Mișcarea FTL

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 6 februarie 2022; verificările necesită 5 modificări .

Mișcarea superluminală este mișcarea cu o viteză care depășește viteza luminii în vid. În ciuda faptului că, conformteoriei relativității speciale, viteza luminii în vid este viteza maximă realizabilă de propagare asemnalului, iarenergiaparticule de masă pozitivă tinde spre infinit pe măsură ce viteza ei se apropie de viteza luminii, obiectelor. a căror mișcare nu este asociată cutransferul de informații(de exemplu,faza de oscilațiiîntr-unval,umbrăsauo rază de soare), poate avea o viteză arbitrar de mare [1][2] [3] [4] .

Determinarea vitezei superluminale a unui punct material

Într-un cadru de referință inerțial (local) cu origine , luați în considerare un punct material care se află la . Numim viteza acestui punct superluminală în momentul în care inegalitatea este îndeplinită: $O$ $t_0$ $O$ $t_0$

v(t_{0})>c

Unde:

$v(t)\equiv\frac{d }{dt}s(t)$ ;
$c$ este viteza luminii în vid;
$t$ - timp;
$Sf)$ - distanta de la punct la , masurata in sistemul de referinta mentionat. $O$

Teoria specială a relativității (SRT) impune restricții severe asupra posibilității de mișcare superluminală a corpurilor:

dacă o energie finită este cheltuită pentru a accelera un corp cu o masă de repaus diferită de zero, atunci corpul nu va putea atinge viteza superluminală (vezi, de exemplu, ecuația (9.9) [5] );
dacă toți observatorii inerțiali sunt egali (adică în absența unui câmp extern sau a unei curburi spațiului), existența particulelor (precum și undele sau alte obiecte capabile să transporte informații și energie ) care se deplasează la viteze superluminale și interacționează în modul obișnuit cu materia „subluminală” (adică astfel încât să poată fi emise și primite după bunul plac) implică paradoxul încălcării principiului incertitudinii, când un obiect poate face multe măsurători (una este măsurarea impulsului, iar a doua este măsurarea energiei particulei).

Există multe situații (atât cu siguranță reale, cât și ipotetice) care nu îndeplinesc condițiile acestei definiții și care, prin urmare, nu sunt supuse acestor restricții.

Fizică clasică

Raza de soare, foarfece

În ceea ce privește mișcarea obiectelor cu viteză superluminală, academicianul V. L. Ginzburg a scris: [6]

Faptul că vitezele care depășesc viteza luminii în vid sunt posibile și apar de fapt în fizică și astronomie este, desigur, binecunoscut de mult timp.

Desigur, V. L. Ginzburg nu a vorbit în niciun caz despre vreo încălcare a postulatelor sau concluziilor teoriei relativității.

Un punct de lumină (așa-numitul „raz de soare”) sau, de exemplu, punctul de intersecție al lamelor foarfecelor de ghilotină poate schimba poziția la viteză superluminală [6] [7] [8] . Totuși, în acest caz, informațiile și energia sunt transmise într-o direcție care nu coincide cu direcția de mișcare a razei solare (la o viteză mai mică sau egală cu ), iar restricțiile menționate mai sus nu se aplică [8] [9 ] ] [10] [11] . $v$ $c$ $v$

Experimentul de gândire 1

Să încercăm să transmitem un semnal dintr-un punct al ecranului, de-a lungul căruia aleargă iepurașul, către un alt punct împreună cu acest iepuraș. Acest lucru, evident, nu va reuși, deoarece orice am face cu fotonii iepurașului în primul punct, acest lucru nu va putea afecta (de exemplu, stinge sau luminează) fotonii iepurașului în celălalt punct în care va trec (ele, spre deosebire de iepurașul însuși, trecând la al doilea punct nu de la primul, ci de la lanternă).

Experimentul de gândire 2

Situația este ceva mai complicată în cazul foarfecelor. S-ar părea că dacă introducem ceva între lame în primul punct și le blocăm, punctul de intersecție al lamelor se va opri din mișcare, iar observatorul din al doilea punct va primi de la noi un semnal care a venit la el mai repede decât lumina. . Cu toate acestea, de fapt, nu vom putea opri lama în punctul 1 și o vom opri imediat în punctul 2. Mai mult, unda de deformare a foarfecelor, care poate duce la orice modificare a mișcării lamei în apropierea punctului 2, se propagă prin materialul foarfecelor cu viteza sunetului din acest material, care este întotdeauna mai mică decât viteza luminii.

Destul de interesant, punctul mai rapid decât lumina nu apare numai atunci când se utilizează o sursă de lumină care se rotește cu un fascicul îngust și un ecran la o distanță foarte mare. Orice undă luminoasă , în special plată , cu un front mai mult sau mai puțin larg , care cade pe ecran într-un unghi, în principiu, creează un „iepuraș” similar (gradul de severitate este însă determinat de cât de ascuțit frontul de undă este), iar unda reflectată poate fi interpretată ca radiație Cherenkov din „petele” corespunzătoare fiecărei creaste a undei incidente. [6]

În acest sens, obiecte precum un punct luminos sunt destul de fizice [1] . Diferența lor față de cele obișnuite constă doar în faptul că nu poartă cu ei energie sau informații, adică starea „iepurașului” la un moment dat și într-un loc nu este cauza stării sale sau chiar a apariției mai târziu în altul. loc pe ecran.

Cadre de referință non-inerțiale

În mecanica clasică [12] , timpul și spațiul sunt considerate absolute, iar viteza unui punct material este definită ca

\vec V = \dot{\vec r} = \frac{d \vec r(t)}{dt}

unde este vectorul rază al unui punct material. Astfel, într-un sistem de coordonate carteziene rotativ (referință) [13] , viteza unui punct material este [14] : ${\vec {r))$

\vec V = \dot{ \vec r_H} - [~\vec \Omega \times \vec r~]

Unde:

$\vec r_H$ este vectorul rază într-un sistem de coordonate nerotitor;
${\vec {\Omega ))$ este vectorul vitezei unghiulare de rotație a sistemului de coordonate.

