uy » 11-sinf » Yorug'lik tezligini engib o'tish mumkin - olimlar. Yorug'lik tezligida uchadigan jism uchun dunyo qanday ko'rinishga ega bo'ladi? Kvant tunnel effekti

Yorug'lik tezligini engib o'tish mumkin - olimlar. Yorug'lik tezligida uchadigan jism uchun dunyo qanday ko'rinishga ega bo'ladi? Kvant tunnel effekti

Neytrinolarning tezligini to'g'ridan-to'g'ri o'lchashga bag'ishlangan. Natijalar shov-shuvli: neytrino tezligi biroz bo'lib chiqdi - ammo statistik jihatdan ahamiyatli! - yorug'lik tezligidan yuqori. Hamkorlik maqolasi turli xil xatolar va noaniqlik manbalarining tahlilini o'z ichiga oladi, ammo fiziklarning aksariyatining reaktsiyasi juda shubhali bo'lib qolmoqda, birinchi navbatda, bunday natija neytrinolarning xususiyatlari bo'yicha boshqa eksperimental ma'lumotlarga mos kelmaydi.

Guruch. bitta.

Tajriba tafsilotlari

Tajriba g'oyasi (OPERA tajribasiga qarang) juda oddiy. Neytrino nurlari CERNda tug'iladi, Yer orqali Italiyaning Gran Sasso laboratoriyasiga uchadi va u erda maxsus OPERA neytrino detektoridan o'tadi. Neytrinolar materiya bilan juda zaif ta'sir qiladi, lekin ularning CERN dan oqimi juda katta bo'lganligi sababli, ba'zi neytrinolar hali ham detektor ichidagi atomlar bilan to'qnashadi. U erda ular zaryadlangan zarralar kaskadini hosil qiladi va shu bilan o'z signalini detektorda qoldiradi. CERNdagi neytrinolar uzluksiz emas, balki "portlashlar"da tug'iladi va agar biz neytrinoning tug'ilish momentini va uning detektorda yutilish momentini, shuningdek, ikkita laboratoriya orasidagi masofani bilsak, biz tezlikni hisoblashimiz mumkin. neytrinodan.

To'g'ri chiziqdagi manba va detektor o'rtasidagi masofa taxminan 730 km ni tashkil qiladi va u 20 sm aniqlik bilan o'lchangan (mos yozuvlar nuqtalari orasidagi aniq masofa 730534,61 ± 0,20 metr). To'g'ri, neytrinoning tug'ilishiga olib keladigan jarayon umuman bunday aniqlik bilan mahalliylashtirilmaydi. CERN da yuqori energiyali protonlar nuri SPS tezlatkichidan uchib chiqib, grafit nishoniga tushadi va unda ikkilamchi zarrachalarni, shu jumladan mezonlarni hosil qiladi. Ular yorug'likka yaqin tezlikda oldinga uchib ketishda davom etadilar va neytrinolarni chiqarish bilan pashshada muonlarga parchalanadilar. Myuonlar ham parchalanib, qo'shimcha neytrinolarni hosil qiladi. Keyin barcha zarralar, neytrinolardan tashqari, moddaning qalinligida so'riladi va ular aniqlangan joyga erkin etib boradilar. Tajribaning ushbu qismining umumiy sxemasi rasmda ko'rsatilgan. bitta.

Neytrino nurining paydo bo'lishiga olib keladigan butun kaskad yuzlab metrga cho'zilishi mumkin. Biroq, beri hammasi Ushbu to'plamdagi zarralar yorug'likka yaqin tezlikda oldinga uchadi, aniqlash vaqti uchun neytrino darhol yoki bir kilometr yo'ldan keyin tug'ilganmi farqi yo'q (ammo, bu katta ahamiyatga ega bo'lgan asl proton aynan qachon paydo bo'lgan. Bu neytrinoning tug'ilishiga tezlatgichdan uchib ketdi). Natijada, ishlab chiqarilgan neytrinolar oddiygina proton nurlarining profilini takrorlaydi. Shuning uchun bu erda asosiy parametr tezlatkichdan chiqadigan proton nurlarining aniq vaqt profili, xususan, uning oldingi va orqa tomonlarining aniq pozitsiyasi va bu profil yaxshi vaqt bilan o'lchanadi. s m o'lchamlari (2-rasmga qarang).

Proton nurini nishonga tushirishning har bir seansi (ingliz tilida bunday seans deyiladi). to'kish, "splash") taxminan 10 mikrosekund davom etadi va juda ko'p sonli neytrinolarning tug'ilishiga olib keladi. Biroq, ularning deyarli barchasi Yer (va detektor) orqali o'zaro ta'sir qilmasdan uchadi. Xuddi shunday kamdan-kam hollarda detektor neytrinoni qayd etganda, u 10 mikrosekundlik intervalda aynan qaysi daqiqada chiqarilganligini aytish mumkin emas. Tahlil faqat statistik tarzda amalga oshirilishi mumkin, ya'ni neytrinolarni aniqlashning ko'plab holatlarini to'plash va har bir sessiya uchun boshlang'ich nuqtaga nisbatan ularning vaqt taqsimotini qurish. Detektorda yorug'lik tezligida harakatlanuvchi va proton nurining oldingi qirrasining detektorga yetib borishi momentida chiqarilgan shartli signalning boshlang'ich nuqtasi vaqt nuqtasi sifatida qabul qilinadi. Ushbu momentni aniq o'lchash ikkita laboratoriyadagi soatlarni bir necha nanosekundlarga sinxronlashtirish orqali mumkin bo'ldi.

Shaklda. 3-rasmda bunday taqsimotning namunasi ko'rsatilgan. Qora nuqtalar detektor tomonidan qayd etilgan va ko'p sonli seanslarda jamlangan haqiqiy neytrino ma'lumotlaridir. Qizil egri chiziq yorug'lik tezligida harakatlanadigan an'anaviy "mos yozuvlar" signalini ko'rsatadi. Ma'lumotlar taxminan 1048,5 ns dan boshlanganini ko'rishingiz mumkin. oldin mos yozuvlar signali. Biroq, bu hali neytrino yorug'likdan bir mikrosekund oldinda ekanligini anglatmaydi, balki faqat barcha kabel uzunligini, uskunaning javob tezligini, elektronikaning kechikish vaqtini va hokazolarni diqqat bilan o'lchash uchun sababdir. Ushbu qayta tekshirish amalga oshirildi va "mos yozuvlar" momentini 988 ns ga o'zgartirishi aniqlandi. Shunday qilib, ma'lum bo'lishicha, neytrino signali aslida mos yozuvlardan oshib ketadi, lekin atigi 60 nanosekundga. Neytrino tezligi nuqtai nazaridan, bu yorug'lik tezligining taxminan 0,0025% ga oshib ketishiga to'g'ri keladi.

Ushbu o'lchovning xatosi tahlil mualliflari tomonidan statistik va tizimli xatolarni o'z ichiga olgan 10 nanosekundda baholangan. Shunday qilib, mualliflar neytrinolarning superluminal harakatini oltita standart og'ishning statistik ishonch darajasida "ko'rishlarini" da'vo qilmoqdalar.

Natijalar va kutilgan oltita standart og'ishlar o'rtasidagi farq allaqachon juda katta va elementar zarralar fizikasida baland ovozda "kashfiyot" so'zi deb ataladi. Biroq, bu raqamni to'g'ri tushunish kerak: bu faqat ehtimollik degan ma'noni anglatadi statistik ma'lumotlardagi tebranishlar juda kichik, ammo ma'lumotlarni qayta ishlash texnikasi qanchalik ishonchli ekanligini va fiziklar barcha instrumental xatolarni qanchalik yaxshi hisobga olganligini ko'rsatmaydi. Axir, elementar zarrachalar fizikasida juda yuqori statistik aniqlikka ega bo'lgan g'ayrioddiy signallar boshqa tajribalar bilan tasdiqlanmagan ko'plab misollar mavjud.

Superluminal neytrinolar nimaga zid keladi?

Ommabop e'tiqoddan farqli o'laroq, maxsus nisbiylik o'z-o'zidan o'ta yorug'lik tezligida harakatlanadigan zarralarning mavjudligini taqiqlamaydi. Biroq, bunday zarralar uchun (ular odatda "taxyonlar" deb ataladi) yorug'lik tezligi ham chegaradir, lekin faqat pastdan - ular undan sekinroq harakat qila olmaydi. Bunday holda, zarrachalar energiyasining tezlikka bog'liqligi teskari bo'lib chiqadi: energiya qanchalik katta bo'lsa, taxonlarning tezligi yorug'lik tezligiga yaqinroq bo'ladi.

Kvant maydon nazariyasida ancha jiddiy muammolar boshlanadi. Bu nazariya yuqori energiyaga ega kvant zarralari haqida gap ketganda kvant mexanikasini almashtiradi. Bu nazariyada zarrachalar nuqtalar emas, balki, nisbatan aytganda, moddiy maydonning to'dalari bo'lib, ularni maydondan alohida ko'rib chiqish mumkin emas. Ma'lum bo'lishicha, taxionlar maydon energiyasini pasaytiradi, ya'ni ular vakuumni beqaror qiladi. Keyin bo'shliqning o'z-o'zidan bu zarralarning juda ko'p qismiga bo'linishi foydaliroq bo'ladi va shuning uchun oddiy bo'sh kosmosda bitta taxionning harakatini ko'rib chiqish shunchaki ma'nosizdir. Aytishimiz mumkinki, taxion zarracha emas, balki vakuumning beqarorligi.

Taxyon-fermionlar holatida vaziyat biroz murakkabroq, ammo u erda ham odatdagi nisbiylik nazariyasini o'z ichiga olgan o'z-o'zidan izchil takyon kvant maydoni nazariyasini yaratishga to'sqinlik qiladigan taqqoslanadigan qiyinchiliklar paydo bo'ladi.

Biroq, bu ham nazariy jihatdan oxirgi so'z emas. Eksperimentchilar o'lchash mumkin bo'lgan hamma narsani o'lchaganidek, nazariyotchilar ham mavjud ma'lumotlarga zid bo'lmagan barcha mumkin bo'lgan faraziy modellarni sinab ko'rishadi. Xususan, nisbiylik nazariyasi postulatlaridan biroz, hali sezilmagan og'ishlarga yo'l qo'yiladigan nazariyalar mavjud - masalan, yorug'lik tezligining o'zi o'zgaruvchan bo'lishi mumkin. Bunday nazariyalar hali to'g'ridan-to'g'ri eksperimental yordamga ega emas, lekin ular hali yopilmagan.

