FTL bevægelse

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 6. februar 2022; checks kræver 5 redigeringer .

Superluminal bevægelse er bevægelse med en hastighed, der overstiger lysets hastighed i et vakuum. På trods af det faktum, at ifølge denspecielle relativitetsteorier lysets hastighed i vakuum den maksimalt opnåelige hastighed forsignaludbredelse, ogenergienpartikel med positiv masse har en tendens til uendelig, når dens hastighed nærmer sig lysets hastighed, objekter hvis bevægelse ikke er forbundet medoverførsel af information(for eksempelfasen af ​​svingningeri enbølge,skyggeelleren solstråle) kan have en vilkårlig høj hastighed [1] [2] [3] [4] .

Bestemmelse af den superluminale hastighed af et materialepunkt

I en (lokalt) inertiel referenceramme med oprindelse skal du overveje et væsentligt punkt, der er ved . Vi kalder hastigheden af ​​dette punkt superluminal i øjeblikket, hvis uligheden er opfyldt:

hvor:

Den særlige relativitetsteori (SRT) pålægger alvorlige begrænsninger på muligheden for superluminal bevægelse af kroppe:

  1. hvis der bruges en endelig energi på at accelerere et legeme med en hvilemasse, der ikke er nul, så vil kroppen ikke være i stand til at nå superluminal hastighed (se f.eks. ligning (9.9) [5] );
  2. hvis alle inertiobservatører er ens (det vil sige i fravær af et eksternt felt eller rumkrumning), eksistensen af ​​partikler (såvel som bølger eller nogle andre objekter, der er i stand til at bære information og energi ), der bevæger sig med superluminale hastigheder og interagerer i sædvanlig måde med "subluminalt" stof (det vil sige sådan, at de kan udsendes og modtages efter forgodtbefindende) indebærer paradokset ved overtrædelse af usikkerhedsprincippet, når et objekt kan foretage mange målinger (den ene er måling af momentum, og den anden er måling af partiklens energi).

Der er mange situationer (både absolut reelle og hypotetiske), som ikke opfylder betingelserne i denne definition, og som derfor ikke er underlagt disse begrænsninger.

Klassisk fysik

Solstråle, saks

Med hensyn til bevægelse af objekter med superluminal hastighed, skrev akademiker V. L. Ginzburg : [6]

Det faktum, at hastigheder, der overstiger lysets hastighed i vakuum, er mulige og faktisk forekommer i fysik og astronomi, har naturligvis været velkendt i lang tid.

Naturligvis talte V. L. Ginzburg i intet tilfælde om nogen krænkelser af postulater eller konklusioner af relativitetsteorien.

En lysplet (den såkaldte "solstråle") eller f.eks. skæringspunktet for bladene på guillotinesakse kan ændre position ved superluminal hastighed [6] [7] [8] . Men i dette tilfælde transmitteres information og energi i en retning, der ikke falder sammen med solstrålens bevægelsesretning (ved en hastighed mindre end eller lig med ), og de ovenfor nævnte begrænsninger gælder ikke [8] [9 ] [10] [11] .

Tankeeksperiment 1

Lad os prøve at sende et eller andet signal fra et punkt på skærmen, som kaninen løber langs, til et andet punkt sammen med denne kanin. Dette vil naturligvis ikke lykkes, da uanset hvad vi gør med kaninens fotoner på det første punkt, vil dette ikke være i stand til at påvirke (f.eks. slukke eller lysne) kaninens fotoner på det andet punkt, som den vil passerer (i modsætning til fra selve kaninen bevæger de sig til det andet punkt ikke fra det første, men fra lanternen).

Tankeeksperiment 2

Situationen er noget mere kompliceret i tilfælde af saks. Det ser ud til, at hvis vi indsætter noget mellem knivene på det første punkt og klemmer dem, vil skæringspunktet mellem knivene holde op med at bevæge sig, og observatøren på det andet punkt vil modtage fra os et signal , der kom til ham hurtigere end lyset . Men faktisk vil vi ikke være i stand til at stoppe bladet ved punkt 1 og straks stoppe det ved punkt 2. Desuden vil saksens deformationsbølge, som kan føre til eventuelle ændringer i bladets bevægelse nær punkt 2, forplanter sig gennem saksens materiale med lydens hastighed i dette materiale, som altid er mindre end lysets hastighed.

Interessant nok opstår det hurtigere end lys-spot ikke kun, når der bruges en snurrende lyskilde med en smal stråle og en skærm på meget stor afstand. Enhver, især flad , lysbølge med en mere eller mindre bred front , der falder på skærmen i en vinkel, skaber i princippet en lignende "kanin" (graden af ​​dens sværhedsgrad bestemmes dog af, hvor skarp bølgefronten er is), og den reflekterede bølge kan fortolkes som Cherenkov-stråling fra de "pletter", der svarer til hver top af den indfaldende bølge. [6]

I denne forstand er sådanne genstande som en lysplet ret fysiske [1] . Deres forskel fra de sædvanlige er kun i, at de ikke bærer energi eller information med sig, det vil sige, at tilstanden af ​​"kaninen" på et tidspunkt og et eller andet sted ikke er årsagen til dens tilstand eller endda udseende senere i et andet placeres på skærmen.