După cum se poate observa din ecuație, într -un cadru de referință neinerțial asociat cu un corp în rotație, obiectele suficient de îndepărtate se pot deplasa cu o viteză arbitrar de mare, inclusiv cu o viteză care depășește viteza luminii [15] : . Acest lucru nu intră în conflict cu ceea ce s-a spus în secțiunea „Determinarea vitezei superluminale a unui punct material” , deoarece . De exemplu, pentru un sistem de coordonate asociat cu capul unei persoane de pe Pământ, viteza Lunii cu o rotire normală a capului va fi mai mare decât viteza luminii în vid. În acest sistem, la întoarcerea într-un timp scurt, Luna va descrie un arc cu o rază aproximativ egală cu distanța dintre originea sistemului de coordonate (capul) și Lună. $|{\vec V}|>c$ $|{\vec V}|\neq v$

Viteza fazei

Viteza de fază de -a lungul unei direcții alese arbitrar x depășește întotdeauna viteza de fază de-a lungul vectorului de undă dacă direcția x nu coincide cu direcția vectorului de undă. Și anume, dacă axa x formează un unghi α cu vectorul de undă , atunci $V_{\Phi x)$ $V_{\Phi }$

V_{\Phi x} = \frac{V_{\Phi)){\cos \alpha}

Prin urmare, dacă (ca, de exemplu, undele electromagnetice în vid), atunci se dovedește a fi mai mare decât viteza luminii pentru orice α diferit de zero mai mică de 90 ° (acest lucru se realizează adesea atunci când undele se propagă în ghiduri de undă, vectorii de undă ai undelor plane din care sunt alcătuiţi adesea nu coincid cu axa ghidului de undă). Și chiar și pentru orice undă (cu o finală arbitrar mică ) se poate alege, în principiu, α atât de aproape de una directă încât viteza fazei într-o astfel de direcție va fi arbitrar mare, inclusiv mai mare decât c . $V_{\Phi}=c$ $V_{\Phi x)$ $V_{\Phi <c$

În plus, viteza de fază și de-a lungul direcției vectorului de undă este adesea mai mare decât c . De exemplu, acest lucru este valabil pentru viteza de fază a funcției de undă a particulelor masive ( unde de Broglie ). Viteza de fază a undelor electromagnetice poate fi, de asemenea, mai mare decât c : de exemplu, plasma are un indice de refracție mai mic decât unitatea. Viteza de fază a unor astfel de unde, în conformitate cu conceptele moderne, nu numai că nu are nimic de-a face cu viteza semnalului care poate fi transmis folosind o anumită particulă, dar nu corespunde deloc cu nicio mișcare fundamental observabilă în spațiu. Viteza particulelor în acest caz corespunde vitezei grupului , care pentru particulele masive este întotdeauna mai mică decât c .

Întrucât viteza fazei nu este altceva decât o mărime matematică care caracterizează faza unei unde pur monocromatice de-a lungul unei anumite direcții [16] , mișcarea fazei undei în cazul general nu coincide cu mișcarea unora (înrudite cauzal) obiect material și nu poate fi folosit pentru a transmite informații. În diverse cazuri specifice, o analiză atentă stabilește acest fapt. Viteza de transmisie a unui semnal capabil să transporte informații, de regulă, este determinată de viteza grupului .

Mișcare cu o viteză care depășește viteza luminii într-un mediu

O astfel de mișcare nu este mișcare superluminală (vezi definiția termenului ).

Viteza luminii într- un mediu este întotdeauna mai mică decât viteza luminii în vid. Prin urmare, obiectele fizice se pot deplasa într-un mediu cu o viteză mai mare decât viteza luminii în acest mediu, dar mai mică decât viteza luminii în vid. Acest lucru se întâmplă, de exemplu, în lichidul de răcire al unui reactor nuclear, când electronii, eliminați de cuante gamma de pe orbitele lor, trec prin apă cu o viteză mai mare decât viteza luminii în apă. În acest caz, radiația Vavilov-Cherenkov apare întotdeauna [6] .

Relativitatea generală

Expansiunea universului

În relativitatea generală , corpurile punctuale sunt descrise prin linii de lume într-un spațiu-timp pseudo- euclidian curbat 4-dimensional . Prin urmare, în general vorbind, nu se poate atribui – în mod canonic – unui corp îndepărtat vreo „viteză relativă la observator”. Cu toate acestea, în unele cazuri importante din punct de vedere fizic, acest lucru se poate face în continuare datorită prezenței timpului „alocat”, „preferat”. În special, în universul Friedmannian, timpul într-un eveniment poate fi considerat a fi timpul adecvat al galaxiei situate în , care a trecut de la Big Bang . $\tau$ $p$ $p$

Apoi, distanța în momentul de față dintre două galaxii și (notăm cu liniile lor lumii) poate fi numită distanța dintre punctele și , măsurată în spațiul riemannian tridimensional . În consecință, viteza de recesiune a acestor două galaxii se numește cantitate $l$ $\tau_{0}$ $\gamma _{1}(\tau )$ $\gamma _{2}(\tau )$ $\gamma _{1,2}$ $\gamma _{1}(\tau _{0})$ $\gamma _{2}(\tau _{0})$ $\tau =\tau _{0}$

U(\tau)\equiv\frac{d }{d \tau}l(\tau)

( Diferit de definit în secțiunea „ Determinarea vitezei superluminale a unui punct material ”). Se pare $U$ $v$ [ clarificați ] Universul se extinde în sensul că distanța dintre galaxii astfel definite crește cu timpul. Mai mult decât atât, conform legii Hubble , galaxiile îndepărtate care se află la o distanță mai mare decât (unde este constanta Hubble egală cu 67,80 ± 0,77 (km/s)/Mpc [17] ) se îndepărtează unele de altele cu o viteză care depășește viteza de lumină. $c/H$ $H$ $U$

gaură de vierme

Bubble of Alcubierre

În 1994, Miguel Alcubierre a propus utilizarea unui tip special de curbură spațiu-timp pentru mișcarea superluminală. În metrica pe care a propus-o [18] , spațiul este plat peste tot, cu excepția pereților unor bule, care se mișcă mai repede decât lumina în spațiul extern Minkowski . În acest caz, se dovedește (datorită geometriei neobișnuite a pereților bulelor) că linia mondială a centrului bulei rămâne totuși asemănătoare timpului. Astfel, un pilot format din materie obișnuită se poate, așezat în centrul unei astfel de bule, să se miște într-un anumit sens (deoarece bula însăși și spațiul din interiorul ei, și nu obiectele din ea) se poate mișca mai repede decât lumina [19] .