Nazariy imkoniyatlarning ushbu qisqacha eskizini quyidagicha umumlashtirish mumkin: ba'zi nazariy modellarda superlyuminal tezlik bilan harakat qilish mumkinligiga qaramay, ular faqat faraziy konstruktsiyalar bo'lib qoladi. Hozirda mavjud bo'lgan barcha eksperimental ma'lumotlar superlyuminal harakatsiz standart nazariyalar bilan tavsiflanadi. Shuning uchun, agar u hech bo'lmaganda ba'zi zarralar uchun ishonchli tarzda tasdiqlangan bo'lsa, kvant maydon nazariyasi tubdan qayta ishlanishi kerak edi.

Shu ma'noda OPERA natijasini "birinchi belgi" sifatida ko'rib chiqishga arziydimi? Hali emas. Ehtimol, shubhalanishning eng muhim sababi, OPERA natijasi neytrinolar bo'yicha boshqa eksperimental ma'lumotlarga mos kelmasligidir.

Birinchidan, mashhur SN1987A o'ta yangi yulduzi davrida yorug'lik zarbasidan bir necha soat oldin kelgan neytrinolar ham qayd etilgan. Bu neytrinolarning yorug'likdan tezroq harakat qilishini anglatmaydi, faqat neytrinolarning yorug'likdan ko'ra o'ta yangi yulduz portlashi paytida yadro qulashining oldingi bosqichida chiqarilganligini aks ettiradi. Biroq, yo'lda 170 000 yil o'tkazgan neytrinolar va yorug'lik bir necha soatdan ko'proq vaqt davomida ajralmagani uchun, bu ularning tezligi juda yaqin va milliarddan ko'p emasligini anglatadi. OPERA tajribasi ming marta kuchliroq kelishmovchilikni ko'rsatadi.

Bu erda, albatta, aytishimiz mumkinki, o'ta yangi yulduz portlashlari paytida hosil bo'lgan neytrinolar va CERN neytrinolari energiya jihatidan juda farq qiladi (o'ta yangi yulduzlarda bir necha o'nlab MeV va tasvirlangan tajribada 10-40 GeV), neytrino tezligi esa energiyaga qarab o'zgaradi. Ammo bu holatda bu o'zgarish "noto'g'ri" yo'nalishda ishlaydi: axir, tachyonlarning energiyasi qanchalik yuqori bo'lsa, ularning tezligi yorug'lik tezligiga yaqinroq bo'lishi kerak. Albatta, bu erda ham taxion nazariyasining qandaydir modifikatsiyasini o'ylab topish mumkin, bunda bu qaramlik butunlay boshqacha bo'lar edi, ammo bu holda "ikki-gipotetik" modelni muhokama qilish kerak bo'ladi.

Bundan tashqari, so'nggi yillarda olingan neytrino tebranishlari bo'yicha ko'plab eksperimental ma'lumotlardan kelib chiqadiki, barcha neytrinolarning massalari bir-biridan faqat elektronvoltning fraktsiyalari bilan farq qiladi. Agar OPERA natijasi neytrinoning o'ta yorug'lik harakatining namoyon bo'lishi sifatida qabul qilinsa, kamida bitta neytrino massasi kvadratining qiymati -(100 MeV) 2 (manfiy kvadrati) ga teng bo'ladi. massa - zarracha taxyon deb hisoblanishining matematik ko'rinishi). Keyin buni tan olishingiz kerak hammasi neytrinolarning navlari takionlardir va taxminan bir xil massaga ega. Boshqa tomondan, tritiy yadrolarining beta parchalanishida neytrino massasini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash neytrino massasi (modul) 2 elektron voltdan oshmasligi kerakligini ko'rsatadi. Boshqacha qilib aytganda, bu ma'lumotlarning barchasini bir-biri bilan solishtirib bo'lmaydi.

Bundan quyidagicha xulosa chiqarish mumkin: OPERA hamkorligining e'lon qilingan natijasini har qanday, hatto eng ekzotik, nazariy modellarga ham sig'dirish qiyin.

Keyin nima?

Elementar zarrachalar fizikasi bo'yicha barcha yirik hamkorliklarda har bir aniq tahlilni kichik ishtirokchilar guruhi amalga oshirishi odatiy amaliyotdir va shundan keyingina natijalar umumiy muhokamaga taqdim etiladi. Bu holda, aftidan, bu bosqich juda qisqa edi, natijada hamkorlikning barcha ishtirokchilari maqola ostida o'z imzolarini qo'yishga rozi bo'lishmadi (to'liq ro'yxatga eksperimentning 216 ishtirokchisi kiradi va preprintda atigi 174 muallif bor. ). Shuning uchun, yaqin kelajakda, ehtimol, hamkorlik doirasida ko'plab qo'shimcha tekshiruvlar o'tkaziladi va shundan keyingina maqola chop etishga yuboriladi.

Albatta, endi bu natijaning turli ekzotik tushuntirishlari bilan nazariy maqolalar oqimini kutish mumkin. Biroq, da'vo qilingan natija ishonchli tarzda qayta tekshirilmaguncha, uni to'liq kashfiyot deb hisoblash mumkin emas.

Ma'lumki, fotonlar, uning tarkibiga kiruvchi yorug'lik zarralari yorug'lik tezligida harakat qiladi. Bu masalada bizga maxsus nisbiylik nazariyasi yordam beradi.

Ilmiy-fantastik filmlarda yulduzlararo kosmik kemalar istisnosiz deyarli yorug'lik tezligida uchadi. Odatda bu ilmiy fantastika mualliflari tomonidan gipertezlik deb ataladi. Yozuvchilar ham, kinorejissyorlar ham buni deyarli bir xil badiiy qurilma bilan tasvirlaydilar va bizga ko‘rsatadilar. Ko'pincha, kema tez uchib ketishi uchun qahramonlar boshqaruv tugmachasini tortib oladilar yoki bosadilar va transport vositasi bir zumda tezlashadi va kar bo'luvchi pop bilan deyarli yorug'lik tezligiga tezlashadi. Tomoshabin kemaning yon tomonida ko'rgan yulduzlar avval miltillaydi, so'ngra butunlay chiziqqa cho'ziladi. Ammo yulduzlar haqiqatan ham yuqori tezlikda kosmik kemaning derazalarida shunday ko'rinadimi? Tadqiqotchilar yo'q deyishadi. Haqiqatda, bir qatorda cho'zilgan yulduzlar o'rniga, kema yo'lovchilari faqat yorqin diskni ko'rishadi.

Agar ob'ekt deyarli yorug'lik tezligida harakat qilsa, u Doppler effektini amalda ko'rishi mumkin. Fizikada qabul qiluvchining tez harakati tufayli chastota va toʻlqin uzunligining oʻzgarishi shunday nomlanadi. Tomoshabin oldida kemadan miltillovchi yulduzlar yorug'ligining chastotasi shunchalik oshadiki, u ko'rinadigan diapazondan spektrning rentgen qismiga o'tadi. Yulduzlar g'oyib bo'layotganga o'xshaydi! Shu bilan birga, Katta portlashdan keyin qolgan relikt elektromagnit nurlanishning uzunligi kamayadi. Orqa fon nurlanishi ko'rinadigan bo'ladi va yorqin disk sifatida paydo bo'ladi, qirralarda so'nadi.

Ammo yorug'lik tezligiga yetadigan ob'ekt tomonidan dunyo qanday ko'rinadi? Ma'lumki, fotonlar, uning tarkibiga kiruvchi yorug'lik zarralari shunday tezlikda harakat qiladi. Bu masalada bizga maxsus nisbiylik nazariyasi yordam beradi. Unga ko'ra, jism yorug'lik tezligida o'zboshimchalik bilan uzoq vaqt harakat qilganda, bu jismning harakatiga sarflangan vaqt nolga teng bo'ladi. Oddiy qilib aytganda, agar siz yorug'lik tezligida harakat qilsangiz, u holda kuzatish, ko'rish, ko'rish va hokazo kabi hech qanday harakatni amalga oshirish mumkin emas. Yorug'lik tezligida harakatlanadigan ob'ekt aslida hech narsani ko'rmaydi.

Fotonlar har doim yorug'lik tezligida harakat qiladi. Ular tezlashish va sekinlashish uchun vaqtni behuda sarflamaydilar, shuning uchun ularning butun hayoti ular uchun nol vaqt davom etadi. Agar biz foton bo'lganimizda, tug'ilish va o'lim lahzalarimiz bir-biriga to'g'ri kelgan bo'lardi, ya'ni biz dunyoning umuman mavjudligini tushunmay qolgan bo'lardik. Shuni ta'kidlash kerakki, agar ob'ekt yorug'lik tezligiga tezlashsa, u holda uning barcha mos yozuvlar tizimidagi tezligi yorug'lik tezligiga teng bo'ladi. Mana shunday foto fizika. Maxsus nisbiylik nazariyasini qo'llagan holda, yorug'lik tezligida harakatlanuvchi ob'ekt uchun butun atrofdagi dunyo cheksiz tekislangan ko'rinadi va unda sodir bo'layotgan barcha hodisalar vaqtning bir lahzasida sodir bo'ladi, degan xulosaga kelishimiz mumkin.

Yorug'likning tarqalish tezligi sekundiga 299 792 458 metrni tashkil qiladi, ammo u uzoq vaqt davomida cheklovchi qiymat bo'lishni to'xtatdi. "Futurist" 4 ta nazariyani to'pladi, bu erda yorug'lik endi Mixael Shumaxer emas.

Asli yaponiyalik amerikalik olim, nazariy fizika sohasidagi mutaxassis Michio Kaku yorug'lik tezligini engib o'tishga ishonch hosil qiladi.

Katta portlash

Eng mashhur misol, yorug'lik to'sig'ini engib o'tganda, Michio Kaku Katta portlashni - o'ta tezkor "pop" deb ataydi, bu koinotning kengayishining boshlanishi bo'lib, u yagona holatda edi.

“Hech qanday moddiy ob'ekt yorug'lik to'sig'ini yengib chiqa olmaydi. Ammo bo'sh joy, albatta, yorug'likdan tezroq sayohat qilishi mumkin. Vakuumdan ko'ra bo'sh narsa bo'lishi mumkin emas, ya'ni u yorug'lik tezligidan tezroq kengayishi mumkin», - deya ishonch hosil qiladi olim.

