Hijet, mund të lëvizin më shpejt se drita por nuk mund të përmbajë substancë ose informacion

A është i mundur fluturimi superluminal?

Seksionet në këtë artikull kanë nëntituj dhe ju mund t'i referoheni secilit seksion veç e veç.

Shembuj të thjeshtë të udhëtimit FTL

1. Efekti Cherenkov

Kur flasim për lëvizjen shpejtësi superluminale, nënkuptojmë shpejtësinë e dritës në vakum c(299 792 458 m/s). Prandaj, efekti Cherenkov nuk mund të konsiderohet si një shembull i lëvizjes superluminale.

2. Vëzhguesi i tretë

Nëse raketa A fluturon larg meje me shpejtësi 0.6c në perëndim dhe raketën B fluturon larg meje me shpejtësi 0.6c lindje, atëherë shoh se distanca ndërmjet A dhe B rritet me shpejtësi 1.2c. Shikimi i raketave që fluturojnë A dhe B nga jashtë, vëzhguesi i tretë sheh se shpejtësia totale e heqjes së raketave është më e madhe se c .

Megjithatë shpejtësi relative nuk është e barabartë me shumën e shpejtësive. shpejtësia e raketës A në lidhje me raketën Bështë shpejtësia me të cilën rritet distanca nga raketa A, e cila shihet nga një vëzhgues duke fluturuar mbi një raketë B. Shpejtësia relative duhet të llogaritet duke përdorur formulën e mbledhjes së shpejtësisë relativiste. (Shihni Si i shtoni shpejtësitë në relativitetin special?) Në këtë shembull, shpejtësia relative është afërsisht 0,88c. Pra, në këtë shembull ne nuk morëm FTL.

3. Dritë dhe hije

Mendoni se sa shpejt mund të lëvizë hija. Nëse llamba është afër, atëherë hija e gishtit tuaj në murin e largët lëviz shumë më shpejt sesa lëviz gishti. Kur lëviz gishtin paralel me murin, shpejtësia e hijes futet D/d herë më e madhe se shpejtësia e gishtit. Këtu dështë distanca nga llamba në gisht, dhe D- nga llamba në mur. Shpejtësia do të jetë edhe më e madhe nëse muri është në një kënd. Nëse muri është shumë larg, atëherë lëvizja e hijes do të mbetet prapa lëvizjes së gishtit, pasi drita kërkon kohë për të arritur në mur, por shpejtësia e hijes që lëviz përgjatë murit do të rritet edhe më shumë. Shpejtësia e një hije nuk kufizohet nga shpejtësia e dritës.

Një objekt tjetër që mund të udhëtojë më shpejt se drita është një pikë drite nga një lazer që synon hënën. Distanca nga Hëna është 385,000 km. Ju mund ta llogarisni vetë shpejtësinë e lëvizjes së pikës së dritës në sipërfaqen e Hënës me luhatje të vogla të treguesit lazer në dorë. Ju gjithashtu mund të pëlqeni shembullin e një valë që godet një vijë të drejtë të plazhit në një kënd të lehtë. Me çfarë shpejtësie mund të lëvizë pika e kryqëzimit të valës dhe bregut përgjatë plazhit?

Të gjitha këto gjëra mund të ndodhin në natyrë. Për shembull, një rreze drite nga një pulsar mund të kalojë përgjatë një re pluhuri. Një shpërthim i fuqishëm mund të krijojë valë sferike drite ose rrezatimi. Kur këto valë kryqëzohen me një sipërfaqe, rrathët e dritës shfaqen në atë sipërfaqe dhe zgjerohen më shpejt se drita. Ky fenomen vërehet, për shembull, kur impuls elektromagnetik nga një vetëtimë kalon nëpër atmosferën e sipërme.

4. Trup i fortë

Nëse keni një shufër të gjatë dhe të ngurtë dhe goditni njërën skaj të shufrës, a nuk lëviz menjëherë skaji tjetër? A nuk është kjo një mënyrë e transmetimit superluminal të informacionit?

Kjo do të ishte e drejtë nëse kishte trupa krejtësisht të ngurtë. Në praktikë, ndikimi transmetohet përgjatë shufrës me shpejtësinë e zërit, e cila varet nga elasticiteti dhe dendësia e materialit të shufrës. Për më tepër, teoria e relativitetit kufizon shpejtësitë e mundshme të zërit në një material me vlerë c .

I njëjti parim vlen nëse mbani një fije ose shufër vertikalisht, lëshoni atë dhe fillon të bjerë nën ndikimin e gravitetit. Pjesa e sipërme që lëshoni fillon të bjerë menjëherë, por fundi i poshtëm do të fillojë të lëvizë vetëm pas një kohe, pasi humbja e forcës mbajtëse transmetohet poshtë shufrës me shpejtësinë e zërit në material.

Formulimi teoria relativiste elasticiteti është mjaft kompleks, por ide e pergjithshme mund të ilustrohet duke përdorur mekanikën e Njutonit. Ekuacioni i lëvizjes gjatësore të një trupi ideal elastik mund të nxirret nga ligji i Hukut. Shënoni dendësia lineare kallam ρ , moduli i Young Y. Kompensimi gjatësor X plotëson ekuacionin e valës

ρ d 2 X/dt 2 - Y d 2 X/dx 2 = 0

Zgjidhja e valës së rrafshët udhëton me shpejtësinë e zërit s, e cila përcaktohet nga formula s 2 = Y/ρ. Ekuacioni i valës nuk lejon që perturbimet e mediumit të lëvizin më shpejt se sa me shpejtësinë s. Për më tepër, teoria e relativitetit i jep një kufi sasisë së elasticitetit: Y< ρc 2 . Në praktikë, asnjë material i njohur nuk i afrohet këtij kufiri. Vini re gjithashtu se edhe nëse shpejtësia e zërit është afër c, atëherë vetë lënda nuk lëviz domosdoshmërisht me shpejtësi relativiste.

