Perjalanan superluminal adalah salah satu asas fiksyen sains ruang angkasa. Walau bagaimanapun, mungkin semua orang - bahkan orang yang jauh dari fizik - tahu bahawa kelajuan maksimum pergerakan objek material atau penyebaran sebarang isyarat adalah kelajuan cahaya dalam ruang hampa. Ini dilambangkan dengan huruf c dan hampir 300 ribu kilometer sesaat; nilai tepat ialah c = 299 792 458 m / s.
Kelajuan cahaya dalam vakum adalah salah satu pemalar fizikal asas. Kemustahilan untuk mencapai kelajuan melebihi c berikut dari teori relativiti (SRT) khas Einstein. Sekiranya dapat membuktikan bahawa isyarat dapat dipancarkan pada kecepatan superluminal, teori relativiti akan jatuh. Sejauh ini, ini tidak terjadi, walaupun terdapat banyak usaha untuk menolak larangan adanya kecepatan yang lebih besar daripada c. Walau bagaimanapun, dalam kajian eksperimen baru-baru ini, beberapa fenomena yang sangat menarik telah dijumpai, menunjukkan bahawa dalam keadaan yang dibuat khas, halaju superluminal dapat diperhatikan dan prinsip-prinsip teori relativitas tidak dilanggar.
Sebagai permulaan, mari kita ingat aspek utama yang berkaitan dengan masalah kelajuan cahaya.
Pertama sekali: mengapa mustahil (dalam keadaan normal) melebihi had cahaya? Oleh kerana itu undang-undang asas dunia kita dilanggar - hukum sebab-akibat, yang mana kesannya tidak dapat mengatasi penyebabnya. Tidak ada yang memerhatikan, misalnya, beruang pertama mati, dan kemudian pemburu melepaskan tembakan. Pada kelajuan melebihi s, urutan peristiwa dibalikkan, pita masa diputar semula. Perkara ini mudah disahkan daripada alasan mudah berikut.
Mari kita anggap bahawa kita berada di semacam kapal keajaiban ruang, bergerak lebih cepat daripada cahaya. Maka secara beransur-ansur kita akan mengejar cahaya yang dipancarkan oleh sumber pada waktu yang lebih awal dan lebih awal. Pertama, kita akan mengejar foton yang dipancarkan, katakanlah, semalam, kemudian yang dipancarkan sehari sebelumnya, kemudian seminggu, sebulan, setahun yang lalu, dan seterusnya. Sekiranya sumber cahaya adalah cermin yang mencerminkan kehidupan, maka pertama-tama kita akan melihat peristiwa semalam, kemudian sehari sebelumnya, dan seterusnya. Kita dapat melihat, katakanlah, seorang tua yang secara beransur-ansur berubah menjadi seorang lelaki paruh baya, kemudian menjadi seorang pemuda, menjadi pemuda, menjadi anak … Maksudnya, masa akan kembali, kita akan beralih dari masa kini ke masa lalu. Sebab dan akibatnya akan dibalikkan.
Walaupun penaakulan ini benar-benar mengabaikan perincian teknikal proses memerhatikan cahaya, dari sudut pandang asas, ia jelas menunjukkan bahawa pergerakan dengan kelajuan superluminal membawa kepada keadaan yang mustahil di dunia kita. Walau bagaimanapun, alam semula jadi telah menetapkan syarat yang lebih ketat: tidak dapat bergerak bukan hanya dengan kelajuan superluminal, tetapi juga dengan kecepatan yang sama dengan kelajuan cahaya - anda hanya dapat menghampirinya. Dari teori relativiti, ia menunjukkan bahawa dengan peningkatan kelajuan pergerakan, tiga keadaan muncul: jisim objek bergerak meningkat, ukurannya menurun dalam arah pergerakan, dan aliran waktu pada objek ini menjadi perlahan (dari sudut pandangan pemerhati "rehat" luaran). Pada kelajuan biasa, perubahan ini tidak dapat dielakkan, tetapi ketika menghampiri kelajuan cahaya, perubahan menjadi lebih ketara,dan dalam had - pada kelajuan sama dengan c - jisim menjadi jauh lebih besar, objek kehilangan ukurannya sepenuhnya ke arah gerakan dan waktu berhenti di atasnya. Oleh itu, tidak ada badan material yang dapat mencapai kelajuan cahaya. Hanya cahaya itu sendiri yang mempunyai kelajuan seperti itu! (Dan juga zarah "semua-meresap" - neutrino, yang, seperti foton, tidak dapat bergerak dengan kecepatan kurang dari s.)