Ikke-inertielle referencerammer

I klassisk mekanik [12] betragtes tid og rum som absolutte, og hastigheden af ​​et materialepunkt er defineret som

hvor  er radiusvektoren for et materialepunkt. I et roterende kartesisk koordinatsystem (reference) [13] er hastigheden af ​​et materialepunkt således [14] :

hvor:

Som det kan ses af ligningen, i en ikke-inertiel referenceramme forbundet med et roterende legeme, kan tilstrækkeligt fjerne objekter bevæge sig med en vilkårlig høj hastighed, herunder med en hastighed, der overstiger lysets hastighed [15] : . Dette er ikke i modstrid med, hvad der blev sagt i afsnittet "Bestemmelse af den superluminale hastighed af et materialepunkt" , da . For eksempel, for et koordinatsystem forbundet med hovedet på en person på Jorden, vil Månens hastighed med en normal hoveddrejning være større end lysets hastighed i et vakuum. I dette system vil Månen, når den drejer på kort tid, beskrive en bue med en radius omtrent lig med afstanden mellem koordinatsystemets (hovedets) oprindelse og Månen.

Fasehastighed

Fasehastigheden langs en eller anden vilkårligt valgt retning x overstiger altid fasehastigheden langs bølgevektoren, hvis retningen x ikke falder sammen med bølgevektorens retning. Nemlig hvis x -aksen laver en vinkel α med bølgevektoren , så

Derfor, hvis (som for eksempel for elektromagnetiske bølger i vakuum), så viser det sig at være større end lyshastigheden for enhver ikke-nul α mindre end 90 ° (dette er ofte realiseret, når bølger udbreder sig i bølgeledere, bølgevektorer af de plane bølger, som de er sammensat af, falder ofte ikke sammen med bølgelederens akse). Og selv for enhver bølge (med en vilkårligt lille slut ) kan man i princippet vælge α så tæt på en direkte, at fasehastigheden i en sådan retning vil være vilkårligt stor, inklusive større end c .

Desuden er fasehastigheden og langs bølgevektorens retning ofte større end c . For eksempel gælder dette for fasehastigheden af ​​bølgefunktionen af ​​massive partikler ( de Broglie-bølger ). Fasehastigheden af ​​elektromagnetiske bølger kan også være højere end c : for eksempel har plasma et brydningsindeks mindre end enhed. Fasehastigheden af ​​sådanne bølger, i overensstemmelse med moderne koncepter, har ikke kun intet at gøre med hastigheden af ​​det signal, der kan transmitteres ved hjælp af en given partikel, men svarer slet ikke til nogen grundlæggende observerbar bevægelse i rummet. Partiklernes hastighed svarer i dette tilfælde til gruppehastigheden , som for massive partikler altid er mindre end c .

Da fasehastigheden ikke er andet end en matematisk størrelse, der karakteriserer fasen af ​​en rent monokromatisk bølge langs en bestemt retning [16] , falder bevægelsen af ​​bølgefasen i det generelle tilfælde ikke sammen med bevægelsen af ​​nogle (kausalt relaterede) materiel genstand og kan ikke bruges til at overføre information. I forskellige specifikke tilfælde fastslår en omhyggelig analyse dette faktum. Overførselshastigheden af ​​et signal, der er i stand til at bære information, er som regel bestemt af gruppehastigheden .

Bevægelse med en hastighed, der overstiger lysets hastighed i et medium

En sådan bevægelse er ikke superluminal bevægelse (se definitionen af ​​begrebet ).

Lysets hastighed i et medium er altid lavere end lysets hastighed i et vakuum. Derfor kan fysiske objekter bevæge sig i et medium med en hastighed, der er større end lysets hastighed i dette medium, men mindre end lysets hastighed i et vakuum. Dette sker for eksempel i kølevæsken i en atomreaktor, når elektroner, slået ud af gamma-kvanter fra deres baner, passerer gennem vand med en hastighed, der er større end lysets hastighed i vand. I dette tilfælde opstår der altid Vavilov-Cherenkov-stråling [6] .

Generel relativitetsteori

Udvidelsen af ​​universet

I generel relativitetsteori beskrives punktlegemer af verdenslinjer i en 4-dimensionel buet pseudo- euklidisk rumtid . Derfor er det generelt set ikke muligt - på en kanonisk måde - at tilskrive en fjern krop nogen "hastighed i forhold til observatøren". Men i nogle fysisk vigtige tilfælde kan dette stadig gøres på grund af tilstedeværelsen af ​​"tildelt", "foretrukken" tid. Især i det Friedmannske univers kan tidspunktet i en begivenhed anses for at være det rigtige tidspunkt for galaksen beliggende i , som er forløbet siden Big Bang .

Så kan afstanden i øjeblikket mellem to galakser og (vi betegnet med deres verdenslinjer) kaldes afstanden mellem punkterne og , målt i 3-dimensionelle Riemannske rum . Derfor kaldes recessionshastigheden for disse to galakser mængden

( Forskelligt fra defineret i afsnittet " Bestemmelse af superluminal hastighed af et materialepunkt "). Viser sig[ klargør ] Universet udvider sig i den forstand, at afstanden mellem galakser, der er defineret således, vokser med tiden. Desuden, ifølge Hubble-loven , bevæger fjerne galakser sig, der er i en afstand større end (hvor  er Hubble-konstanten lig med 67,80 ± 0,77 (km/s)/Mpc [17] ), væk fra hinanden med en hastighed, der overstiger hastigheden af lys.

Ormehul

Bubble of Alcubierre

I 1994 foreslog Miguel Alcubierre at bruge en speciel form for rum-tid krumning til superluminal bevægelse. I den metrik, han foreslog [18] , er rummet fladt overalt, bortset fra væggene i en boble, som bevæger sig hurtigere end lyset i det ydre Minkowski-rum . I dette tilfælde viser det sig (på grund af boblevæggenes usædvanlige geometri), at boblecentrets verdenslinje alligevel forbliver tidslignende. En pilot bestående af almindeligt stof kan således, siddende i midten af ​​en sådan boble, bevæge sig i en vis forstand (da selve boblen og rummet inde i den, og ikke genstandene i den) bevæge sig hurtigere end lyset [19] .