Tungi osmonda chiroq

Agar siz tungi osmonda chiroqni yoritsangiz, u holda koinotning bir qismidan ikkinchisiga o'tadigan, ko'p yorug'lik yillari masofasida joylashgan nur yorug'lik tezligidan tezroq harakat qilishi mumkin. Muammo shundaki, bu holda yorug'likdan tezroq harakat qiladigan moddiy ob'ekt bo'lmaydi. Tasavvur qiling-a, siz diametri bir yorug'lik yili bo'lgan ulkan shar bilan o'ralgansiz. Yorug'lik nurining tasviri, kattaligiga qaramay, bir necha soniya ichida bu shar orqali o'tadi. Ammo faqat nurning tasviri tungi osmonda yorug'likdan tezroq harakatlanishi mumkin, ammo ma'lumot yoki moddiy ob'ekt emas.

kvant chigalligi

Yorug'lik tezligidan tezroq biron bir ob'ekt emas, balki butun hodisa, aniqrog'i, kvant chigalligi deb ataladigan munosabatlar bo'lishi mumkin. Bu ikki yoki undan ortiq ob'ektlarning kvant holatlari o'zaro bog'liq bo'lgan kvant mexanik hodisa. Bir juft kvant chigal fotonlarni olish uchun siz lazerni chiziqli bo'lmagan kristall ustida ma'lum chastota va intensivlik bilan porlashingiz mumkin. Lazer nurlarining tarqalishi natijasida fotonlar ikki xil qutblanish konuslarida paydo bo'ladi, ular orasidagi munosabat kvant chalkashliklari deb ataladi. Demak, kvant chigallashuvi subatomik zarralarning oʻzaro taʼsir qilish usullaridan biri boʻlib, bu bogʻlanish jarayoni yorugʻlikka qaraganda tezroq sodir boʻlishi mumkin.

“Agar ikkita elektron birlashtirilsa, kvant nazariyasiga ko'ra, ular bir xilda tebranadi. Ammo agar bu elektronlar ko'p yorug'lik yillari bilan ajratilsa, ular hali ham bir-biri bilan aloqada bo'lib qoladilar. Agar siz bitta elektronni silkitsangiz, ikkinchisi bu tebranishni his qiladi va bu yorug'lik tezligidan tezroq sodir bo'ladi. Albert Eynshteyn bu hodisa kvant nazariyasini rad etadi, deb o‘ylagan, chunki yorug‘likdan tezroq hech narsa harakatlana olmaydi, lekin aslida u xato qilgan”, — deydi Michio Kaku.

Chuvalchang teshiklari

Yorug'lik tezligini yengish mavzusi ko'plab ilmiy-fantastik filmlarda o'ynaladi. Endi astrofizikadan uzoq bo‘lganlar uchun ham “Yulduzlararo” filmi tufayli “chuvalchang teshigi” iborasi eshitiladi. Bu fazo-vaqt tizimidagi maxsus egrilik, kosmosdagi tunnel bo'lib, ahamiyatsiz vaqt ichida ulkan masofalarni bosib o'tish imkonini beradi.

Bunday egrilik haqida nafaqat film ssenariychilari, balki olimlar ham gapirishadi. Michio Kakuning fikricha, chuvalchang teshigi (chuvalchang teshigi) yoki u ham deyilganidek, qurt teshigi yorug'lik tezligidan tezroq ma'lumot uzatishning ikkita eng real usullaridan biri hisoblanadi.

Materiyadagi o'zgarishlar bilan ham bog'liq bo'lgan ikkinchi yo'l - bu sizning oldingizda bo'shliqning qisqarishi va sizning orqangizdagi kengayishdir. Bu egri bo'shliqda qorong'u materiya tomonidan harakatlantirilsa, yorug'lik tezligidan tezroq harakatlanadigan to'lqin paydo bo'ladi.

Shunday qilib, insonning yorug'lik to'sig'ini engib o'tishni o'rganishi uchun yagona haqiqiy imkoniyat umumiy nisbiylik nazariyasi va makon va vaqtning egriligida bo'lishi mumkin. Biroq, hamma narsa juda qorong'u materiyaga tayanadi: uning aniq mavjudligi yoki yo'qligini hech kim bilmaydi va gijjalar barqarormi.

Texnika fanlari doktori A. GOLUBEV.

O'tgan yilning o'rtalarida jurnallarda shov-shuvli xabar paydo bo'ldi. Bir guruh amerikalik tadqiqotchilar juda qisqa lazer pulsi maxsus tanlangan muhitda vakuumga qaraganda yuzlab marta tezroq harakat qilishini aniqladilar. Bu hodisa mutlaqo aql bovar qilmaydigan bo'lib tuyuldi (muhitdagi yorug'lik tezligi har doim vakuumga qaraganda kamroq) va hatto maxsus nisbiylik nazariyasining haqiqiyligiga shubha tug'dirdi. Shu bilan birga, superlyuminal jismoniy ob'ekt - kuchaytiruvchi muhitdagi lazer zarbasi - birinchi marta 2000 yilda emas, balki 35 yil oldin, 1965 yilda kashf etilgan va 70-yillarning boshlarigacha o'ta yorug'lik harakati ehtimoli keng muhokama qilingan. Bugungi kunda ushbu g'alati hodisa atrofidagi munozaralar yangi kuch bilan avj oldi.

"Superluminal" harakatga misollar.

1960-yillarning boshlarida lazer chirog'ini kvant kuchaytirgich (teskari populyatsiyaga ega muhit) orqali o'tkazish orqali yuqori quvvatli qisqa yorug'lik impulslari olina boshladi.

Kuchaytiruvchi muhitda yorug'lik impulsining boshlang'ich hududi kuchaytiruvchi muhitda atomlarning stimulyatsiyalangan emissiyasini keltirib chiqaradi va uning yakuniy mintaqasi ular tomonidan energiyani yutishini keltirib chiqaradi. Natijada, kuzatuvchiga puls yorug'likdan tezroq harakat qilayotgani ko'rinadi.

Lijun Vong tajribasi.

Shaffof material (masalan, shisha) prizmasidan o'tgan yorug'lik nuri sinadi, ya'ni dispersiyani boshdan kechiradi.

Yorug'lik impulsi - bu turli chastotalardagi tebranishlar to'plami.

Ehtimol, hamma - hatto fizikadan uzoq odamlar ham - moddiy ob'ektlar harakatining maksimal mumkin bo'lgan tezligi yoki har qanday signallarning tarqalishi vakuumdagi yorug'lik tezligi ekanligini biladi. U harf bilan belgilanadi dan va sekundiga deyarli 300 ming kilometrni tashkil etadi; aniq qiymat dan= 299 792 458 m/s. Vakuumdagi yorug'lik tezligi asosiy fizik konstantalardan biridir. Tezlikdan oshib ketishning mumkin emasligi dan, Eynshteynning maxsus nisbiylik nazariyasidan (SRT) kelib chiqadi. Agar signallarni o'ta yorug'lik tezligi bilan uzatish mumkinligini isbotlash mumkin bo'lsa, nisbiylik nazariyasi qulab tushardi. dan yuqori tezlik mavjudligi haqidagi taqiqni rad etishga ko'plab urinishlarga qaramay, hozirgacha bu sodir bo'lmadi. dan. Biroq, yaqinda o'tkazilgan eksperimental tadqiqotlarda ba'zi juda qiziqarli hodisalar aniqlandi, ular maxsus yaratilgan sharoitlarda nisbiylik nazariyasi tamoyillarini buzmasdan o'ta yorug'lik tezligini kuzatish mumkinligini ko'rsatmoqda.

Boshlash uchun yorug'lik tezligi muammosi bilan bog'liq asosiy jihatlarni eslaylik. Avvalo: nima uchun (normal sharoitda) yorug'lik chegarasidan oshib ketish mumkin emas? Chunki u holda bizning dunyomizning asosiy qonuni - sabablar qonuni buziladi, unga ko'ra ta'sir sababdan oshib ketolmaydi. Masalan, ayiq avval yiqilib o‘lganini, keyin esa ovchi otib o‘q uzganini hech kim kuzatmagan. dan yuqori tezlikda dan, voqealar ketma-ketligi teskari bo'ladi, vaqt lentasi orqaga aylanadi. Buni quyidagi oddiy dalil orqali tekshirish oson.

Faraz qilaylik, biz yorug'likdan tezroq harakatlanadigan qandaydir kosmik mo''jizaviy kemadamiz. Keyin biz asta-sekin manba tomonidan chiqarilgan yorug'likni oldingi va oldingi nuqtalarda ushlaymiz. Birinchidan, biz, aytaylik, kecha, keyin - kechagi kun, keyin - bir hafta, bir oy, bir yil oldin va hokazo chiqarilgan fotonlarni ushlaymiz. Agar yorug'lik manbai hayotni aks ettiruvchi ko'zgu bo'lsa, biz avval kechagi voqealarni, keyin kechagi kunni va hokazolarni ko'rar edik. Biz, deylik, asta-sekin o‘rta yoshli odamga, so‘ngra yigitga, yoshlikka, bolalikka aylanib borayotgan cholni ko‘rar edik... Ya’ni, vaqt ortga qaytadi, biz hozirgi zamonga o‘tardik. o'tgan. Keyin sabab va ta'sir teskari bo'ladi.

Garchi bu dalil yorug'likni kuzatish jarayonining texnik tafsilotlarini butunlay e'tibordan chetda qoldirsa-da, fundamental nuqtai nazardan, u o'ta yorug'lik tezligidagi harakat bizning dunyomizda imkonsiz bo'lgan vaziyatga olib kelishini aniq ko'rsatib beradi. Biroq, tabiat yanada qattiqroq shartlarni qo'ydi: harakat nafaqat superlyuminal tezlikda, balki yorug'lik tezligiga teng tezlikda ham amalga oshirilmaydi - siz unga faqat yaqinlashishingiz mumkin. Nisbiylik nazariyasidan kelib chiqadiki, harakat tezligining oshishi bilan uchta holat yuzaga keladi: harakatlanuvchi jismning massasi ortadi, uning hajmi harakat yo'nalishi bo'yicha kamayadi va bu ob'ektda vaqt o'tishi sekinlashadi (dan. tashqi "dam oluvchi" kuzatuvchining nuqtai nazari). Oddiy tezliklarda bu o'zgarishlar ahamiyatsiz, ammo yorug'lik tezligiga yaqinlashganda, ular tobora ko'proq seziladi va chegarada - teng tezlikda. dan, - massa cheksiz katta bo'ladi, ob'ekt harakat yo'nalishi bo'yicha o'z hajmini butunlay yo'qotadi va vaqt uning ustida to'xtaydi. Shuning uchun hech qanday moddiy jism yorug'lik tezligiga erisha olmaydi. Faqat yorug'likning o'zida shunday tezlik bor! (Shuningdek, "barcha kirib boradigan" zarracha - neytrino, xuddi foton kabi, undan past tezlikda harakat qila olmaydi. dan.)