Sekarang mengenai kelajuan penghantaran isyarat. Adalah wajar di sini untuk menggunakan perwakilan cahaya dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Apakah isyarat itu? Ini adalah sejenis maklumat yang akan dihantar. Gelombang elektromagnetik yang ideal adalah sinusoid yang tidak terbatas dengan satu frekuensi, dan ia tidak dapat membawa maklumat, kerana setiap tempoh sinusoid seperti itu sama sekali berulang dengan yang sebelumnya. Kelajuan pergerakan fasa gelombang sinusoidal - yang disebut kelajuan fasa - boleh dalam medium, dalam keadaan tertentu, melebihi kecepatan cahaya dalam vakum. Tidak ada sekatan di sini, kerana kelajuan fasa bukanlah kelajuan isyarat - belum ada kelajuan. Untuk membuat isyarat, anda perlu membuat semacam "tanda" pada gelombang. Tanda seperti itu boleh, misalnya, perubahan pada parameter gelombang - amplitud, frekuensi atau fasa awal. Tetapi setelah tanda itu dibuat,gelombang kehilangan sinusoidaliti. Ia menjadi modulasi, terdiri dari sekumpulan gelombang sinus sederhana dengan amplitud, frekuensi dan fasa awal yang berbeza - sekumpulan gelombang. Kelajuan di mana tanda bergerak dalam gelombang termodulasi adalah kelajuan isyarat. Semasa menyebarkan dalam medium, halaju ini biasanya bertepatan dengan halaju kumpulan, yang menjadi ciri penyebaran kumpulan gelombang yang disebutkan di atas secara keseluruhan (lihat Sains dan Kehidupan No. 2, 2000). Dalam keadaan normal, halaju kumpulan, dan oleh itu halaju isyarat, kurang daripada kelajuan cahaya dalam vakum. Secara kebetulan, ungkapan "dalam keadaan normal" digunakan, kerana dalam beberapa kes halaju kumpulan juga dapat melebihi c atau bahkan kehilangan maknanya, tetapi kemudian tidak berlaku untuk penyebaran isyarat. Dalam SRT ditetapkan bahawa mustahil untuk menghantar isyarat dengan kelajuan lebih besar daripada s. Ia menjadi modulasi, terdiri dari sekumpulan gelombang sinus sederhana dengan amplitud, frekuensi dan fasa awal yang berbeza - sekumpulan gelombang. Kelajuan di mana tanda bergerak dalam gelombang termodulasi adalah kelajuan isyarat. Semasa menyebarkan dalam medium, halaju ini biasanya bertepatan dengan halaju kumpulan, yang menjadi ciri penyebaran kumpulan gelombang yang disebutkan di atas secara keseluruhan (lihat Sains dan Kehidupan No. 2, 2000). Dalam keadaan normal, halaju kumpulan, dan oleh itu halaju isyarat, kurang daripada kelajuan cahaya dalam vakum. Secara kebetulan, ungkapan "dalam keadaan normal" digunakan, kerana dalam beberapa kes halaju kumpulan juga dapat melebihi c atau bahkan kehilangan maknanya, tetapi kemudian tidak berlaku untuk penyebaran isyarat. Dalam SRT ditetapkan bahawa mustahil untuk menghantar isyarat dengan kelajuan lebih besar daripada s. Ia menjadi modulasi, terdiri dari sekumpulan gelombang sinus sederhana dengan amplitud, frekuensi dan fasa awal yang berbeza - sekumpulan gelombang. Kelajuan di mana tanda bergerak dalam gelombang termodulasi adalah kelajuan isyarat. Semasa menyebarkan dalam medium, halaju ini biasanya bertepatan dengan halaju kumpulan, yang menjadi ciri penyebaran kumpulan gelombang yang disebutkan di atas secara keseluruhan (lihat Sains dan Kehidupan No. 2, 2000). Dalam keadaan normal, halaju kumpulan, dan oleh itu halaju isyarat, kurang daripada kelajuan cahaya dalam vakum. Secara kebetulan, ungkapan "dalam keadaan normal" digunakan, kerana dalam beberapa kes halaju kumpulan juga dapat melebihi c atau bahkan kehilangan maknanya, tetapi kemudian tidak berlaku untuk penyebaran isyarat. Dalam SRT ditetapkan bahawa mustahil untuk menghantar isyarat dengan kelajuan lebih besar daripada s.terdiri daripada sekumpulan gelombang sinusoidal sederhana dengan amplitud, frekuensi dan fasa awal yang berbeza - sekumpulan gelombang. Kelajuan di mana tanda bergerak dalam gelombang termodulasi adalah kelajuan isyarat. Semasa menyebarkan dalam medium, halaju ini biasanya bertepatan dengan halaju kumpulan, yang menjadi ciri penyebaran kumpulan gelombang yang disebutkan di atas secara keseluruhan (lihat Sains dan Kehidupan No. 2, 2000). Dalam keadaan normal, halaju kumpulan, dan oleh itu halaju isyarat, kurang daripada kelajuan cahaya dalam vakum. Secara kebetulan, ungkapan "dalam keadaan normal" digunakan, kerana dalam beberapa kes halaju kumpulan juga dapat melebihi c atau bahkan kehilangan maknanya, tetapi kemudian tidak berlaku untuk penyebaran isyarat. Dalam SRT ditetapkan bahawa mustahil untuk menghantar isyarat dengan kelajuan lebih besar daripada s.terdiri daripada sekumpulan gelombang sinusoidal sederhana dengan amplitud, frekuensi dan fasa awal yang berbeza - sekumpulan gelombang. Kelajuan di mana tanda bergerak dalam gelombang termodulasi adalah kelajuan isyarat. Semasa menyebarkan dalam medium, halaju ini biasanya bertepatan dengan halaju kumpulan, yang menjadi ciri penyebaran kumpulan gelombang yang disebutkan di atas secara keseluruhan (lihat Sains dan Kehidupan No. 2, 2000). Dalam keadaan normal, halaju kumpulan, dan oleh itu halaju isyarat, kurang daripada kelajuan cahaya dalam vakum. Secara kebetulan, ungkapan "dalam keadaan normal" digunakan, kerana dalam beberapa kes halaju kumpulan juga dapat melebihi c atau bahkan kehilangan maknanya, tetapi kemudian tidak berlaku untuk penyebaran isyarat. Dalam SRT ditetapkan bahawa mustahil untuk menghantar isyarat dengan kelajuan lebih besar daripada s.frekuensi dan fasa awal - kumpulan gelombang. Kelajuan di mana tanda bergerak dalam gelombang