Edhe pse në natyrë nuk ka të ngurta, ekziston lëvizja e trupave të ngurtë, e cila mund të përdoret për të kapërcyer shpejtësinë e dritës. Kjo temë i përket seksionit të përshkruar tashmë të hijeve dhe njollave të lehta. (Shih gërshërët superluminal, Disku i ngurtë rrotullues në relativitet).

5. Shpejtësia e fazës

ekuacioni i valës
d 2 u/dt 2 - c 2 d 2 u/dx 2 + w 2 u = 0

ka një zgjidhje në formë
u \u003d A cos (ax - bt), c 2 a 2 - b 2 + w 2 \u003d 0

Këto janë valë sinusoidale që përhapen me një shpejtësi v
v = b/a = sqrt(c 2 + w 2 /a 2)

Por është më shumë se c. Ndoshta ky është ekuacioni për takionët? (shih seksionin më poshtë). Jo, ky është ekuacioni i zakonshëm relativist për një grimcë me masë.

Për të eliminuar paradoksin, duhet të bëni dallimin midis "shpejtësisë së fazës" v ph , dhe "shpejtësia e grupit" v gr, dhe
v ph v gr = c 2

Tretësira në formën e valës mund të ketë dispersion në frekuencë. Në këtë rast, paketa e valës lëviz me një shpejtësi grupi që është më e vogël se c. Duke përdorur një paketë valësh, informacioni mund të transmetohet vetëm me shpejtësinë e grupit. Valët në një paketë valore lëvizin me shpejtësinë fazore. Shpejtësia e fazës është një shembull tjetër i lëvizjes FTL që nuk mund të përdoret për të komunikuar.

6. Galaktikat superluminale

7. Raketë relativiste

Le të shohë vëzhguesi në Tokë anije kozmike, duke u larguar me shpejtësi 0.8c Në përputhje me teoria e relativitetit, ai do të shohë se ora në anije kozmike është 5/3 herë më e ngadaltë. Nëse e ndajmë distancën nga anija me kohën e fluturimit sipas orës në bord, marrim shpejtësinë 4/3c. Vëzhguesi arrin në përfundimin se, duke përdorur orën e tij në bord, piloti i anijes do të përcaktojë gjithashtu se ai po fluturon me një shpejtësi superluminale. Nga këndvështrimi i pilotit, ora e tij funksionon normalisht dhe hapësira ndëryjore është zvogëluar me një faktor prej 5/3. Prandaj, ai i kalon distancat e njohura midis yjeve më shpejt, me një shpejtësi 4/3c .

Por ende nuk është një fluturim superluminal. Nuk mund të llogarisni shpejtësinë duke përdorur distancën dhe kohën e përcaktuar në korniza të ndryshme referimi.

8. Shpejtësia e gravitetit

Disa këmbëngulin se shpejtësia e gravitetit është shumë më e shpejtë c apo edhe të pafundme. Shihni A udhëton graviteti me shpejtësinë e dritës? dhe çfarë është rrezatimi gravitacional? Perturbacionet gravitacionale dhe valët gravitacionale përhapen me një shpejtësi c .

9. Paradoksi i EPR

10. Fotonet virtuale

11. Efekti i tunelit kuantik

Në mekanikën kuantike efekt tuneli lejon grimcën të kapërcejë pengesën, edhe nëse energjia e saj nuk është e mjaftueshme për këtë. Është e mundur të llogaritet koha e tunelit përmes një pengese të tillë. Dhe mund të rezultojë të jetë më pak se sa kërkohet që drita të kapërcejë të njëjtën distancë me një shpejtësi c. A mund të përdoret për të dërguar mesazhe më shpejt se drita?

elektrodinamika kuantike thotë "Jo!" Sidoqoftë, u krye një eksperiment që demonstroi transmetimin superluminal të informacionit duke përdorur efektin e tunelit. Përmes një pengese 11.4 cm të gjerë me një shpejtësi prej 4.7 c U prezantua Simfonia e Dyzetë e Mozartit. Shpjegimi për këtë eksperiment është shumë i diskutueshëm. Shumica e fizikanëve besojnë se me ndihmën e efektit të tunelit është e pamundur të transmetohet informacion më shpejt se drita. Nëse do të ishte e mundur, atëherë pse të mos dërgoni një sinjal në të kaluarën duke e vendosur pajisjen në një kornizë referimi që lëviz me shpejtësi.

17. Teoria kuantike e fushës

Me përjashtim të gravitetit, të gjitha fenomenet fizike të vëzhgueshme korrespondojnë me " model standard Modeli standard është relativist teoria kuantike fushë që shpjegon ndërveprimet elektromagnetike dhe bërthamore, si dhe të gjitha grimcat e njohura. Në këtë teori, çdo palë operatorësh që korrespondojnë me vëzhgues fizikë të ndarë nga një interval hapësinor ngjarjesh "udhëtojnë" (d.m.th., mund të ndryshohet rradha e këtyre operatorëve). Në parim, kjo nënkupton që në Modelin Standard forca nuk mund të udhëtojë më shpejt se drita, dhe kjo mund të konsiderohet ekuivalenti i fushës kuantike të argumentit të energjisë së pafundme.

Megjithatë, nuk ka prova të patëmetë rigoroze në teorinë kuantike të fushës së Modelit Standard. Askush nuk e ka vërtetuar ende se kjo teori është e qëndrueshme nga brenda. Me shumë mundësi, nuk është kështu. Në çdo rast, nuk ka asnjë garanci se nuk ka ende grimca apo forca të pazbuluara që nuk i binden ndalimit të lëvizjes superluminale. Gjithashtu nuk ka përgjithësim të kësaj teorie, duke përfshirë gravitetin dhe relativitetin e përgjithshëm. Shumë fizikantë që punojnë në këtë fushë graviteti kuantik, dyshoni se nocionet e thjeshta të shkakësisë dhe lokalitetit do të përgjithësohen. Nuk ka asnjë garanci se në të ardhmen më shumë teori e plotë shpejtësia e dritës do të ruajë kuptimin e shpejtësisë kufizuese.