Blandt en række teoretiske vanskeligheder, som denne idé er stødt på, er en, at boblens vægge også skal bevæge sig hurtigere end lyset, men i sædvanlig lokal forstand. Således skal Alcubierre-boblen oprettes på forhånd  - dens bevægelse afhænger ikke af piloten.

Et andet problem er behovet for at skabe rumområder til en sådan motor med en negativ energitæthed - tilsvarende fyldt med " eksotisk stof ". Til dato er kun ét eksempel på et sådant stof blevet eksperimentelt bekræftet - dette er Casimir-vakuumet , hvis produktion i makroskopisk skala for at skabe Alcubierre-motoren blev overvejet af Charles Ridgley [20] .

I 2021 generaliserede Alexey Bobrik og Gianni Martir ideen om Alcubierre warp-drevet til en bredere klasse af rum-tid-forvrængninger og beviste, at warp-drivskallen teoretisk kan fremstilles af almindeligt stof [21] .

Krasnikovs trompet

I 1995 foreslog Sergei Krasnikov en hypotetisk mekanisme for superluminal bevægelse forbundet med krumningen af ​​rum-tid i specielt skabte tunneler [22] . Den resulterende struktur ligner ormehuller , men kræver ikke en ændring i rummets topologi. I modsætning til Alcubierre-boblen er Krasnikov-røret velegnet til den første ekspedition til et fjernt mål, da det skabes (ved hjælp af hypotetisk teknologi), når et almindeligt skib bevæger sig med næsten lysets hastighed. Den rejsende har i fremtiden mulighed for at vende tilbage gennem røret til udgangspunktet på tidspunktet umiddelbart efter sin afrejse [19] [23] .

Kvantemekanik

Usikkerhedsprincippet i kvanteteorien

I kvantefysikken er partiklernes tilstande beskrevet af Hilbert- rumvektorer , som kun bestemmer sandsynligheden for at opnå bestemte værdier af fysiske størrelser under målinger (i overensstemmelse med kvanteusikkerhedsprincippet ) . Den mest kendte repræsentation af disse vektorer er bølgefunktioner , hvis kvadrat af modulet bestemmer sandsynligheden for at finde en partikel på et givet sted. Det viser sig, at denne tæthed kan bevæge sig hurtigere end lysets hastighed (for eksempel ved løsning af problemet med passage af en partikel gennem en energibarriere ), men effekten af ​​at overskride lysets hastighed observeres kun på små afstande. I kraft af identitetsprincippet er det umuligt at sige, om vi observerer den samme partikel eller dens nyfødte kopi. I sin Nobelforelæsning i 2004 fremsatte Frank Wilczek følgende argument [24] :

Forestil dig en partikel, der bevæger sig med en gennemsnitshastighed meget tæt på lysets hastighed, men med så meget usikkerhed i position, som kvanteteorien kræver. Det er klart, at der vil være en vis sandsynlighed for at observere denne partikel bevæge sig noget hurtigere end gennemsnittet og derfor hurtigere end lyset, hvilket er i modstrid med den særlige relativitetsteori. Den eneste kendte måde at løse denne modsigelse på kræver ideen om antipartikler. Meget groft opnås den krævede usikkerhed i positionen ved at antage, at målehandlingen kan involvere dannelsen af ​​partikler, som hver ikke kan skelnes fra originalen, med forskellige arrangementer. For at opretholde en balance mellem bevarede kvantetal skal yderligere partikler ledsages af det samme antal antipartikler. ( Dirac nåede frem til forudsigelsen af ​​antipartikler gennem en række geniale fortolkninger og genfortolkninger af den elegante relativistiske bølgeligning, han udledte, snarere end gennem heuristiske overvejelser som den, jeg har givet. Uundgåeligheden og almenheden af ​​disse konklusioner, såvel som deres direkte forhold til de grundlæggende principper for kvantemekanik og speciel relativitet blev først tydeligt i retrospekt).

Originaltekst  (engelsk)[ Visskjule] Forestil dig en partikel, der i gennemsnit bevæger sig med meget næsten lysets hastighed, men med en usikkerhed i position, som krævet af kvanteteorien. Det er åbenbart, at der vil være en vis sandsynlighed for at observere denne partikel til at bevæge sig lidt hurtigere end gennemsnittet og derfor hurtigere end lyset, hvilket den særlige relativitetsteori ikke tillader. Den eneste kendte måde at løse denne spænding på involverer at introducere ideen om antipartikler. Meget groft sagt imødekommes den påkrævede usikkerhed i positionen ved at tillade muligheden for, at målehandlingen kan involvere dannelsen af ​​flere partikler, som hver ikke kan skelnes fra originalen, med forskellige positioner. For at opretholde balancen mellem bevarede kvantetal skal de ekstra partikler ledsages af et lige så stort antal antipartikler. (Dirac blev ført til at forudsige eksistensen af ​​antipartikler gennem en række geniale fortolkninger og genfortolkninger af den elegante relativistiske bølgeligning, han opfandt, snarere end ved heuristisk ræsonnement af den slags, jeg har præsenteret. Uundgåeligheden og almenheden af ​​hans konklusioner, og deres direkte forhold til grundlæggende principper for kvantemekanik og specielle relativitetsteorier, er kun klare i retrospekt). - Frank Wilczek

Dette fænomen er af probabilistisk karakter og kan ikke bruges til at transmittere information med en superluminal hastighed.

