A është shpejtësia e dritës konstante?
Puna e nënndërgjegjeshëm tonë
Vetëdija jonë, të cilën ndonjëherë e konsiderojmë "Unë", është vetëm një pjesë e vogël e punës së trurit në tërësi. Ndërgjegjësimi për veten si person është vetëm një pjesë e vogël e punës së trurit, shumica e proceseve të tjera që ndodhin në kokë përpunohen pa përfshirjen e vetëdijes. Këto nuk janë vetëm reagime të automatizuara si frymëmarrja, kontrolli i zemrës, muskujve gjatë ecjes, por edhe më komplekse: njohja e modelit, formimi i një realiteti rrethues tredimensional. Truri, në fakt, në një nivel paraprak zgjedh çfarë t'i tregojë ndërgjegjes dhe çfarë të heqë. Disa veprime kryhen aq automatikisht saqë vetëdija nuk njoftohet për punën që po kryhet.
Krejt rastësisht, kohët e fundit kuptova se kam botuar libra të rinj: “Daljet e ndërgjegjshme nga trupi. Përvoja e udhëtimit në botë të tjera" dhe "Ëndrrat e kontrolluara. Realiteti i kontrolluar”. Ata dolën nga një shtëpi botuese e caktuar IPL në vitin 2016. Rezulton se ndodh edhe kjo, vetë autori nuk e di që ka libra të rinj që dalin.
Ata e riemëruan librin në mënyrën e tyre dhe e nxorën si produkt të ri nga autori. Nuk e di se çfarë shtëpie botuese është kjo, por pasi lexojmë recensionet e librave, mund të konkludojmë: ky është libri im i parë dhe i dytë i botuar nga shtëpia botuese Ves me titujt: “Endacak i ëndrrave. Pjesa 1. Fillimi i udhëtimit" dhe "Endacak i ëndrrave. Pjesa 2. Mijëvjeçari i Ri.”
Në thelb, këto janë të njëjtat libra. Nëse keni lexuar më parë serinë Dream Traveler, atëherë nuk ka kuptim të blini libra të rinj.
Pse ëndërroni për minjtë?
Interpretimi i një ëndrre në të cilën një miu ëndërronte. Duke parë përpara, unë do ta përmbledh artikullin - do ta them me guxim këtë një ëndërr për një miu është e keqe. Në varësi të variacioneve në ëndërr, ju mund të përcaktoni se nga vjen rreziku ose çfarë të prisni në të ardhmen e afërt, por në përgjithësi ëndrra nuk është e mirë. Opsioni i vetëm shpresëdhënës i ëndrrave është nëse komploti përfundon me vrasjen ose kapjen e miut.Pra, për të zbuluar se nga cila anë të presësh një pickim miu, analizo ëndrrën tënde.
Le ta zgjidhim si mund të ketë fuqi një mendim. Mënyra se si mendimet në përgjithësi mund të ndërveprojnë me universin, shkaktojnë ngjarje që nuk lidhen me veprimet tona të drejtpërdrejta. Cilat ligje të universit na lejojnë të përmbushim dëshirat tona mendore. Si mundet që truri ynë të ketë dhuntinë të shohë në distancë ose të ndjejë ngjarje që ndodhin diku larg për të cilat ne nuk kemi asnjë ide.
Le të supozojmë se trupi ynë, dhe truri ynë në veçanti, është një makinë. Kompleks, deri diku i pakuptueshëm, por gjithsesi një pajisje që percepton dhe transmeton sinjale nga jashtë. Le të bëjmë një supozim tjetër se ne jemi disi të ngjashëm me një kompjuter modern. Kohët e fundit truri ynë po krahasohet gjithnjë e më shumë me pajisjet elektronike, ndaj nuk do të shmangim nga kjo traditë. Kështu, mendimet tona janë një lloj programi, me cikle dhe funksione që kryejnë detyra të caktuara. Disa mendime janë të dhëna fillestare, por disa kanë fuqi - këto janë programe të ndërtuara sipas ligjeve të universit.
Gjatë muajit të kaluar kam takuar disa njerëz që përpiqen të ndryshojnë të kaluarën e tyre. Pastaj dikush foli për kujtimet e një të shkuare inekzistente.
Shumica e njerëzve besojnë se ndryshimi i së kaluarës është i pamundur, dhe nuk ka një përshkrim të saktë se si të ndryshohet e kaluara. Por, në një mënyrë apo tjetër, has në histori misterioze që nuk mund të vërtetohen e as të përgënjeshtohen. Çdo ndryshim në të kaluarën bën që të gjithë përreth të kujtojnë një histori të re. Kështu, nuk mund të themi me siguri se një histori e tillë nuk është shpikje e autorit. Vetëm disa individë ruajnë kujtimet e një të pranishme alternative. Ndonjëherë nuk është as një kujtim, por vetëm një ndjenjë e gabimit të momentit aktual; ndonjëherë ka ndezje déjà vu, ose kujtime të rreme në kokën e disa momenteve që nuk kanë ndodhur kurrë, por për disa arsye ruhen në kujtesë si kujtime.
Qendra kërkimore e Organizatës Evropiane për Kërkime Bërthamore (CERN) mori rezultate jashtëzakonisht të papritura që hutuan fizikantët: duket se grimcat nënatomike mund të lëvizin me shpejtësi që tejkalojnë shpejtësinë e dritës.
Rezultatet e eksperimenteve do të publikohen së shpejti në internet në mënyrë që të gjithë ekspertët e interesuar t'i studiojnë ato.
Kujdesi i shkencëtarëve që nuk nxitojnë të shpallin një zbulim të ri është i kuptueshëm - nëse rezultatet konfirmohen, atëherë do të vihet në pikëpyetje një shekull i tërë zhvillimi i shkencës fizike.
Drejtori i laboratorit kërkimor CERN i quajti rezultatet e eksperimenteve "thjesht të pabesueshme".
Sipas ideve moderne, shpejtësia e dritës është kufiri në Univers. E gjithë fizika moderne - e formuluar në teorinë e relativitetit special të Albert Ajnshtajnit - bazohet në idenë se asgjë nuk mund ta tejkalojë këtë konstante themelore fizike.
E drejta e autorit për ilustrim spl Titulli i imazhit Rrezja e neutrinos arrin në laboratorin nëntokësor Gran Sasso në disa milisekondaJanë kryer mijëra eksperimente për të përcaktuar shpejtësinë e saktë të dritës. Por asnjë grimcë e vetme nuk ishte në gjendje ta kapërcejë këtë pengesë.
Megjithatë, Antonio Ereditato dhe kolegët e tij zbuluan neutrinot, domethënë grimcat nënatomike që duket se kanë arritur të tejkalojnë shpejtësinë e dritës.
Prej tre vjetësh, një grup i madh fizikanësh nga disa dhjetëra vende ka punuar në projektin OPERA (Projekti i oscilimit me aparat për gjurmimin e emulsionit ose një eksperiment për të studiuar lëkundjet e neutrinos),
Eksperimenti synon të provojë hipotezën e transformimit të disa llojeve të neutrinos (neutrinos elektron, muon dhe tau) në të tjerë.
Dr. Ereditato dhe kolegët e tij dërgojnë nga CERN në një laborator nëntokësor në Itali një rreze të vetëm një lloji të neutrinos - muonit.
Qëllimi i tyre është të zbulojnë se sa nga grimcat e dërguara arrijnë në laboratorin Gran Sasso tashmë në formën e neutrinos tau.
Gjatë eksperimenteve, studiuesit vunë re se grimcat udhëtuan në një distancë prej 732 km pak më shpejt se drita. Për të qenë të saktë, diferenca ishte një e gjashtëdhjetë e miliarda e sekondës.
Fizikanët e kanë matur këtë shpejtësi të udhëtimit të neutrinos rreth 15 mijë herë. Të tilla statistika na lejojnë të themi se po flasim për një zbulim shkencor.