18. Paradoksi i gjyshit

Në relativitetin special, një grimcë që udhëton më shpejt se drita në një kornizë referimi, lëviz prapa në kohë në një kornizë tjetër referimi. Udhëtimi FTL ose transmetimi i informacionit do të bënte të mundur udhëtimin ose dërgimin e një mesazhi në të kaluarën. Nëse një udhëtim i tillë në kohë do të ishte i mundur, atëherë mund të ktheheshit pas në kohë dhe të ndryshoni rrjedhën e historisë duke vrarë gjyshin tuaj.

Ky është një argument shumë i fortë kundër mundësisë së udhëtimit FTL. Vërtetë, ekziston një mundësi pothuajse e pamundur që të jetë i mundur një udhëtim i kufizuar superluminal që nuk lejon një kthim në të kaluarën. Ose mbase udhëtimi në kohë është i mundur, por shkakësia shkelet në një mënyrë të qëndrueshme. E gjithë kjo është shumë e papranueshme, por nëse po diskutojmë FTL, është më mirë të jemi gati për ide të reja.

E kundërta është gjithashtu e vërtetë. Nëse do të mund të udhëtonim pas në kohë, ne mund të kapërcejmë shpejtësinë e dritës. Mund të ktheheni në kohë, të fluturoni diku me shpejtësi të ulët dhe të arrini atje përpara se të mbërrijë drita e dërguar në mënyrën e zakonshme. Shikoni Udhëtimi në kohë për detaje mbi këtë temë.

Pyetje të hapura të udhëtimit FTL

Në atë seksioni i fundit Unë do të përshkruaj disa ide serioze rreth udhëtimit të mundshëm më të shpejtë se drita. Këto tema nuk përfshihen shpesh në FAQ, sepse ato janë më shumë si shumë pyetje të reja sesa përgjigje. Ato janë përfshirë këtu për të treguar se po bëhen kërkime serioze në këtë drejtim. Është dhënë vetëm një hyrje e shkurtër për temën. Detajet mund të gjenden në internet. Si çdo gjë në internet, jini kritik ndaj tyre.

19. Tachyons

Tachyons janë grimcat hipotetike duke lëvizur lokalisht më shpejt se drita. Për ta bërë këtë, ata duhet të kenë një vlerë masive imagjinare. Në këtë rast, energjia dhe momenti i takionit janë sasi reale. Nuk ka asnjë arsye për të besuar se grimcat superluminale nuk mund të zbulohen. Hijet dhe pikat kryesore mund të udhëtojnë më shpejt se drita dhe mund të zbulohen.

Deri më tani, takionët nuk janë gjetur dhe fizikanët dyshojnë për ekzistencën e tyre. Kishte pretendime se në eksperimentet për të matur masën e neutrinos të prodhuar nga zbërthimi beta i tritiumit, neutrinot ishin takione. Kjo është e dyshimtë, por ende nuk është hedhur poshtë përfundimisht.

Ka probleme në teorinë e takioneve. Përveç shkeljes së mundshme të shkakësisë, takionët gjithashtu e bëjnë vakumin të paqëndrueshëm. Mund të jetë e mundur t'i anashkalojmë këto vështirësi, por edhe atëherë nuk do të jemi në gjendje të përdorim takione për transmetimin superluminal të mesazheve.

Shumica e fizikanëve besojnë se shfaqja e takioneve në një teori është një shenjë e disa problemeve me këtë teori. Ideja e tachyons është kaq e popullarizuar me publikun thjesht sepse ato përmenden shpesh në literaturën fantazi. Shih Tachyons.

20. Vrimat e krimbit

Shumica mënyrë e njohur Udhëtimi global superluminal - përdorimi i "vrimave të krimbit". Vrima e krimbit është një çarje në hapësirë-kohë nga një pikë e universit në tjetrën, e cila ju lejon të shkoni nga një skaj i vrimës në tjetrin më shpejt se mënyrë e zakonshme. Vrimat e krimbave përshkruhen nga teoria e përgjithshme e relativitetit. Për t'i krijuar ato, ju duhet të ndryshoni topologjinë e hapësirë-kohës. Ndoshta kjo do të bëhet e mundur brenda kornizës së teorisë kuantike të gravitetit.

Për të mbajtur të hapur një vrimë krimbi, ju nevojiten zona të hapësirës me energji negative. C.W.Misner dhe K.S.Thorne propozuan përdorimin e efektit Casimir në një shkallë të gjerë për të krijuar energji negative. Visser sugjeroi të përdoret për këtë vargjet kozmike. Këto janë ide shumë spekulative dhe mund të mos jenë të mundshme. Ndoshta forma e kërkuar e materies ekzotike me energji negative nuk ekziston.

Kufiri i sipërm i shpejtësisë është i njohur edhe për nxënësit e shkollës: duke lidhur masën dhe energjinë me formulën e famshme E = mc 2, në fillim të shekullit të 20-të, ai vuri në dukje pamundësinë themelore që çdo gjë me masë të lëvizë në hapësirë ​​më shpejt se shpejtësia. e dritës në vakum. Megjithatë, ky formulim tashmë përmban boshllëqe, të cilat disa dukuritë fizike dhe grimcat. Të paktën, dukuritë që ekzistojnë në teori.

Zbrazëtira e parë ka të bëjë me fjalën "masë": kufizimet e Ajnshtajnit nuk vlejnë për grimcat pa masë. Ato nuk zbatohen as për disa media mjaft të dendura në të cilat shpejtësia e dritës mund të jetë shumë më e vogël se në vakum. Së fundi, me aplikimin e energjisë së mjaftueshme, vetë hapësira mund të deformohet lokalisht, duke lejuar lëvizjen në atë mënyrë që, për një vëzhgues nga ana, jashtë këtij deformimi, lëvizja do të ndodhë sikur më shpejt se shpejtësia e dritës.