I kvantefeltteoriens perturbationsteori er analogen til beskrivelsen af ​​udbredelsen af ​​partikler i klassisk fysik udbredelsen af ​​det tilsvarende felt. Den beskriver sandsynlighedsamplituden for udbredelsen af ​​en partikel født på et punkt til et andet, hvor den udslettes. Her skal vi skelne mellem to muligheder:

… for elektromagnetisk stråling er der også en [ikke-nul] sandsynlighedsamplitude for at rejse hurtigere (eller langsommere) end den almindelige lyshastighed. Du så i det forrige foredrag, at lys ikke altid bevæger sig i lige linjer; nu vil du se, at den ikke altid bevæger sig med lysets hastighed! Det kan virke overraskende, at der er en [ikke-nul] amplitude for en foton til at rejse hurtigere eller langsommere end den normale lyshastighed c

Originaltekst  (engelsk)[ Visskjule] … der er også en amplitude for lys til at gå hurtigere (eller langsommere) end den konventionelle lyshastighed. Du fandt ud af i det sidste foredrag, at lys ikke kun går i lige linjer; nu finder du ud af, at det ikke kun går med lysets hastighed! Det kan overraske dig, at der er en amplitude for en foton til at gå med hastigheder hurtigere eller langsommere end den konventionelle hastighed, c - Richard Feynman, 1965 nobelpristager i fysik.

Men virtuelle partikler kan ikke transmittere information, og de observerede partikler i slut- og begyndelsestilstand er almindelige, desuden interagerer de ikke med hinanden (se S-matrix ), derfor forsvinder deres udbredelse uden for lyskeglen. Derfor er der i kvantefeltteori heller ingen superluminale hastigheder, der kunne bruges til superluminal kommunikation.

Kvante ikke-lokalitet

Kvanteteoriens ikke-lokalitetsegenskab forårsager eksistensen af ​​korrelationer mellem tilstandene af sammenfiltrede undersystemer i det oprindelige system, uanset hvor langt fra hinanden de er. Derfor bliver det muligt øjeblikkeligt at bestemme kvantetilstanden ét sted på enhver afstand ved at måle den tilstand, der er viklet ind i den et andet sted og følgelig dens transmission med en uendelig hastighed  - kvanteteleportation . Ikke desto mindre kræves for en fejlfri måling af en kvantetilstand klassisk information om målegrundlaget, som naturligvis skal transmitteres over en klassisk kommunikationskanal med en hastighed, der ikke overstiger lysets hastighed (for flere detaljer, se hovedartikel ). Selvom et passende grundlag for en enkelt måling kan gættes, for superluminal kommunikation og fejlfri teleportering af en række kvantetilstande, kan en sådan tilgang ikke bruges. Kvanteteleportation er således umulig ved en hastighed, der er større end lysets hastighed. Fænomenet quantum nonlocality modsiger ikke kausalitetsprincippet i SRT .

Hypoteser

Superluminale partikler

Hypotetiske partikler tachyoner [28] , hvis de findes, kan bevæge sig hurtigere end lys. De kan ikke videregive information, ellers ville deres tilstedeværelse være i strid med kausalitetsprincippet .

I fortolkningen af ​​den særlige relativitetsteori , hvis vi betragter energi og momentum som reelle tal , beskrives tachyonen af ​​en imaginær masse. Hastigheden af ​​en tachyon kan ikke være mindre end lysets hastighed, da energien i dette tilfælde ville stige uendeligt.

Lorentz-transformationer i euklidisk rumtid med en imaginær tidsakse X 0 = icT ved V > c transformerer en partikel til dens tilsvarende antipartikel, der bevæger sig med en underlyshastighed med 2 /V [29] . For V > c bliver fasehastigheden en gruppehastighed, mindre end lysets hastighed; denne hypotese fjerner problemet med at overtræde kausalitet.

Det er nødvendigt at skelne mellem tachyoner (bevæger sig altid hurtigere end lyset og repræsenterer enten rent klassiske partikler eller en ret specifik type excitation af tachyonfeltet) og tachyonfelter (lige så hypotetiske). Faktum er, at tachyonfeltet (andre typer af dets excitationer) i princippet kan bære energi og information, men så vidt det vides, forplanter disse typer excitationer sig ikke længere hurtigere end lyset.

Denne bemærkning er passende, da de normalt i ordbrug ikke skelner mellem feltet og den tilsvarende partikel (da der for almindelige - ikke tachyon - felter / partikler er nogen alvorlige grunde til en sådan skelnen, da almindelige partikler ikke har en imaginær energisektor, og felter har ikke en ustabilitetssektor; selvom der er et område med ustabilitet, er der normalt, ud over det, også punkter med stabil / ligegyldig ligevægt - "kondensat" - se Tachyon-kondensering ).

I nogle[ hvad? ] varianter af strengteori , optræder en tachyon i partikelmassespektret . Imidlertid anerkendes sådanne modeller som regel som ikke-fysiske, hvilket er grundlaget for at ændre den tilsvarende teori. Ikke desto mindre, selv efter ændringen, kan sådanne teorier fortsat indeholde udtrykket "tachyon" i deres beskrivelse og nogle af egenskaberne ved teorier med et tachyonfelt.

Muligheden for tilstedeværelsen af ​​superluminale hastigheder i nogle typer neutrinoer blev også teoretisk overvejet [30] .