Megjithatë, thelbi i një zbulimi të tillë është aq i pabesueshëm dhe mund të shkaktojë një trazim të tillë jo vetëm në komunitetin shkencor, por edhe në të kuptuarit e Universit në tërësi, saqë studiuesit janë veçanërisht të kujdesshëm.
Ata vendosën t'i bëjnë kërkimet e tyre publike në internet në mënyrë që të mund t'i nënshtrohen shqyrtimit në shkallë globale.
Nëse shkencëtarët kanë të drejtë, grimcat mund të udhëtojnë nëpër kohë
Titulli i imazhit Profesori i fizikës Ruben Sahakyan pohon se nëse të dhënat eksperimentale konfirmohen, atëherë udhëtimi në kohë mund të bëhet realitet.Fizikanët në qendrën kërkimore të Organizatës Evropiane për Kërkime Bërthamore (CERN) gjatë një eksperimenti zbuluan se grimcat nënatomike mund të lëvizin me shpejtësi që tejkalojnë shpejtësinë e dritës.
Një rreze neutrinosh e dërguar nga CERN në laboratorin nëntokësor Gran Sasso në Itali, në një distancë prej 732 km, thuhet se mbërriti në destinacionin e saj disa miliarda të sekondës më herët sesa nëse do të kishte udhëtuar me shpejtësinë e dritës.
Nëse të dhënat eksperimentale konfirmohen, teoria e relativitetit të Ajnshtajnit, sipas së cilës asgjë nuk mund të lëvizë më shpejt se shpejtësia e dritës, do të hidhet poshtë.
Sipas shkencëtarëve, rrezet e neutrinos e kaluan atë me 60 nanosekonda, gjë që bie ndesh me postulatin se grimcat elementare nuk mund të lëvizin më shpejt se shpejtësia e dritës.
Shërbimi rus i BBC foli për rezultatet e eksperimentit me Ruben Sahakyan, profesor i fizikës në University College London.
BBC: Ju keni punuar në laboratorin Gran Sasso dhe ndoshta jeni shumë të njohur me eksperimentin e Operas.
Ruben Sahakyan: Unë u largova nga laboratori Gran Sasso më shumë se 10 vjet më parë, kur Opera ishte vetëm në ndërtim e sipër. "Opera" është një eksperiment që kërkon një fenomen të tillë si lëkundjet e neutrinos, domethënë shndërrimi i një lloji neutrinoje në një tjetër.
Neutrinot janë grimca themelore, të ashtuquajturat blloqe ndërtuese të universit. Ata kanë një numër karakteristikash interesante, duke përfshirë transformimin nga një lloj në tjetrin. “Opera” synon të eksplorojë këtë problem.
Ky rezultat (të dhënat që neutrinot udhëtojnë më shpejt se shpejtësia e dritës) ishte një nënprodukt i eksperimentit që ata bënë.
BBC: A janë bindëse rezultatet e paraqitura nga shkencëtarët?
R.S.: Rezultatet e publikuara duken bindëse. Në shkencën eksperimentale, ekziston një masë numerike e besimit në një rezultat, domethënë, matja juaj duhet të tejkalojë gabimin e matjes për të paktën pesë herë. Dhe e tyre është gjashtë herë më e lartë.
Nga ana tjetër, kjo është një matje komplekse, ka shumë elementë në të dhe në çdo fazë ka shumë mënyra për ta gabuar atë. Dhe prandaj ne duhet ta perceptojmë atë me skepticizëm të shëndetshëm. Për meritë të autorëve, ata nuk e interpretojnë rezultatin, por thjesht deklarojnë të dhënat e marra gjatë eksperimentit.
BBC: Si reagoi komuniteti shkencor botëror ndaj këtyre të dhënave?
R.S.: Komuniteti ndërkombëtar reagoi me skepticizëm të shëndoshë dhe madje konservatorizëm. Në fund të fundit, ky është një eksperiment serioz, jo një deklaratë populiste.
Pasojat nëse vërtetohet se këto të dhëna janë të vërteta janë shumë serioze për t'u marrë lehtë.
Kuptimi ynë themelor për botën do të ndryshojë. Tani njerëzit do të presin për publikime të mëtejshme të gabimeve sistematike në eksperiment dhe, më e rëndësishmja, të dhëna nga eksperimente të pavarura.
BBC: Cilat, për shembull?
R.S.: Ekziston një eksperiment amerikan "Minus" që mund të konfirmojë këtë matje. Është shumë e ngjashme me Opera. Përshpejtuesi prodhon një rreze neutrinosh, më pas e dërgon atë 730 kilometra dhe e mat në një laborator nëntokësor. Thelbi i matjes është i thjeshtë: ju e dini kohën midis burimit tuaj dhe detektorit tuaj, ju matni kohën që ju desh për të mbërritur, dhe kështu përcaktoni shpejtësinë.
Djalli është në detaje. “Minus” bëri një matje të ngjashme katër vjet më parë, por më pas vlera që ata matën dhe gabimi ishin të krahasueshme me njëra-tjetrën. Problemi kryesor i tyre ishte se nuk kishin një distancë të saktë.
730 kilometrat ndërmjet burimit dhe detektorit janë të vështira për t'u matur me saktësi absolute, dhe Opera së fundmi arriti të masë këtë distancë deri në 20 centimetra duke përdorur metoda gjeodezike. “Minus” do të përpiqet të bëjë të njëjtën gjë dhe më pas do të mund të kontrollojë të dhënat e këtij eksperimenti.
BBC: Nëse rezultati i eksperimentit konfirmohet, si do të ndikojë kjo në idetë tradicionale për botën?
R.S.: Nëse kjo konfirmohet, rezultati do të jetë serioz. Tani ka dy teori që shpjegojnë nga pikëpamja shkencore të gjithë botën që na rrethon: teoria kuantike e mikrobotës dhe teoria e relativitetit të Ajnshtajnit.
Rezultati i eksperimentit (neutrinot lëvizin me një shpejtësi që tejkalon shpejtësinë e dritës) kundërshton drejtpërdrejt teorinë e relativitetit të Ajnshtajnit, i cili thotë se në çdo pikë referimi shpejtësia e dritës është konstante dhe asgjë nuk mund ta kalojë shpejtësinë e dritës.
Ka një numër të madh implikimesh befasuese, veçanërisht mundësia e udhëtimit në kohë (për grimcat).
Doktor i Shkencave Teknike A. GOLUBEV
Koncepti i shpejtësisë së përhapjes së valës është i thjeshtë vetëm në mungesë të dispersionit.
Lin Westergaard Heu pranë instalimit ku u krye një eksperiment unik.
Pranverën e kaluar, revistat shkencore dhe të njohura në mbarë botën raportuan lajme të bujshme. Fizikanët amerikanë kryen një eksperiment unik: ata arritën të zvogëlojnë shpejtësinë e dritës në 17 metra në sekondë.
Të gjithë e dinë se drita udhëton me shpejtësi të madhe - gati 300 mijë kilometra në sekondë. Vlera e saktë e vlerës së saj në vakum = 299792458 m/s është një konstante fizike themelore. Sipas teorisë së relativitetit, kjo është shpejtësia maksimale e mundshme e transmetimit të sinjalit.
Në çdo mjedis transparent, drita udhëton më ngadalë. Shpejtësia e tij v varet nga indeksi i thyerjes së mediumit n: v = c/n. Indeksi i thyerjes së ajrit është 1.0003, i ujit - 1.33, i llojeve të ndryshme të qelqit - nga 1.5 në 1.8. Diamanti ka një nga vlerat më të larta të indeksit të thyerjes - 2.42. Kështu, shpejtësia e dritës në substancat e zakonshme do të ulet me jo më shumë se 2.5 herë.
