ВОЗМОЖНА ЛИ СВЕРХСВЕТОВАЯ СКОРОСТЬ?

 

fast

опытный


В середине прошлого года в журналах появилось сенсационное сообщение. Группа американских исследователей обнаружила, что очень короткий лазерный импульс движется в особым образом подобранной среде в сотни раз быстрее, чем в вакууме. Это явление казалось совершенно невероятным (скорость света в среде всегда меньше, чем в вакууме) и даже породило сомнения в справедливости специальной теории относительности. Между тем сверхсветовой физический объект - лазерный импульс в усиливающей среде - был впервые обнаружен не в 2000 году, а на 35 лет раньше, в 1965 году, и возможность сверхсветового движения широко обсуждалась до начала 70-х годов. Сегодня дискуссия вокруг этого странного явления вспыхнула с новой силой.
Наверное, всем - даже людям, далеким от физики, - известно, что предельно возможной скоростью движения материальных объектов или распространения любых сигналов является скорость света в вакууме. Она обозначается буквой с и составляет почти 300 тысяч километров в секунду; точная величина с = 299 792 458 м/с. Скорость света в вакууме - одна из фундаментальных физических констант. Невозможность достижения скоростей, превышающих с, вытекает из специальной теории относительности (СТО) Эйнштейна. Если бы удалось доказать, что возможна передача сигналов со сверхсветовой скоростью, теория относительности пала бы. Пока что этого не случилось, несмотря на многочисленные попытки опровергнуть запрет на существование скоростей, больших с. Однако в экспериментальных исследованиях последнего времени обнаружились некоторые весьма интересные явления, свидетельствующие о том, что при специально созданных условиях можно наблюдать сверхсветовые скорости и при этом принципы теории относительности не нарушаются.

Для начала напомним основные аспекты, относящиеся к проблеме скорости света. Прежде всего: почему нельзя (при обычных условиях) превысить световой предел? Потому, что тогда нарушается фундаментальный закон нашего мира - закон причинности, в соответствии с которым следствие не может опережать причину. Никто никогда не наблюдал, чтобы, например, сначала замертво упал медведь, а потом выстрелил охотник. При скоростях же, превышающих с, последовательность событий становится обратной, лента времени отматывается назад. В этом легко убедиться из следующего простого рассуждения.

Предположим, что мы находимся на неком космическом чудо-корабле, движущемся быстрее света. Тогда мы постепенно догоняли бы свет, испущенный источником во все более и более ранние моменты времени. Сначала мы догнали бы фотоны, испущенные, скажем, вчера, затем - испущенные позавчера, потом - неделю, месяц, год назад и так далее. Если бы источником света было зеркало, отражающее жизнь, то мы сначала увидели бы события вчерашнего дня, затем позавчерашнего и так далее. Мы могли бы увидеть, скажем, старика, который постепенно превращается в человека средних лет, затем в молодого, в юношу, в ребенка... То есть время повернуло бы вспять, мы двигались бы из настоящего в прошлое. Причины и следствия при этом поменялись бы местами.

Хотя в этом рассуждении полностью игнорируются технические детали процесса наблюдения за светом, с принципиальной точки зрения оно наглядно демонстрирует, что движение со сверхсветовой скоростью приводит к невозможной в нашем мире ситуации. Однако природа поставила еще более жесткие условия: недостижимо движение не только со сверхсветовой скоростью, но и со скоростью, равной скорости света, - к ней можно только приближаться. Из теории относительности следует, что при увеличении скорости движения возникают три обстоятельства: возрастает масса движущегося объекта, уменьшается его размер в направлении движения и замедляется течение времени на этом объекте (с точки зрения внешнего "покоящегося" наблюдателя). При обычных скоростях эти изменения ничтожно малы, но по мере приближения к скорости света они становятся все ощутимее, а в пределе - при скорости, равной с, - масса становится бесконечно большой, объект полностью теряет размер в направлении движения и время на нем останавливается. Поэтому никакое материальное тело не может достичь скорости света. Такой скоростью обладает только сам свет! (А также "всепроникающая" частица - нейтрино, которая, как и фотон, не может двигаться со скоростью, меньшей с.)