Scharnhorst effekt

Bølgernes hastighed afhænger af egenskaberne af det medium, de udbreder sig i. Den specielle relativitetsteori siger, at det er umuligt at accelerere et massivt legeme til en hastighed, der overstiger lysets hastighed i et vakuum. Samtidig postulerer teorien ikke nogen særlig værdi for lysets hastighed. Det måles eksperimentelt og kan variere afhængigt af vakuumets egenskaber . For et vakuum, hvis energi er mindre end energien af ​​et almindeligt fysisk vakuum , bør lysets hastighed teoretisk være højere [31] [32] , og den maksimalt tilladte signaltransmissionshastighed bestemmes af den maksimalt mulige tæthed af negativ energi [31 ] . Et eksempel på et sådant vakuum er Casimir-vakuumet , som bliver mærkbart i tynde spalter og kapillærer, der er mindre end 10 nanometer i størrelse (diameter) (ca. hundrede gange størrelsen af ​​et typisk atom ). Effekten forklares med et fald i antallet af virtuelle partikler i Casimir-vakuumet, som formodentlig ligesom partikler af et kontinuerligt medium bremser lysets udbredelse. Beregninger foretaget af Klaus Scharnhorst indikerer, at lysets hastighed i Casimir-vakuumet overstiger det almindelige vakuum med 1×10 −24 for et mellemrum på 1 nm. Det blev også vist, at overskridelse af lyshastigheden i et Casimir-vakuum ikke krænker kausalitetsprincippet [31] . Overskridelsen af ​​lyshastigheden i Casimir-vakuumet sammenlignet med lysets hastighed i almindeligt vakuum er endnu ikke blevet eksperimentelt bekræftet på grund af den ekstreme kompleksitet i at måle denne effekt [31] .

Teorier med variabiliteten af ​​lysets hastighed i et vakuum

I moderne fysik er der hypoteser, hvorefter lysets hastighed i vakuum ikke er konstant, og dens værdi kan ændre sig over tid [33] [34] [35] . I den mest almindelige version af denne hypotese antages det, at værdien af ​​konstanten (lysets hastighed) i de indledende faser af livet i vores univers var meget større end nu. Derfor kunne stof tidligere bevæge sig med en hastighed, der væsentligt oversteg den moderne lyshastighed. Disse hypoteser er dog stadig fulde af interne modsætninger og kræver en dybere revision af de fleste dele af moderne fysik for at slippe af med dette. [36]

Superbrion

Superbradyon ( engelsk  superbradyon ) er en hypotetisk elementarpartikel, der kan bevæge sig med en hastighed, der overstiger lysets hastighed , men i modsætning til tachyoner kan de have positive reelle værdier af masse og energi . Superbradyoner kan være en ny slags eksisterende partikler, der faktisk bevæger sig hurtigere end lys, og som er i stand til at transmittere information ved superluminale hastigheder, og dermed bryder kausalitetsprincippet .

Udtrykket "superbradion" [37] , såvel som muligheden for deres eksistens [38] [39] , blev foreslået af den spanske fysiker Luis Gonzalez-Mestres som et antonym for udtrykket " bradion " (tardion). Relevansen af ​​González-Mestres' arbejde med Lorentz symmetribrud blev anerkendt i 2002 af CERN Courier [40] og The New York Times [ 41] . Så tidligt som i 1997 blev hans arbejde citeret af Sidney Coleman og Sheldon Glashow [42] .

I modsætning til tachyoner, som er beskrevet i form af speciel relativitet , overtræder superbradyoner klart Lorentz-invariansen . De ligner almindelige partikler (bradyoner), men med en højere kritisk hastighed i et vakuum . Superbradyons kritiske hastighed kan være betydeligt større end lysets hastighed . Dette indebærer, at standard Lorentz-symmetrien ikke er en grundlæggende symmetri, men kun dens lavenergigrænse. [43]

Energi og momentum af superbradyon:

hvor

Ifølge González-Mestres kan superbradyoner være hovedbestanddelene af stof ved og uden for Planck-grænsen .

Til dato er der ikke opdaget fænomener, der kunne bekræfte eksistensen af ​​superbradyoner, men hvis superbradyoner kan eksistere i vores univers som frie partikler, så kan de spontant udsende "almindelige" partikler, blive kilder til superenergetiske kosmiske stråler og stoppe med at udsende, når deres hastighed bliver lavere eller lig med lysets hastighed. Således kan universet indeholde mange sådanne superluminale partikler med hastigheder tæt på lysets hastighed. Superbradyoner kan også give en ny tilgang til inflation , mørkt stof og mørk energi [44] [45] .

I eksperimenter

OPERA-samarbejde

Den 23. september 2011 annoncerede OPERA- samarbejdet på en konference hos European Organisation for Nuclear Research (CERN) , at der under et eksperiment i det underjordiske laboratorium i Gran Sasso (Italien) blev indhentet data, ifølge hvilke en subatomisk neutrinopartikel kan bevæge sig med en hastighed, der overstiger lysets hastighed med 25 ppm (0,0025%) [46] . Statistisk behandling af 16 111 hændelser [46] i detektoren forbundet med registreringen af ​​myon-neutrinoer, der flyver 731 278 m [46] fra CERN til Gran Sasso, viser , at neutrinoer med et gennemsnit i tilsyneladende modstrid med relativitetsteorien [47] energi på 28,2 GeV [46] rejser denne afstand 61,1 nanosekunder [46] hurtigere end lys. Den statistiske og systematiske fejl estimeret af forfatterne er 6 gange mindre end denne værdi. Således oversteg hastigheden af ​​en neutrino med en given energi lysets hastighed i vakuum med omkring 7,5 km/s . Neutrinohastighedens energiafhængighed blev ikke fundet inden for eksperimentets nøjagtighed [48] .

I maj 2012 gennemførte OPERA en række kontroleksperimenter og kom til den endelige konklusion, at årsagen til den fejlagtige antagelse om superluminal hastighed var en teknisk defekt (et ikke snoet optisk kabelstik førte til for stor forsinkelse i tidssynkroniseringskredsløbene mellem GPS'en og installationen) [49] [50] [ 51] [52] .