termodulasi adalah kelajuan isyarat. Semasa menyebarkan dalam medium, halaju ini biasanya bertepatan dengan halaju kumpulan, yang menjadi ciri penyebaran kumpulan gelombang yang disebutkan di atas secara keseluruhan (lihat Sains dan Kehidupan No. 2, 2000). Dalam keadaan normal, halaju kumpulan, dan oleh itu halaju isyarat, kurang daripada kelajuan cahaya dalam vakum. Secara kebetulan, ungkapan "dalam keadaan normal" digunakan, kerana dalam beberapa kes halaju kumpulan juga dapat melebihi c atau bahkan kehilangan maknanya, tetapi kemudian tidak berlaku untuk penyebaran isyarat. Dalam SRT ditetapkan bahawa mustahil untuk menghantar isyarat dengan kelajuan lebih besar daripada s.frekuensi dan fasa awal - kumpulan gelombang. Kelajuan di mana tanda bergerak dalam gelombang termodulasi adalah kelajuan isyarat. Semasa menyebarkan dalam medium, halaju ini biasanya bertepatan dengan halaju kumpulan, yang menjadi ciri penyebaran kumpulan gelombang yang disebutkan di atas secara keseluruhan (lihat Sains dan Kehidupan No. 2, 2000). Dalam keadaan normal, halaju kumpulan, dan oleh itu halaju isyarat, kurang daripada kelajuan cahaya dalam vakum. Secara kebetulan, ungkapan "dalam keadaan normal" digunakan, kerana dalam beberapa kes halaju kumpulan juga dapat melebihi c atau bahkan kehilangan maknanya, tetapi kemudian tidak berlaku untuk penyebaran isyarat. SRT menetapkan bahawa mustahil untuk menghantar isyarat dengan kelajuan lebih besar daripada s. Semasa menyebarkan dalam medium, halaju ini biasanya bertepatan dengan halaju kumpulan, yang menjadi ciri penyebaran kumpulan gelombang yang disebutkan di atas secara keseluruhan (lihat Sains dan Kehidupan No. 2, 2000). Dalam keadaan normal, halaju kumpulan, dan oleh itu halaju isyarat, kurang daripada kelajuan cahaya dalam vakum. Secara kebetulan, ungkapan "dalam keadaan normal" digunakan, kerana dalam beberapa kes halaju kumpulan juga dapat melebihi c atau bahkan kehilangan maknanya, tetapi kemudian tidak berlaku untuk penyebaran isyarat. SRT menetapkan bahawa mustahil untuk menghantar isyarat dengan kelajuan lebih besar daripada s. Semasa menyebarkan dalam medium, halaju ini biasanya bertepatan dengan halaju kumpulan, yang menjadi ciri penyebaran kumpulan gelombang yang disebutkan di atas secara keseluruhan (lihat Sains dan Kehidupan No. 2, 2000). Dalam keadaan normal, halaju kumpulan, dan oleh itu halaju isyarat, kurang daripada kelajuan cahaya dalam vakum. Secara kebetulan, ungkapan "dalam keadaan normal" digunakan, kerana dalam beberapa kes halaju kumpulan juga dapat melebihi c atau bahkan kehilangan maknanya, tetapi kemudian tidak berlaku untuk penyebaran isyarat. SRT menetapkan bahawa mustahil untuk menghantar isyarat dengan kelajuan lebih besar daripada s. Secara kebetulan, ungkapan "dalam keadaan normal" digunakan, kerana dalam beberapa kes halaju kumpulan juga dapat melebihi c atau bahkan kehilangan maknanya, tetapi kemudian tidak berlaku untuk penyebaran isyarat. Dalam SRT ditetapkan bahawa mustahil untuk menghantar isyarat dengan kelajuan lebih besar daripada s. Secara kebetulan, ungkapan "dalam keadaan normal" digunakan, kerana dalam beberapa kes halaju kumpulan juga dapat melebihi c atau bahkan kehilangan maknanya, tetapi kemudian tidak berlaku untuk penyebaran isyarat. Dalam SRT ditetapkan bahawa mustahil untuk menghantar isyarat dengan kelajuan lebih besar daripada s.
Video promosi:
Mengapa demikian? Kerana hukum kausalitas yang sama berfungsi sebagai halangan untuk transmisi isyarat apa pun dengan kecepatan lebih besar dari c. Mari kita bayangkan keadaan berikut. Pada beberapa titik A, lampu kilat (peristiwa 1) menghidupkan peranti yang menghantar isyarat radio tertentu, dan pada titik terpencil B, letupan berlaku di bawah tindakan isyarat radio ini (peristiwa 2). Jelas bahawa peristiwa 1 (kilat) adalah penyebabnya, dan peristiwa 2 (letupan) adalah akibat yang berlaku kemudian daripada penyebabnya. Tetapi jika isyarat radio disebarkan pada kelajuan superluminal, pemerhati berhampiran titik B pertama kali akan melihat letupan, dan hanya kemudian - satu kilatan yang sampai kepadanya dengan kelajuan kilat cahaya, penyebab letupan. Dengan kata lain, bagi pemerhati ini, peristiwa 2 akan berlaku lebih awal daripada peristiwa 1, iaitu, kesannya akan lebih awal daripada penyebabnya.
Adalah wajar untuk menekankan bahawa "larangan superluminal" teori relativiti hanya dikenakan pada pergerakan badan material dan penghantaran isyarat. Dalam banyak keadaan, pergerakan pada kelajuan apa pun mungkin, tetapi bukan pergerakan objek atau isyarat material. Sebagai contoh, bayangkan dua pembaris yang cukup panjang terbaring di satah yang sama, salah satunya melintang, dan yang lain memotongnya pada sudut kecil. Sekiranya pembaris pertama digerakkan ke bawah (ke arah yang ditunjukkan oleh anak panah) pada kelajuan tinggi, titik persimpangan penggaris dapat dibuat untuk berjalan secepat yang anda mahukan, tetapi titik ini bukan badan material. Contoh lain: jika anda mengambil lampu suluh (atau, katakanlah, laser memberikan sinar yang sempit) dan dengan cepat menerangkan busur di udara dengannya, maka halaju linier titik cahaya akan meningkat dengan jarak dan pada jarak yang cukup besar akan melebihi c. Titik cahaya akan bergerak di antara titik A dan B pada kelajuan superluminal, tetapi ini tidak akan menjadi penghantaran isyarat dari A ke B, kerana titik cahaya seperti itu tidak membawa maklumat mengenai titik A.