Printre o serie de dificultăți teoretice pe care le-a întâmpinat această idee, una este aceea că pereții bulei trebuie, de asemenea, să se miște mai repede decât lumina, dar în sensul local obișnuit. Astfel, bula Alcubierre trebuie creată în prealabil - mișcarea ei nu depinde de pilot.

O altă problemă este necesitatea de a crea pentru un astfel de motor zone de spațiu cu o densitate de energie negativă - umplute corespunzător cu „ materie exotică ”. Până în prezent, un singur exemplu de astfel de substanță a fost confirmat experimental - acesta este vidul Casimir , a cărui producție la scară macroscopică pentru a crea motorul Alcubierre a fost luată în considerare de Charles Ridgley [20] .

În 2021, Alexey Bobrik și Gianni Martir au generalizat ideea unității warp Alcubierre la o clasă mai largă de distorsiuni spațiu-timp și au demonstrat că, teoretic, învelișul warp drive poate fi făcut din materie obișnuită [21] .

trompeta lui Krasnikov

În 1995, Serghei Krasnikov a propus un mecanism ipotetic pentru mișcarea superluminală asociată cu curbura spațiu-timp în tuneluri special create [22] . Structura rezultată este similară cu găurile de vierme , dar nu necesită o modificare a topologiei spațiului. Spre deosebire de bula Alcubierre, tubul Krasnikov este potrivit pentru prima expediție către o țintă îndepărtată, deoarece este creat (folosind o tehnologie ipotetică) pe măsură ce o navă obișnuită se mișcă cu viteza aproape de lumină. Pe viitor, călătorul are posibilitatea să se întoarcă prin conductă la punctul de plecare la momentul imediat după plecare [19] [23] .

Mecanica cuantică

Principiul incertitudinii în teoria cuantică

În fizica cuantică, stările particulelor sunt descrise de vectori spațiali Hilbert , care determină doar probabilitatea de a obține anumite valori ale mărimilor fizice în timpul măsurătorilor (în conformitate cu principiul incertitudinii cuantice ). Cea mai cunoscută reprezentare a acestor vectori este funcțiile de undă , al căror pătrat al modulului determină densitatea probabilității de a găsi o particule într-o locație dată. Se pare că această densitate se poate mișca mai repede decât viteza luminii (de exemplu, atunci când se rezolvă problema trecerii unei particule printr-o barieră energetică ), dar efectul depășirii vitezei luminii este observat numai la distanțe mici. În virtutea principiului identității , este imposibil să spunem dacă observăm aceeași particulă sau copia sa nou-născută. În prelegerea sa pentru Nobel din 2004, Frank Wilczek a formulat următorul argument [24] :

Imaginați-vă o particulă care se mișcă cu o viteză medie foarte apropiată de viteza luminii, dar cu atâta incertitudine a poziției pe care o cere teoria cuantică. Evident, va exista o anumită probabilitate de a observa această particulă mișcându-se ceva mai repede decât media și, prin urmare, mai repede decât lumina, ceea ce contrazice teoria relativității speciale. Singura modalitate cunoscută de a rezolva această contradicție necesită ideea de antiparticule. Foarte aproximativ, incertitudinea necesară în poziție se realizează presupunând că actul de măsurare poate implica formarea de particule, fiecare nedistinsă de original, cu aranjamente diferite. Pentru a menține un echilibru al numerelor cuantice conservate, particulele suplimentare trebuie să fie însoțite de același număr de antiparticule. ( Dirac a ajuns la predicția antiparticulelor printr-o serie de interpretări și reinterpretări ingenioase ale ecuației de undă relativiste elegante pe care a derivat-o, mai degrabă decât prin considerații euristice precum cea pe care am prezentat-o. Inevitabilitatea și generalitatea acestor concluzii, precum și direct relația cu principiile de bază ale mecanicii cuantice și ale relativității speciale a devenit evidentă doar retrospectiv).

Text original (engleză)[ arataascunde] Imaginați-vă o particulă care se mișcă în medie cu viteza luminii, dar cu o incertitudine în poziție, așa cum este cerut de teoria cuantică. Evident, va exista o oarecare probabilitate ca această particulă să se miște puțin mai repede decât media și, prin urmare, mai repede decât lumina, ceea ce relativitatea specială nu va permite. Singura modalitate cunoscută de a rezolva această tensiune implică introducerea ideii de antiparticule. Foarte aproximativ vorbind, incertitudinea necesară în poziție este adaptată ținând cont de posibilitatea ca actul de măsurare să poată implica crearea mai multor particule, fiecare nediferențiată de original, cu poziții diferite. Pentru a menține echilibrul numerelor cuantice conservate, particulele suplimentare trebuie să fie însoțite de un număr egal de antiparticule. (Dirac a fost condus să prezică existența antiparticulelor printr-o succesiune de interpretări și reinterpretări ingenioase ale ecuației de undă relativiste elegante pe care a inventat-o, mai degrabă decât prin raționamentul euristic de tipul pe care l-am prezentat. Inevitabilitatea și generalitatea concluziilor sale, iar relația lor directă cu principiile de bază ale mecanicii cuantice și ale relativității speciale sunt clare doar retrospectiv). — Frank Wilczek

Acest fenomen este de natură probabilistică și nu poate fi folosit pentru a transmite informații la o viteză superluminală.