Disa nga këto dukuri dhe grimca "super të shpejta" të fizikës regjistrohen dhe riprodhohen rregullisht në laboratorë, madje përdoren në praktikë, në mjete dhe pajisje të teknologjisë së lartë. Të tjerët, të parashikuar teorikisht, shkencëtarët ende po përpiqen t'i zbulojnë në realitet, dhe ata kanë plane të mëdha për të tretën: ndoshta një ditë këto fenomene do të na lejojnë të lëvizim lirshëm rreth universit, madje as të kufizuar nga shpejtësia e dritës.

teleportimi kuantik

Statusi: në zhvillim aktiv

qenie e gjallë - shembull i mirë teknologji që është teorikisht e realizueshme, por me sa duket nuk është e realizueshme në praktikë. Por nëse po flasim në lidhje me teleportimin, domethënë lëvizjen e menjëhershme nga një vend në tjetrin të objekteve të vogla, dhe aq më tepër grimcave, është mjaft e mundur. Për të thjeshtuar detyrën, le të fillojmë me një të thjeshtë - grimcat.

Duket se do të na duhen pajisje që (1) vëzhgojnë plotësisht gjendjen e grimcave, (2) e transmetojnë këtë gjendje më shpejt se shpejtësia e dritës, (3) rivendosin origjinalin.

Megjithatë, në një skemë të tillë, as hapi i parë nuk mund të zbatohet plotësisht. Parimi i pasigurisë së Heisenberg-ut imponon kufizime të pakapërcyeshme në saktësinë me të cilën mund të maten parametrat e "çiftuar" të një grimce. Për shembull, sa më mirë ta dimë momentin e tij, aq më keq është koordinata e tij dhe anasjelltas. Megjithatë, një veçori e rëndësishme e teleportimit kuantik është se, në fakt, nuk është e nevojshme të maten grimcat, ashtu siç nuk është e nevojshme të rivendosni asgjë - mjafton të merrni një palë grimcash të ngatërruara.

Për shembull, për të përgatitur fotone të tilla të ngatërruara, duhet të ndriçojmë një kristal jolinear rrezatimi lazer valë e caktuar. Pastaj disa nga fotonet e ardhura do të ndahen në dy të ngatërruara - të lidhura në mënyrë të pashpjegueshme, kështu që çdo ndryshim në gjendjen e njërit ndikon menjëherë në gjendjen e tjetrit. Kjo lidhje është vërtet e pashpjegueshme: mekanizmat e ngatërrimit kuantik mbeten të panjohur, megjithëse vetë fenomeni është demonstruar dhe demonstrohet vazhdimisht. Por ky është një fenomen i tillë, në të cilin është vërtet e lehtë të ngatërrohesh - mjafton të shtojmë se para matjes, asnjë nga këto grimca nuk ka karakteristikat e dëshiruara, dhe pa marrë parasysh se çfarë rezultati marrim duke matur të parën, gjendja e të dytit do të lidhet çuditërisht me rezultatin tonë.

Mekanizmi i teleportimit kuantik, i propozuar në 1993 nga Charles Bennett dhe Gilles Brassard, kërkon shtimin e vetëm një pjesëmarrësi shtesë në një palë grimcash të ngatërruara - në fakt, atë që do të teleportojmë. Është zakon që dërguesit dhe marrësit t'i quajmë Alice dhe Bob, dhe ne do ta ndjekim këtë traditë duke i dhënë secilit prej tyre një nga fotonet e ngatërruara. Sapo ata janë larg njëri-tjetrit në një distancë të mirë dhe Alice vendos të fillojë teleportimin, ajo merr fotonin e dëshiruar dhe mat gjendjen e tij së bashku me gjendjen e fotonit të parë të ngatërruar. Funksioni valor i pasigurt i këtij fotoni shembet dhe i përgjigjet menjëherë fotonit të dytë të ngatërruar të Bobit.

Fatkeqësisht, Bob nuk e di saktësisht se si reagon fotoni i tij ndaj sjelljes së fotonit të Alice: për ta kuptuar këtë, ai duhet të presë derisa ajo të dërgojë rezultatet e matjeve të saj me postë të rregullt, jo më shpejt se shpejtësia e dritës. Prandaj, asnjë informacion nuk mund të transmetohet përmes një kanali të tillë, por fakti mbetet. Ne kemi teleportuar gjendjen e një fotoni. Për të kaluar te njerëzit, mbetet për të shkallëzuar teknologjinë për të mbuluar çdo grimcë prej vetëm 7000 trilion trilion atomesh të trupit tonë - mendoj se ne nuk jemi më shumë se një përjetësi nga ky zbulim.

Megjithatë teleportimi kuantik dhe ngatërresa mbeten ndër temat më të nxehta në fizikën moderne. Para së gjithash, sepse përdorimi i kanaleve të tilla të komunikimit premton mbrojtje të pathyeshme të të dhënave të transmetuara: për të fituar akses në to, sulmuesit do të duhet të kapin jo vetëm letrën nga Alice për Bob, por edhe aksesin në grimcën e ngatërruar të Bobit, dhe madje. nëse arrijnë të arrijnë tek ai dhe të bëjnë matje, kjo do të ndryshojë përgjithmonë gjendjen e fotonit dhe do të zbulohet menjëherë.

Efekti Vavilov-Cherenkov

Statusi: i përdorur gjatë

Ky aspekt i udhëtimit më të shpejtë se shpejtësia e dritës është një rast i këndshëm për të kujtuar meritat e shkencëtarëve rusë. Fenomeni u zbulua në 1934 nga Pavel Cherenkov, i cili punoi nën drejtimin e Sergei Vavilov, tre vjet më vonë ai mori një justifikim teorik në veprat e Igor Tamm dhe Ilya Frank, dhe në 1958 të gjithë pjesëmarrësit në këto vepra, me përjashtim të tashmë të ndjerit Vavilov, iu dha çmimi Nobel në fizikë.