Nampaknya persoalan mengenai halaju superluminal telah diselesaikan. Tetapi pada tahun 60-an abad kedua puluh, ahli fizik teori mengemukakan hipotesis mengenai kewujudan zarah-zarah superluminal yang disebut takachon. Ini adalah zarah-zarah yang sangat aneh: secara teorinya mungkin, tetapi untuk mengelakkan percanggahan dengan teori relativiti, mereka harus menganggap jisim rehat khayalan. Jisim khayalan fizikal tidak wujud, ia adalah pengabaian matematik semata-mata. Walau bagaimanapun, ini tidak menimbulkan banyak kebimbangan, kerana tachyon tidak dapat berehat - mereka ada (jika ada!) Hanya pada kelajuan melebihi kecepatan cahaya dalam ruang hampa, dan dalam hal ini jisim tachyon ternyata nyata. Terdapat beberapa analogi di sini dengan foton: foton mempunyai jisim rehat sifar, tetapi ini hanya bermaksud bahawa foton tidak boleh berehat - cahaya tidak dapat dihentikan.
Yang paling sukar, seperti yang diharapkan, adalah mendamaikan hipotesis tachyon dengan hukum sebab-akibat. Percubaan ke arah ini, walaupun cukup cerdik, tidak membawa kejayaan yang jelas. Tidak ada yang berjaya mendaftarkan tachyons secara eksperimen. Akibatnya, minat terhadap tachyon sebagai zarah unsur superluminal secara beransur-ansur memudar.
Namun, pada tahun 60-an, fenomena ditemui secara eksperimental yang pada awalnya membingungkan ahli fizik. Ini dijelaskan secara terperinci dalam artikel oleh A. N. Oraevsky "Gelombang superluminal dalam media penguat" (Phys. Phys. No. 12, 1998). Di sini kita akan meringkaskan masalah secara ringkas, merujuk pembaca yang berminat dengan perincian ke artikel yang ditentukan.
Sejurus selepas penemuan laser - pada awal tahun 60an - masalah timbul kerana mendapatkan denyut cahaya berkuasa tinggi pendek (sekitar 1 ns = 10-9 s). Untuk ini, denyutan laser pendek dilalui penguat kuantum optik. Denyut nadi dibahagikan kepada dua bahagian dengan cermin pemisah rasuk. Salah satunya, lebih kuat, dikirim ke penguat, sementara yang lain disebarkan di udara dan berfungsi sebagai nadi rujukan yang dapat membandingkan nadi yang melewati penguat. Kedua-dua denyutan tersebut diberikan kepada fotodetektor, dan isyarat outputnya dapat dilihat secara visual di layar osiloskop. Dijangkakan bahawa denyut cahaya yang melewati penguat akan mengalami kelewatan tertentu di dalamnya dibandingkan dengan pulsa referensi, yaitu, kecepatan penyebaran cahaya di penguat akan lebih sedikit daripada di udara. Bayangkan kejutan para penyelidik ketika mereka mengetahui bahawa denyut nadi menyebarkan melalui penguat pada kelajuan tidak hanya lebih besar daripada di udara, tetapi juga melebihi kecepatan cahaya dalam vakum beberapa kali!
Setelah pulih dari kejutan pertama, ahli fizik mula mencari alasan untuk hasil yang tidak dijangka. Tidak ada yang sedikit pun meragukan prinsip teori relativiti khas, dan inilah yang membantu mencari penjelasan yang betul: jika prinsip relativiti khas dipelihara, maka jawapannya harus dicari dalam sifat media penguat.
Tanpa menjelaskan secara terperinci di sini, kami hanya menunjukkan bahawa analisis terperinci mengenai mekanisme tindakan media penguat telah menjelaskan keadaan sepenuhnya. Intinya terdiri dari perubahan konsentrasi foton semasa penyebaran nadi - perubahan disebabkan oleh perubahan penguatan medium hingga nilai negatif semasa laluan belakang nadi, ketika medium sudah menyerap tenaga, kerana simpanannya sendiri telah habis digunakan kerana penghantarannya ke denyut cahaya. Penyerapan menyebabkan bukan penguat, tetapi pelemahan impuls, dan dengan demikian impuls ditingkatkan di bahagian depan dan melemah di belakang. Mari kita bayangkan bahawa kita memerhatikan nadi dengan bantuan alat yang bergerak pada kelajuan cahaya dalam medium penguat. Sekiranya medium itu telus, kita akan melihat dorongan beku dalam keadaan tidak bergerak. Di persekitaran,di mana proses yang disebutkan di atas berlaku, penguatan tepi terdepan dan kelemahan nadi belakang yang lemah akan muncul kepada pemerhati sedemikian rupa sehingga media telah, sebagaimana mestinya, menggerakkan nadi ke hadapan. Tetapi kerana peranti (pemerhati) bergerak pada kelajuan cahaya, dan nadi mengalahkannya, maka kelajuan nadi melebihi kelajuan cahaya! Kesan inilah yang didaftarkan oleh para eksperimen. Dan di sini sebenarnya tidak ada percanggahan dengan teori relativiti: hanya proses penguatan sehingga kepekatan foton yang keluar lebih awal ternyata lebih banyak daripada yang dikeluarkan kemudian. Bukan foton yang bergerak dengan kelajuan superluminal, tetapi sampul nadi, khususnya, maksimumnya, yang diperhatikan pada osiloskop. Tetapi kerana peranti (pemerhati) bergerak pada kelajuan cahaya, dan nadi mengalahkannya, maka kelajuan nadi melebihi kelajuan cahaya! Kesan inilah yang didaftarkan oleh para eksperimen. Dan di sini sebenarnya tidak ada percanggahan dengan teori relativiti: hanya proses penguatan sehingga kepekatan foton yang keluar lebih awal ternyata lebih banyak daripada yang dikeluarkan kemudian. Bukan foton yang bergerak dengan kelajuan superluminal, tetapi sampul nadi, khususnya, maksimumnya, yang diperhatikan pada osiloskop. Tetapi kerana peranti (pemerhati) bergerak pada kelajuan cahaya, dan nadi mengalahkannya, maka kelajuan nadi melebihi kelajuan cahaya! Kesan inilah yang didaftarkan oleh para eksperimen. Dan di sini sebenarnya tidak ada percanggahan dengan teori relativiti: hanya proses penguatan sehingga kepekatan foton yang keluar lebih awal ternyata lebih banyak daripada yang dikeluarkan kemudian. Bukan foton yang bergerak dengan kelajuan superluminal, tetapi sampul nadi, khususnya, maksimumnya, yang diperhatikan pada osiloskop. Bukan foton yang bergerak dengan kelajuan superluminal, tetapi sampul nadi, khususnya, maksimumnya, yang diperhatikan pada osiloskop. Bukan foton yang bergerak dengan kelajuan superluminal, tetapi sampul nadi, khususnya, maksimumnya, yang diperhatikan pada osiloskop.