Në fillim të vitit 1999, një grup fizikantësh nga Instituti për Kërkime Shkencore Rowland në Universitetin e Harvardit (Massachusetts, SHBA) dhe Universitetin Stanford (Kaliforni) studiuan efektin kuantik makroskopik - të ashtuquajturën transparencë të vetë-induktuar, duke kaluar pulset lazer përmes një mediumi. që është normalisht opak. Ky medium ishte atomet e natriumit në një gjendje të veçantë të quajtur kondensata Bose-Einstein. Kur rrezatohet me një impuls lazer, ai fiton veti optike që zvogëlojnë shpejtësinë e grupit të pulsit me 20 milionë herë në krahasim me shpejtësinë në vakum. Eksperimentuesit arritën të rrisin shpejtësinë e dritës në 17 m/s!
Përpara se të përshkruajmë thelbin e këtij eksperimenti unik, le të kujtojmë kuptimin e disa koncepteve fizike.
Shpejtësia e grupit. Kur drita përhapet përmes një mjedisi, dallohen dy shpejtësi: faza dhe grupi. Shpejtësia e fazës v f karakterizon lëvizjen e fazës së një vale ideale monokromatike - një valë sinusale e pafundme me rreptësisht një frekuencë dhe përcakton drejtimin e përhapjes së dritës. Shpejtësia e fazës në mjedis korrespondon me indeksin e thyerjes së fazës - i njëjti, vlerat e të cilit maten për substanca të ndryshme. Indeksi i thyerjes së fazës, dhe rrjedhimisht shpejtësia e fazës, varet nga gjatësia e valës. Kjo varësi quhet dispersion; ajo çon, në veçanti, në zbërthimin e dritës së bardhë që kalon përmes një prizmi në një spektër.
Por një valë e vërtetë drite përbëhet nga një grup valësh me frekuenca të ndryshme, të grupuara në një interval të caktuar spektral. Një grup i tillë quhet një grup valësh, një paketë valësh ose një impuls drite. Këto valë përhapen nëpër mjedis me shpejtësi të ndryshme fazore për shkak të dispersionit. Në këtë rast, impulsi shtrihet dhe forma e tij ndryshon. Prandaj, për të përshkruar lëvizjen e një impulsi, një grup valësh në tërësi, prezantohet koncepti i shpejtësisë së grupit. Ka kuptim vetëm në rastin e një spektri të ngushtë dhe në një mjedis me dispersion të dobët, kur ndryshimi në shpejtësitë e fazës së përbërësve individualë është i vogël. Për të kuptuar më mirë situatën, mund të japim një analogji të qartë.
Le të imagjinojmë se shtatë atletë të rreshtuar në vijën e nisjes, të veshur me fanella me ngjyra të ndryshme sipas ngjyrave të spektrit: e kuqe, portokalli, e verdhë, etj. Në sinjalin e pistoletës së nisjes, ata fillojnë të vrapojnë njëkohësisht, por “e kuqja Atleti vrapon më shpejt se ai "portokalli", "portokallia" është më i shpejtë se "i verdhë" etj., kështu që ato shtrihen në një zinxhir, gjatësia e të cilit rritet vazhdimisht. Tani imagjinoni që po i shikojmë nga lart nga një lartësi e tillë që nuk mund t'i dallojmë vrapuesit individualë, por thjesht shohim një vend të larmishëm. A mund të flitet për shpejtësinë e lëvizjes së kësaj pike në tërësi? Është e mundur, por vetëm nëse nuk është shumë e paqartë, kur ndryshimi në shpejtësitë e vrapuesve me ngjyra të ndryshme është i vogël. Përndryshe, pika mund të shtrihet në të gjithë gjatësinë e rrugës dhe çështja e shpejtësisë së saj do të humbasë kuptimin. Kjo korrespondon me shpërndarje të fortë - një përhapje e madhe e shpejtësive. Nëse vrapuesit janë të veshur me fanella pothuajse të së njëjtës ngjyrë, që ndryshojnë vetëm në nuanca (të themi, nga e kuqja e errët në e kuqe e lehtë), kjo bëhet në përputhje me rastin e një spektri të ngushtë. Pastaj shpejtësitë e vrapuesve nuk do të ndryshojnë shumë grupi do të mbetet mjaft kompakt kur lëviz dhe mund të karakterizohet nga një vlerë shumë e caktuar shpejtësie, e cila quhet shpejtësi grupi.
Statistikat Bose-Einstein. Ky është një nga llojet e të ashtuquajturave statistika kuantike - një teori që përshkruan gjendjen e sistemeve që përmbajnë një numër shumë të madh grimcash që u binden ligjeve të mekanikës kuantike.
Të gjitha grimcat - si ato që përmbahen në një atom ashtu edhe ato të lira - ndahen në dy klasa. Për njërën prej tyre vlen parimi i përjashtimit të Paulit, sipas të cilit nuk mund të ketë më shumë se një grimcë në çdo nivel energjie. Grimcat e kësaj klase quhen fermione (këto janë elektrone, protone dhe neutrone; e njëjta klasë përfshin grimcat që përbëhen nga një numër tek i fermioneve), dhe ligji i shpërndarjes së tyre quhet statistika Fermi-Dirac. Grimcat e një klase tjetër quhen bozone dhe nuk i binden parimit Pauli: një numër i pakufizuar bozonesh mund të grumbullohen në një nivel energjie. Në këtë rast flasim për statistikat Bose-Einstein. Bozonët përfshijnë fotone, disa grimca elementare jetëshkurtër (për shembull, pi-mezone), si dhe atome që përbëhen nga një numër çift fermionesh. Në temperatura shumë të ulëta, bozonet grumbullohen në nivelin e tyre më të ulët – bazë – të energjisë; atëherë thonë se ndodh kondensimi Bose-Einstein. Atomet e kondensatës humbasin vetitë e tyre individuale dhe disa miliona prej tyre fillojnë të sillen si një, funksionet e tyre valore bashkohen dhe sjellja e tyre përshkruhet nga një ekuacion i vetëm. Kjo bën të mundur të thuhet se atomet e kondensatës janë bërë koherente, si fotonet në rrezatimin lazer. Studiuesit nga Instituti Kombëtar Amerikan i Standardeve dhe Teknologjisë përdorën këtë veti të kondensatës Bose-Einstein për të krijuar një "lazer atomik" (shih Science and Life Nr. 10, 1997).
Transparencë e vetë-induktuar. Ky është një nga efektet e optikës jolineare - optika e fushave të fuqishme të dritës. Ai konsiston në faktin se një puls drite shumë i shkurtër dhe i fuqishëm kalon pa dobësim përmes një mediumi që thith rrezatim të vazhdueshëm ose impulse të gjata: një medium i errët bëhet transparent ndaj tij. Transparenca e vetë-induktuar vërehet në gazrat e rrallë me një kohëzgjatje pulsi prej 10 -7 - 10 -8 s dhe në mediat e kondensuar - më pak se 10 -11 s. Në këtë rast, ndodh një vonesë e pulsit - shpejtësia e grupit të tij zvogëlohet shumë. Ky efekt u demonstrua për herë të parë nga McCall dhe Khan në vitin 1967 në rubin në një temperaturë prej 4 K. Në vitin 1970, vonesat që korrespondonin me shpejtësinë e pulsit tre renditje të madhësisë (1000 herë) më pak se shpejtësia e dritës në vakum u morën në rubidium. avull.
Tani le t'i drejtohemi eksperimentit unik të vitit 1999. Ai u krye nga Len Westergaard Howe, Zachary Dutton, Cyrus Berusi (Instituti Rowland) dhe Steve Harris (Universiteti Stanford). Ata ftohën një re të dendur, të mbajtur magnetikisht me atome natriumi derisa u kthyen në gjendjen bazë, nivelin më të ulët të energjisë. Në këtë rast, vetëm ato atome u izoluan, momenti i dipolit magnetik i të cilëve ishte i drejtuar në kundërshtim me drejtimin e fushës magnetike. Studiuesit më pas e ftohën renë në më pak se 435 nK (nanokelvins, ose 0.000000435 K, pothuajse zero absolute).