În teoria perturbațiilor din teoria câmpului cuantic, analogul descrierii propagării particulelor din fizica clasică este propagatorul câmpului corespunzător. Descrie amplitudinea probabilității pentru propagarea unei particule născute într-un punct în altul, unde este anihilata. Aici trebuie să facem distincția între două posibilități:

pentru particulele virtuale care se nasc și sunt distruse în procesul de interacțiune, sunt posibile viteze superluminale; Richard Feynman în prelegerile sale a exprimat acest lucru în felul următor [25] [26] [27] :

… pentru radiația electromagnetică există, de asemenea, o amplitudine cu probabilitate [diferită de zero] de a călători mai repede (sau mai lent) decât viteza obișnuită a luminii. Ați văzut în prelegerea anterioară că lumina nu se mișcă întotdeauna în linii drepte; acum vei vedea ca nu se misca intotdeauna cu viteza luminii! Poate părea surprinzător că există o amplitudine [diferită de zero] pentru ca un foton să călătorească mai repede sau mai lent decât viteza normală a luminii c

Text original (engleză)[ arataascunde] … există, de asemenea, o amplitudine pentru ca lumina să meargă mai repede (sau mai încet) decât viteza convențională a luminii. Ai aflat în ultima prelegere că lumina nu merge doar în linii drepte; acum, afli ca nu merge doar cu viteza luminii! S-ar putea să vă surprindă că există o amplitudine pentru ca un foton să meargă la viteze mai mari sau mai lente decât viteza convențională, c — Richard Feynman, laureat al Premiului Nobel pentru fizică în 1965.

pentru particulele reale care există în starea finală sau au existat în starea inițială, vitezele superluminale sunt interzise.

Dar particulele virtuale nu pot transmite informații, iar particulele observate în starea finală și inițială sunt obișnuite, în plus, nu interacționează între ele (vezi S-matrix ), prin urmare propagatorii lor dispar în afara conului de lumină. Prin urmare, în teoria câmpului cuantic, nu există nici viteze superluminale care ar putea fi utilizate pentru comunicarea superluminală.

Nonlocalitate cuantică

Proprietatea de non-localitate a teoriei cuantice determină existența unor corelații între stările subsistemelor încurcate ale sistemului original, indiferent cât de departe sunt acestea. Prin urmare, devine posibil să se determine instantaneu starea cuantică într-un loc la orice distanță prin măsurarea stării încurcate cu ea într-un alt loc și, în consecință, transmiterea acesteia la o viteză infinită - teleportarea cuantică . Cu toate acestea, pentru o măsurare fără erori a unei stări cuantice, sunt necesare informații clasice despre baza de măsurare, care trebuie transmise printr-un canal de comunicație clasic, desigur, la o viteză care nu depășește viteza luminii (pentru mai multe detalii, vezi articol principal ). Deși se poate ghici o bază adecvată pentru o singură măsurătoare, pentru comunicarea superluminală și teleportarea fără erori a unui număr de stări cuantice, o astfel de abordare nu poate fi utilizată. Astfel, teleportarea cuantică este imposibilă la o viteză mai mare decât viteza luminii. Fenomenul de nonlocalitate cuantică nu contrazice principiul cauzalității în SRT .

Ipoteze

Particule superluminale

Particulele ipotetice tahionii [28] , dacă există, se pot mișca mai repede decât lumina. Ei nu pot transmite informații, altfel prezența lor ar fi contrară principiului cauzalității .

În interpretarea teoriei relativității speciale , dacă considerăm energia și impulsul ca numere reale , tahionul este descris de o masă imaginară . Viteza unui tahion nu poate fi mai mică decât viteza luminii, deoarece în acest caz energia ar crește infinit.

Transformările Lorentz în spațiu-timp euclidian cu o axă a timpului imaginar X 0 = icT la V > c transformă o particulă în antiparticulă corespunzătoare, mișcându-se cu o viteză sublumină cu 2 /V [29] . Pentru V > c, viteza de fază devine o viteză de grup, mai mică decât viteza luminii; această ipoteză înlătură problema încălcării cauzalității.

Este necesar să se facă distincția între tahioni (care se mișcă întotdeauna mai repede decât lumina și reprezentând fie particule pur clasice, fie un tip destul de specific de excitare a câmpului tahionic) și câmpuri tahionice (la fel de ipotetice). Cert este că câmpul tahionic (alte tipuri de excitații ale sale), în principiu, poate transporta energie și informații, cu toate acestea, din câte se știe, aceste tipuri de excitații nu se mai propagă mai repede decât lumina.

Această remarcă este adecvată, deoarece, de obicei, în utilizarea cuvintelor, ei nu fac distincție între câmp și particula corespunzătoare (deoarece pentru câmpurile / particule obișnuite - nu tahionice - nu există motive serioase pentru o astfel de distincție, deoarece particulele obișnuite nu au un imaginar sectorul energetic, iar câmpurile nu au un sector de instabilitate; chiar dacă există o zonă de instabilitate, de obicei, pe lângă aceasta, există și puncte de echilibru stabil / indiferent - „condens” - vezi condensarea tahionica ).

În unele[ ce? ] variante ale teoriei corzilor , un tahion apare în spectrul de masă al particulelor . Cu toate acestea, astfel de modele, de regulă, sunt recunoscute ca non-fizice, ceea ce este baza pentru schimbarea teoriei corespunzătoare. Cu toate acestea, chiar și după schimbare, astfel de teorii pot continua să conțină termenul „tahion” în descrierea lor și unele dintre proprietățile teoriilor cu câmp tahionic.

Posibilitatea prezenței unor viteze superluminale în unele tipuri de neutrini a fost de asemenea luată în considerare teoretic [30] .

Efectul Scharnhorst

Viteza undelor depinde de proprietățile mediului în care se propagă. Teoria specială a relativității afirmă că este imposibil să accelerezi un corp masiv până la o viteză care depășește viteza luminii în vid. În același timp, teoria nu postulează nicio valoare particulară pentru viteza luminii. Se măsoară experimental și poate varia în funcție de proprietățile vidului . Pentru un vid a cărui energie este mai mică decât energia unui vid fizic obișnuit , viteza luminii ar trebui teoretic să fie mai mare [31] [32] , iar rata maximă admisă de transmisie a semnalului este determinată de densitatea maximă posibilă a energiei negative [31]. ] . Un exemplu de astfel de vid este vidul Casimir , care devine vizibil în fante subțiri și capilare cu dimensiuni mai mici de 10 nanometri (diametru) (de aproximativ o sută de ori dimensiunea unui atom tipic ). Efectul se explică printr-o scădere a numărului de particule virtuale în vidul Casimir, care, probabil, ca și particulele unui mediu continuu, încetinesc propagarea luminii. Calculele făcute de Klaus Scharnhorst indică faptul că viteza luminii în vidul Casimir o depășește pe cea a vidului obișnuit cu 1×10 -24 pentru un spațiu de 1 nm lățime. S-a mai arătat că depășirea vitezei luminii într-un vid Casimir nu încalcă principiul cauzalității [31] . Excesul vitezei luminii în vidul Casimir, în comparație cu viteza luminii în vidul obișnuit, nu a fost încă confirmat experimental din cauza complexității extreme a măsurării acestui efect [31] .