Endi signal uzatish tezligi haqida. Bu erda yorug'likning elektromagnit to'lqinlar ko'rinishidagi tasviridan foydalanish maqsadga muvofiqdir. Signal nima? Bu uzatilishi kerak bo'lgan ba'zi ma'lumotlar. Ideal elektromagnit to'lqin - bu qat'iy bir chastotali cheksiz sinusoid va u hech qanday ma'lumotni olib yura olmaydi, chunki bunday sinusoidning har bir davri avvalgisini aniq takrorlaydi. Sinus to'lqinining fazasi harakatlanadigan tezlik - faza tezligi deb ataladi - ma'lum sharoitlarda vakuumdagi yorug'lik tezligidan oshib ketishi mumkin. Bu erda hech qanday cheklovlar yo'q, chunki faza tezligi signal tezligi emas - u hali mavjud emas. Signalni yaratish uchun siz to'lqinda qandaydir "belgi" qilishingiz kerak. Bunday belgi, masalan, to'lqin parametrlarining har qanday o'zgarishi - amplituda, chastota yoki boshlang'ich faza bo'lishi mumkin. Ammo belgi qo'yish bilanoq, to'lqin sinusoidalligini yo'qotadi. U modulyatsiyalangan bo'lib, turli amplitudalar, chastotalar va boshlang'ich fazalarga ega bo'lgan oddiy sinusoidal to'lqinlar to'plamidan - to'lqinlar guruhidan iborat. Modulyatsiyalangan to'lqindagi belgining harakat tezligi signal tezligidir. Muhitda tarqalayotganda, bu tezlik odatda yuqoridagi to'lqinlar guruhining tarqalishini tavsiflovchi guruh tezligiga to'g'ri keladi (qarang: "Fan va hayot" 2000 yil № 2). Oddiy sharoitlarda guruh tezligi va shuning uchun signal tezligi vakuumdagi yorug'lik tezligidan kamroq bo'ladi. Bu erda "normal sharoitda" iborasi qo'llanilishi tasodif emas, chunki ba'zi hollarda guruh tezligi ham oshib ketishi mumkin. dan yoki hatto ma'nosini yo'qotadi, lekin keyin signal tarqalishiga taalluqli emas. dan yuqori tezlikda signalni uzatish mumkin emasligi SRTda belgilangan dan.

Nega bunday? dan katta tezlikda har qanday signalni uzatish uchun to'siq, chunki dan bir xil sabablar qonuni amal qiladi. Keling, bunday vaziyatni tasavvur qilaylik. A nuqtada yorug'lik chirog'i (1-hodisa) ma'lum bir radio signalini yuboradigan qurilmani yoqadi va uzoq B nuqtasida ushbu radio signali ta'sirida portlash sodir bo'ladi (2-hodisa). 1-hodisa (chaqmoq) sabab, 2-hodisa (portlash) esa sababdan kechroq sodir bo'lgan ta'sir ekanligi aniq. Ammo agar radio signal superlyuminal tezlikda tarqalsa, B nuqtasi yaqinidagi kuzatuvchi avval portlashni ko'radi va shundan keyingina unga tezlik bilan etib boradi. dan yorug'lik chaqnashi, portlash sababi. Boshqacha qilib aytganda, bu kuzatuvchi uchun 2-hodisa 1-hodisadan oldin sodir bo'lgan bo'lar edi, ya'ni ta'sir sababdan oldin sodir bo'ladi.

Shuni ta'kidlash joizki, nisbiylik nazariyasining "superlyuminal taqiqi" faqat moddiy jismlarning harakatiga va signallarni uzatishga yuklanadi. Ko'p holatlarda har qanday tezlikda harakat qilish mumkin, ammo bu nomoddiy ob'ektlar va signallarning harakati bo'ladi. Masalan, bir xil tekislikda yotgan ikkita ancha uzun o'lchagichni tasavvur qiling, ulardan biri gorizontal holatda, ikkinchisi esa uni kichik burchak ostida kesib o'tadi. Agar birinchi chiziq pastga (o'q bilan ko'rsatilgan yo'nalishda) yuqori tezlikda harakatlansa, chiziqlarning kesishish nuqtasini o'zboshimchalik bilan tez yugurish uchun qilish mumkin, ammo bu nuqta moddiy tana emas. Yana bir misol: agar siz chiroqni (yoki aytaylik, tor nurni beruvchi lazerni) olib, havodagi yoyni tezda tasvirlasangiz, yorug'lik nuqtasining chiziqli tezligi masofa bilan ortadi va etarlicha katta masofada, oshib ketadi dan. Yorug'lik nuqtasi A va B nuqtalari o'rtasida o'ta yorug'lik tezligida harakat qiladi, lekin bu A dan B ga signal uzatilishi bo'lmaydi, chunki bunday yorug'lik nuqtasi A nuqta haqida hech qanday ma'lumotga ega emas.

Superluminal tezliklar masalasi hal qilinganga o'xshaydi. Ammo 20-asrning 60-yillarida nazariy fiziklar takyonlar deb ataladigan superlyuminal zarralar mavjudligi haqidagi farazni ilgari surdilar. Bular juda g'alati zarralar: ular nazariy jihatdan mumkin, ammo nisbiylik nazariyasi bilan ziddiyatlarga yo'l qo'ymaslik uchun ularga xayoliy dam olish massasini belgilash kerak edi. Jismoniy xayoliy massa mavjud emas, u sof matematik mavhumlikdir. Biroq, bu unchalik tashvish tug'dirmadi, chunki taxionlar tinch holatda bo'lolmaydi - ular (agar ular mavjud bo'lsa!) faqat vakuumdagi yorug'lik tezligidan yuqori tezlikda mavjud bo'lib, bu holda taxionning massasi haqiqiy bo'lib chiqadi. Bu erda fotonlarga o'xshashlik mavjud: fotonning tinch massasi nolga teng, ammo bu shunchaki foton tinch holatda bo'lolmasligini anglatadi - yorug'likni to'xtatib bo'lmaydi.

Eng qiyin narsa, kutilganidek, taxion gipotezasini sabablar qonuni bilan moslashtirish edi. Bu yo'nalishda qilingan urinishlar, ular juda mohir bo'lsa ham, aniq muvaffaqiyatga olib kelmadi. Taxyonlarni ham hech kim eksperimental qayd eta olmadi. Natijada, superluminal elementar zarralar sifatida takionlarga bo'lgan qiziqish asta-sekin yo'qoldi.

Biroq, 60-yillarda bir hodisa eksperimental ravishda kashf qilindi, bu dastlab fiziklarni chalkashtirib yubordi. Bu haqda A. N. Oraevskiyning "Superluminal to'lqinlar kuchaytiruvchi muhitda" (UFN No 12, 1998) maqolasida batafsil tavsiflangan. Bu erda biz tafsilotlarga qiziqqan o'quvchini ushbu maqolaga havola qilib, masalaning mohiyatini qisqacha bayon qilamiz.

Lazerlar kashf etilganidan ko'p o'tmay, 1960-yillarning boshlarida, qisqa (1 ns = 10 -9 s tartibdagi davomiylik bilan) yuqori quvvatli yorug'lik impulslarini olish muammosi paydo bo'ldi. Buning uchun optik kvant kuchaytirgich orqali qisqa lazer zarbasi o'tkazildi. Puls nurni ajratuvchi oyna tomonidan ikki qismga bo'lingan. Ulardan biri, kuchliroq, kuchaytirgichga yuborildi, ikkinchisi esa havoda tarqaldi va mos yozuvlar impulsi bo'lib xizmat qildi, bu bilan kuchaytirgichdan o'tgan impulsni solishtirish mumkin edi. Ikkala impuls ham fotodetektorlarga yuborilgan va ularning chiqish signallari osiloskop ekranida vizual tarzda kuzatilishi mumkin edi. Kuchaytirgichdan o'tadigan yorug'lik impulsi mos yozuvlar impulsiga nisbatan unda biroz kechikish bo'lishi kutilgan edi, ya'ni kuchaytirgichda yorug'lik tarqalish tezligi havodagidan kamroq bo'ladi. Impuls kuchaytirgich orqali nafaqat havodagidan, balki vakuumdagi yorug'lik tezligidan ham bir necha baravar yuqori tezlikda tarqalishini kashf qilgan tadqiqotchilarni hayratda qoldirdi!

Birinchi zarbadan qutulgach, fiziklar bunday kutilmagan natijaning sababini izlay boshladilar. Maxsus nisbiylik nazariyasi tamoyillariga hech kimda zarracha shubha yo'q edi va bu to'g'ri tushuntirishni topishga yordam berdi: agar SRT tamoyillari saqlanib qolsa, javobni kuchaytiruvchi vositaning xususiyatlaridan izlash kerak. .

Bu erda batafsil ma'lumot bermasdan, biz faqat kuchaytiruvchi vositaning ta'sir mexanizmini batafsil tahlil qilish vaziyatni to'liq aniqlab berganligini ta'kidlaymiz. Gap pulsning tarqalishi paytida fotonlar kontsentratsiyasining o'zgarishi edi - bu vosita allaqachon bo'lganda, impulsning orqa qismidan o'tish paytida muhitning daromadining salbiy qiymatgacha o'zgarishi tufayli o'zgarish. energiyani o'zlashtiradi, chunki yorug'lik impulsiga o'tishi tufayli o'z zaxirasi allaqachon tugagan. Absorbsiya impulsning kuchayishiga emas, balki pasayishiga olib keladi va shu bilan impuls old tomondan mustahkamlanadi va uning orqasida zaiflashadi. Tasavvur qilaylik, impulsni kuchaytirgich muhitida yorug'lik tezligida harakatlanuvchi asbob yordamida kuzatamiz. Agar vosita shaffof bo'lsa, biz harakatsizlikda muzlatilgan impulsni ko'rar edik. Yuqorida aytib o'tilgan jarayon sodir bo'lgan muhitda impulsning oldingi chetining kuchayishi va orqa tomonining zaiflashishi kuzatuvchiga shunday ko'rinadiki, vosita, go'yo, pulsni oldinga siljitgan. . Ammo qurilma (kuzatuvchi) yorug'lik tezligida harakat qilgani va impuls uni bosib o'tganligi sababli, impuls tezligi yorug'lik tezligidan oshib ketadi! Aynan mana shu effekt eksperimentchilar tomonidan qayd etilgan. Va bu erda haqiqatan ham nisbiylik nazariyasi bilan hech qanday ziddiyat yo'q: shunchaki kuchaytirish jarayoni shundayki, avvalroq chiqqan fotonlarning kontsentratsiyasi keyinroq paydo bo'lganidan ko'ra ko'proq bo'ladi. Bu o'ta yorug'lik tezligida harakatlanadigan fotonlar emas, balki osiloskopda kuzatiladigan pulsning konvertida, xususan uning maksimal darajasida.

Shunday qilib, oddiy muhitda yorug'likning zaiflashishi va uning tezligining sinishi ko'rsatkichi bilan belgilanadigan pasayishi doimo bo'lsa, faol lazer muhitida nafaqat yorug'likning kuchayishi, balki o'ta yorug'lik tezligi bilan impulsning tarqalishi ham kuzatiladi.