Pas kësaj, kondensata u ndriçua me një "rreze bashkuese" të dritës lazer të polarizuar në mënyrë lineare me një frekuencë që korrespondon me energjinë e saj të dobët të ngacmimit. Atomet u zhvendosën në një nivel më të lartë energjie dhe ndaluan thithjen e dritës. Si rezultat, kondensata u bë transparente ndaj rrezatimit lazer të mëposhtëm. Dhe këtu u shfaqën efekte shumë të çuditshme dhe të pazakonta. Matjet treguan se, në kushte të caktuara, një impuls që kalon përmes një kondensate Bose-Einstein përjeton një vonesë që korrespondon me ngadalësimin e dritës me më shumë se shtatë rend të madhësisë - një faktor prej 20 milionë. Shpejtësia e pulsit të dritës u ngadalësua në 17 m/s, dhe gjatësia e tij u ul disa herë - në 43 mikrometra.
Studiuesit besojnë se duke shmangur ngrohjen me lazer të kondensatës, ata do të jenë në gjendje të ngadalësojnë dritën edhe më tej - ndoshta në një shpejtësi prej disa centimetra në sekondë.
Një sistem me karakteristika kaq të pazakonta do të bëjë të mundur studimin e vetive optike kuantike të materies, si dhe krijimin e pajisjeve të ndryshme për kompjuterët kuantikë të së ardhmes, për shembull, çelsat me një foton.
Fizikanët kanë zbuluar se grimcat e dritës (fotonet) mund të jetojnë për rreth 1 trilion vjet, dhe pas kalbjes, ata nga ana e tyre lëshojnë grimca shumë të lehta që mund të udhëtojnë më shpejt se drita! Me kalimin e kohës, shumë grimca i nënshtrohen prishjes natyrore. Për shembull, atomet radioaktive të paqëndrueshme në një moment ndahen në grimca të vogla dhe lëshojnë një shpërthim energjie.
Kohët e fundit, shkencëtarët ishin të sigurt se fotonet nuk prisheshin, pasi besohej se nuk kishin masë. Megjithatë, shkencëtarët aktualisht supozojnë se fotonet kanë masë, ajo është aq e vogël sa nuk mund të matet duke përdorur instrumente moderne.
Kufiri i sipërm aktual i masës së fotonit është aq i vogël sa është më pak se një e miliarda, e miliarda, e miliarda e masës së një protoni. Bazuar në këtë tregues, shkencëtarët kanë llogaritur se një foton në spektrin e dukshëm mund të jetojë për rreth 1 trilion vjet. Megjithatë, kjo jetëgjatësi jashtëzakonisht e gjatë nuk vlen për të gjitha fotonet, ajo llogaritet mesatarisht. Ekziston mundësia që disa fotone të kenë jetë shumë të shkurtër. Universi ynë, i cili u krijua si rezultat i Big Bengut, aktualisht është rreth 13.7 miliardë vjet i vjetër. Dhe projektet aktuale shkencore janë krijuar jo vetëm për të matur shkëlqimin e mëpasshëm të Big Bengut, por edhe për të zbuluar ndoshta shenjat e prishjes së hershme të fotonit.
Nëse një foton thyhet, grimcat edhe më të lehta duhet të lirohen si rezultat i kalbjes, ato që janë të afta të udhëtojnë në Universin tonë më shpejt se shpejtësia e dritës. Këto grimca fantazmë (neutrinot) shumë rrallë ndërveprojnë me materien e zakonshme. Rrjedhat e panumërta të neutrinos nxitojnë çdo fraksion të sekondës jo vetëm nëpër hapësirën e jashtme, yjet dhe trupat, por edhe nëpër çdo person që jeton në Tokë, pa ndikuar në materien tonë.
Ndërsa çdo foton zbërthehet, ai lëshon dy neutrino të lehta, të cilat, duke qenë më të lehta se drita, udhëtojnë më shpejt se fotonet. Zbulimi i neutrinës duket se shkel ligjin e relativitetit të Ajnshtajnit se asgjë nuk mund të udhëtojë më shpejt se drita, por nuk është kështu sepse teoria bazohet në faktin se fotoni nuk ka masë. Dhe teoria thotë se asnjë grimcë nuk mund të lëvizë më shpejt se një grimcë pa masë.
Për më tepër, teoria e relativitetit të Ajnshtajnit sugjeron që grimcat lëvizin jashtëzakonisht shpejt në hapësirën kohore të shtrembëruar. Kjo do të thotë, nëse ata do të kishin vetëdije, do të kishin përshtypjen se gjithçka që ndodh rreth tyre është në modalitetin shumë "slow motion". Kjo do të thotë se në hapësirën tonë kohore, fotonet duhet të jetojnë rreth 1 trilion vjet, por në rrjedhën e tyre kohore - vetëm rreth tre vjet.
Sergej Vasilenkov
25 mars 2017
Udhëtimi FTL është një nga themelet e fantashkencës hapësinore. Sidoqoftë, ndoshta të gjithë - madje edhe njerëzit larg fizikës - e dinë se shpejtësia maksimale e mundshme e lëvizjes së objekteve materiale ose përhapja e ndonjë sinjali është shpejtësia e dritës në vakum. Përcaktohet me shkronjën c dhe është pothuajse 300 mijë kilometra në sekondë; vlera e saktë c = 299,792,458 m/s.
Shpejtësia e dritës në vakum është një nga konstantet themelore fizike. Pamundësia për të arritur shpejtësi mbi c rrjedh nga teoria speciale e relativitetit (STR) e Ajnshtajnit. Nëse do të mund të vërtetohej se transmetimi i sinjaleve me shpejtësi superluminale është i mundur, teoria e relativitetit do të binte. Deri më tani kjo nuk ka ndodhur, pavarësisht përpjekjeve të shumta për të hedhur poshtë ndalimin e ekzistencës së shpejtësive më të mëdha se c. Megjithatë, studimet e fundit eksperimentale kanë zbuluar disa dukuri shumë interesante, që tregojnë se në kushte të krijuara posaçërisht shpejtësi superluminale mund të vërehen pa shkelur parimet e teorisë së relativitetit.
Për të filluar, le të kujtojmë aspektet kryesore që lidhen me problemin e shpejtësisë së dritës.
Para së gjithash: pse është e pamundur (në kushte normale) të tejkalohet kufiri i dritës? Sepse atëherë shkelet ligji themelor i botës sonë - ligji i shkakësisë, sipas të cilit efekti nuk mund t'i paraprijë shkakut. Askush nuk e ka parë ndonjëherë që, për shembull, një ari fillimisht ra i vdekur dhe më pas gjuetari qëlloi. Me shpejtësi që tejkalojnë c, sekuenca e ngjarjeve kthehet në të kundërt, shiriti i kohës kthehet prapa. Kjo është e lehtë për t'u verifikuar nga arsyetimi i thjeshtë i mëposhtëm.
Le të supozojmë se jemi në një lloj anijeje mrekullie hapësinore, që lëviz më shpejt se drita. Pastaj gradualisht do të kapnim dritën e emetuar nga burimi në kohët e hershme dhe më të hershme. Së pari, ne do të kapnim foton e emetuar, të themi, dje, pastaj ato të emetuara pardje, pastaj një javë, një muaj, një vit më parë, e kështu me radhë. Nëse burimi i dritës do të ishte një pasqyrë që pasqyron jetën, atëherë së pari do të shihnim ngjarjet e djeshme, pastaj pardje, e kështu me radhë. Mund të shihnim, le të themi, një plak që gradualisht shndërrohet në një mesoburrë, pastaj në një djalë të ri, në një rini, në një fëmijë... Dmth koha do të kthehej pas, do të kalonim nga e tashmja në e kaluara. Më pas, shkaqet dhe pasojat do të ndryshonin vendet.