Teorii cu variabilitatea vitezei luminii în vid

În fizica modernă, există ipoteze conform cărora viteza luminii în vid nu este constantă, iar valoarea acesteia se poate modifica în timp [33] [34] [35] . În cea mai comună versiune a acestei ipoteze, se presupune că în etapele inițiale ale vieții Universului nostru, valoarea constantei (viteza luminii) a fost mult mai mare decât acum. În consecință, în trecut, materia se putea mișca cu o viteză care depășește semnificativ viteza modernă a luminii. Aceste ipoteze, însă, sunt încă pline de contradicții interne și necesită o revizuire mai profundă a majorității părților fizicii moderne pentru a scăpa de acest lucru. [36] $c$

Superbradion

Superbradyon ( în engleză superbradyon ) este o particulă elementară ipotetică care se poate mișca cu o viteză care depășește viteza luminii , dar spre deosebire de tahioni , aceștia pot avea valori reale pozitive ale masei și energiei . Superbradions poate fi un nou tip de particule existente care se mișcă de fapt mai repede decât lumina și capabile să transmită informații la viteze superluminale, încălcând astfel principiul cauzalității .

Termenul „superbradion” [37] , precum și posibilitatea existenței lor [38] [39] , a fost propus de fizicianul spaniol Luis Gonzalez-Mestres ca antonim pentru termenul „ bradion ” (tardion). Relevanța lucrării lui González-Mestres privind ruperea simetriei Lorentz a fost recunoscută în 2002 de CERN Courier [40] și The New York Times [ 41] . Încă din 1997, opera sa a fost citată de Sidney Coleman și Sheldon Glashow [42] .

Spre deosebire de tahioni, care sunt descriși în termeni de relativitate specială , superbradioanele încalcă în mod clar invarianța Lorentz . Ele sunt similare cu particulele obișnuite (bradions), dar cu o viteză critică mai mare în vid . Viteza critică a superbradyonilor poate fi semnificativ mai mare decât viteza luminii . Acest lucru implică faptul că simetria standard Lorentz nu este o simetrie fundamentală, ci doar limita sa de energie scăzută. [43] $c_s$ $c_s$ $c$

Energia și impulsul superbradyonului:

E=\sqrt{p^2+m^2 c_s^2},

p=\frac{mv}{\sqrt{1-\cfrac{v^2}{c_s^2}}},

Unde

$m$ este masa superbradionului,
$v$ este viteza superbradionului ( ), $v\leqslant c_s$
$c_s$ este viteza critică a grupului Lorentz superbradionic ( ). $c_s\gg c$

Potrivit lui González-Mestres, superbradioanele pot fi constituenții principali ai materiei la și dincolo de limita Planck .

Până în prezent, nu s-au descoperit fenomene care ar putea confirma existența superbradioanelor, dar dacă superbradioanele pot exista în Universul nostru ca particule libere, atunci ele pot emite în mod spontan particule „obișnuite”, devenind surse de raze cosmice supraenergetice și nu mai emit atunci când viteza lor. devine mai mică sau egală cu viteza luminii. Astfel, Universul poate conține multe astfel de particule superluminale cu viteze apropiate de viteza luminii. Superbradions poate oferi, de asemenea, o nouă abordare a inflației , materiei întunecate și energie întunecată [44] [45] .

În experimente

colaborare OPERA

Pe 23 septembrie 2011, colaborarea OPERA a anunțat în cadrul unei conferințe la Organizația Europeană pentru Cercetare Nucleară (CERN) că în timpul unui experiment în laboratorul subteran din Gran Sasso (Italia), au fost obținute date, conform cărora o particulă de neutrin subatomică poate se deplasează cu o viteză care depășește viteza luminii cu 25 ppm (0,0025%) [46] . Prelucrarea statistică a 16 111 evenimente [46] în detectorul asociat cu înregistrarea neutrinilor muoni care zboară la 731 278 m [46] de la CERN la Gran Sasso arată că, în aparentă contradicție cu teoria relativității [47] , neutrinii cu o medie energie de 28,2 GeV [46] parcurge această distanță cu 61,1 nanosecunde [46] mai repede decât lumina. Eroarea statistică și sistematică estimată de autori este de 6 ori mai mică decât această valoare. Astfel, viteza unui neutrin cu o anumită energie a depășit viteza luminii în vid cu aproximativ 7,5 km/s . Dependența energetică a vitezei neutrinilor nu a fost găsită în acuratețea experimentului [48] .

În mai 2012, OPERA a efectuat o serie de experimente de control și a ajuns la concluzia finală că motivul presupunerii eronate despre viteza superluminală a fost un defect tehnic (un conector de cablu optic nerăsucit a dus la întârzieri excesive în circuitele de sincronizare a timpului dintre GPS și instalația) [49] [50] [ 51] [52] .

Reverificarea datelor într-un experiment de precizie din primăvara anului 2012 a condus colaborarea la concluzia că viteza unui neutrin poate diferi de viteza luminii cu cel mult $v_{\nu}$

-1,8 \cdot 10^{-6} < \frac{v_{\nu}-c}{c} < 2,3 \cdot 10^{-6}

( interval de încredere 90% ) [53] .

Colaborarea ICARUS

În martie 2012, au fost efectuate măsurători independente în același tunel și nu au fost detectate viteze superluminale a neutrinilor [54] . Șapte evenimente neutrino au fost înregistrate pe 31 octombrie, 1, 2 și 4 noiembrie. Conform analizei colaborării ICARUS , abaterea medie pentru aceste șapte evenimente a fost de numai +0,3 ns de la sosirea luminii calculată [55] . ICARUS este echipat cu un instrument de cronometrare independent de OPERA [56] .