Oleh itu, sementara di media biasa selalu ada pelemahan cahaya dan penurunan kelajuannya, yang ditentukan oleh indeks biasan, dalam media laser aktif, tidak hanya penguatan cahaya yang diperhatikan, tetapi juga perambatan nadi dengan kecepatan superluminal.
Sebilangan ahli fizik telah mencuba membuktikan eksperimen pergerakan superluminal dalam kesan terowong - salah satu fenomena yang paling menakjubkan dalam mekanik kuantum. Kesan ini terdiri daripada fakta bahawa mikropartikel (lebih tepatnya, mikroobjek, yang menunjukkan sifat zarah dan sifat gelombang dalam keadaan yang berbeza) mampu menembusi apa yang disebut sebagai penghalang yang berpotensi - fenomena yang sama sekali mustahil dilakukan dalam mekanik klasik (di mana analognya seperti keadaan ini: Bola yang dilemparkan ke dinding akan berada di sisi lain dari dinding, atau gerakan beralun yang diberikan ke tali yang diikat ke dinding akan dikirim ke tali yang diikat ke dinding di sisi lain). Inti dari kesan terowong dalam mekanik kuantum adalah seperti berikut. Sekiranya objek mikro dengan tenaga tertentu memenuhi kawasan yang berpotensi tenaga dalam perjalanannya,melebihi tenaga objek mikro, kawasan ini adalah penghalang, ketinggiannya ditentukan oleh perbezaan tenaga. Tetapi objek mikro "meresap" melalui penghalang! Kemungkinan ini diberikan kepadanya oleh hubungan ketidakpastian Heisenberg yang terkenal, yang ditulis untuk masa tenaga dan interaksi. Sekiranya interaksi objek mikro dengan penghalang berlaku untuk waktu yang cukup pasti, maka tenaga objek mikro, sebaliknya, akan dicirikan oleh ketidakpastian, dan jika ketidakpastian ini berada pada urutan ketinggian penghalang, maka yang terakhir tidak lagi menjadi halangan yang tidak dapat diatasi untuk objek mikro. Di sini kelajuan penembusan melalui potensi penghalang telah menjadi subjek kajian oleh sebilangan ahli fizik, yang percaya bahawa ia dapat melebihi s. Tetapi objek mikro "meresap" melalui penghalang! Kemungkinan ini diberikan kepadanya oleh hubungan ketidakpastian Heisenberg yang terkenal, yang ditulis untuk masa tenaga dan interaksi. Sekiranya interaksi objek mikro dengan penghalang berlaku untuk waktu yang cukup pasti, maka tenaga objek mikro, sebaliknya, akan dicirikan oleh ketidakpastian, dan jika ketidakpastian ini berada pada urutan ketinggian penghalang, maka yang terakhir tidak lagi menjadi halangan yang tidak dapat diatasi untuk objek mikro. Di sini kelajuan penembusan melalui potensi penghalang telah menjadi subjek kajian oleh sebilangan ahli fizik, yang percaya bahawa ia dapat melebihi s. Tetapi objek mikro "meresap" melalui penghalang! Kemungkinan ini diberikan kepadanya oleh hubungan ketidakpastian Heisenberg yang terkenal, yang ditulis untuk masa tenaga dan interaksi. Sekiranya interaksi objek mikro dengan penghalang berlaku untuk waktu yang cukup pasti, maka tenaga objek mikro, sebaliknya, akan dicirikan oleh ketidakpastian, dan jika ketidakpastian ini berada pada urutan ketinggian penghalang, maka yang terakhir tidak lagi menjadi halangan yang tidak dapat diatasi untuk objek mikro. Di sini kelajuan penembusan melalui potensi penghalang telah menjadi subjek kajian oleh sebilangan ahli fizik, yang percaya bahawa ia dapat melebihi s. Sekiranya interaksi objek mikro dengan penghalang berlaku untuk waktu yang cukup pasti, maka tenaga objek mikro, sebaliknya, akan dicirikan oleh ketidakpastian, dan jika ketidakpastian ini berada pada urutan ketinggian penghalang, maka yang terakhir tidak lagi menjadi halangan yang tidak dapat diatasi untuk objek mikro. Di sini kelajuan penembusan melalui potensi penghalang telah menjadi subjek kajian oleh sebilangan ahli fizik, yang percaya bahawa ia dapat melebihi s. Sekiranya interaksi objek mikro dengan penghalang berlaku untuk waktu yang cukup pasti, maka tenaga objek mikro, sebaliknya, akan dicirikan oleh ketidakpastian, dan jika ketidakpastian ini berada pada urutan ketinggian penghalang, maka yang terakhir tidak lagi menjadi halangan yang tidak dapat diatasi untuk objek mikro. Di sini kelajuan penembusan melalui potensi penghalang telah menjadi subjek kajian oleh sebilangan ahli fizik, yang percaya bahawa ia dapat melebihi s.