Megjithëse ky diskutim injoron plotësisht detajet teknike të procesit të vëzhgimit të dritës, nga një këndvështrim themelor tregon qartë se lëvizja me shpejtësi superluminale çon në një situatë që është e pamundur në botën tonë. Sidoqoftë, natyra ka vendosur kushte edhe më të rrepta: lëvizja jo vetëm me shpejtësi superluminale është e paarritshme, por edhe me një shpejtësi të barabartë me shpejtësinë e dritës - mund t'i afrohesh asaj. Nga teoria e relativitetit rezulton se kur shpejtësia e lëvizjes rritet, lindin tre rrethana: masa e një objekti në lëvizje rritet, madhësia e tij në drejtim të lëvizjes zvogëlohet dhe rrjedha e kohës në këtë objekt ngadalësohet (nga pika këndvështrimi i një vëzhguesi të jashtëm "pushues"). Me shpejtësi të zakonshme, këto ndryshime janë të papërfillshme, por ndërsa i afrohen shpejtësisë së dritës ato bëhen gjithnjë e më të dukshme, dhe në kufi - me një shpejtësi të barabartë me c - masa bëhet pafundësisht e madhe, objekti humbet plotësisht madhësinë në drejtim. e lëvizjes dhe koha ndalet mbi të. Prandaj, asnjë trup material nuk mund të arrijë shpejtësinë e dritës. Vetëm drita në vetvete ka një shpejtësi të tillë! (Dhe gjithashtu një grimcë "gjithpërfshirëse" - një neutrino, e cila, si një foton, nuk mund të lëvizë me një shpejtësi më të vogël se c.)
Tani në lidhje me shpejtësinë e transmetimit të sinjalit. Këtu është e përshtatshme të përdoret paraqitja e dritës në formën e valëve elektromagnetike. Çfarë është një sinjal? Ky është një informacion që duhet të transmetohet. Një valë elektromagnetike ideale është një sinusoid i pafund me rreptësisht një frekuencë dhe nuk mund të mbajë asnjë informacion, sepse çdo periudhë e një sinusoidi të tillë saktësisht përsërit atë të mëparshmen. Shpejtësia e lëvizjes së fazës së valës sinus - e ashtuquajtura shpejtësia e fazës - mund, në kushte të caktuara, të tejkalojë shpejtësinë e dritës në një vakum në një mjedis. Këtu nuk ka kufizime, pasi shpejtësia e fazës nuk është shpejtësia e sinjalit - nuk ekziston ende. Për të krijuar një sinjal, duhet të bëni një lloj "shenje" në valë. Një shenjë e tillë mund të jetë, për shembull, një ndryshim në cilindo nga parametrat e valës - amplituda, frekuenca ose faza fillestare. Por sapo të bëhet shenja, vala humbet sinusoidalitetin e saj. Ai bëhet i moduluar, i përbërë nga një grup valësh të thjeshta sinusi me amplituda, frekuenca dhe faza fillestare të ndryshme - një grup valësh. Shpejtësia me të cilën lëviz shenja në valën e moduluar është shpejtësia e sinjalit. Kur përhapet në një mjedis, kjo shpejtësi zakonisht përkon me shpejtësinë e grupit, e cila karakterizon përhapjen e grupit të valëve të lartpërmendura në tërësi (shih "Shkenca dhe jeta" nr. 2, 2000). Në kushte normale, shpejtësia e grupit, dhe rrjedhimisht shpejtësia e sinjalit, është më e vogël se shpejtësia e dritës në vakum. Nuk është rastësi që këtu përdoret shprehja "në kushte normale", sepse në disa raste shpejtësia e grupit mund të kalojë c ose edhe të humbasë kuptimin e saj, por atëherë nuk i referohet përhapjes së sinjalit. Stacioni i shërbimit konstaton se është e pamundur të transmetohet një sinjal me një shpejtësi më të madhe se c.
Pse është kështu? Sepse pengesa për transmetimin e çdo sinjali me një shpejtësi më të madhe se c është i njëjti ligj i shkakësisë. Le të imagjinojmë një situatë të tillë. Në një pikë A, një blic drite (ngjarja 1) ndez një pajisje që dërgon një sinjal të caktuar radio, dhe në një pikë të largët B, nën ndikimin e këtij sinjali radio, ndodh një shpërthim (ngjarja 2). Është e qartë se ngjarja 1 (shpërthimi) është shkaku, dhe ngjarja 2 (shpërthimi) është pasoja, që ndodh më vonë se shkaku. Por nëse sinjali i radios përhapet me shpejtësi superluminale, një vëzhgues pranë pikës B fillimisht do të shihte një shpërthim dhe vetëm atëherë shkaku i shpërthimit që arriti tek ai me shpejtësinë e një drite drite. Me fjalë të tjera, për këtë vëzhgues, ngjarja 2 do të kishte ndodhur më herët se ngjarja 1, domethënë, efekti do t'i kishte paraprirë shkakut.
Është me vend të theksohet se “ndalimi superluminal” i teorisë së relativitetit vendoset vetëm mbi lëvizjen e trupave materialë dhe transmetimin e sinjaleve. Në shumë situata, lëvizja me çdo shpejtësi është e mundur, por kjo nuk do të jetë lëvizja e objekteve ose sinjaleve materiale. Për shembull, imagjinoni dy sundimtarë mjaft të gjatë të shtrirë në të njëjtin plan, njëri prej të cilëve ndodhet horizontalisht dhe tjetri e kryqëzon atë në një kënd të vogël. Nëse vizori i parë zhvendoset poshtë (në drejtimin e treguar nga shigjeta) me shpejtësi të madhe, pika e kryqëzimit të vizoreve mund të bëhet që të vrapojë aq shpejt sa dëshironi, por kjo pikë nuk është një trup material. Një shembull tjetër: nëse merrni një elektrik dore (ose, të themi, një lazer që jep një rreze të ngushtë) dhe përshkruani shpejt një hark në ajër, atëherë shpejtësia lineare e pikës së dritës do të rritet me distancën dhe në një distancë mjaft të madhe do të kalojë c . Pika e dritës do të lëvizë ndërmjet pikave A dhe B me shpejtësi superluminale, por kjo nuk do të jetë një transmetim sinjali nga A në B, pasi një pikë e tillë drite nuk mbart asnjë informacion për pikën A.
Duket se çështja e shpejtësive superluminale është zgjidhur. Por në vitet 60 të shekullit të njëzetë, fizikanët teorikë parashtruan hipotezën e ekzistencës së grimcave superluminale të quajtura takione. Këto janë grimca shumë të çuditshme: teorikisht ato janë të mundshme, por për të shmangur kontradiktat me teorinë e relativitetit, atyre u duhej caktuar një masë pushimi imagjinare. Fizikisht, masa imagjinare nuk ekziston; Sidoqoftë, kjo nuk shkaktoi shumë alarm, pasi takionët nuk mund të jenë në qetësi - ato ekzistojnë (nëse ekzistojnë!) vetëm me shpejtësi që tejkalojnë shpejtësinë e dritës në vakum, dhe në këtë rast masa e takionit rezulton të jetë reale. Këtu ka një analogji me fotonet: një foton ka masë pushimi zero, por kjo thjesht do të thotë që fotoni nuk mund të jetë në qetësi - drita nuk mund të ndalet.