Në fakt, ai flet vetëm për shpejtësinë e dritës në vakum. Në të tjerat mjedise transparente drita ngadalësohet, dhe mjaft e dukshme, si rezultat i së cilës mund të vërehet thyerja në kufirin e tyre me ajrin. Indeksi i thyerjes së qelqit është 1.49, që do të thotë se shpejtësia fazore e dritës në të është 1.49 herë më pak, dhe, për shembull, indeksi i thyerjes së diamantit është tashmë 2.42, dhe shpejtësia e dritës në të zvogëlohet për më shumë se dy herë. . Asgjë nuk i pengon grimcat e tjera të fluturojnë edhe më shpejt se fotonet e dritës.

Kjo është pikërisht ajo që ndodhi me elektronet, të cilat në eksperimentet e Cherenkov u rrëzuan nga rrezatimi gama me energji të lartë nga vendet e tyre në molekulat e lëngut lumineshent. Ky mekanizëm shpesh krahasohet me formimin e shokut. valë zanore kur fluturon në atmosferë shpejtësi supersonike. Por mund të imagjinohet gjithashtu si vrapimi në një turmë: duke lëvizur më shpejt se drita, elektronet vrapojnë pranë grimcave të tjera, sikur i godasin ato me një shpatull - dhe për çdo centimetër të rrugës së tyre, duke i bërë ata të lëshojnë me zemërim nga disa deri në disa qindra fotone .

Së shpejti, e njëjta sjellje u zbulua në të gjitha lëngjet e tjera mjaft të pastra dhe transparente, dhe më pas rrezatimi Cherenkov u regjistrua edhe thellë në oqeane. Sigurisht, fotonet e dritës nga sipërfaqja nuk arrijnë vërtet këtu. Por grimcat ultra të shpejta që fluturojnë nga sasi të vogla në kalbje grimcat radioaktive, herë pas here krijojnë një shkëlqim, ndoshta të paktën duke lejuar banorët vendas të shohin.

Rrezatimi Cherenkov-Vavilov ka gjetur aplikim në shkencë, inxhinieri bërthamore dhe fusha të ngjashme. Reaktorët e termocentraleve bërthamore shkëlqejnë shkëlqyeshëm, të mbushur plot me grimca të shpejta. Duke matur me saktësi karakteristikat e këtij rrezatimi dhe duke ditur shpejtësinë e fazës në mjedisin tonë të punës, ne mund të kuptojmë se çfarë lloj grimcash e kanë shkaktuar atë. Astronomët përdorin gjithashtu detektorë Cherenkov për të zbuluar dritën dhe energjinë grimcat kozmike: ato të rënda janë tepër të vështira për t'u përshpejtuar në shpejtësinë e dëshiruar dhe nuk krijojnë rrezatim.

Flluska dhe vrima

Këtu është një milingonë që zvarritet në një fletë letre. Shpejtësia e tij është e ulët dhe të mjerit i duhen rreth 10 sekonda për të shkuar nga skaji i majtë i avionit në të djathtë. Por, sapo na vjen keq dhe përkulim letrën, duke lidhur skajet e saj, ai menjëherë "teleporton". në pikë e dëshiruar. Diçka e ngjashme mund të bëhet me hapësirë-kohën tonë amtare, me të vetmin ndryshim që kthesa kërkon pjesëmarrjen e dimensioneve të tjera që ne nuk i perceptojmë, duke formuar tunele hapësinore-kohore - krimba-vrimat e famshme, ose krimba.

Nga rruga, sipas teorive të reja, krimba të tilla janë një lloj ekuivalenti hapësinor-kohor i fenomenit tashmë të njohur kuantik të ngatërrimit. Në përgjithësi, ekzistenca e tyre nuk kundërshton asnjë ide të rëndësishme fizika moderne, duke përfshirë. Por për të ruajtur një tunel të tillë në strukturën e Universit, kërkohet diçka që ka pak ngjashmëri me shkencën reale - një "materie ekzotike" hipotetike që ka një densitet energjie negative. Me fjalë të tjera, duhet të jetë një lëndë e tillë që shkakton zmbrapsjen gravitacionale. Është e vështirë të imagjinohet që një ditë kjo ekzotike do të gjendet, aq më pak e zbutur.

Një deformim edhe më ekzotik i hapësirë-kohës - lëvizja brenda flluskës së strukturës së lakuar të kësaj vazhdimësie - mund të shërbejë si një lloj alternativë ndaj vrimave të krimbave. Ideja u shpreh në vitin 1993 nga fizikani Miguel Alcubierre, megjithëse tingëllonte shumë më herët në veprat e shkrimtarëve të trillimeve shkencore. Është si një anije kozmike që lëviz, duke shtrydhur dhe shtrydhur hapësirë-kohën para hundës dhe duke e lëmuar përsëri pas saj. Në të njëjtën kohë, vetë anija dhe ekuipazhi i saj mbeten në zonën lokale, ku hapësirë-koha ruan gjeometrinë e zakonshme dhe nuk përjeton asnjë shqetësim. Kjo shihet qartë në serialin e njohur në mesin e ëndërrimtarëve " Star Trek”, ku një “warp drive” i tillë ju lejon të udhëtoni, pa qenë modest, në të gjithë universin.

Statusi: nga fantastik në teorik

Fotonet janë grimca pa masë, si disa të tjera: masa e tyre në qetësi është zero, dhe për të mos u zhdukur plotësisht, ata janë të detyruar të lëvizin gjithmonë dhe gjithmonë me shpejtësinë e dritës. Megjithatë, disa teori sugjerojnë ekzistencën e grimcave shumë më ekzotike - takioneve. Masa e tyre, e shfaqur në formulën tonë të preferuar E \u003d mc 2, jepet jo e thjeshtë, por numër imagjinar, i cili përfshin një komponent të veçantë matematikor, katrori i të cilit jep një numër negativ. Kjo është shumë veti e dobishme, dhe skenaristët e serisë sonë të dashur Star Trek shpjeguan punën e motorit të tyre fantastik pikërisht duke "shfrytëzuar energjinë e takionëve".