Experimente cu viteza limitatoare a impulsurilor luminoase

Metodele care folosesc efectele interferenței cuantice sunt studiate activ pentru a controla proprietățile optice ale sistemelor cuantice [57] . În 1999, în timpul experimentelor efectuate de Universitatea Harvard , a fost posibilă încetinirea vitezei de propagare a impulsurilor luminoase la 17 m/s în gazul de sodiu ultrarece prin creșterea densității atomilor [58] . În 2003, în timpul lucrului comun al Institutului de Automatizare și Electrometrie a Filialei Siberiene a Academiei Ruse de Științe și a Institutului de Fizică al Academiei Naționale de Științe a Ucrainei , folosind efectul interacțiunii cu două unde pe un rețele fotorefractive , a fost posibilă încetinirea impulsurilor luminoase la 0,025 cm/s [59] . În 2005, KAIST a reușit să încetinească viteza pulsurilor de lumină folosind împrăștierea stimulată Mandelstam-Brillouin [60] .

FTL în science fiction

Vezi și

Note

↑ 1 2 Despre „iepurași” superluminali . Preluat la 8 septembrie 2020. Arhivat din original la 16 ianuarie 2021. (nedefinit)
↑ Este posibilă viteza superluminală? . Preluat la 8 ianuarie 2017. Arhivat din original la 10 noiembrie 2017. (nedefinit)
↑ Ce este mai rapid decât lumina în lumea noastră? Partea I (link indisponibil) . Preluat la 26 mai 2016. Arhivat din original la 29 iunie 2020. (nedefinit)
↑ Despre posibilitatea utilizării „petelor” superluminale cu raze X pentru a verifica izotropia vitezei luminii . Preluat la 8 ianuarie 2017. Arhivat din original la 20 septembrie 2017. (nedefinit)
↑ Landau L. D. , Lifshitz E. M. Teoria câmpului. — Ediția 6, corectată și completată. — M .: Nauka , 1973. — 504 p. - (" Fizica teoretică ", Volumul II).
↑ 1 2 3 4 Bolotovsky B. M., Ginzburg V. L. Efectul Vavilov-Cherenkov și efectul Doppler atunci când sursele se mișcă mai repede decât viteza luminii în vid // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Academia Rusă de Științe , 1972. - T. 106 , nr. 4 . - S. 577-592 . Arhivat din original pe 25 septembrie 2013. (Rusă)
↑ Peter Makovetsky . Uită-te la rădăcină! Arhivat pe 4 noiembrie 2017 la Wayback Machine
↑ 1 2 Gibbs, Philip. Este posibilă călătoria sau comunicarea mai rapidă decât lumina? (engleză) : jurnal. - Universitatea din California, Riverside, 1997. Arhivat din original pe 10 martie 2010.
↑ Wertheim, M. . The Shadow Goes (20 iunie 2007). Arhivat din original pe 7 noiembrie 2017. Preluat la 30 septembrie 2017.
↑ Salmon, Wesley C. Four Decades of Scientific Explication . - Universitatea din Pittsburgh Pre, 2006. - P. 107. - ISBN 0-8229-5926-7 . Arhivat 21 martie 2017 la Wayback Machine , Extras de la pagina 107 Arhivat 20 martie 2017 la Wayback Machine
↑ Steane, Andrew. Lumea minunată a relativității: un ghid precis pentru cititorul general . - Oxford University Press , 2012. - P. 180. - ISBN 0-19-969461-3 . Arhivat 21 martie 2017 la Wayback Machine , Extras de la pagina 180 Arhivat 20 martie 2017 la Wayback Machine
↑ Mecanica clasică este folosită și astăzi pentru a descrie corpurile materiale care se mișcă cu viteze mult mai mici decât viteza luminii și situate în afara curburii spațiu-timp semnificative.
↑ Prelegerea nr. 24 de mecanică teoretică (link inaccesibil) . Preluat la 6 iunie 2019. Arhivat din original la 9 octombrie 2008. (nedefinit)
↑ Această ecuație a mecanicii teoretice din secțiunea " cinematica punctului "
↑ FTL (link descendent) . Consultat la 19 martie 2006. Arhivat din original pe 10 martie 2010. (nedefinit)
↑ Enciclopedia fizică online. Volumul 5, p.266. . Consultat la 4 septembrie 2007. Arhivat din original pe 2 martie 2012. (nedefinit)
↑ PAR Ade et al . (Colaborarea Planck). Rezultatele Planck 2013. I. Prezentare generală a produselor și a rezultatelor științifice (engleză) // Astronomy and Astrophysics : journal. - 2013. - 22 martie ( vol. 1303 ). — P. 5062 . - doi : 10.1051/0004-6361/201321529 . - Cod . - arXiv : 1303.5062 . Arhivat din original pe 23 martie 2013.
↑ M. Alcubierre The warp drive: hyper-rapid travel in general relativity. — clasa. cuant. Grav. 11, L73-L77 (1994)., copie la arxiv.org: [1] Arhivat 31 iulie 2020 la Wayback Machine
↑ 1 2 Krasnikov S. V. Câteva întrebări de cauzalitate în relativitatea generală: „mașinile timpului” și „deplasările superluminale”. M.: Lenand, 2015. ISBN ISBN 978-5-9710-2216-9
↑ Charles T. Ridgely A Macroscopic Approach to Creating Exotic Matter . Preluat la 8 septembrie 2020. Arhivat din original la 6 mai 2021. (nedefinit)
↑ Introducerea unităților warp fizice - IOPscience . Preluat la 13 martie 2021. Arhivat din original la 13 mai 2021. (nedefinit)
↑ Krasnikov S. V. Hyperfast travel in general relativity (engleză) // Phys. Rev. D / Societatea Americană de Fizică - APS , 1998. - Vol. 57, Iss. 8. - P. 4760-4766. — ISSN 1550-7998 ; 1550-2368 ; 0556-2821 ; 1089-4918 ; 2470-0010 - doi:10.1103/PHYSREVD.57.4760 - arXiv:gr-qc/9511068
↑ S. M. Komarov. Accesul la univers: obiecte pentru călătorii superluminale // Chimie și viață.
↑ [ (ing.) Lectură Nobel de Frank Wilczek . Consultat la 3 februarie 2007. Arhivat din original pe 17 iulie 2006. (engleză) Conferință Nobel de Frank Vilcek] (nedefinit)
↑ Feynman R. QED Strange Theory of Light and Matter. M.: Nauka, 1988. ISBN 5-02-013883-5 Ch. 3. P.81.
↑ Feynman. Capitolul 3 // QED. - S. 89.
↑ Mario Rabinowitz Black Hole Paradoxes . Preluat la 8 septembrie 2020. Arhivat din original la 21 ianuarie 2022. (nedefinit)
↑ A.A. Sen Tachyon Matter in Loop Quantum Cosmology . Consultat la 29 decembrie 2006. Arhivat din original la 30 octombrie 2017. (nedefinit)
↑ G. M. Telezhko. Viteze superluminale, rotații improprii și simetrie a sarcinii // Gravity, 1997, vol. 3, nr. 1,76 . Preluat la 29 iulie 2019. Arhivat din original la 29 iulie 2019. (nedefinit)
↑ G.-j. Ni, T. Chang Este neutrino o particulă superluminală?
↑ 1 2 3 4 Propagarea fronturilor și a informațiilor în medii dispersive
↑ Stefano Liberati Efectele de vid cuantic în câmpurile gravitaționale: teorie și detectabilitate
↑ Principiul lui Alexander Unzicker Mach și o viteză variabilă a luminii
↑ Yves-Henri Sanejouand O simplă ipoteză a vitezei luminii variabile este suficientă pentru a explica datele supernovelor cu deplasare către roșu mare
↑ Corrado Appignani O viteză variabilă a luminii (VSL) indusă geometric și universul care se accelerează
↑ George F. R. Ellis. Notă despre variația vitezei cosmologiilor luminii // Relativitatea generală și gravitația. - 2007. - Vol. 39 , iss. 4 . - P. 511-520 . - doi : 10.1007/s10714-007-0396-4 . - Cod . Arhivat din original pe 9 iunie 2019.