Gjëja më e vështirë doli të ishte, siç do të pritej, të pajtohej hipoteza tachyon me ligjin e shkakësisë. Përpjekjet e bëra në këtë drejtim, megjithëse mjaft të zgjuara, nuk çuan në sukses të dukshëm. Askush nuk ka qenë në gjendje të regjistrojë në mënyrë eksperimentale as takionët. Si rezultat, interesi për takionet si grimca elementare superluminale u zbeh gradualisht.
Sidoqoftë, në vitet '60 u zbulua eksperimentalisht një fenomen që fillimisht i hutoi fizikantët. Kjo përshkruhet në detaje në artikullin e A. N. Oraevsky "Valët superluminale në media përforcuese" (UFN Nr. 12, 1998). Këtu do të përmbledhim shkurtimisht thelbin e çështjes, duke i referuar lexuesit të interesuar në detaje në artikullin e specifikuar.
Menjëherë pas zbulimit të lazerëve - në fillim të viteve '60 - u shfaq problemi i marrjes së pulseve të dritës të shkurtër (që zgjasin rreth 1 ns = 10-9 s) me fuqi të lartë. Për ta bërë këtë, një impuls i shkurtër lazer kaloi përmes një amplifikuesi kuantik optik. Pulsi u nda në dy pjesë nga një pasqyrë ndarëse e rrezeve. Njëra prej tyre, më e fuqishme, u dërgua në amplifikator, dhe tjetra u përhap në ajër dhe shërbeu si një impuls referues me të cilin mund të krahasohej pulsi që kalonte përmes amplifikatorit. Të dy pulset u furnizuan me fotodetektorë dhe sinjalet e tyre dalëse mund të vëzhgoheshin vizualisht në ekranin e oshiloskopit. Pritej që pulsi i dritës që kalon përmes amplifikatorit do të pësonte një vonesë në të në krahasim me pulsin e referencës, domethënë, shpejtësia e përhapjes së dritës në amplifikator do të ishte më e vogël se në ajër. Imagjinoni habinë e studiuesve kur zbuluan se pulsi përhapet përmes amplifikatorit me një shpejtësi jo vetëm më të madhe se në ajër, por edhe disa herë më të madhe se shpejtësia e dritës në vakum!
Pasi u shëruan nga tronditja e parë, fizikanët filluan të kërkonin arsyen e një rezultati kaq të papritur. Askush nuk kishte as dyshimin më të vogël për parimet e teorisë speciale të relativitetit, dhe kjo është ajo që ndihmoi për të gjetur shpjegimin e saktë: nëse parimet e SRT ruhen, atëherë përgjigja duhet kërkuar në vetitë e mediumit përforcues.
Pa hyrë në detaje këtu, do të theksojmë vetëm se një analizë e hollësishme e mekanizmit të veprimit të mediumit amplifikues e sqaroi plotësisht situatën. Çështja ishte një ndryshim në përqendrimin e fotoneve gjatë përhapjes së pulsit - një ndryshim i shkaktuar nga një ndryshim në fitimin e mediumit deri në një vlerë negative gjatë kalimit të pjesës së pasme të pulsit, kur mediumi tashmë thith energjia, sepse rezerva e saj tashmë është përdorur për shkak të transferimit të saj në pulsin e dritës. Absorbimi shkakton jo rritje, por dobësim të impulsit, dhe kështu impulsi forcohet në pjesën e përparme dhe dobësohet në pjesën e pasme. Le të imagjinojmë se po vëzhgojmë një puls duke përdorur një pajisje që lëviz me shpejtësinë e dritës në mjedisin e amplifikatorit. Nëse mediumi do të ishte transparent, ne do ta shihnim impulsin të ngrirë në palëvizshmëri. Në mjedisin në të cilin ndodh procesi i sipërpërmendur, forcimi i skajit kryesor dhe dobësimi i skajit të pasëm të pulsit do t'i shfaqen vëzhguesit në atë mënyrë që mediumi të duket se e ka çuar pulsin përpara. Por meqenëse pajisja (vëzhguesi) lëviz me shpejtësinë e dritës, dhe impulsi e kapërcen atë, atëherë shpejtësia e impulsit e kalon shpejtësinë e dritës! Është ky efekt që u regjistrua nga eksperimentuesit. Dhe këtu në të vërtetë nuk ka asnjë kontradiktë me teorinë e relativitetit: procesi i amplifikimit është thjesht i tillë që përqendrimi i fotoneve që dolën më herët rezulton të jetë më i madh se ata që dolën më vonë. Nuk janë fotonet që lëvizin me shpejtësi superluminale, por mbështjellja e pulsit, veçanërisht maksimumi i tij, që vërehet në një oshiloskop.
Kështu, ndërsa në mediat e zakonshme ka gjithmonë një dobësim të dritës dhe një ulje të shpejtësisë së saj, e përcaktuar nga indeksi i thyerjes, në median aktive lazer nuk ka vetëm një përforcim të dritës, por edhe përhapje të një pulsi me shpejtësi superluminale.
Disa fizikanë janë përpjekur të provojnë eksperimentalisht praninë e lëvizjes superluminale gjatë efektit të tunelit - një nga fenomenet më të mahnitshme në mekanikën kuantike. Ky efekt konsiston në faktin se një mikrogrimcë (më saktë, një mikroobjekt që në kushte të ndryshme shfaq si vetitë e një grimce ashtu edhe vetitë e një valë) është në gjendje të depërtojë përmes të ashtuquajturës pengesë potenciale - një fenomen që është plotësisht e pamundur në mekanikën klasike (në të cilën një situatë e tillë do të ishte një analog: një top i hedhur kundër një muri do të përfundonte në anën tjetër të murit, ose lëvizja e ngjashme me valën e dhënë në një litar të lidhur në mur do të transferohej në një litar i lidhur në mur në anën tjetër). Thelbi i efektit të tunelit në mekanikën kuantike është si më poshtë. Nëse një mikro-objekt me një energji të caktuar ndesh gjatë rrugës së tij një zonë me energji potenciale që tejkalon energjinë e mikroobjektit, kjo zonë është një pengesë për të, lartësia e së cilës përcaktohet nga diferenca e energjisë. Por mikro-objekti “rrjedh” përmes barrierës! Këtë mundësi ia jep lidhja e njohur e pasigurisë së Heisenberg-ut, e shkruar për energjinë dhe kohën e ndërveprimit. Nëse ndërveprimi i një mikroobjekti me një pengesë ndodh gjatë një kohe mjaft të caktuar, atëherë energjia e mikroobjektit, përkundrazi, do të karakterizohet nga pasiguria, dhe nëse kjo pasiguri është e rendit të lartësisë së pengesës, atëherë kjo e fundit pushon së qeni një pengesë e pakapërcyeshme për mikroobjektin. Është shpejtësia e depërtimit nëpër barrierën e mundshme që është bërë objekt studimi nga një sërë fizikanësh, të cilët besojnë se ajo mund të kalojë c.
Në qershor 1998, një simpozium ndërkombëtar mbi problemet e lëvizjes superluminale u mbajt në Këln, ku u diskutuan rezultatet e marra në katër laboratorë - në Berkeley, Vjenë, Këln dhe Firence.
Dhe së fundi, në vitin 2000, u shfaqën raporte për dy eksperimente të reja në të cilat u shfaqën efektet e përhapjes superluminale. Një prej tyre u realizua nga Lijun Wong dhe kolegët e tij në Institutin e Kërkimeve Princeton (SHBA). Rezultati i tij është se një puls drite që hyn në një dhomë të mbushur me avull ceziumi rrit shpejtësinë e tij me 300 herë. Doli se pjesa kryesore e pulsit doli nga muri i largët i dhomës edhe më herët se sa pulsi hynte në dhomë përmes murit të përparmë. Kjo situatë bie ndesh jo vetëm me sensin e shëndoshë, por, në thelb, me teorinë e relativitetit.