Genkontrol af dataene i et præcisionseksperiment i foråret 2012 førte samarbejdet til den konklusion, at en neutrinos hastighed ikke kan afvige fra lysets hastighed med mere end

(90 % konfidensinterval ) [53] .

ICARUS-samarbejde

I marts 2012 blev der udført uafhængige målinger i den samme tunnel, og der blev ikke påvist superluminale neutrinohastigheder [54] . Syv neutrino- begivenheder blev registreret den 31. oktober, 1., 2. og 4. november. Ifølge analysen af ​​ICARUS- samarbejdet var den gennemsnitlige afvigelse for disse syv hændelser kun +0,3 ns fra den beregnede lysankomst [55] . ICARUS er udstyret med et tidtagningsværktøj uafhængigt af OPERA [56] .

Eksperimenter med den begrænsende hastighed af lysimpulser

Metoder, der bruger virkningerne af kvanteinterferens, bliver aktivt undersøgt for at kontrollere de optiske egenskaber af kvantesystemer [57] . I 1999, under eksperimenter udført af Harvard University , var det muligt at sænke udbredelseshastigheden af ​​lysimpulser til 17 m/s i ultrakold natriumgas ved at øge tætheden af ​​atomer [58] . I 2003, under det fælles arbejde fra Institut for Automation og Elektrometri i den sibiriske afdeling af Det Russiske Videnskabsakademi og Institut for Fysik fra Ukraines Nationale Videnskabsakademi , ved hjælp af effekten af ​​to-bølge-interaktion på et fotorefraktivt gitter , var det muligt at bremse lysimpulser til 0,025 cm/s [59] . I 2005 lykkedes det KAIST at bremse lysimpulsernes hastighed ved at bruge stimuleret Mandelstam-Brillouin spredning [60] .