Теперь о скорости передачи сигнала. Здесь уместно воспользоваться представлением света в виде электромагнитных волн. Что такое сигнал? Это некая информация, подлежащая передаче. Идеальная электромагнитная волна - это бесконечная синусоида строго одной частоты, и она не может нести никакой информации, ибо каждый период такой синусоиды в точности повторяет предыдущий. Cкорость перемещения фазы cинусоидальной волны - так называемая фазовая скорость - может в среде при определенных условиях превышать скорость света в вакууме. Здесь ограничения отсутствуют, так как фазовая скорость не является скоростью сигнала - его еще нет. Чтобы создать сигнал, надо сделать какую-то "отметку" на волне. Такой отметкой может быть, например, изменение любого из параметров волны - амплитуды, частоты или начальной фазы. Но как только отметка сделана, волна теряет синусоидальность. Она становится модулированной, состоящей из набора простых синусоидальных волн с различными амплитудами, частотами и начальными фазами - группы волн. Скорость перемещения отметки в модулированной волне и является скоростью сигнала. При распространении в среде эта скорость обычно совпадает с групповой скоростью, характеризующей распространение вышеупомянутой группы волн как целого (см. "Наука и жизнь" № 2, 2000 г.). При обычных условиях групповая скорость, а следовательно, и скорость сигнала меньше скорости света в вакууме. Здесь не случайно употреблено выражение "при обычных условиях", ибо в некоторых случаях и групповая скорость может превышать с или вообще терять смысл, но тогда она не относится к распространению сигнала. В СТО устанавливается, что невозможна передача сигнала со скоростью, большей с.

Почему это так? Потому, что препятствием для передачи любого сигнала со скоростью больше с служит все тот же закон причинности. Представим себе такую ситуацию. В некоторой точке А световая вспышка (событие 1) включает устройство, посылающее некий радиосигнал, а в удаленной точке В под действием этого радиосигнала происходит взрыв (событие 2). Понятно, что событие 1 (вспышка) - причина, а событие 2 (взрыв) - следствие, наступающее позже причины. Но если бы радиосигнал распространялся со сверхсветовой скоростью, наблюдатель вблизи точки В увидел бы сначала взрыв, а уже потом - дошедшую до него со скоростью с световую вспышку, причину взрыва. Другими словами, для этого наблюдателя событие 2 совершилось бы раньше, чем событие 1, то есть следствие опередило бы причину.

Уместно подчеркнуть, что "сверхсветовой запрет" теории относительности накладывается только на движение материальных тел и передачу сигналов. Во многих ситуациях возможно движение с любой скоростью, но это будет движение не материальных объектов и не сигналов. Например, представим себе две лежащие в одной плоскости достаточно длинные линейки, одна из которых расположена горизонтально, а другая пересекает ее под малым углом. Если первую линейку двигать вниз (в направлении, указанном стрелкой) с большой скоростью, точку пересечения линеек можно заставить бежать сколь угодно быстро, но эта точка - не материальное тело. Другой пример: если взять фонарик (или, скажем, лазер, дающий узкий луч) и быстро описать им в воздухе дугу, то линейная скорость светового зайчика будет увеличиваться с расстоянием и на достаточно большом удалении превысит с. Световое пятно переместится между точками А и В со сверхсветовой скоростью, но это не будет передачей сигнала из А в В, так как такой световой зайчик не несет никакой информации о точке А.

Казалось бы, вопрос о сверхсветовых скоростях решен. Но в 60-х годах двадцатого столетия физиками-теоретиками была выдвинута гипотеза существования сверхсветовых частиц, названных тахионами. Это очень странные частицы: теоретически они возможны, но во избежание противоречий с теорией относительности им пришлось приписать мнимую массу покоя. Физически мнимая масса не существует, это чисто математическая абстракция. Однако это не вызвало особой тревоги, поскольку тахионы не могут находиться в покое - они существуют (если существуют!) только при скоростях, превышающих скорость света в вакууме, а в этом случае масса тахиона оказывается вещественной. Здесь есть некоторая аналогия с фотонами: у фотона масса покоя равна нулю, но это просто означает, что фотон не может находиться в покое - свет нельзя остановить.

Наиболее сложным оказалось, как и следовало ожидать, примирить тахионную гипотезу с законом причинности. Попытки, предпринимавшиеся в этом направлении, хотя и были достаточно остроумными, не привели к явному успеху. Экспериментально зарегистриро вать тахионы также никому не удалось. В итоге интерес к тахионам как к сверхсветовым элементарным частицам постепенно сошел на нет.

Однако в 60-х же годах было экспериментально обнаружено явление, поначалу приведшее физиков в замешательство. Об этом подробно рассказано в статье А. Н. Ораевского "Сверхсветовые волны в усиливающих средах" (УФН № 12, 1998 г.). Здесь мы кратко приведем суть дела, отсылая читателя, интересующегося подробностями, к указанной статье.