Mesazhi i L. Wong shkaktoi diskutime intensive midis fizikantëve, shumica e të cilëve nuk ishin të prirur të shihnin shkelje të parimeve të relativitetit në rezultatet e marra. Sfida, besojnë ata, është të shpjegohet saktë ky eksperiment.
Në eksperimentin e L. Wong, pulsi i dritës që hynte në dhomë me avujt e ceziumit kishte një kohëzgjatje prej rreth 3 μs. Atomet e ceziumit mund të ekzistojnë në gjashtëmbëdhjetë gjendje të mundshme mekanike kuantike, të quajtura "nënnivele magnetike hiperfine të gjendjes bazë". Duke përdorur pompimin optik me lazer, pothuajse të gjithë atomet u sollën vetëm në një nga këto gjashtëmbëdhjetë gjendje, që korrespondon me temperaturën pothuajse zero absolute në shkallën Kelvin (-273.15 ° C). Gjatësia e dhomës së ceziumit ishte 6 centimetra. Në vakum, drita udhëton 6 centimetra në 0,2 ns. Siç treguan matjet, pulsi i dritës kaloi përmes dhomës me cezium në një kohë që ishte 62 ns më pak se në vakum. Me fjalë të tjera, koha që i duhet një pulsi për të kaluar përmes një mediumi ceziumi ka një shenjë minus! Në të vërtetë, nëse zbresim 62 ns nga 0,2 ns, marrim kohën "negative". Kjo "vonesë negative" në medium - një kërcim kohor i pakuptueshëm - është i barabartë me kohën gjatë së cilës pulsi do të bënte 310 kalime nëpër dhomë në vakum. Pasoja e këtij "kthimi të përkohshëm" ishte se pulsi që dilte nga dhoma arriti të lëvizte 19 metra larg saj përpara se pulsi në hyrje të arrinte në murin e afërt të dhomës. Si mund të shpjegohet një situatë kaq e pabesueshme (përveç nëse, sigurisht, dyshojmë në pastërtinë e eksperimentit)?
Duke gjykuar nga diskutimi në vazhdim, një shpjegim i saktë nuk është gjetur ende, por nuk ka dyshim se vetitë e pazakonta të dispersionit të mediumit luajnë një rol këtu: avulli i ceziumit, i përbërë nga atome të ngacmuara nga drita lazer, është një mjedis me shpërndarje anormale. . Le të kujtojmë shkurtimisht se çfarë është.
Dispersioni i një lënde është varësia e indeksit të thyerjes së fazës (e zakonshme) n nga gjatësia e valës së dritës l. Me shpërndarje normale, indeksi i thyerjes rritet me zvogëlimin e gjatësisë valore, dhe ky është rasti në xhami, ujë, ajër dhe të gjitha substancat e tjera transparente ndaj dritës. Në substancat që thithin fuqishëm dritën, kursi i indeksit të thyerjes me një ndryshim në gjatësinë e valës ndryshon dhe bëhet shumë më i pjerrët: me uljen e l (duke rritur frekuencën w), indeksi i thyerjes zvogëlohet ndjeshëm dhe në një rajon me gjatësi vale të caktuar bëhet më pak se uniteti ( shpejtësia fazore Vf > s ). Ky është shpërndarje anormale, në të cilën modeli i përhapjes së dritës në një substancë ndryshon rrënjësisht. Shpejtësia e grupit Vgr bëhet më e madhe se shpejtësia fazore e valëve dhe mund të tejkalojë shpejtësinë e dritës në vakum (dhe gjithashtu të bëhet negative). L. Wong e vë në dukje këtë rrethanë si arsyen që qëndron në themel të mundësisë së shpjegimit të rezultateve të eksperimentit të tij. Sidoqoftë, duhet theksuar se kushti Vgr > c është thjesht formal, pasi koncepti i shpejtësisë së grupit u prezantua për rastin e shpërndarjes së vogël (normale), për media transparente, kur një grup valësh pothuajse nuk e ndryshon formën e tij. gjatë përhapjes. Në rajonet e shpërndarjes anormale, pulsi i dritës deformohet shpejt dhe koncepti i shpejtësisë së grupit humbet kuptimin e tij; në këtë rast prezantohen konceptet e shpejtësisë së sinjalit dhe shpejtësisë së përhapjes së energjisë, të cilat në media transparente përkojnë me shpejtësinë e grupit dhe në media me absorbim mbeten më pak se shpejtësia e dritës në vakum. Por ja çfarë është interesante për eksperimentin e Wong: një puls drite, që kalon nëpër një medium me shpërndarje anormale, nuk deformohet - ai saktësisht ruan formën e tij! Dhe kjo korrespondon me supozimin se impulsi përhapet me shpejtësi grupore. Por nëse është kështu, atëherë rezulton se nuk ka përthithje në medium, megjithëse shpërndarja anormale e mediumit është pikërisht për shkak të përthithjes! Vetë Wong, ndonëse e pranon se shumë gjëra mbeten të paqarta, beson se ajo që po ndodh në organizimin e tij eksperimental mund, në një përafrim të parë, të shpjegohet qartë si më poshtë.
Një impuls drite përbëhet nga shumë komponentë me gjatësi vale (frekuenca) të ndryshme. Figura tregon tre nga këta komponentë (valët 1-3). Në një moment, të tre valët janë në fazë (maksimumi i tyre përputhet); këtu ata, duke shtuar, përforcojnë njëri-tjetrin dhe formojnë një impuls. Ndërsa valët vazhdojnë të përhapen në hapësirë, ato defazohen dhe në këtë mënyrë "anulojnë" njëra-tjetrën.
Në rajonin e dispersionit anormal (brenda qelizës cezium), vala që ishte më e shkurtër (vala 1) bëhet më e gjatë. Në të kundërt, vala që ishte më e gjata nga tre (vala 3) bëhet më e shkurtra.
Rrjedhimisht, fazat e valëve ndryshojnë në përputhje me rrethanat. Pasi valët të kenë kaluar nëpër qelizën e ceziumit, frontet e tyre valore rikthehen. Pasi i janë nënshtruar një modulimi fazor të pazakontë në një substancë me shpërndarje anormale, të tre valët në fjalë e gjejnë veten përsëri në fazë në një moment. Këtu ata mblidhen përsëri dhe formojnë një puls të së njëjtës formë si ai që hyn në mjedisin cezium.
Në mënyrë tipike në ajër, dhe në fakt në çdo mjedis transparent me shpërndarje normale, një puls drite nuk mund të ruajë me saktësi formën e tij kur përhapet në një distancë të largët, domethënë, të gjithë përbërësit e tij nuk mund të vendosen në faza në asnjë pikë të largët përgjatë rrugës së përhapjes. Dhe në kushte normale, një puls drite shfaqet në një pikë kaq të largët pas ca kohësh. Sidoqoftë, për shkak të vetive anormale të mediumit të përdorur në eksperiment, pulsi në një pikë të largët rezultoi të jetë i ndarë në të njëjtën mënyrë si kur hynte në këtë medium. Kështu, pulsi i dritës sillet sikur të kishte një vonesë kohore negative në rrugën e tij drejt një pike të largët, domethënë do të arrinte në të jo më vonë, por më herët se sa kishte kaluar përmes mediumit!