↑ Luis González-Mestres (decembrie 1997), Lorentz symmetry violation at Planck scale, cosmology and superluminal particles , http://arxiv.org/abs/physics/9712056 Arhivat la 21 decembrie 2016 la Wayback Machine , Proceedings COSMO-97, Primul atelier internațional despre fizica particulelor și universul timpuriu: Ambleside, Anglia, 15-19 septembrie 1997.
↑ Luis González-Mestres (mai 1995), Properties of a possible class of particles able to travel faster than light , http://arxiv.org/abs/astro-ph/9505117 Arhivat la 21 decembrie 2016 la Wayback Machine , Proceedings of al 30-lea atelier Moriond Materia întunecată în cosmologie, ceasuri și teste ale legilor fundamentale , 22-29 ianuarie 1995
↑ Luis González-Mestres (ianuarie 1996), Cosmological Implications of a Possible Class of Particles Able to Travel Faster than Light , http://arxiv.org/abs/astro-ph/9601090 Arhivat la 13 octombrie 2016 la Wayback Machine . al IV-lea Atelier Internațional de Aspecte Teoretice și Fenomenologice ale Fizicii Subterane, Toledo (Spania) 17-21 septembrie 1995, Nucl.Phys. — Proc. Suppl. 48 (1996) 131-136.
↑ Nick E. Mavromatos (august 2002), Testing models for quantum gravity , CERN Courier , http://cerncourier.com/cws/article/cern/28696 Arhivat la 23 aprilie 2011 la Wayback Machine
↑ Dennis Overbye (decembrie 2002), Interpreting the Cosmic Rays , The New York Times , 31 decembrie 2002, https://www.nytimes.com/2002/12/31/science/interpreting-the-cosmic-rays.html ?n=Top/News/Science/Topics/Space Arhivat 27 iunie 2017 la Wayback Machine
↑ Sidney Coleman și Sheldon L. Glashow (martie 1997), Cosmic Ray and Neutrino Tests of Special Relativity , http://arxiv.org/abs/hep-ph/9703240 Arhivat la 10 octombrie 2016 la Wayback Machine , Phys.Lett. B405, 249-252, 1997.
↑ Luis González-Mestres (aprilie 1997), Vacuum Structure, Lorentz Symmetry and Superluminal Particles , http://arxiv.org/abs/physics/9704017 Arhivat la 29 octombrie 2013 la Wayback Machine
↑ Luis González-Mestres (februarie 2009), AUGER-HiRes results and models of Lorentz symmetry violation , http://arxiv.org/abs/0902.0994 Arhivat la 18 octombrie 2016 la Wayback Machine , Proceedings of CRIS (Cosmic Ray International Seminar) , La Malfa, 15-19 septembrie 2008, Fizica nucleară B - Proc. Suppl., volumul 190, mai 2009, paginile 191-197.
↑ Luis González-Mestres (decembrie 2009), Lorentz symmetry violation, dark matter and dark energy , http://arxiv.org/abs/0912.0725 Arhivat la 20 aprilie 2019 la Wayback Machine , lucrare contribuită la Conferința Internațională Invisible Universe, Paris 29 iunie - 3 iulie 2009.
↑ 1 2 3 4 5 Adam T., Crespi M. , Agafonova N., Altinok O., Sanchez P. A., Anokhina A., Aoki S., Ariga A., Ariga T. , Autiero D. et al. Măsurarea vitezei neutrinilor cu detectorul OPERA în fasciculul CNGS // J. High Energy Phys . — Springer Science+Business Media , SpringerOpen , 2012. — Vol. 2012, nr. 10. - ISSN 1126-6708 ; 1029-8479 ; 1127-2236 - doi:10.1007/JHEP10(2012)093 - arXiv:1109.4897
↑ Eugenie Samuel Reich. Experimentul cu neutrini reproduce descoperirea mai rapidă decât lumina . Nature Publishing Group (18 noiembrie 2011). — Citat: [...] mai rapid decât viteza luminii. Rezultatul sfidează teoria relativității speciale a lui Albert Einstein, care afirmă că acest lucru nu se poate întâmpla.[...] Traducere: [...]mai rapid decât viteza luminii. Rezultatul sfidează teoria relativității speciale a lui Albert Einstein , care afirmă că acest lucru nu se poate întâmpla.[...]. Consultat la 22 decembrie 2011. Arhivat din original pe 9 februarie 2012.
↑ Evenimentele neutrino înregistrate în detector au fost împărțite în 2 probe cu o energie medie de 13,8 GeV și 40,7 GeV . Totuși, diferența de timp rezultată pentru fiecare probă, 54,7 ns și, respectiv, 68,1 ns, se află în intervalul determinat de eroarea statistică. Cu alte cuvinte, este necesară o diferență mai semnificativă față de 61,1 ns pentru a putea vorbi despre dependența vitezei neutrinilor de energie. Compararea evenimentelor experimentale de neutrini cu evenimentele simulate prin metoda Monte Carlo nu a relevat nicio dependență a vitezei de energie.
↑ Experimentul OPERA a „închis” în sfârșit neutrinii superluminali Arhivat 7 iulie 2012 la Wayback Machine .
↑ OPERA: Ce a mers greșit | De o semnificație deosebită . Preluat la 20 octombrie 2017. Arhivat din original la 30 iunie 2017. (nedefinit)
↑ https://arxiv.org/pdf/1109.4897.pdf Arhivat 8 octombrie 2017 la Wayback Machine 6.1 Măsurătorile efectuate în timpul închiderii CNGS de iarnă din 2011
↑ Fotografie cu conectorul înainte și după strângerea piuliței . Consultat la 20 octombrie 2017. Arhivat din original pe 8 octombrie 2017. (nedefinit)
↑ Colaborarea OPERA. Măsurarea vitezei neutrinilor cu detectorul OPERA în fasciculul CNGS utilizând datele dedicate 2012 // ArXiv/hep-ex. — Decembrie 2012. Arhivat din original pe 3 februarie 2021.
↑ Olga Zakutnyaya. Einstein avea dreptate . Vocea Rusiei (23 martie 2012). Preluat la 26 martie 2012. Arhivat din original la 31 mai 2012. (Rusă)
↑ Antonello M., Aprili P., Baiboussinov B., Ceolin M. B., Benetti P., Calligarich E., Canci N. , Centro S., Cesana A., Cieślik K. et al. Măsurarea vitezei neutrinilor cu detectorul ICARUS la fasciculul CNGS (engleză) // Physics Letters B - Elsevier BV , 2012. - Vol. 713, Iss. 1. - P. 17-22. — ISSN 0370-2693 ; 1873-2445 ; 0550-3213 - doi:10.1016/J.PHYSLETB.2012.05.033 - arXiv:1203.3433
↑ Experimentul Icarus măsoară viteza neutrinilor: nici măcar neutrinii nu sunt mai rapizi decât lumina . Science Daily (16 martie 2012). Preluat la 26 martie 2012. Arhivat din original la 31 mai 2012.
↑ P. Knight, B. Stoicheff, D. Walls. Prefață pentru a evidenția în optica cuantică // Tranzacțiile filosofice ale Societății Regale din Londra. Seria A: Științe matematice, fizice și inginerie. — 15-12-1997. - T. 355 , nr. 1733 . — S. 2217–2217 . - ISSN 1471-2962 1364-503X, 1471-2962 . doi : 10.1098 / rsta.1997.0119 .
↑ Lene Vestergaard Hau, S.E. Harris, Zachary Dutton, Cyrus H. Behroozi. Reducerea vitezei luminii la 17 metri pe secundă într-un gaz atomic ultrarece (engleză) // Natură. — 1999-02. — Vol. 397 , iss. 6720 . — P. 594–598 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/17561 . Arhivat 21 mai 2021.
↑ E. Podivilov, B. Sturman, A. Shumelyuk, S. Odoulov. Pulsul de lumină încetinește până la 0,025 cm/s prin cuplarea fotorefractivă cu două valuri // Scrisori de revizuire fizică. - 22-08-2003. - T. 91 , nr. 8 . - S. 083902 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.91.083902 .
↑ Kwang Yong Song, Miguel González Herráez, Luc Thévenaz. Observarea întârzierii și avansării pulsului în fibrele optice utilizând împrăștierea Brillouin stimulată (EN) // Optics Express. - 2005-01-10. - T. 13 , nr. 1 . — S. 82–88 . - ISSN 1094-4087 . - doi : 10.1364/OPEX.13.000082 . Arhivat 19 mai 2021.