FTL i science fiction

Se også

Noter

  1. ↑ 1 2 Om superluminale "kaniner" . Hentet 8. september 2020. Arkiveret fra originalen 16. januar 2021.
  2. ↑ Er superluminal hastighed mulig? . Hentet 8. januar 2017. Arkiveret fra originalen 10. november 2017.
  3. ↑ Hvad er hurtigere end lys i vores verden? Del I (ikke tilgængeligt link) . Hentet 26. maj 2016. Arkiveret fra originalen 29. juni 2020. 
  4. ↑ Om muligheden for at bruge X-ray superluminale "pletter" til at kontrollere isotropien af ​​lysets hastighed . Hentet 8. januar 2017. Arkiveret fra originalen 20. september 2017.
  5. ↑ Landau L. D. , Lifshitz E. M. Felteori. — Udgave 6, rettet og suppleret. — M .: Nauka , 1973. — 504 s. - (" Teoretisk fysik ", bind II).
  6. ↑ 1 2 3 4 Bolotovsky B. M., Ginzburg V. L. Vavilov-Cherenkov-effekten og Doppler-effekten, når kilder bevæger sig hurtigere end lysets hastighed i vakuum  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Det russiske videnskabsakademi , 1972. - T. 106 , nr. 4 . - S. 577-592 . Arkiveret fra originalen den 25. september 2013.
  7. ↑ Peter Makovetsky . Se på roden! Arkiveret 4. november 2017 på Wayback Machine
  8. ↑ 1 2 Gibbs, Philip. Er hurtigere end let rejse eller kommunikation muligt?  (engelsk)  : journal. - University of California, Riverside, 1997. Arkiveret fra originalen den 10. marts 2010.
  9. ↑ Wertheim, M. . Skyggen går  (20. juni 2007). Arkiveret fra originalen den 7. november 2017. Hentet 30. september 2017.
  10. ↑ Salmon, Wesley C. Fire årtiers videnskabelig forklaring . - University of Pittsburgh Pre, 2006. - S. 107. - ISBN 0-8229-5926-7 . Arkiveret 21. marts 2017 på Wayback Machine , Uddrag af side 107 Arkiveret 20. marts 2017 på Wayback Machine
  11. ↑ Steane, Andrew. Relativitetens vidunderlige verden: En præcis vejledning til den almindelige  læser . - Oxford University Press , 2012. - S. 180. - ISBN 0-19-969461-3 . Arkiveret 21. marts 2017 på Wayback Machine , Uddrag af side 180 Arkiveret 20. marts 2017 på Wayback Machine
  12. ↑ Klassisk mekanik bruges stadig i dag til at beskrive materielle legemer, der bevæger sig med hastigheder, der er meget lavere end lysets hastighed og placeret uden for betydelig rum-tid-krumning.
  13. ↑ Forelæsning nr. 24 om teoretisk mekanik (utilgængeligt link) . Hentet 6. juni 2019. Arkiveret fra originalen 9. oktober 2008. 
  14. ↑ Denne ligning af teoretisk mekanik fra afsnittet " punktkinematik "
  15. ↑ FTL (downlink) . Hentet 19. marts 2006. Arkiveret fra originalen 10. marts 2010. 
  16. ↑ Online Physical Encyclopedia. Bind 5, s.266. . Hentet 4. september 2007. Arkiveret fra originalen 2. marts 2012.
  17. ↑ PAR Ade et al . (Planck Samarbejde). Planck 2013 resultater. I. Oversigt over produkter og videnskabelige resultater  (engelsk)  // Astronomy and Astrophysics  : journal. - 2013. - 22. marts ( bind 1303 ). — S. 5062 . - doi : 10.1051/0004-6361/201321529 . - . - arXiv : 1303.5062 . Arkiveret fra originalen den 23. marts 2013.
  18. ↑ M. Alcubierre Warp-drevet: hyperhurtig rejse inden for den generelle relativitetsteori. - klasse. kvant. Grav. 11, L73-L77 (1994)., kopi på arxiv.org: [1] Arkiveret 31. juli 2020 på Wayback Machine
  19. ↑ 1 2 Krasnikov S. V. Nogle spørgsmål om kausalitet i generel relativitet: "tidsmaskiner" og "superluminale forskydninger". M.: Lenand, 2015. ISBN ISBN 978-5-9710-2216-9
  20. ↑ Charles T. Ridgely En makroskopisk tilgang til at skabe eksotisk stof . Hentet 8. september 2020. Arkiveret fra originalen 6. maj 2021.
  21. ↑ Introduktion til fysiske warp-drev - IOPscience . Hentet 13. marts 2021. Arkiveret fra originalen 13. maj 2021.
  22. ↑ Krasnikov S. V. Hyperhurtig rejse i generel relativitetsteori  (engelsk) // Phys. Rev. D / American Physical Society - 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
  23. ↑ S. M. Komarov. Adgang til universet: objekter til superluminal rejse  // Kemi og liv.
  24. ↑ [ (eng.) Nobelforelæsning af Frank Wilczek . Hentet 3. februar 2007. Arkiveret fra originalen 17. juli 2006. (engelsk) Nobelforelæsning af Frank Vilcek]   
  25. ↑ Feynman R. QED Strange Theory of Light and Matter. M.: Nauka, 1988. ISBN 5-02-013883-5 Ch. 3. S.81.
  26. ↑ Feynman. Kapitel 3 // QED. - S. 89.
  27. ↑ Mario Rabinowitz sorte huls paradokser . Hentet 8. september 2020. Arkiveret fra originalen 21. januar 2022.
  28. ↑ A.A. Sen Tachyon Matter in Loop Quantum Cosmology . Hentet 29. december 2006. Arkiveret fra originalen 30. oktober 2017.
  29. ↑ G. M. Telezhko. Superluminale hastigheder, ukorrekte rotationer og ladningssymmetri // Gravity, 1997, bind 3, nr. 1,76 . Hentet 29. juli 2019. Arkiveret fra originalen 29. juli 2019.
  30. ↑ G.-j. Ni, T. Chang Er neutrino en superluminal partikel?
  31. ↑ 1 2 3 4 Udbredelse af fronter og information i dispersive medier
  32. ↑ Stefano Liberati Kvantevakuumeffekter i gravitationsfelter: teori og sporbarhed
  33. ↑ Alexander Unzicker Machs princip og en variabel lyshastighed
  34. ↑ Yves-Henri Sanejouand En simpel hypotese med varierende lyshastighed er nok til at forklare supernovadata med høj rødforskydning
  35. ↑ Corrado Appignani En geometrisk induceret varierende lyshastighed (VSL) og det accelererende univers
  36. ↑ George F. R. Ellis. Note om varierende lyshastighedskosmologier  //  Generel relativitet og gravitation. - 2007. - Bd. 39 , udg. 4 . - S. 511-520 . - doi : 10.1007/s10714-007-0396-4 . - . Arkiveret fra originalen den 9. juni 2019.
  37. ↑ Luis González-Mestres (december 1997), Lorentz symmetriovertrædelse på Planck-skala, kosmologi og superluminale partikler , http://arxiv.org/abs/physics/9712056 Arkiveret 21. december 2016 på Wayback Machine , COSMO-97 Første internationale workshop om partikelfysik og det tidlige univers: Ambleside, England, 15.-19. september 1997.
  38. ↑ Luis González-Mestres (maj 1995), Egenskaber for en mulig klasse af partikler, der er i stand til at rejse hurtigere end lys , http://arxiv.org/abs/astro-ph/9505117 Arkiveret 21. december 2016 på Wayback Machine , Proceedings of den 30. Moriond Workshop Dark Matter in Cosmology, Clocks and Tests of Fundamental Laws , 22.-29. januar 1995