Pada bulan Jun 1998, sebuah simposium antarabangsa mengenai masalah FTL diadakan di Cologne, di mana hasil yang diperoleh di empat makmal dibincangkan - di Berkeley, Vienna, Cologne dan di Florence.
Dan akhirnya, pada tahun 2000, terdapat laporan dua eksperimen baru di mana kesan penyebaran superluminal muncul. Salah satunya dilakukan oleh Lijun Wong dan rakan sekerja di sebuah institusi penyelidikan di Princeton (AS). Hasilnya adalah bahawa denyut cahaya yang memasuki ruang yang dipenuhi dengan wap cesium meningkatkan kelajuannya 300 kali. Ternyata bahagian utama nadi meninggalkan dinding ruang yang jauh lebih awal daripada nadi yang memasuki ruang melalui dinding depan. Situasi ini tidak hanya bertentangan dengan akal sehat, tetapi pada dasarnya teori relativiti.
Mesej L. Wong mencetuskan perbincangan yang sengit di kalangan ahli fizik, yang kebanyakannya tidak cenderung melihat hasilnya melanggar prinsip relativiti. Mereka yakin, cabarannya adalah untuk menerangkan eksperimen ini dengan betul.
Dalam eksperimen L. Wong, nadi cahaya yang memasuki ruang dengan wap cesium mempunyai jangka masa sekitar 3 μs. Atom cesium boleh berada dalam enam belas kemungkinan keadaan mekanik kuantum, yang disebut "sublevel keadaan tanah hiper magnetik." Dengan bantuan pam laser optik, hampir semua atom dibawa ke salah satu daripada enam belas keadaan ini, sesuai dengan suhu sifar hampir mutlak pada skala Kelvin (-273.15 ° C). Ruang cesium panjangnya 6 sentimeter. Dalam vakum, cahaya bergerak 6 sentimeter dalam 0.2 ns. Pengukuran menunjukkan bahawa nadi cahaya melewati ruang dengan cesium dalam masa 62 ns lebih sedikit daripada dalam vakum. Dengan kata lain, masa transit nadi melalui medium cesium mempunyai tanda tolak! Memang, jika 62 ns dikurangkan dari 0.2 ns, kita akan mendapat masa "negatif"."Kelewatan negatif" ini dalam medium - lompatan waktu yang tidak dapat difahami - sama dengan masa di mana nadi akan membuat 310 melewati ruang dalam keadaan hampa. Konsekuensi dari "kudeta sementara" ini adalah bahawa dorongan yang meninggalkan ruang mempunyai waktu untuk menjauh darinya sejauh 19 meter sebelum dorongan yang masuk sampai ke dinding ruang yang dekat. Bagaimana keadaan yang luar biasa ini dapat dijelaskan (jika, tentu saja, tidak ada keraguan tentang kemurnian eksperimen)?tidak meragui kesucian eksperimen)?tidak meragui kesucian eksperimen)?
Dilihat dari perbincangan yang sedang berlangsung, penjelasan yang tepat belum dijumpai, tetapi tidak ada keraguan bahawa sifat penyebaran medium yang tidak biasa berperanan di sini: wap cesium, yang terdiri daripada atom yang terangsang oleh sinar laser, adalah medium dengan penyebaran anomali. Mari kita ingat sebentar apa itu.
Penyebaran suatu bahan adalah pergantungan fasa (konvensional) indeks biasan pada panjang gelombang cahaya l. Dengan penyebaran normal, indeks biasan meningkat dengan penurunan panjang gelombang, dan ini berlaku pada kaca, air, udara dan semua bahan lain yang telus ke cahaya. Dalam bahan yang sangat menyerap cahaya, aliran indeks biasan berubah menjadi sebaliknya dengan perubahan panjang gelombang dan menjadi jauh lebih curam: dengan penurunan l (peningkatan frekuensi w), indeks biasan menurun tajam dan di kawasan panjang gelombang tertentu ia menjadi kurang daripada kesatuan (halaju fasa Vph> s). Ini adalah penyebaran anomali, di mana gambaran penyebaran cahaya dalam jirim berubah secara radikal. Kelajuan kumpulan Vgr menjadi lebih besar daripada halaju gelombang fasa dan boleh melebihi kelajuan cahaya dalam vakum (dan juga menjadi negatif). L. Wong menunjukkan keadaan ini sebagai alasan yang mendasari kemungkinan menjelaskan hasil eksperimennya. Walau bagaimanapun, perlu diingat bahawa keadaan Vgr> c adalah murni formal, kerana konsep kecepatan kelompok diperkenalkan untuk kes penyebaran kecil (normal), untuk media lutsinar, ketika kumpulan gelombang hampir tidak mengubah bentuknya semasa penyebaran. Di kawasan penyebaran anomali, sebaliknya, denyut cahaya cepat berubah bentuk dan konsep halaju kumpulan kehilangan maknanya; dalam kes ini, konsep kecepatan isyarat dan halaju penyebaran tenaga diperkenalkan, yang dalam media lutsinar bertepatan dengan halaju kumpulan, dan dalam media dengan penyerapan tetap kurang daripada kecepatan cahaya dalam vakum. Tetapi inilah yang menarik dalam eksperimen Wong: denyut cahaya, setelah melalui medium dengan penyebaran anomali, tidak cacat - ia betul-betul mengekalkan bentuknya!Dan ini sesuai dengan anggapan mengenai perambatan denyut nadi dengan halaju kumpulan. Tetapi jika demikian, maka ternyata tidak ada penyerapan dalam medium, walaupun penyebaran medium yang disebabkan oleh penyerapan yang tepat! Wong sendiri, mengakui bahawa masih banyak yang tidak jelas, percaya bahawa apa yang berlaku dalam penyediaan percubaannya dapat, dalam perkiraan pertama, dapat dijelaskan dengan jelas sebagai berikut.