Në të vërtetë, masa imagjinare bën të pamendueshmen: takionët duhet të humbasin energji duke u përshpejtuar, kështu që për ta gjithçka në jetë është krejtësisht e ndryshme nga ajo që mendonim. Ndërsa përplasen me atomet, humbasin energjinë dhe përshpejtohen, kështu që përplasja e radhës do të jetë edhe më e fortë, e cila do të marrë akoma më shumë energji dhe do të përshpejtojë takionët përsëri në pafundësi. Është e qartë se një vetëkënaqësi e tillë thjesht cenon marrëdhëniet bazë shkak-pasojë. Ndoshta kjo është arsyeja pse vetëm teoricienët po studiojnë takionet deri më tani: askush nuk ka parë ende një shembull të vetëm të kolapsit të marrëdhënieve shkak-pasojë në natyrë, dhe nëse e shihni atë, kërkoni një tachyon, dhe Çmimi Nobël ju jeni siguruar.

Megjithatë, teoricienët megjithatë treguan se takionët mund të mos ekzistojnë, por në të kaluarën e largët ata mund të kishin ekzistuar dhe, sipas disa ideve, ishin mundësitë e tyre të pafundme ato që luajtën. rol i rendesishem në Big Bengun. Prania e takioneve shpjegon gjendjen jashtëzakonisht të paqëndrueshme të vakumit të rremë në të cilin mund të ishte Universi para lindjes së tij. Në një tablo të tillë të botës, takionët që lëvizin më shpejt se drita janë baza reale e ekzistencës sonë, dhe pamja e Universit përshkruhet si kalimi i fushës së takionit të një vakumi të rremë në fushën inflacioniste të asaj të vërtetë. Vlen të shtohet se të gjitha këto janë teori mjaft të respektueshme, pavarësisht se shkelësit kryesorë të ligjeve të Ajnshtajnit dhe madje edhe të marrëdhënies shkakësore rezultojnë të jenë themeluesit e të gjitha shkaqeve dhe pasojave në të.

Shpejtësia e errët

statusi: filozofik

Duke folur filozofikisht, errësira është thjesht mungesa e dritës dhe shpejtësitë e tyre duhet të jenë të njëjta. Por ia vlen të mendoni me kujdes: errësira mund të marrë një formë që lëviz shumë më shpejt. Emri i kësaj forme është hije. Imagjinoni sikur po tregoni me gishta siluetën e një qeni në murin përballë. Rrezja nga elektrik dore ndryshon dhe hija nga dora juaj bëhet shumë më e madhe se vetë dora. Lëvizja më e vogël e gishtit është e mjaftueshme që hija prej tij në mur të zhvendoset në një distancë të dukshme. Po sikur të hedhim një hije në hënë? Apo në një ekran imagjinar edhe më tej? ..

Një valë mezi e dukshme - dhe ajo do të kalojë me çdo shpejtësi, e cila përcaktohet vetëm nga gjeometria, kështu që asnjë Ajnshtajni nuk mund t'i tregojë asaj. Megjithatë, është më mirë të mos flirtoni me hijet, sepse ato na mashtrojnë lehtësisht. Ia vlen të kthehemi në fillim dhe të kujtojmë se errësira është vetëm mungesa e dritës, kështu që jo objekt fizik gjatë kësaj lëvizjeje nuk transmetohet. Nuk ka grimca, asnjë informacion, nuk ka deformime të hapësirë-kohës, ekziston vetëm iluzioni ynë se ky është një fenomen më vete. Në botën reale, asnjë errësirë ​​nuk mund të përputhet me shpejtësinë e dritës.

Shpejtësia e përhapjes së dritës është 299,792,458 metra në sekondë, por prej kohësh ajo ka pushuar së qeni vlera kufizuese. “Futurist” ka mbledhur 4 teori, ku drita nuk është më Michael Schumacher.

shkencëtar amerikan me prejardhje japoneze, specialist i fushës fizikës teorike Michio Kaku është i sigurt se shpejtësia e dritës mund të kapërcehet.

Big Bang

Shembulli më i famshëm, kur u tejkalua barriera e dritës, Michio Kaku e quan Big Bang - një "pop" ultra i shpejtë, i cili u bë fillimi i zgjerimit të Universit, në të cilin ishte në një gjendje unike.

“Asnjë objekt material nuk mund ta kapërcejë pengesën e dritës. Por hapësira boshe me siguri mund të udhëtojë më shpejt se drita. Asgjë nuk mund të jetë më bosh se një vakum, që do të thotë se mund të zgjerohet më shpejt se shpejtësia e dritës”, është i sigurt shkencëtari.

Elektrik dore në qiellin e natës

Nëse ndriçoni një elektrik dore në qiellin e natës, atëherë në parim një rreze që shkon nga një pjesë e universit në tjetrën, e vendosur në një distancë prej shumë vitesh dritë, mund të udhëtojë më shpejt se shpejtësia e dritës. Problemi është se në këtë rast nuk do të ketë asnjë objekt material që në fakt lëviz më shpejt se drita. Imagjinoni që jeni të rrethuar nga një sferë gjigante në diametër një vit drite. Imazhi i një rreze drite do të vërshojë nëpër këtë sferë brenda pak sekondash, pavarësisht nga madhësia e saj. Por vetëm imazhi i rrezes mund të lëvizë nëpër qiellin e natës më shpejt se drita, dhe jo informacioni ose një objekt material.

ngatërresa kuantike

Më e shpejtë se shpejtësia e dritës nuk mund të jetë ndonjë objekt, por i gjithë fenomeni, ose më mirë marrëdhënia, e cila quhet ngatërrim kuantik. Ky është një fenomen mekanik kuantik në të cilin gjendjet kuantike të dy ose më shumë objekteve janë të ndërvarura. Për të marrë një palë fotone të ngatërruara kuantike, mund të shkëlqeni një lazer mbi një kristal jolinear me një frekuencë dhe intensitet të caktuar. Si rezultat i shpërndarjes së rrezes lazer, fotonet do të shfaqen në dy kone të ndryshme polarizimi, marrëdhënia ndërmjet të cilave do të quhet ngatërrim kuantik. Kështu që, ngatërresa kuantike- kjo është një mënyrë e ndërveprimit të grimcave nënatomike, dhe procesi i kësaj lidhjeje mund të ndodhë më shpejt se drita.