  39. ↑ Luis González-Mestres (januar 1996), Kosmologiske implikationer af en mulig klasse af partikler, der er i stand til at rejse hurtigere end lys , http://arxiv.org/abs/astro-ph/9601090 Arkiveret 13. oktober 2016 på Wayback Machine . Proceedings af den fjerde internationale workshop om teoretiske og fænomenologiske aspekter af undergrundsfysik, Toledo (Spanien) 17.-21. september 1995, Nucl.Phys. — Proc.Suppl. 48 (1996) 131-136.
  40. ↑ Nick E. Mavromatos (august 2002), Testing models for quantum gravity , CERN Courier , http://cerncourier.com/cws/article/cern/28696 Arkiveret 23. april 2011 på Wayback Machine
  41. ↑ Dennis Overbye (december 2002), Interpreting the Cosmic Rays , The New York Times , 31. december 2002, https://www.nytimes.com/2002/12/31/science/interpreting-the-cosmic-rays.html ?n=Top/Nyheder/Videnskab/Emner/Rum Arkiveret 27. juni 2017 på Wayback Machine
  42. ↑ Sidney Coleman og Sheldon L. Glashow (marts 1997), Cosmic Ray and Neutrino Tests of Special Relativity , http://arxiv.org/abs/hep-ph/9703240 Arkiveret 10. oktober 2016 på Wayback Machine , Phys.Lett. B405, 249-252, 1997.
  43. ↑ Luis González-Mestres (april 1997), Vacuum Structure, Lorentz Symmetry and Superluminal Particles , http://arxiv.org/abs/physics/9704017 Arkiveret 29. oktober 2013 på Wayback Machine
  44. ↑ Luis González-Mestres (februar 2009), AUGER-HiRes-resultater og modeller af Lorentz symmetriovertrædelse , http://arxiv.org/abs/0902.0994 Arkiveret 18. oktober 2016 på Wayback Machine , Proceedings of CRIS (Ray International Seminar) , La Malfa, 15.-19. september 2008, Nuclear Physics B - Proc. Suppl., bind 190, maj 2009, side 191-197.
  45. ↑ Luis González-Mestres (december 2009), Lorentz symmetriovertrædelse, mørkt stof og mørk energi , http://arxiv.org/abs/0912.0725 Arkiveret 20. april 2019 på Wayback Machine , Bidraget papir til Invisible Universe International Conference, Paris 29. juni - 3. juli 2009.
  46. ↑ 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. Måling af neutrinohastigheden med OPERA-detektoren i CNGS-strålen  // J. High Energy Phys . — Springer Science+Business Media , SpringerOpen , 2012. — Vol. 2012, Iss. 10. - ISSN 1126-6708 ; 1029-8479 ; 1127-2236 - doi:10.1007/JHEP10(2012)093 - arXiv:1109.4897
  47. ↑ Eugenie Samuel Reich. Neutrino-eksperiment replikerer hurtigere end lys-  fund . Nature Publishing Group (18. november 2011). — Citat: [...]hurtigere end lysets hastighed. Resultatet trodser Albert Einsteins særlige relativitetsteori, som siger, at dette ikke kan ske.[...] Oversættelse: [...]hurtigere end lysets hastighed. Resultatet trodser Albert Einsteins særlige relativitetsteori , som siger, at dette ikke kan ske.[...]. Hentet 22. december 2011. Arkiveret fra originalen 9. februar 2012.
  48. ↑ Neutrino-hændelser registreret i detektoren blev opdelt i 2 prøver med en gennemsnitlig energi på 13,8 GeV og 40,7 GeV . Imidlertid er den resulterende tidsforskel for hver prøve, henholdsvis 54,7 ns og 68,1 ns, inden for intervallet bestemt af den statistiske fejl. Der skal med andre ord en mere signifikant forskel fra 61,1 ns til for at kunne tale om neutrinohastighedens afhængighed af energi. Sammenligning af eksperimentelle neutrinohændelser med hændelser simuleret ved Monte Carlo-metoden afslørede ikke nogen afhængighed af hastighed af energi.
  49. ↑ OPERA-eksperimentet "lukkede" endelig superluminale neutrinoer Arkiveret 7. juli 2012 på Wayback Machine .
  50. ↑ OPERA: Hvad gik galt | Af særlig betydning . Hentet 20. oktober 2017. Arkiveret fra originalen 30. juni 2017.
  51. ↑ https://arxiv.org/pdf/1109.4897.pdf Arkiveret 8. oktober 2017 på Wayback Machine 6.1 Målinger udført under 2011 CNGS-vinterlukningen
  52. ↑ Foto af stikket før og efter tilspænding af møtrikken . Hentet 20. oktober 2017. Arkiveret fra originalen 8. oktober 2017.
  53. ↑ OPERA-samarbejdet. Måling af neutrinohastigheden med OPERA-detektoren i CNGS-strålen ved hjælp af 2012 dedikerede data  // ArXiv/hep-ex. — December 2012. Arkiveret fra originalen den 3. februar 2021.
  54. ↑ Olga Zakutnyaya. Einstein havde ret . Ruslands stemme (23. marts 2012). Hentet 26. marts 2012. Arkiveret fra originalen 31. maj 2012.
  55. ↑ Antonello M., Aprili P., Baiboussinov B., Ceolin M. B., Benetti P., Calligarich E., Canci N. , Centro S., Cesana A., Cieślik K. et al. Måling af neutrinohastigheden med ICARUS-detektoren ved CNGS-strålen  (engelsk) // Physics Letters B - Elsevier BV , 2012. - Vol. 713, Iss. 1. - S. 17-22. — ISSN 0370-2693 ; 1873-2445 ; 0550-3213 - doi:10.1016/J.PHYSLETB.2012.05.033 - arXiv:1203.3433
  56. ↑ Icarus-eksperiment måler neutrinohastighed: Selv neutrinoer er ikke hurtigere end  lys . Science Daily (16. marts 2012). Hentet 26. marts 2012. Arkiveret fra originalen 31. maj 2012.
  57. ↑ P. Knight, B. Stoicheff, D. Walls. Forord til Highlight in Quantum Optics  // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Serie A: Matematisk, fysisk og ingeniørvidenskab. — 1997-12-15. - T. 355 , nr. 1733 . — S. 2217–2217 . - ISSN 1471-2962 1364-503X, 1471-2962 . doi : 10.1098 / rsta.1997.0119 .
  58. ↑ Lene Vestergaard Hau, S.E. Harris, Zachary Dutton, Cyrus H. Behroozi. Lyshastighedsreduktion til 17 meter i sekundet i en ultrakold atomgas  (engelsk)  // Nature. — 1999-02. — Bd. 397 , udg. 6720 . — S. 594–598 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/17561 . Arkiveret 21. maj 2021.
  59. ↑ E. Podivilov, B. Sturman, A. Shumelyuk, S. Odoulov. Lyspulsen bremser op til 0,025 cm/s ved fotorefraktiv tobølgekobling  // Fysiske gennemgangsbreve. - 2003-08-22. - T. 91 , nr. 8 . - S. 083902 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.91.083902 .
  60. ↑ Kwang Yong Song, Miguel González Herráez, Luc Thévenaz. Observation af pulsforsinkelse og fremskridt i optiske fibre ved hjælp af stimuleret Brillouin-spredning (EN) // Optics Express. - 2005-01-10. - T. 13 , nej. 1 . — S. 82–88 . - ISSN 1094-4087 . - doi : 10.1364/OPEX.13.000082 . Arkiveret 19. maj 2021.

Links