Denyut cahaya terdiri daripada banyak komponen dengan panjang gelombang yang berbeza (frekuensi). Rajah menunjukkan tiga komponen ini (gelombang 1-3). Pada satu ketika, ketiga gelombang berada dalam fasa (maksimumnya bertepatan); di sini mereka, menambah, saling memperkuat dan membentuk dorongan. Ketika gelombang menjalar lebih jauh di angkasa, gelombang berada di luar fasa dan dengan itu "memadamkan" satu sama lain.
Di kawasan penyebaran anomali (di dalam sel cesium), gelombang yang lebih pendek (gelombang 1) menjadi lebih panjang. Sebaliknya, gelombang yang paling lama dari ketiga (gelombang 3) menjadi terpendek.
Akibatnya, fasa gelombang berubah sesuai. Apabila gelombang telah melalui sel cesium, permukaan gelombang mereka dipulihkan. Setelah mengalami modulasi fasa yang tidak biasa dalam zat dengan penyebaran anomali, ketiga gelombang yang dipertimbangkan kembali dalam fasa pada titik tertentu. Di sini mereka melipat lagi dan membentuk nadi dengan bentuk yang sama seperti memasuki medium cesium.
Biasanya di udara dan di hampir semua medium telus dengan penyebaran normal, denyut cahaya tidak dapat mempertahankan bentuknya dengan tepat ketika menyebarkan pada jarak yang jauh, iaitu, semua komponennya tidak dapat bertahap pada titik jauh di sepanjang jalur penyebaran. Dan dalam keadaan normal, denyutan cahaya pada titik yang jauh muncul setelah beberapa lama. Walau bagaimanapun, kerana sifat anomali medium yang digunakan dalam eksperimen, nadi pada titik yang jauh ternyata bertahap dengan cara yang sama seperti ketika memasuki media ini. Oleh itu, nadi cahaya berkelakuan seolah-olah mempunyai kelewatan waktu negatif dalam perjalanan ke titik yang jauh, iaitu, ia akan tiba tidak lama kemudian, tetapi lebih awal daripada melewati lingkungan!
Sebilangan besar ahli fizik cenderung mengaitkan hasil ini dengan kemunculan pendahuluan intensiti rendah di medium penyebaran ruang. Faktanya adalah bahawa semasa penguraian spektral nadi, spektrum mengandungi komponen frekuensi tinggi sewenang-wenangnya dengan amplitud yang tidak dapat dielakkan, yang disebut pendahulu, yang mendahului "bahagian utama" nadi. Sifat pendirian dan bentuk pendahulunya bergantung pada undang-undang penyebaran dalam medium. Dengan ini, urutan peristiwa dalam eksperimen Wong dicadangkan untuk ditafsirkan sebagai berikut. Gelombang masuk, "meregangkan" pertanda di depannya, menghampiri kamera. Sebelum puncak gelombang masuk memukul dinding dekat ruang, pendahulu memulakan dorongan di ruang, yang mencapai dinding jauh dan dipantulkan daripadanya, membentuk "gelombang ke belakang". Gelombang inimenyebar 300 kali lebih cepat daripada c, mencapai dinding berhampiran dan memenuhi gelombang masuk. Puncak satu gelombang memenuhi palung gelombang yang lain, sehingga mereka saling menghancurkan dan tidak ada yang tersisa sebagai hasilnya. Ternyata gelombang yang masuk "mengembalikan hutang" kepada atom cesium, yang "meminjamkan" tenaga kepadanya di hujung ruang yang lain. Sesiapa yang hanya memerhatikan permulaan dan akhir eksperimen hanya akan melihat denyut cahaya yang "melonjak" ke hadapan dalam masa, bergerak lebih cepat dengan. Saya hanya akan melihat denyut cahaya yang "melonjak" ke depan dalam masa, bergerak lebih pantas dengan. Saya hanya akan melihat denyut cahaya yang "melonjak" ke depan dalam masa, bergerak lebih pantas dengan.
L. Wong percaya bahawa eksperimennya tidak sesuai dengan teori relativiti. Pernyataan mengenai kelajuan superluminal yang tidak dapat dicapai, dia percaya, hanya berlaku untuk objek dengan jisim rehat. Cahaya dapat direpresentasikan baik dalam bentuk gelombang, yang pada umumnya konsep jisim tidak dapat diterapkan, atau dalam bentuk foton dengan jisim rehat, seperti yang diketahui, sama dengan sifar. Oleh itu, kelajuan cahaya dalam ruang hampa, Wong percaya, bukan hadnya. Walaupun begitu, Wong mengakui bahawa kesan yang ditemuinya tidak memungkinkan untuk memindahkan maklumat dengan kecepatan lebih tinggi daripada s.
"Maklumat di sini sudah berada di puncak nadi," kata P. Milonny, seorang ahli fizik di Makmal Nasional Los Alamos AS. "Dan Anda dapat memperoleh kesan mengirim informasi lebih cepat daripada cahaya, bahkan ketika Anda tidak mengirimkannya."