Ba'zi fiziklar kvant mexanikasidagi eng hayratlanarli hodisalardan biri bo'lgan tunnel effektida superlyuminal harakat mavjudligini eksperimental tarzda isbotlashga harakat qilishdi. Bu taʼsir shundan iboratki, mikrozarracha (aniqrogʻi, har xil sharoitlarda ham zarracha xossalarini, ham toʻlqin xossalarini namoyon etuvchi mikroobʼyekt) potentsial toʻsiq deb ataladigan toʻsiqdan oʻtib keta oladi – bu mutlaqo mumkin boʻlmagan hodisa. klassik mexanikada (bunday holat shunga o'xshash bo'lar edi: devorga tashlangan to'p devorning narigi tomonida tugaydi yoki devorga bog'langan arqon tomonidan berilgan to'lqinli harakat arqonga uzatiladi. boshqa tarafdagi devor). Kvant mexanikasidagi tunnel effektining mohiyati quyidagicha. Agar ma'lum energiyaga ega bo'lgan mikroob'ekt o'z yo'lida potentsial energiyasi mikroob'ektning energiyasidan ortiq bo'lgan maydonga duch kelsa, bu maydon uning uchun to'siq bo'lib, balandligi energiya farqi bilan belgilanadi. Ammo mikro-ob'ekt to'siqdan "oqib chiqadi"! Bu imkoniyat unga energiya va o'zaro ta'sir vaqti uchun yozilgan taniqli Heisenberg noaniqlik munosabati bilan berilgan. Agar mikroob'ektning to'siq bilan o'zaro ta'siri etarlicha ma'lum vaqt davomida sodir bo'lsa, u holda mikroob'ektning energiyasi, aksincha, noaniqlik bilan tavsiflanadi va agar bu noaniqlik to'siq balandligi tartibida bo'lsa, u holda mikroob'ektning energiyasi, aksincha, noaniqlik bilan tavsiflanadi. keyin ikkinchisi mikro-ob'ekt uchun engib bo'lmaydigan to'siq bo'lishdan to'xtaydi. Aynan potentsial to'siqdan o'tish tezligi bir qator fiziklarning tadqiqot ob'ektiga aylangan va u oshib ketishi mumkin deb hisoblaydi. dan.

1998 yil iyun oyida Kyolnda o'ta yorug'lik harakati muammolari bo'yicha xalqaro simpozium bo'lib o'tdi, unda to'rtta laboratoriyada - Berkli, Vena, Kyoln va Florensiyada olingan natijalar muhokama qilindi.

Va nihoyat, 2000 yilda superlyuminal tarqalish effektlari paydo bo'lgan ikkita yangi tajriba haqida xabar berildi. Ulardan biri Lijun Vong va Prinstondagi (AQSh) tadqiqot institutidagi hamkasblari tomonidan amalga oshirilgan. Uning natijasi shundaki, seziy bug'i bilan to'ldirilgan kameraga kiruvchi yorug'lik impulsi uning tezligini 300 marta oshiradi. Ma'lum bo'lishicha, pulsning asosiy qismi old devor orqali kameraga kirishdan oldin ham kameraning uzoq devorini tark etadi. Bunday holat nafaqat sog'lom fikrga, balki mohiyatan nisbiylik nazariyasiga ham ziddir.

L. Vongning ma'ruzasi fiziklar orasida qizg'in munozaralarga sabab bo'ldi, ularning aksariyati olingan natijalarda nisbiylik tamoyillarining buzilishini ko'rishga moyil emas. Ularning fikricha, muammo bu tajribani to'g'ri tushuntirishdir.

L. Vong tajribasida seziy bug'i bilan kameraga kiruvchi yorug'lik impulsi taxminan 3 mks davom etgan. Seziy atomlari o'n oltita mumkin bo'lgan kvant mexanik holatda bo'lishi mumkin, ular "asosiy holatning yuqori nozik magnit pastki darajalari" deb ataladi. Optik lazerli nasos yordamida deyarli barcha atomlar Kelvin shkalasi bo'yicha deyarli mutlaq nol haroratga (-273,15 o C) mos keladigan o'n oltita holatdan faqat bittasiga keltirildi. Seziy kamerasining uzunligi 6 santimetr edi. Vakuumda yorug'lik 0,2 ns tezlikda 6 santimetrga o'tadi. O'lchovlar ko'rsatdiki, yorug'lik impulsi vakuumga qaraganda 62 ns qisqa vaqt ichida seziy bilan kameradan o'tdi. Boshqacha qilib aytganda, impulsning seziy muhiti orqali o'tish vaqti "minus" belgisiga ega! Haqiqatan ham, agar biz 0,2 ns dan 62 nsni olib tashlasak, biz "salbiy" vaqtni olamiz. O'rtadagi bu "salbiy kechikish" - tushunarsiz vaqt sakrashi - vakuumda kamera orqali zarba 310 marta o'tish vaqtiga teng. Ushbu "vaqtning teskari o'zgarishi" ning oqibati shundaki, kameradan chiqib ketayotgan impuls, kiruvchi impuls kameraning yaqin devoriga etib borgunga qadar undan 19 metrga uzoqlasha oldi. Bunday aql bovar qilmaydigan vaziyatni qanday izohlash mumkin (agar, albatta, tajribaning tozaligiga shubha bo'lmasa)?

Olingan munozaralarga ko'ra, aniq tushuntirish hali topilmadi, ammo bu erda muhitning g'ayrioddiy dispersiya xususiyatlari muhim rol o'ynashiga shubha yo'q: lazer nuri bilan qo'zg'atilgan atomlardan tashkil topgan seziy bug'i. anomal dispersiya. Keling, bu nima ekanligini qisqacha eslaylik.

Moddaning dispersiyasi faza (oddiy) sindirish ko'rsatkichiga bog'liqlikdir n yorug'likning to'lqin uzunligi bo'yicha l. Oddiy dispersiyada to'lqin uzunligining kamayishi bilan sinishi ko'rsatkichi ortadi va bu shisha, suv, havo va yorug'lik uchun shaffof bo'lgan barcha boshqa moddalarda sodir bo'ladi. Yorug'likni kuchli singdiruvchi moddalarda to'lqin uzunligining o'zgarishi bilan sindirish ko'rsatkichi kursi teskari bo'ladi va ancha tik bo'ladi: l ning pasayishi bilan (chastota w ortishi), sinishi ko'rsatkichi keskin kamayadi va to'lqin uzunligining ma'lum diapazonida kamroq bo'ladi. birlikdan (faza tezligi V f > dan). Bu anomal dispersiya bo'lib, bunda moddada yorug'likning tarqalish sxemasi tubdan o'zgaradi. guruh tezligi V cp to'lqinlarning faza tezligidan kattaroq bo'ladi va vakuumdagi yorug'lik tezligidan oshib ketishi mumkin (shuningdek, salbiy bo'ladi). L. Vong o'z eksperimenti natijalarini tushuntirish imkoniyatining asosi sifatida ushbu holatni ko'rsatadi. Biroq, shuni ta'kidlash kerakki, shart V gr > dan sof rasmiydir, chunki guruh tezligi tushunchasi kichik (normal) dispersiya holati uchun, shaffof muhit uchun, to'lqinlar guruhi tarqalish vaqtida deyarli o'z shaklini o'zgartirmaganda kiritilgan. Anomaliya dispersiyali hududlarda esa yorug'lik impulsi tez deformatsiyalanadi va guruh tezligi tushunchasi o'z ma'nosini yo'qotadi; bunda signal tezligi va energiya tarqalish tezligi tushunchalari kiritiladi, ular shaffof muhitda guruh tezligiga to'g'ri keladi, yutilishli muhitda esa vakuumdagi yorug'lik tezligidan kamroq bo'lib qoladi. Ammo Vong tajribasining qiziq tomoni shundaki: anomal dispersiyali muhitdan o‘tuvchi yorug‘lik impulsi deformatsiyalanmaydi – u o‘z shaklini aniq saqlaydi! Va bu impuls guruh tezligi bilan tarqaladi degan taxminga mos keladi. Ammo agar shunday bo'lsa, unda muhitda yutilish yo'qligi ma'lum bo'ladi, garchi muhitning anomal dispersiyasi aynan yutilish bilan bog'liq! Vongning o'zi ko'p narsa noaniqligini tan olib, uning eksperimental qurilmasida nima sodir bo'layotganini birinchi taxmin sifatida quyidagicha aniq tushuntirish mumkin, deb hisoblaydi.

Yorug'lik impulsi turli to'lqin uzunliklari (chastotalari) bo'lgan ko'plab komponentlardan iborat. Rasmda ushbu komponentlardan uchtasi ko'rsatilgan (1-3 to'lqinlar). Bir nuqtada barcha uch to'lqin fazada (ularning maksimallari mos keladi); bu erda ular qo'shib, bir-birini mustahkamlaydi va impuls hosil qiladi. To'lqinlar kosmosda ko'proq tarqalayotganda, ular fazadan tashqarida bo'ladi va shu tariqa bir-birini "o'chiradi".

Anormal dispersiya hududida (seziy hujayrasi ichida) qisqaroq bo'lgan to'lqin (1-to'lqin) uzunroq bo'ladi. Aksincha, uchta to'lqinning eng uzuni bo'lgan to'lqin (3-to'lqin) eng qisqasi bo'ladi.

Binobarin, to'lqinlarning fazalari ham shunga mos ravishda o'zgaradi. To'lqinlar seziy hujayrasidan o'tgandan so'ng, ularning to'lqin old tomonlari tiklanadi. Anomaliya dispersiyasi bo'lgan moddada g'ayrioddiy fazali modulyatsiyadan o'tib, ko'rib chiqilgan uchta to'lqin yana bir nuqtada o'zlarini fazada topadi. Bu erda ular yana qo'shiladi va seziy muhitiga kiradigan shakldagi pulsni hosil qiladi.

Odatda havoda va haqiqatan ham har qanday normal dispers shaffof muhitda yorug'lik impulsi uzoq masofaga tarqalayotganda o'z shaklini aniq saqlay olmaydi, ya'ni uning barcha komponentlari tarqalish yo'li bo'ylab har qanday uzoq nuqtada fazada bo'lolmaydi. Va normal sharoitda, bunday uzoq nuqtada yorug'lik zarbasi bir muncha vaqt o'tgach paydo bo'ladi. Biroq, tajribada qo'llaniladigan muhitning anomal xususiyatlari tufayli, masofaviy nuqtadagi puls xuddi shu muhitga kirganda bo'lgani kabi bosqichma-bosqich bo'lib chiqdi. Shunday qilib, yorug'lik impulsi o'zini uzoq nuqtaga yo'lda salbiy vaqt kechikishiga ega bo'lgandek tutadi, ya'ni u muhitdan o'tganidan keyin kech emas, balki ertaroq kelgan bo'lar edi!