“Nëse dy elektrone bashkohen, ato do të vibrojnë në unison, sipas teorisë kuantike. Por nëse këto elektrone ndahen më pas me shumë vite dritë, ato do të vazhdojnë të mbajnë kontakt me njëri-tjetrin. Nëse tundni një elektron, tjetri do ta ndjejë këtë dridhje dhe kjo do të ndodhë më shpejt se shpejtësia e dritës. Albert Ajnshtajni mendoi se ky fenomen do të hidhte poshtë teorinë kuantike, sepse asgjë nuk mund të udhëtojë më shpejt se drita, por në fakt ai e kishte gabim”, thotë Michio Kaku.

Vrimat e krimbit

Tema e kapërcimit të shpejtësisë së dritës luhet në shumë filma fantashkencë. Tashmë edhe për ata që janë larg astrofizikës dëgjohet shprehja “wormhole” falë filmit “Interstellar”. Ky është një lakim i veçantë në sistemin hapësirë-kohë, një tunel në hapësirë ​​që ju lejon të kapërceni distanca të mëdha në një kohë të papërfillshme.

Për një lakim të tillë flasin jo vetëm skenaristët e filmave, por edhe shkencëtarët. Michio Kaku beson se krimbi (vrima e krimbit), ose, siç quhet ndryshe, vrima e krimbit është një nga dy më të mënyra reale transmetojnë informacion më shpejt se shpejtësia e dritës.

Mënyra e dytë, e cila është e lidhur edhe me ndryshimet në materie, është tkurrja e hapësirës përpara dhe zgjerimi pas jush. Në këtë hapësirë ​​të shtrembëruar, lind një valë që udhëton më shpejt se shpejtësia e dritës nëse drejtohet nga materia e errët.

Kështu, e vetmja mundësi reale që një person të mësojë të kapërcejë pengesën e dritës mund të qëndrojë në teorinë e përgjithshme të relativitetit dhe lakimin e hapësirës dhe kohës. Megjithatë, gjithçka qëndron në të njëjtën gjë materie e errët: askush nuk e di nëse ekziston me siguri, dhe nëse vrimat e krimbave janë të qëndrueshme.

Në një kornizë referimi inerciale (lokale) me origjinë, merrni parasysh pika materiale, e cila në momentin e kohës është në . Ne e quajmë shpejtësinë e kësaj pike superluminale në kohë nëse pabarazia e mëposhtme është e vërtetë:

Src="/pictures/wiki/files/50/21ea15551d469cba11529bd16574e427.png" border="0">

ku , është shpejtësia e dritës në një vakum, dhe koha dhe distanca nga një pikë deri në maten në kornizën referuese të përmendur.

ku është vektori i rrezes në një sistem koordinativ jo rrotullues, është vektori i shpejtësisë këndore të rrotullimit të sistemit koordinativ. Siç mund të shihet nga ekuacioni, joinerciale korniza e referencës e lidhur me një trup rrotullues, objektet e largëta mund të lëvizin me shpejtësi superluminale, në kuptimin që src="/pictures/wiki/files/54/6fa9a2d9089db2f154c5c90051ce210b.png" border="0">. Kjo nuk bie ndesh me atë që u tha në hyrje, pasi . Për shembull, për një sistem koordinativ të lidhur me kokën e një personi që është në Tokë, shpejtësia koordinative e Hënës me një kthesë normale të kokës do të jetë më shumë shpejtësi dritë në vakum. Në këtë sistem, kur kthehet në një kohë të shkurtër, Hëna do të përshkruajë një hark me një rreze afërsisht e barabartë me distancën ndërmjet origjinës së sistemit të koordinatave (kokës) dhe Hënës.

Shpejtësia e fazës

Shpejtësia e fazës përgjatë një drejtimi të devijuar nga vektori i valës me një kënd α. Konsiderohet një valë e rrafshët monokromatike.

Trumpet Krasnikov

Mekanika kuantike

Parimi i pasigurisë në teorinë kuantike

AT fizika kuantike gjendjet e grimcave përshkruhen nga vektorët hapësinorë Hilbert, të cilët përcaktojnë vetëm probabilitetin e marrjes së vlerave të caktuara gjatë matjeve sasive fizike(në përputhje me parimin e pasigurisë kuantike). Paraqitja më e njohur e këtyre vektorëve janë funksionet valore, katrori i modulit të të cilit përcakton densitetin e probabilitetit të zbulimit të një grimce në ky vend. Rezulton se kjo densitet mund të lëvizë më shpejt se shpejtësia e dritës (për shembull, kur zgjidh problemin e kalimit të një grimce përmes një pengese energjie). Në këtë rast, efekti i tejkalimit të shpejtësisë së dritës vërehet vetëm në distanca të shkurtra. Richard Feynman e shprehu këtë në ligjëratat e tij si më poshtë:

… për rrezatimin elektromagnetik ekziston gjithashtu një amplitudë [jo zero] probabiliteti për të udhëtuar më shpejt (ose më ngadalë) se shpejtësia e zakonshme e dritës. E patë në leksionin e mëparshëm se drita nuk lëviz gjithmonë në vija të drejta; tani do të shihni që nuk lëviz gjithmonë me shpejtësinë e dritës! Mund të duket e habitshme që ekziston një amplitudë [jo zero] që një foton të udhëtojë më shpejt ose më ngadalë se shpejtësia normale e dritës. c

teksti origjinal(anglisht)

… ekziston gjithashtu një amplitudë që drita të ecë më shpejt (ose më ngadalë) se shpejtësia konvencionale e dritës. E kuptove në leksionin e fundit se drita nuk shkon vetëm në vija të drejta; tani, ju zbuloni se nuk shkon vetëm me shpejtësinë e dritës! Mund t'ju habisë ate atjeështë një amplitudë që një foton të ecë me shpejtësi më të shpejta ose më të ngadalta se shpejtësia konvencionale, c

Richard Feynman, laureat i Nobelit në fizikë në vitin 1965.