Вскоре после открытия лазеров - в начале 60-х годов - возникла проблема получения коротких (длительностью порядка 1 нс = 10-9 с) импульсов света большой мощности. Для этого короткий лазерный импульс пропускался через оптический квантовый усилитель. Импульс расщеплялся светодели тельным зеркалом на две части. Одна из них, более мощная, направлялась в усилитель, а другая распространялась в воздухе и служила опорным импульсом, с которым можно было сравнивать импульс, прошедший через усилитель. Оба импульса подавались на фотоприемники, а их выходные сигналы могли визуально наблюдаться на экране осциллографа. Ожидалось, что световой импульс, проходящий через усилитель, испытает в нем некоторую задержку по сравнению с опорным импульсом, то есть скорость распространения света в усилителе будет меньше, чем в воздухе. Каково же было изумление исследователей, когда они обнаружили, что импульс распространялся через усилитель со скоростью не только большей, чем в воздухе, но и превышающей скорость света в вакууме в несколько раз!

Оправившись от первого шока, физики стали искать причину столь неожиданного результата. Ни у кого не возникло даже малейшего сомнения в принципах специальной теории относительности, и именно это помогло найти правильное объяснение: если принципы СТО сохраняются, то ответ следует искать в свойствах усиливающей среды.

Не вдаваясь здесь в детали, укажем лишь, что подробный анализ механизма действия усиливающей среды полностью прояснил ситуацию. Дело заключалось в изменении концентрации фотонов при распространении импульса - изменении, обусловленном изменением коэффициента усиления среды вплоть до отрицательного значения при прохождении задней части импульса, когда среда уже поглощает энергию, ибо ее собственный запас уже израсходован вследствие передачи ее световому импульсу. Поглощение вызывает не усиление, а ослабление импульса, и, таким образом, импульс оказывается усиленным в передней и ослабленным в задней его части. Представим себе, что мы наблюдаем за импульсом при помощи прибора, движущегося со скоростью света в среде усилителя. Если бы среда была прозрачной, мы видели бы застывший в неподвижности импульс. В среде же, в которой происходит упомянутый выше процесс, усиление переднего и ослабление заднего фронта импульса будет представляться наблюдателю так, что среда как бы подвинула импульс вперед. Но раз прибор (наблюдатель) движется со скоростью света, а импульс обгоняет его, то скорость импульса превышает скорость света! Именно этот эффект и был зарегистрирован экспериментаторами. И здесь действительно нет противоречия с теорией относительности: просто процесс усиления таков, что концентрация фотонов, вышедших раньше, оказывается больше, чем вышедших позже. Со сверхсветовой скоростью перемещаются не фотоны, а огибающая импульса, в частности его максимум, который и наблюдается на осциллографе.

Таким образом, в то время как в обычных средах всегда происходит ослабление света и уменьшение его скорости, определяемое показателем преломления, в активных лазерных средах наблюдается не только усиление света, но и распространение импульса со сверхсветовой скоростью.

Некоторые физики пытались экспериментально доказать наличие сверхсветового движения при туннельном эффекте - одном из наиболее удивительных явлений в квантовой механике. Этот эффект состоит в том, что микрочастица (точнее говоря, микрообъект, в разных условиях проявляющий как свойства частицы, так и свойства волны) способна проникать через так называемый потенциальный барьер - явление, совершенно невозможное в классической механике (в которой аналогом была бы такая ситуация: брошенный в стену мяч оказался бы по другую сторону стены или же волнообразное движение, приданное привязанной к стене веревке, передавалось бы веревке, привязанной к стене с другой стороны). Сущность туннельного эффекта в квантовой механике состоит в следующем. Если микрообъект, обладающий определенной энергией, встречает на своем пути область с потенциальной энергией, превышающей энергию микрообъекта, эта область является для него барьером, высота которого определяется разностью энергий. Но микрообъект "просачивается" через барьер! Такую возможность дает ему известное соотношение неопределенностей Гейзенбер га, записанное для энергии и времени взаимодействия. Если взаимодействие микрообъекта с барьером происходит в течение достаточно определенного времени, то энергия микрообъекта будет, наоборот, характеризоваться неопределенностью, и если эта неопределен ность будет порядка высоты барьера, то последний перестает быть для микрообъекта непреодолимым препятствием. Вот скорость проникновения через потенциальный барьер и стала предметом исследований ряда физиков, полагающих, что она может превышать с.