Aksariyat fiziklar bu natijani kameraning dispersiv muhitida past intensivlikdagi prekursor paydo bo'lishi bilan bog'lashga moyil. Gap shundaki, impulsning spektral parchalanishida spektrda impulsning "asosiy qismi" dan oldinda ketadigan prekursor deb ataladigan ahamiyatsiz amplitudali o'zboshimchalik bilan yuqori chastotalar komponentlari mavjud. O'rnatishning tabiati va prekursorning shakli muhitdagi dispersiya qonuniga bog'liq. Shuni hisobga olib, Vong tajribasidagi voqealar ketma-ketligini quyidagicha talqin qilish taklif etiladi. Kiruvchi to'lqin o'z oldidagi xabarchini "cho'zadi" va kameraga yaqinlashadi. Kiruvchi to'lqinning cho'qqisi kameraning yaqin devoriga tushishidan oldin, prekursor kamerada puls paydo bo'lishini boshlaydi, u uzoq devorga etib boradi va undan aks etadi va "teskari to'lqin" hosil qiladi. Bu to'lqin 300 marta tezroq tarqaladi dan, yaqin devorga etib boradi va kiruvchi to'lqin bilan uchrashadi. Bir to'lqinning cho'qqilari boshqasining cho'qqilariga to'g'ri keladi, shunda ular bir-birini yo'q qiladi va hech narsa qolmaydi. Ma'lum bo'lishicha, kiruvchi to'lqin kameraning boshqa uchida energiyani "qarz olgan" seziy atomlariga "qarzni qaytaradi". Tajribaning faqat boshi va oxirini kuzatgan odam vaqt o'tishi bilan oldinga "sakrab" tezroq harakatlanadigan yorug'lik zarbasini ko'radi. dan.

L. Vong uning tajribasi nisbiylik nazariyasiga mos kelmaydi, deb hisoblaydi. Superluminal tezlikka erishib bo'lmasligi haqidagi bayonot, uning fikricha, faqat tinch massaga ega bo'lgan narsalarga tegishli. Yorug'lik massa tushunchasi umuman qo'llanilmaydigan to'lqinlar shaklida yoki ma'lumki, nolga teng bo'lgan tinch massali fotonlar shaklida ifodalanishi mumkin. Shuning uchun, Vongga ko'ra, vakuumdagi yorug'lik tezligi chegara emas. Shunga qaramay, Vong tan oladiki, u kashf etgan effekt ma'lumotni yuqori tezlikda uzatishga imkon bermaydi. dan.

"Bu yerdagi ma'lumotlar impulsning oldingi qismida allaqachon mavjud," deydi P. Milonni, Amerika Qo'shma Shtatlaridagi Los Alamos milliy laboratoriyasi fizikasi.

Aksariyat fiziklarning fikricha, yangi ish fundamental printsiplarga jiddiy zarba bermaydi. Ammo hamma fiziklar muammo hal qilinganiga ishonishmaydi. 2000 yilda yana bir qiziqarli tajriba o'tkazgan italiyalik tadqiqot guruhidan professor A. Ranfagnining aytishicha, bu savol haligacha ochiq. Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni va Rokko Ruggeri tomonidan o'tkazilgan ushbu tajriba santimetr to'lqinli radio to'lqinlarning oddiy havoda yuqori tezlikda tarqalishini aniqladi. dan 25% ga.

Xulosa qilib, biz quyidagilarni aytishimiz mumkin. So'nggi yillardagi ishlar shuni ko'rsatadiki, ma'lum sharoitlarda superlyuminal tezlik haqiqatan ham sodir bo'lishi mumkin. Lekin superlyuminal tezlikda aynan nima harakatlanmoqda? Nisbiylik nazariyasi, yuqorida aytib o'tilganidek, bunday tezlikni moddiy jismlar va ma'lumot tashuvchi signallar uchun taqiqlaydi. Shunga qaramay, ba'zi tadqiqotchilar signallar uchun yorug'lik to'sig'ini engib o'tishni ko'rsatishga urinishlarida juda qat'iyatli. Buning sababi shundaki, maxsus nisbiylik nazariyasida signallarni yuqori tezlikda uzatish mumkin emasligi uchun qat'iy matematik asoslar (masalan, elektromagnit maydon uchun Maksvell tenglamalari asosida) mavjud emas. dan. SRTda bunday imkonsizlik Eynshteynning tezliklarni qo'shish formulasiga asoslanib, sof arifmetik tarzda o'rnatilishi mumkin, ammo bu asosli ravishda nedensellik printsipi bilan tasdiqlangan. Eynshteynning o'zi, o'ta yorug'lik signalini uzatish masalasini ko'rib chiqib, bu holda "... biz signal uzatish mexanizmini ko'rib chiqishga majburmiz, undan foydalanganda erishilgan harakat sababdan oldin bo'ladi. Biroq, bu faqat mantiqiy natijadan kelib chiqadi. nuqtai nazar o'zida, menimcha, hech qanday qarama-qarshiliklarni o'z ichiga olmaydi, lekin shunga qaramay, u bizning barcha tajribamizning xarakteriga shunchalik zid keladiki, taxmin qilishning iloji yo'q. V > c yetarlicha isbotlangan ko‘rinadi." Sabablik printsipi superlyuminal signalni uzatishning mumkin emasligi asosini tashkil etuvchi asosdir. Va bu tosh, aftidan, eksperimentchilar qanchalik ko'p aniqlashni xohlamasin, istisnosiz, superlyuminal signallarni qidirishda qoqiladi. signallari, chunki bu bizning dunyomizning tabiati.

Xulosa qilib shuni ta'kidlash kerakki, yuqorida aytilganlarning barchasi bizning dunyomizga, bizning koinotimizga tegishli. Bunday rezervlash, chunki yaqinda astrofizika va kosmologiyada topologik tunnellar - jumperlar bilan bog'langan ko'plab olamlarning mavjudligiga imkon beruvchi yangi farazlar paydo bo'ldi. Bu nuqtai nazarni, masalan, taniqli astrofizik N. S. Kardashev ham qo'shadi. Tashqi kuzatuvchi uchun bu tunnellarga kirishlar qora tuynuklarga o'xshash anomal tortishish maydonlari bilan belgilanadi. Gipoteza mualliflari taklif qilganidek, bunday tunnellardagi harakatlar oddiy kosmosda yorug'lik tezligi bilan qo'yilgan harakat tezligi chegarasini chetlab o'tishga imkon beradi va natijada tunnel yaratish g'oyasini amalga oshiradi. vaqt mashinasi... narsalar. Garchi hozirgi kunga qadar bunday farazlar ilmiy fantastika syujetlarini juda eslatib tursa-da, moddiy dunyo tuzilishining ko'p elementli modelining fundamental imkoniyatini qat'iyan rad etish qiyin. Yana bir narsa shundaki, boshqa barcha olamlar, ehtimol, bizning koinotimizda yashovchi va o'z fikrlari kuchi bilan biz uchun yopiq olamlarni topishga harakat qilayotgan nazariy fiziklarning sof matematik konstruktsiyalari bo'lib qoladi ...

Xuddi shu mavzuda xonada ko'ring

FTL sayohati kosmik ilmiy fantastika asoslaridan biridir. Biroq, ehtimol hamma - hatto fizikadan uzoq odamlar ham - moddiy ob'ektlar harakatining maksimal mumkin bo'lgan tezligi yoki har qanday signallarning tarqalishi vakuumdagi yorug'lik tezligi ekanligini biladi. U c harfi bilan belgilanadi va sekundiga deyarli 300 ming kilometrni tashkil qiladi; aniq qiymat c = 299 792 458 m / s.

Vakuumdagi yorug'lik tezligi asosiy fizik konstantalardan biridir. c dan yuqori tezlikka erishishning mumkin emasligi Eynshteynning maxsus nisbiylik nazariyasidan (SRT) kelib chiqadi. Agar signallarni o'ta yorug'lik tezligi bilan uzatish mumkinligini isbotlash mumkin bo'lsa, nisbiylik nazariyasi qulab tushardi. Hozircha, c dan katta tezliklar mavjudligi haqidagi taqiqni rad etishga ko'plab urinishlarga qaramay, bu sodir bo'lmadi. Biroq, yaqinda o'tkazilgan eksperimental tadqiqotlarda ba'zi juda qiziqarli hodisalar aniqlandi, ular maxsus yaratilgan sharoitlarda nisbiylik nazariyasi tamoyillarini buzmasdan o'ta yorug'lik tezligini kuzatish mumkinligini ko'rsatmoqda.

Boshlash uchun yorug'lik tezligi muammosi bilan bog'liq asosiy jihatlarni eslaylik.

Avvalo: nima uchun (normal sharoitda) yorug'lik chegarasidan oshib ketish mumkin emas? Chunki u holda bizning dunyomizning asosiy qonuni - sabablar qonuni buziladi, unga ko'ra ta'sir sababdan oshib ketolmaydi. Masalan, ayiq avval yiqilib o‘lganini, keyin esa ovchi otib o‘q uzganini hech kim kuzatmagan. c dan yuqori tezlikda hodisalar ketma-ketligi teskari bo'ladi, vaqt lentasi orqaga qaytariladi. Buni quyidagi oddiy dalil orqali tekshirish oson.

Garchi bu dalil yorug'likni kuzatish jarayonining texnik tafsilotlarini butunlay e'tibordan chetda qoldirsa-da, fundamental nuqtai nazardan, u o'ta yorug'lik tezligidagi harakat bizning dunyomizda imkonsiz bo'lgan vaziyatga olib kelishini aniq ko'rsatib beradi. Biroq, tabiat yanada qattiqroq shartlarni qo'ydi: harakat nafaqat superlyuminal tezlikda, balki yorug'lik tezligiga teng tezlikda ham amalga oshirilmaydi - siz unga faqat yaqinlashishingiz mumkin. Nisbiylik nazariyasidan kelib chiqadiki, harakat tezligining oshishi bilan uchta holat yuzaga keladi: harakatlanuvchi jismning massasi ortadi, uning hajmi harakat yo'nalishi bo'yicha kamayadi va bu ob'ektda vaqt o'tishi sekinlashadi (dan. tashqi "dam oluvchi" kuzatuvchining nuqtai nazari). Oddiy tezliklarda bu o'zgarishlar ahamiyatsiz, ammo yorug'lik tezligiga yaqinlashganda, ular tobora ko'proq seziladi va chegarada - c ga teng tezlikda - massa cheksiz kattalashadi, ob'ekt o'z hajmini butunlay yo'qotadi. harakat yo'nalishi va vaqt uning ustida to'xtaydi. Shuning uchun hech qanday moddiy jism yorug'lik tezligiga erisha olmaydi. Faqat yorug'likning o'zida shunday tezlik bor! (Shuningdek, "barcha kirib boradigan" zarracha - neytrino, xuddi foton kabi, c dan past tezlikda harakat qila olmaydi.)