Në të njëjtën kohë, për shkak të parimit të padallueshmërisë, është e pamundur të thuhet nëse po vëzhgojmë të njëjtën grimcë, apo kopjen e saj të porsalindur. Në leksionin e tij Nobel në 2004, Frank Wilczek bëri argumentin e mëposhtëm:

Imagjinoni një grimcë që lëviz me një shpejtësi mesatare shumë afër shpejtësisë së dritës, por me aq pasiguri në pozicion sa kërkon teoria kuantike. Natyrisht, do të ketë një probabilitet të caktuar për të vëzhguar këtë grimcë duke lëvizur disi më shpejt se mesatarja, dhe për këtë arsye më shpejt se drita, gjë që bie ndesh me teorinë speciale të relativitetit. E vetmja mënyrë e njohur për të zgjidhur këtë kontradiktë kërkon idenë e antigrimcave. Shumë përafërsisht, pasiguria e kërkuar në pozicion arrihet duke supozuar se akti i matjes mund të përfshijë formimin e antigrimcave, secila e padallueshme nga origjinalja, me rregullime të ndryshme. Për të ruajtur një ekuilibër të mbijetesës numrat kuantikë, grimcat shtesë duhet të shoqërohen me të njëjtin numër antigrimcash. (Diraku arriti në parashikimin e antigrimcave përmes një sërë interpretimesh shpikëse dhe riinterpretimesh të relativizmit elegant ekuacioni i valës, të cilën ai e nxori, dhe jo përmes një konsiderate heuristike si ajo që dhashë. Pashmangshmëria dhe përgjithësimi i këtyre përfundimeve, si dhe lidhja e tyre e drejtpërdrejtë me parimet bazë Mekanika kuantike dhe relativiteti special u bë i dukshëm vetëm në retrospektivë).

teksti origjinal(anglisht)

Imagjinoni një grimcë që lëviz mesatarisht me shumë afër shpejtësisë së dritës, por me një pasiguri në pozicion, siç kërkohet nga teoria kuantike. Është e qartë se do të ketë njëfarë probabiliteti për të vëzhguar këtë grimcë që të lëvizë pak më shpejt se mesatarja, dhe për këtë arsye më shpejt se drita, gjë që relativiteti special nuk do ta lejojë. Mënyra e vetme e njohur për të zgjidhur këtë tension përfshin futjen e idesë së antigrimcave. Në mënyrë shumë të përafërt, pasiguria e kërkuar në pozicion akomodohet duke lejuar mundësinë që akti i matjes mund të përfshijë krijimin e disa grimcave, secila e padallueshme nga origjinalja, me pozicione të ndryshme. Për të ruajtur ekuilibrin e numrave kuantikë të ruajtur, grimcat shtesë duhet të shoqërohen nga një numër i barabartë antigrimcash. (Diraku u drejtua të parashikonte ekzistencën e antigrimcave përmes një sekuence interpretimesh dhe riinterpretimesh të zgjuara të ekuacionit elegant të valëve relativiste që ai shpiku, në vend të arsyetimit heuristik të llojit që kam paraqitur. Pashmangshmëria dhe përgjithësia e përfundimeve të tij, dhe lidhja e tyre e drejtpërdrejtë me parimet bazë të mekanikës kuantike dhe relativitetit special, janë të qarta vetëm në retrospektivë).

Frank Wilczek

Efekti Scharnhorst

Shpejtësia e valëve varet nga vetitë e mediumit në të cilin ato përhapen. teori e veçantë Relativiteti thotë se është e pamundur të përshpejtosh një trup masiv në një shpejtësi që tejkalon shpejtësinë e dritës në vakum. Në të njëjtën kohë, teoria nuk postulon ndonjë vlerë të veçantë për shpejtësinë e dritës. Ai matet eksperimentalisht dhe mund të ndryshojë në varësi të vetive të vakumit. Për një vakum, energjia e të cilit është më e vogël se energjia e një vakumi të zakonshëm fizik, shpejtësia e dritës teorikisht duhet të jetë më e lartë, dhe shpejtësia maksimale e lejueshme e transmetimit të sinjalit përcaktohet nga dendësia maksimale e mundshme e energjisë negative. Një shembull i një vakumi të tillë është vakuumi Casimir, i cili shfaqet në çarje dhe kapilarët e hollë me një madhësi (diametër) deri në dhjetë nanometra (rreth njëqind herë). më shumë madhësi atom tipik). Ky efekt mund të shpjegohet gjithashtu me një ulje të numrit të grimcave virtuale në vakum Casimir, të cilat, si grimcat e një mediumi të vazhdueshëm, ngadalësojnë përhapjen e dritës. Llogaritjet e bëra nga Scharnhorst tregojnë se shpejtësia e dritës në vakumin e Casimir tejkalon atë të vakumit të zakonshëm me 1/10 24 për një hendek 1 nm të gjerë. U tregua gjithashtu se tejkalimi i shpejtësisë së dritës në një vakum Casimir nuk cenon parimin e shkakësisë. Teprica e shpejtësisë së dritës në një vakum Casimir në krahasim me shpejtësinë e dritës në një vakum të zakonshëm nuk është konfirmuar ende eksperimentalisht për shkak të kompleksitetit ekstrem të matjes. këtë efekt.

Teoritë me ndryshueshmërinë e shpejtësisë së dritës në vakum

AT fizika moderne Ekzistojnë hipoteza sipas të cilave shpejtësia e dritës në vakum nuk është konstante dhe vlera e saj mund të ndryshojë me kalimin e kohës (Shpejtësia e ndryshueshme e dritës (VSL)). Versioni më i pranuar gjerësisht i kësaj hipoteze supozon se fazat fillestare jeta e universit tonë, vlera e konstantes (shpejtësia e dritës) ishte shumë më e madhe se sa është tani. Prandaj, përpara se substanca të lëvizte me një shpejtësi, shumë më superiore shpejtësia moderne e dritës.