В июне 1998 года в Кёльне состоялся международный симпозиум по проблемам сверхсветовых движений, где обсуждались результаты, полученные в четырех лабораториях - в Беркли, Вене, Кёльне и во Флоренции.

И, наконец, в 2000 году появились сообщения о двух новых экспериментах, в которых проявились эффекты сверхсветового распространения. Один из них выполнил Лиджун Вонг с сотрудниками в исследовательском институте в Принстоне (США). Его результат состоит в том, что световой импульс, входящий в камеру, наполненную парами цезия, увеличивает свою скорость в 300 раз. Получалось, что главная часть импульса выходит из дальней стенки камеры даже раньше, чем импульс входит в камеру через переднюю стенку. Такая ситуация противоречит не только здравому смыслу, но, в сущности, и теории относитель ности.

Сообщение Л. Вонга вызвало интенсивное обсуждение в кругу физиков, большинство которых не склонны видеть в полученных результатах нарушение принципов относительно сти. Задача состоит в том, полагают они, чтобы правильно объяснить этот эксперимент.

В эксперименте Л.Вонга световой импульс, входящий в камеру с парами цезия, имел длительность около 3 мкс. Атомы цезия могут находиться в шестнадцати возможных квантовомеханических состояниях, называемых "сверхтонкие магнитные подуровни основного состояния". При помощи оптической лазерной накачки почти все атомы приводились только в одно из этих шестнадцати состояний, соответствующее почти абсолютному нулю температуры по шкале Кельвина (-273,15оC). Длина цезиевой камеры составляла 6 сантиметров. В вакууме свет проходит 6 сантиметров за 0,2 нс. Через камеру же с цезием, как показали выполненные измерения, световой импульс проходил за время на 62 нс меньшее, чем в вакууме. Другими словами, время прохождения импульса через цезиевую среду имеет знак "минус"! Действительно, если из 0,2 нс вычесть 62 нс, получим "отрицательное" время. Эта "отрицательная задержка" в среде - непостижимый временной скачок - равен времени, в течение которого импульс совершил бы 310 проходов через камеру в вакууме. Следствием этого "временного переворота" явилось то, что выходящий из камеры импульс успел удалиться от нее на 19 метров, прежде чем приходящий импульс достиг ближней стенки камеры. Как же можно объяснить такую невероятную ситуацию (если, конечно, не сомневаться в чистоте эксперимента)?

Судя по развернувшейся дискуссии, точное объяснение еще не найдено, но несомненно, что здесь играют роль необычные дисперсионные свойства среды: пары цезия, состоящие из возбужденных лазерным светом атомов, представляют собой среду с аномальной дисперсией. Напомним кратко, что это такое.

Дисперсией вещества называется зависимость фазового (обычного) показателя преломления n от длины волны света l. При нормальной дисперсии показатель преломления увеличивается с уменьшением длины волны, и это имеет место в стекле, воде, воздухе и всех других прозрачных для света веществах. В веществах же, сильно поглощающих свет, ход показателя преломления с изменением длины волны меняется на обратный и становится гораздо круче: при уменьшении l (увеличении частоты w) показатель преломления резко уменьшается и в некоторой области длин волн становится меньше единицы (фазовая скорость Vф > с). Это и есть аномальная дисперсия, при которой картина распространения света в веществе меняется радикальным образом. Групповая скорость Vгр становится больше фазовой скорости волн и может превысить скорость света в вакууме (а также стать отрицательной). Л. Вонг указывает на это обстоятельство как на причину, лежащую в основе возможности объяснения результатов его эксперимента. Следует, однако, заметить, что условие Vгр > с является чисто формальным, так как понятие групповой скорости введено для случая малой (нормальной) дисперсии, для прозрачных сред, когда группа волн при распространении почти не меняет своей формы. В областях же аномальной дисперсии световой импульс быстро деформируется и понятие групповой скорости теряет смысл; в этом случае вводятся понятия скорости сигнала и скорости распространения энергии, которые в прозрачных средах совпадают с групповой скоростью, а в средах с поглощением остаются меньше скорости света в вакууме. Но вот что интересно в эксперименте Вонга: световой импульс, пройдя через среду с аномальной дисперсией, не деформируется - он в точности сохраняет свою форму! А это соответствует допущению о распространении импульса с групповой скоростью. Но если так, то получается, что в среде отсутствует поглощение, хотя аномальная дисперсия среды обусловлена именно поглощением! Сам Вонг, признавая, что многое еще остается неясным, полагает, что происходящее в его экспериментальной установке можно в первом приближении наглядно объяснить следующим образом.