Link -uri

Articol din enciclopedia fizică Superluminal speed , vol. 4 - M .: Great Russian Encyclopedia, p. 447
„Hip-ul despre depășirea vitezei luminii nu are o bază științifică” Pe site-ul „Elemente” - există o descriere a diferitelor definiții ale depășirii vitezei luminii.
Surse radio superluminale:
- Ulanovsky L. E. Sunt posibile viteze mai mari decât viteza luminii? „Pământul și Universul”, 1973, nr. 6, p. 36-38.
- Falla DF și colab. , Lumina superluminală are ecouri în astronomie
- Laing RA , Mai rapid decât lumina: mișcare superluminală și ecouri luminoase
- Michal Chodorowski. Mișcări aparente supraluminale în surse radio îndepărtate
- ZQ Shen, DR Jiang, S. Kameno, YJ Chen. Mișcare superluminală într -o sursă radio compactă cu spectru abrupt 3C 138
Distorsiunea metrică:
Optica
- Withayachumnankul, W. și colab. „O vedere sistematizată a propagării undelor superluminale”, Proceedings of the IEEE , voi. 98, nr. 10, pp. 1775-1786, 2010.
- A. Dogariu, A. Kuzmich și LJ Wang Dispersie anormală transparentă și propagare superluminală a impulsului de lumină la o viteză de grup negativă
- Herbert G Winful. Semnificația întârzierii grupului în tunelul barierei: o reexaminare a vitezelor grupului superluminal
particule superluminale
Fizica teoretica
Articole de știință populare