Endi signal uzatish tezligi haqida. Bu erda yorug'likning elektromagnit to'lqinlar ko'rinishidagi tasviridan foydalanish maqsadga muvofiqdir. Signal nima? Bu uzatilishi kerak bo'lgan ba'zi ma'lumotlar. Ideal elektromagnit to'lqin - bu qat'iy bir chastotali cheksiz sinusoid va u hech qanday ma'lumotni olib yura olmaydi, chunki bunday sinusoidning har bir davri avvalgisini aniq takrorlaydi. Sinusoidal to'lqin fazasining harakat tezligi - faza tezligi deb ataladigan muhitda ma'lum sharoitlarda vakuumdagi yorug'lik tezligidan oshib ketishi mumkin. Bu erda hech qanday cheklovlar yo'q, chunki faza tezligi signal tezligi emas - u hali mavjud emas. Signalni yaratish uchun siz to'lqinda qandaydir "belgi" qilishingiz kerak. Bunday belgi, masalan, to'lqin parametrlarining har qanday o'zgarishi - amplituda, chastota yoki boshlang'ich faza bo'lishi mumkin. Ammo belgi qo'yish bilanoq, to'lqin sinusoidalligini yo'qotadi. U modulyatsiyalangan bo'lib, turli amplitudalar, chastotalar va boshlang'ich fazalarga ega bo'lgan oddiy sinusoidal to'lqinlar to'plamidan - to'lqinlar guruhidan iborat. Modulyatsiyalangan to'lqindagi belgining harakat tezligi signal tezligidir. Muhitda tarqalayotganda, bu tezlik odatda yuqoridagi to'lqinlar guruhining tarqalishini tavsiflovchi guruh tezligiga to'g'ri keladi (qarang: "Fan va hayot" 2000 yil № 2). Oddiy sharoitlarda guruh tezligi va shuning uchun signal tezligi vakuumdagi yorug'lik tezligidan kamroq bo'ladi. Bu erda "oddiy sharoitda" iborasi qo'llanilishi tasodif emas, chunki ba'zi hollarda guruh tezligi c dan oshishi yoki hatto ma'nosini yo'qotishi mumkin, ammo keyin bu signal tarqalishiga taalluqli emas. SRTda signalni c dan yuqori tezlikda uzatish mumkin emasligi aniqlangan.

Nega bunday? Chunki c dan katta tezlikdagi har qanday signalning uzatilishiga to'siq ham xuddi shu sabab-oqibat qonunidir. Keling, bunday vaziyatni tasavvur qilaylik. A nuqtada yorug'lik chirog'i (1-hodisa) ma'lum bir radio signalini yuboradigan qurilmani yoqadi va uzoq B nuqtasida ushbu radio signali ta'sirida portlash sodir bo'ladi (2-hodisa). 1-hodisa (chaqmoq) sabab, 2-hodisa (portlash) esa sababdan kechroq sodir bo'lgan ta'sir ekanligi aniq. Ammo agar radio signali superlyuminal tezlikda tarqalsa, B nuqtasi yaqinidagi kuzatuvchi birinchi navbatda portlashni ko'radi va shundan keyingina unga yorug'lik chaqnash tezligida etib kelgan yorug'lik chaqnashi, portlash sababi. Boshqacha qilib aytganda, bu kuzatuvchi uchun 2-hodisa 1-hodisadan oldin sodir bo'lgan bo'lar edi, ya'ni ta'sir sababdan oldin sodir bo'ladi.

Shuni ta'kidlash joizki, nisbiylik nazariyasining "superlyuminal taqiqi" faqat moddiy jismlarning harakatiga va signallarni uzatishga yuklanadi. Ko'p holatlarda har qanday tezlikda harakat qilish mumkin, ammo bu nomoddiy ob'ektlar va signallarning harakati bo'ladi. Masalan, bir xil tekislikda yotgan ikkita ancha uzun o'lchagichni tasavvur qiling, ulardan biri gorizontal holatda, ikkinchisi esa uni kichik burchak ostida kesib o'tadi. Agar birinchi chiziq pastga (o'q bilan ko'rsatilgan yo'nalishda) yuqori tezlikda harakatlansa, chiziqlarning kesishish nuqtasini o'zboshimchalik bilan tez yugurish uchun qilish mumkin, ammo bu nuqta moddiy tana emas. Yana bir misol: agar siz chiroqni (yoki, aytaylik, tor nur beradigan lazerni) olsangiz va havodagi yoyni tezda tasvirlasangiz, yorug'lik nuqtasining chiziqli tezligi masofa bilan ortadi va etarlicha katta masofada, c dan oshadi. Yorug'lik nuqtasi A va B nuqtalari o'rtasida o'ta yorug'lik tezligida harakat qiladi, lekin bu A dan B ga signal uzatilishi bo'lmaydi, chunki bunday yorug'lik nuqtasi A nuqta haqida hech qanday ma'lumotga ega emas.

Lazerlar kashf etilganidan ko'p o'tmay - 60-yillarning boshlarida - qisqa (1 ns = 10-9 s tartibli davomiylik bilan) yuqori quvvatli yorug'lik impulslarini olish muammosi paydo bo'ldi. Buning uchun optik kvant kuchaytirgich orqali qisqa lazer zarbasi o'tkazildi. Puls nurni ajratuvchi oyna tomonidan ikki qismga bo'lingan. Ulardan biri, kuchliroq, kuchaytirgichga yuborildi, ikkinchisi esa havoda tarqaldi va mos yozuvlar impulsi bo'lib xizmat qildi, bu bilan kuchaytirgichdan o'tgan impulsni solishtirish mumkin edi. Ikkala impuls ham fotodetektorlarga yuborilgan va ularning chiqish signallari osiloskop ekranida vizual tarzda kuzatilishi mumkin edi. Kuchaytirgichdan o'tadigan yorug'lik impulsi mos yozuvlar impulsiga nisbatan unda biroz kechikish bo'lishi kutilgan edi, ya'ni kuchaytirgichda yorug'lik tarqalish tezligi havodagidan kamroq bo'ladi. Impuls kuchaytirgich orqali nafaqat havodagidan, balki vakuumdagi yorug'lik tezligidan ham bir necha baravar yuqori tezlikda tarqalishini kashf qilgan tadqiqotchilarni hayratda qoldirdi!

Ba'zi fiziklar kvant mexanikasidagi eng hayratlanarli hodisalardan biri bo'lgan tunnel effektida superlyuminal harakat mavjudligini eksperimental tarzda isbotlashga harakat qilishdi. Bu taʼsir shundan iboratki, mikrozarracha (aniqrogʻi, har xil sharoitlarda ham zarracha xossalarini, ham toʻlqin xossalarini namoyon etuvchi mikroobʼyekt) potentsial toʻsiq deb ataladigan toʻsiqdan oʻtib keta oladi – bu mutlaqo mumkin boʻlmagan hodisa. klassik mexanikada (bunday holat shunga o'xshash bo'lar edi: devorga tashlangan to'p devorning narigi tomonida tugaydi yoki devorga bog'langan arqon tomonidan berilgan to'lqinli harakat arqonga uzatiladi. boshqa tarafdagi devor). Kvant mexanikasidagi tunnel effektining mohiyati quyidagicha. Agar ma'lum energiyaga ega bo'lgan mikroob'ekt o'z yo'lida potentsial energiyasi mikroob'ektning energiyasidan ortiq bo'lgan maydonga duch kelsa, bu maydon uning uchun to'siq bo'lib, balandligi energiya farqi bilan belgilanadi. Ammo mikro-ob'ekt to'siqdan "oqib chiqadi"! Bu imkoniyat unga energiya va o'zaro ta'sir vaqti uchun yozilgan taniqli Heisenberg noaniqlik munosabati bilan berilgan. Agar mikroob'ektning to'siq bilan o'zaro ta'siri etarlicha ma'lum vaqt davomida sodir bo'lsa, u holda mikroob'ektning energiyasi, aksincha, noaniqlik bilan tavsiflanadi va agar bu noaniqlik to'siq balandligi tartibida bo'lsa, u holda mikroob'ektning energiyasi, aksincha, noaniqlik bilan tavsiflanadi. keyin ikkinchisi mikro-ob'ekt uchun engib bo'lmaydigan to'siq bo'lishdan to'xtaydi. Bu potentsial to'siqdan o'tish tezligi bir qator fiziklarning tadqiqot ob'ektiga aylangan va u c dan oshishi mumkin deb hisoblaydi.

L. Vong tajribasida seziy bug'i bilan kameraga kiruvchi yorug'lik impulsi taxminan 3 mks davom etgan. Seziy atomlari o'n oltita mumkin bo'lgan kvant mexanik holatda bo'lishi mumkin, ular "asosiy holatning yuqori nozik magnit pastki darajalari" deb ataladi. Optik lazerli nasos yordamida deyarli barcha atomlar Kelvin shkalasi bo'yicha deyarli mutlaq nol haroratga (-273,15 ° C) mos keladigan o'n oltita holatdan faqat bittasiga keltirildi. Seziy kamerasining uzunligi 6 santimetr edi. Vakuumda yorug'lik 0,2 ns tezlikda 6 santimetrga o'tadi. O'lchovlar ko'rsatdiki, yorug'lik impulsi vakuumga qaraganda 62 ns qisqa vaqt ichida seziy bilan kameradan o'tdi. Boshqacha qilib aytganda, impulsning seziy muhiti orqali o'tish vaqti "minus" belgisiga ega! Haqiqatan ham, agar biz 0,2 ns dan 62 nsni olib tashlasak, biz "salbiy" vaqtni olamiz. O'rtadagi bu "salbiy kechikish" - tushunarsiz vaqt sakrashi - vakuumda kamera orqali zarba 310 marta o'tish vaqtiga teng. Ushbu "vaqtning teskari o'zgarishi" ning oqibati shundaki, kameradan chiqib ketayotgan impuls, kiruvchi impuls kameraning yaqin devoriga etib borgunga qadar undan 19 metrga uzoqlasha oldi. Bunday aql bovar qilmaydigan vaziyatni qanday izohlash mumkin (agar, albatta, tajribaning tozaligiga shubha bo'lmasa)?