Shumica e fizikanëve janë të prirur ta lidhin këtë rezultat me shfaqjen e një pararendësi me intensitet të ulët në mjedisin shpërndarës të dhomës. Fakti është se gjatë zbërthimit spektral të një pulsi, spektri përmban përbërës të frekuencave arbitrare të larta me amplitudë të papërfillshme, të ashtuquajturin pararendës, duke shkuar përpara "pjesës kryesore" të pulsit. Natyra e krijimit dhe forma e pararendësit varen nga ligji i dispersionit në medium. Me këtë në mendje, sekuenca e ngjarjeve në eksperimentin e Wong-ut propozohet të interpretohet si më poshtë. Vala hyrëse, duke "shtrirë" pararojën përpara vetes, i afrohet kamerës. Përpara se kulmi i valës hyrëse të godasë murin e afërt të dhomës, pararendësi fillon shfaqjen e një pulsi në dhomë, i cili arrin në murin e largët dhe reflektohet prej tij, duke formuar një "valë të kundërt". Kjo valë, që përhapet 300 herë më shpejt se c, arrin në murin afër dhe takohet me valën hyrëse. Majat e njërës valë takohen me koritë e tjetrës, kështu që shkatërrojnë njëra-tjetrën dhe si rrjedhojë nuk ka mbetur asgjë. Rezulton se vala e hyrjes "shlyen borxhin" ndaj atomeve të ceziumit, të cilët "i dhanë hua" energji në skajin tjetër të dhomës. Kushdo që shikonte vetëm fillimin dhe fundin e eksperimentit do të shihte vetëm një puls drite që "kërceu" përpara në kohë, duke lëvizur më shpejt se c.
L. Wong beson se eksperimenti i tij nuk është në përputhje me teorinë e relativitetit. Deklarata për paarritshmërinë e shpejtësisë superluminale, beson ai, vlen vetëm për objektet me masë pushimi. Drita mund të përfaqësohet ose në formën e valëve, për të cilat koncepti i masës është përgjithësisht i pazbatueshëm, ose në formën e fotoneve me një masë pushimi, siç dihet, e barabartë me zero. Prandaj, shpejtësia e dritës në vakum, sipas Wong, nuk është kufiri. Megjithatë, Wong pranon se efekti që ai zbuloi nuk bën të mundur transmetimin e informacionit me shpejtësi më të mëdha se c.
"Informacioni këtu gjendet tashmë në skajin kryesor të pulsit," thotë P. Milonni, një fizikant në Laboratorin Kombëtar të Los Alamos në Shtetet e Bashkuara "Dhe mund të japë përshtypjen e dërgimit të informacionit më shpejt se drita, edhe kur ju nuk po e dërgojnë atë.”
Shumica e fizikanëve besojnë se puna e re nuk u jep një goditje dërrmuese parimeve themelore. Por jo të gjithë fizikanët besojnë se problemi është zgjidhur. Profesor A. Ranfagni, nga grupi kërkimor italian që kreu një tjetër eksperiment interesant në vitin 2000, beson se pyetja është ende e hapur. Ky eksperiment, i kryer nga Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni dhe Rocco Ruggeri, zbuloi se valët e radios me valë centimetër në udhëtimin normal ajror me shpejtësi 25% më të shpejta se c.
Për ta përmbledhur, mund të themi sa vijon.
Puna në vitet e fundit tregon se, në kushte të caktuara, shpejtësia superluminale mund të ndodhë në të vërtetë. Por çfarë saktësisht po lëviz me shpejtësi superluminale? Teoria e relativitetit, siç u përmend tashmë, e ndalon një shpejtësi të tillë për trupat materialë dhe për sinjalet që mbartin informacion. Megjithatë, disa studiues po përpiqen me shumë këmbëngulje të demonstrojnë tejkalimin e barrierës së dritës posaçërisht për sinjalet. Arsyeja për këtë qëndron në faktin se në teorinë speciale të relativitetit nuk ekziston një justifikim i rreptë matematikor (bazuar, le të themi, në ekuacionet e Maxwell për fushën elektromagnetike) për pamundësinë e transmetimit të sinjaleve me shpejtësi më të mëdha se c. Një pamundësi e tillë në STR përcaktohet, mund të thuhet, thjesht aritmetikisht, bazuar në formulën e Ajnshtajnit për shtimin e shpejtësive, por kjo konfirmohet në thelb nga parimi i shkakësisë. Vetë Ajnshtajni, duke pasur parasysh çështjen e transmetimit të sinjalit superluminal, shkroi se në këtë rast “...ne jemi të detyruar të konsiderojmë të mundshëm një mekanizëm të transmetimit të sinjalit, në të cilin veprimi i arritur i paraprin shkakut, por, edhe pse kjo rezulton nga një pikë thjesht logjike këndvështrimi nuk përmban vetveten, për mendimin tim, nuk ka kontradikta, megjithatë bie në kundërshtim me natyrën e të gjithë përvojës sonë, saqë pamundësia e supozimit V > c duket të jetë e provuar mjaftueshëm." Parimi i shkakësisë është gurthemeli që qëndron në themel të pamundësisë së transmetimit të sinjalit superluminal. Dhe, me sa duket, të gjitha kërkimet për sinjale superluminale pa përjashtim do të pengohen mbi këtë gur, pa marrë parasysh sa eksperimentuesit do të donin të zbulonin sinjale të tilla, sepse e tillë është natyra e botës sonë.
Por megjithatë, le të imagjinojmë se matematika e relativitetit do të vazhdojë të funksionojë me shpejtësi superluminale. Kjo do të thotë se teorikisht ne ende mund të zbulojmë se çfarë do të ndodhte nëse një trup do të tejkalonte shpejtësinë e dritës.
Le të imagjinojmë dy anije kozmike që shkojnë nga Toka drejt një ylli që është 100 vjet dritë larg planetit tonë. Anija e parë largohet nga Toka me 50% shpejtësinë e dritës, kështu që do të duhen 200 vjet për të përfunduar udhëtimin. Anija e dytë, e pajisur me një makinë hipotetike, do të udhëtojë me 200% të shpejtësisë së dritës, por 100 vjet pas të parës. Çfarë do të ndodhë?
Sipas teorisë së relativitetit, përgjigjja e saktë varet kryesisht nga këndvështrimi i vëzhguesit. Nga Toka, do të duket se anija e parë ka përshkuar tashmë një distancë të konsiderueshme përpara se të kapërcehet nga anija e dytë, e cila po lëviz katër herë më shpejt. Por nga këndvështrimi i njerëzve në anijen e parë, gjithçka është pak më ndryshe.
Anija nr. 2 lëviz më shpejt se drita, që do të thotë se mund të kalojë edhe dritën që lëshon vetë. Kjo rezulton në një lloj "valë drite" (e ngjashme me një valë zanore, por në vend të dridhjeve të ajrit ka valë drite që vibrojnë) e cila krijon disa efekte interesante. Kujtoni se drita nga anija #2 lëviz më ngadalë se vetë anija. Rezultati do të jetë dyfishimi vizual. Me fjalë të tjera, së pari ekuipazhi i anijes nr.1 do të shohë që anija e dytë është shfaqur pranë tyre si nga hiçi. Më pas, drita nga anija e dytë do të arrijë tek e para me një vonesë të vogël, dhe rezultati do të jetë një kopje e dukshme që do të lëvizë në të njëjtin drejtim me një vonesë të lehtë.
Diçka e ngjashme mund të shihet në lojërat kompjuterike, kur, si rezultat i një dështimi të sistemit, motori ngarkon modelin dhe algoritmet e tij në pikën përfundimtare të lëvizjes më shpejt se sa përfundon vetë animacioni i lëvizjes, në mënyrë që të ndodhin marrje të shumta. Kjo është ndoshta arsyeja pse vetëdija jonë nuk e percepton atë aspekt hipotetik të Universit në të cilin trupat lëvizin me shpejtësi superluminale - ndoshta kjo është për të mirën.
P.S. ... por në shembullin e fundit nuk kuptova diçka, pse pozicioni real i anijes lidhet me "dritën e emetuar prej saj"? Epo, edhe nëse e shohin në vendin e gabuar, në realitet ai do të kapërcejë anijen e parë!
burimet
Artikulli i mëparshëm: Sa është shpejtësia e dritës Artikulli vijues: Lëkundjet harmonike Formula e fizikës së frekuencës së lëkundjeve