Sebilangan besar ahli fizik percaya bahawa karya baru itu tidak memberi tamparan hebat kepada prinsip asas. Tetapi tidak semua ahli fizik percaya bahawa masalah itu dapat diselesaikan. Profesor A. Ranfagni dari kumpulan penyelidikan Itali, yang melakukan satu lagi eksperimen menarik pada tahun 2000, percaya bahawa persoalannya masih terbuka. Eksperimen ini, yang dilakukan oleh Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni dan Rocco Ruggeri, mendapati gelombang radio pita sentimeter dalam perjalanan udara normal pada kelajuan 25% lebih besar daripada c.
Ringkasnya, kita boleh mengatakan yang berikut
Kerja dalam beberapa tahun kebelakangan ini menunjukkan bahawa dalam keadaan tertentu, kelajuan superluminal sebenarnya dapat berlaku. Tetapi apa sebenarnya perjalanan dengan kelajuan superluminal? Teori relativiti, seperti yang telah disebutkan, melarang kepantasan seperti itu untuk badan material dan untuk isyarat yang membawa maklumat. Walaupun begitu, sebilangan penyelidik berusaha untuk menunjukkan bagaimana mengatasi halangan cahaya untuk isyarat. Sebabnya ini terletak pada kenyataan bahawa dalam teori relativiti khas tidak ada justifikasi matematik yang ketat (berdasarkan, katakanlah, pada persamaan Maxwell untuk medan elektromagnetik) untuk kemustahilan menghantar isyarat dengan kelajuan lebih besar daripada s. Kemustahilan seperti itu dalam SRT telah ditetapkan, seseorang dapat mengatakan, secara murni aritmetik, bermula dari formula Einstein untuk penambahan halaju,tetapi ini secara asasnya disahkan oleh prinsip kausalitas. Einstein sendiri, mempertimbangkan persoalan transmisi isyarat superluminal, menulis bahawa dalam hal ini "… kita terpaksa mempertimbangkan mekanisme transmisi isyarat, ketika menggunakan tindakan yang dicapai mendahului penyebabnya. Tetapi, walaupun ini hasil dari sudut pandangan logik semata-mata tidak mengandung, pada pendapat saya, tidak ada percanggahan, ia masih bertentangan dengan watak seluruh pengalaman kita sehinggakan kemustahilan anggapan V> c sepertinya terbukti cukup. " Prinsip kausalitas adalah landasan yang mendasari kemustahilan transmisi isyarat FTL. Dan batu ini, nampaknya, akan tersandung semua, tanpa pengecualian, mencari isyarat superluminal, tidak kira berapa banyak eksperimen ingin mencari isyarat seperti itu,kerana ini adalah sifat dunia kita.
Tetapi masih, mari kita bayangkan bahawa matematik relativiti akan tetap berfungsi pada kelajuan lebih cepat daripada cahaya. Ini bererti bahawa secara teorinya kita masih dapat mengetahui apa yang akan terjadi sekiranya badan kebetulan melebihi kelajuan cahaya.
Bayangkan dua kapal angkasa menuju dari Bumi menuju bintang yang jaraknya 100 tahun cahaya dari planet kita. Kapal pertama meninggalkan Bumi pada kelajuan cahaya 50%, jadi akan memakan masa 200 tahun untuk keseluruhan perjalanan. Kapal kedua, dilengkapi dengan pemacu warp hipotetis, akan bergerak pada kelajuan cahaya 200%, tetapi 100 tahun selepas yang pertama. Apa yang akan berlaku?
Menurut teori relativiti, jawapan yang betul banyak bergantung pada perspektif pemerhati. Dari Bumi akan kelihatan bahawa kapal pertama telah menempuh jarak yang cukup jauh sebelum ditandingi oleh kapal kedua, yang bergerak empat kali lebih cepat. Tetapi dari sudut pandang orang-orang di kapal pertama, semuanya sedikit berbeza.
Kapal # 2 bergerak lebih cepat daripada cahaya, yang bermaksud bahawa ia bahkan dapat mengatasi cahaya yang dipancarkannya sendiri. Ini membawa kepada sejenis "gelombang cahaya" (serupa dengan bunyi, bukan getaran udara, gelombang cahaya bergetar di sini), yang menghasilkan beberapa kesan menarik. Ingat bahawa cahaya dari kapal # 2 bergerak lebih perlahan daripada kapal itu sendiri. Akibatnya, penggandaan visual akan berlaku. Dengan kata lain, pada awalnya kru kapal # 1 akan melihat bahawa kapal kedua muncul di sebelahnya seolah-olah entah dari mana. Kemudian, cahaya dari kapal kedua akan mencapai yang pertama dengan sedikit kelewatan, dan hasilnya akan menjadi salinan yang kelihatan yang akan bergerak ke arah yang sama dengan sedikit kelewatan.
Sesuatu yang serupa dapat dilihat dalam permainan komputer, ketika, sebagai akibat dari kegagalan sistem, mesin memuat model dan algoritma pada titik pergerakan yang lebih cepat daripada animasi itu sendiri berakhir, sehingga banyak berlaku. Inilah sebabnya mengapa kesedaran kita tidak melihat aspek hipotesis Alam Semesta, di mana badan bergerak dengan kelajuan superluminal - mungkin ini adalah yang terbaik.
PS … tetapi dalam contoh terakhir saya tidak memahami sesuatu, mengapa kedudukan sebenar kapal dikaitkan dengan "cahaya yang dipancarkan olehnya"? Baiklah, biarkan mereka melihatnya sebagai sesuatu yang tidak ada, tetapi pada hakikatnya dia akan mengalahkan kapal pertama!
