez egy összetett mérés, sok eleme van, és minden szakaszban sokféleképpen lehet tévedni. Ezért egészséges szkepticizmussal kell felfognunk. A szerzők becsületére legyen mondva, nem értelmezik az eredményt, hanem egyszerűen közlik a kísérlet során kapott adatokat.

BBC: Hogyan reagált a világ tudományos közössége ezekre az adatokra?

R.S.: A nemzetközi közösség egészséges szkepticizmussal, sőt konzervativizmussal reagált. Hiszen ez egy komoly kísérlet, nem populista kijelentés.

Ha ezek az adatok bebizonyosodnak, a következmények túl komolyak ahhoz, hogy félvállról vegyük.

A világról alkotott alapvető elképzeléseink megváltoznak. Most az emberek a kísérlet szisztematikus hibáinak további publikációira várnak, és ami a legfontosabb, független kísérletekből származó adatokra.

BBC: Például melyik?

R.S.: Van egy amerikai kísérlet "Mínusz", amely megerősítheti ezt a mérést. Nagyon hasonlít az Operára. A gyorsító neutrínósugarat állít elő, majd 730 kilométerre elküldi, és egy földalatti laboratóriumban megméri. A mérés lényege egyszerű: ismeri a forrás és a detektor közötti időt, méri az érkezési időt, és így határozza meg a sebességet.

Az ördög a részletekben rejlik. „Mínusz” négy éve is végzett hasonló mérést, de akkor az általuk mért érték és a hiba összehasonlítható volt egymással. Az övék kulcsprobléma az volt, hogy nem volt pontos távolságuk.

A forrás és a detektor közötti 730 kilométert nehéz abszolút pontossággal mérni, és az Operának nemrég sikerült geodéziai módszerekkel lemérnie ezt a távolságot 20 centiméterre. A "Mínusz" megpróbálja ugyanezt megtenni, majd ellenőrizni tudja a kísérlet adatait.

BBC: Ha a kísérlet eredménye beigazolódik, hogyan érinti ez a világról alkotott hagyományos elképzeléseket?

R.S.: Ha ez beigazolódik, az eredmény komoly lesz. Most két elmélet van, amely megmagyarázza tudományos szempont rálátás a minket körülvevő egész világra: kvantumelmélet mikrovilág és Einstein relativitáselmélete.

A kísérlet eredménye (a neutrínók a fénysebességet meghaladó sebességgel mozognak) egyenesen ellentmond Einstein relativitáselméletének, amely szerint a fénysebesség bármely referenciapontban állandó, és semmi sem tudja megelőzni a fénysebességet.

Létezik hatalmas mennyiség szédítő következmények, különösen az időutazás lehetősége (részecskék esetében).