Moddaning dispersiyasi - fazaning (odatiy) sinishi ko'rsatkichi n ning yorug'lik to'lqin uzunligi l ga bog'liqligi. Oddiy dispersiyada to'lqin uzunligining kamayishi bilan sinishi ko'rsatkichi ortadi va bu shisha, suv, havo va yorug'lik uchun shaffof bo'lgan barcha boshqa moddalarda sodir bo'ladi. Yorug'likni kuchli singdiruvchi moddalarda to'lqin uzunligining o'zgarishi bilan sinishi ko'rsatkichi kursi teskari bo'ladi va ancha tiklanadi: l ning pasayishi bilan (chastota w ortishi), sinishi ko'rsatkichi keskin kamayadi va to'lqin uzunligining ma'lum diapazonida kamroq bo'ladi. birlikdan (faza tezligi Vf > s ). Bu anomal dispersiya bo'lib, bunda moddada yorug'likning tarqalish sxemasi tubdan o'zgaradi. Guruh tezligi Vgr to'lqinlarning faza tezligidan kattaroq bo'ladi va vakuumdagi yorug'lik tezligidan oshib ketishi mumkin (shuningdek, salbiy bo'ladi). L. Vong o'z eksperimenti natijalarini tushuntirish imkoniyatining asosi sifatida ushbu holatni ko'rsatadi. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, Vgr > c sharti sof rasmiydir, chunki guruh tezligi tushunchasi kichik (normal) dispersiya holati uchun, shaffof muhit uchun, to'lqinlar guruhi o'z shaklini deyarli o'zgartirmaganda kiritilgan. tarqalishi. Anomaliya dispersiyali hududlarda esa yorug'lik impulsi tez deformatsiyalanadi va guruh tezligi tushunchasi o'z ma'nosini yo'qotadi; bunda signal tezligi va energiya tarqalish tezligi tushunchalari kiritiladi, ular shaffof muhitda guruh tezligiga to'g'ri keladi, yutilishli muhitda esa vakuumdagi yorug'lik tezligidan kamroq bo'lib qoladi. Ammo Vong tajribasining qiziq tomoni shundaki: anomal dispersiyali muhitdan o‘tuvchi yorug‘lik impulsi deformatsiyalanmaydi – u o‘z shaklini aniq saqlaydi! Va bu impuls guruh tezligi bilan tarqaladi degan taxminga mos keladi. Ammo agar shunday bo'lsa, unda muhitda yutilish yo'qligi ma'lum bo'ladi, garchi muhitning anomal dispersiyasi aynan yutilish bilan bog'liq! Vongning o'zi ko'p narsa noaniqligini tan olib, uning eksperimental qurilmasida nima sodir bo'layotganini birinchi taxmin sifatida quyidagicha aniq tushuntirish mumkin, deb hisoblaydi.

Anormal dispersiya hududida (seziy hujayrasi ichida) qisqaroq bo'lgan to'lqin (1-to'lqin) uzunroq bo'ladi. Aksincha, uchta to'lqinning eng uzuni bo'lgan to'lqin (3-to'lqin) eng qisqasi bo'ladi.

Aksariyat fiziklar bu natijani kameraning dispersiv muhitida past intensivlikdagi prekursor paydo bo'lishi bilan bog'lashga moyil. Gap shundaki, impulsning spektral parchalanishida spektrda impulsning "asosiy qismi" dan oldinda ketadigan prekursor deb ataladigan ahamiyatsiz amplitudali o'zboshimchalik bilan yuqori chastotalar komponentlari mavjud. O'rnatishning tabiati va prekursorning shakli muhitdagi dispersiya qonuniga bog'liq. Shuni hisobga olib, Vong tajribasidagi voqealar ketma-ketligini quyidagicha talqin qilish taklif etiladi. Kiruvchi to'lqin o'z oldidagi xabarchini "cho'zadi" va kameraga yaqinlashadi. Kiruvchi to'lqinning cho'qqisi kameraning yaqin devoriga tushishidan oldin, prekursor kamerada puls paydo bo'lishini boshlaydi, u uzoq devorga etib boradi va undan aks etadi va "teskari to'lqin" hosil qiladi. Bu to'lqin c dan 300 marta tezroq tarqalib, yaqin devorga etib boradi va kiruvchi to'lqin bilan uchrashadi. Bir to'lqinning cho'qqilari boshqasining cho'qqilariga to'g'ri keladi, shunda ular bir-birini yo'q qiladi va hech narsa qolmaydi. Ma'lum bo'lishicha, kiruvchi to'lqin kameraning boshqa uchida energiyani "qarz olgan" seziy atomlariga "qarzni qaytaradi". Tajribaning faqat boshi va oxirini kuzatgan har bir kishi faqat vaqt o'tishi bilan oldinga "sakrab", c dan tezroq harakatlanadigan yorug'lik pulsini ko'radi.

L. Vong uning tajribasi nisbiylik nazariyasiga mos kelmaydi, deb hisoblaydi. Superluminal tezlikka erishib bo'lmasligi haqidagi bayonot, uning fikricha, faqat tinch massaga ega bo'lgan narsalarga tegishli. Yorug'lik massa tushunchasi umuman qo'llanilmaydigan to'lqinlar shaklida yoki ma'lumki, nolga teng bo'lgan tinch massali fotonlar shaklida ifodalanishi mumkin. Shuning uchun, Vongga ko'ra, vakuumdagi yorug'lik tezligi chegara emas. Biroq, Vong, u kashf etgan effekt ma'lumotni c dan tezroq uzatishni imkonsiz qilishini tan oladi.

"Bu yerdagi ma'lumotlar impulsning oldingi qismida allaqachon mavjud," deydi P. Milonni, Amerika Qo'shma Shtatlaridagi Los Alamos milliy laboratoriyasi fizikasi.

Aksariyat fiziklarning fikricha, yangi ish fundamental printsiplarga jiddiy zarba bermaydi. Ammo hamma fiziklar muammo hal qilinganiga ishonishmaydi. 2000 yilda yana bir qiziqarli tajriba o'tkazgan italiyalik tadqiqot guruhidan professor A. Ranfagnining aytishicha, bu savol haligacha ochiq. Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni va Rokko Ruggeri tomonidan o'tkazilgan ushbu tajriba santimetr to'lqinli radio to'lqinlar normal havoda c dan 25% tezroq tezlikda tarqalishini aniqladi.

Xulosa qilib, biz quyidagilarni aytishimiz mumkin.

So'nggi yillardagi ishlar shuni ko'rsatadiki, ma'lum sharoitlarda superlyuminal tezlik haqiqatan ham sodir bo'lishi mumkin. Lekin superlyuminal tezlikda aynan nima harakatlanmoqda? Nisbiylik nazariyasi, yuqorida aytib o'tilganidek, bunday tezlikni moddiy jismlar va ma'lumot tashuvchi signallar uchun taqiqlaydi. Shunga qaramay, ba'zi tadqiqotchilar signallar uchun yorug'lik to'sig'ini engib o'tishni ko'rsatishga urinishlarida juda qat'iyatli. Buning sababi shundaki, maxsus nisbiylik nazariyasida signallarni c dan yuqori tezlikda uzatishning mumkin emasligi uchun qat'iy matematik asoslash (masalan, Maksvell tenglamalariga asoslanib, elektromagnit maydon uchun) mavjud emas. SRTda bunday imkonsizlik Eynshteynning tezliklarni qo'shish formulasiga asoslanib, sof arifmetik tarzda o'rnatilishi mumkin, ammo bu asosli ravishda nedensellik printsipi bilan tasdiqlangan. Eynshteynning o'zi, o'ta yorug'lik signalini uzatish masalasini ko'rib chiqib, bu holda "... biz signal uzatish mexanizmini ko'rib chiqishga majburmiz, undan foydalanganda erishilgan harakat sababdan oldin bo'ladi. Biroq, bu faqat mantiqiy natijadan kelib chiqadi. nuqtai nazar o'z ichiga olmaydi, menimcha, hech qanday qarama-qarshiliklarni o'z ichiga olmaydi, lekin shunga qaramay, u bizning barcha tajribamizning xarakteriga shunday darajada zid keladiki, V > c taxminining mumkin emasligi etarlicha isbotlangandek tuyuladi. Kauzallik printsipi superlyuminal signalizatsiyaning mumkin emasligi asosini tashkil etuvchi asosdir. Va, ko'rinishidan, superlyuminal signallarni qidirishning barcha izlanishlari, istisnosiz, eksperimentchilar bunday signallarni qanchalik aniqlashni xohlamasin, bu toshga qoqiladi, chunki bizning dunyomizning tabiati shunday.

Ammo shunga qaramay, nisbiylik matematikasi hali ham superlyuminal tezlikda ishlaydi, deb tasavvur qilaylik. Bu shuni anglatadiki, nazariy jihatdan, agar tana yorug'lik tezligidan oshib ketgan bo'lsa, nima bo'lishini hali ham bilib olishimiz mumkin.

Tasavvur qiling-a, ikkita kosmik kema Yerdan bizning sayyoramizdan 100 yorug'lik yili uzoqlikda joylashgan yulduz tomon yo'l oladi. Birinchi kema Yerdan yorug'lik tezligidan 50% tezlikda chiqib ketadi, shuning uchun sayohatni yakunlash uchun 200 yil kerak bo'ladi. Gipotetik diskli disk bilan jihozlangan ikkinchi kema yorug'lik tezligidan 200% tezlikda jo'naydi, lekin birinchisidan 100 yil o'tgach. Nima bo'ladi?

Nisbiylik nazariyasiga ko'ra, to'g'ri javob ko'p jihatdan kuzatuvchining nuqtai nazariga bog'liq. Erdan ko'rinib turibdiki, birinchi kema ancha masofani bosib o'tib, to'rt baravar tezroq harakatlanayotgan ikkinchi kemaga yetib oldi. Ammo birinchi kemadagi odamlar nuqtai nazaridan, hamma narsa biroz boshqacha.

№2 kema yorug'likdan tezroq harakat qilmoqda, ya'ni u hatto chiqaradigan yorug'likdan ham oshib ketishi mumkin. Bu o'ziga xos "yorug'lik to'lqini" ga olib keladi (tovushga o'xshash, bu erda havo tebranishlari o'rniga faqat yorug'lik to'lqinlari tebranadi), bu bir nechta qiziqarli effektlarni keltirib chiqaradi. Eslatib o'tamiz, №2 kemadan yorug'lik kemaning o'zidan sekinroq tarqaladi. Natijada vizual ikki baravar ko'payadi. Boshqacha qilib aytadigan bo'lsak, birinchi navbatda №1 kema ekipaji ikkinchi kema ularning yonida, xuddi yo'q joydan paydo bo'lganini ko'radi. Keyin, ikkinchi kemadan yorug'lik biroz kechikish bilan birinchisiga etib boradi va natijada bir oz kechikish bilan bir xil yo'nalishda harakatlanadigan ko'rinadigan nusxa paydo bo'ladi.

Shunga o'xshash narsani kompyuter o'yinlarida ko'rish mumkin, qachonki tizimning ishdan chiqishi natijasida dvigatel modelni va uning algoritmlarini harakatning so'nggi nuqtasida harakat animatsiyasining o'zi tugashidan tezroq yuklaydi, shuning uchun bir nechta tortishish sodir bo'ladi. Shuning uchun, ehtimol, bizning ongimiz olamning jismlar o'ta yorug'lik tezligida harakat qiladigan faraziy tomonini sezmaydi - ehtimol bu eng yaxshisidir.

P.S. ... lekin oxirgi misolda men biror narsani tushunmadim, nima uchun kemaning haqiqiy holati "u tomonidan chiqarilgan yorug'lik" bilan bog'liq? Xo'sh, ular uni qandaydir tarzda noto'g'ri joyda ko'rishsa ham, lekin aslida u birinchi kemadan o'tib ketadi!

manbalar

Koʻrishlar