Световой импульс состоит из множества составляющих с различными длинами волн (частотами). На рисунке показаны три из этих составляющих (волны 1-3). В некоторой точке все три волны находятся в фазе (их максимумы совпадают); здесь они, складываясь, усиливают друг друга и образуют импульс. По мере дальнейшего распространения в пространстве волны расфазируются и тем самым "гасят" друг друга.

В области аномальной дисперсии (внутри цезиевой ячейки) волна, которая была короче (волна 1), становится длиннее. И наоборот, волна, бывшая самой длинной из трех (волна 3), становится самой короткой.

Следовательно, соответственно меняются и фазы волн. Когда волны прошли через цезиевую ячейку, их волновые фронты восстанавливаются. Претерпев необычную фазовую модуляцию в веществе с аномальной дисперсией, три рассматриваемые волны вновь оказываются в фазе в некоторой точке. Здесь они снова складываются и образуют импульс точно такой же формы, как и входящий в цезиевую среду.

Обычно в воздухе и фактически в любой прозрачной среде с нормальной дисперсией световой импульс не может точно сохранять свою форму при распространении на удаленное расстояние, то есть все его составляющие не могут быть сфазированы в какой-либо удаленной точке вдоль пути распространения. И в обычных условиях световой импульс в такой удаленной точке появляется спустя некоторое время. Однако вследствие аномальных свойств использованной в эксперименте среды импульс в удаленной точке оказался сфазирован так же, как и при входе в эту среду. Таким образом, световой импульс ведет себя так, как если бы он имел отрицательную временную задержку на пути до удаленной точки, то есть пришел бы в нее не позже, а раньше, чем прошел среду!

Большая часть физиков склонна связывать этот результат с возникновением низкоинтенсивного предвестника в диспергирующей среде камеры. Дело в том, что при спектральном разложении импульса в спектре присутствуют составляющие сколь угодно высоких частот с ничтожно малой амплитудой, так называемый предвестник, идущий впереди "главной части" импульса. Характер установления и форма предвестника зависят от закона дисперсии в среде. Имея это в виду, последовательность событий в эксперименте Вонга предлагается интерпретировать следующим образом. Приходящая волна, "простирая" предвестник впереди себя, приближается к камере. Прежде чем пик приходящей волны попадет на ближнюю стенку камеры, предвестник инициирует возникновение импульса в камере, который доходит до дальней стенки и отражается от нее, образуя "обратную волну". Эта волна, распространяясь в 300 раз быстрее с, достигает ближней стенки и встречается с приходящей волной. Пики одной волны встречаются со впадинами другой, так что они уничтожают друг друга и в результате ничего не остается. Получается, что приходящая волна "возвращает долг" атомам цезия, которые "одалживали" ей энергию на другом конце камеры. Тот, кто наблюдал бы только начало и конец эксперимента, увидел бы лишь импульс света, который "прыгнул" вперед во времени, двигаясь быстрее с.

Л. Вонг считает, что его эксперимент не согласуется с теорией относительности. Утверждение о недостижимости сверхсветовой скорости, полагает он, применимо только к объектам, обладающим массой покоя. Свет может быть представлен либо в виде волн, к которым вообще неприменимо понятие массы, либо в виде фотонов с массой покоя, как известно, равной нулю. Поэтому скорость света в вакууме, считает Вонг, не предел. Тем не менее Вонг признает, что обнаруженный им эффект не дает возможности передавать информацию со скоростью больше с.

"Информация здесь уже заключена в переднем крае импульса, - говорит П. Милонни, физик из Лос-Аламосской национальной лаборатории США. - И может создаться впечатление о сверхсветовой посылке информации, даже когда вы ее не посылаете".

Большинство физиков считают, что новая работа не наносит сокрушительного удара по фундаментальным принципам. Но не все физики полагают, что проблема улажена. Профессор А. Ранфагни из итальянской исследовательской группы, осуществившей еще один интересный эксперимент 2000 года, считает, что вопрос еще остается открытым. Этот эксперимент, проведенный Даниэлом Мугнаи, Анедио Ранфагни и Рокко Руггери, обнаружил, что радиоволны сантиметрового диапазона в обычном воздухе распространяются со скоростью, превышающей с на 25%.

Резюмируя, можно сказать следующее. Работы последних лет показывают, что при определенных условиях сверхсветовая скорость действительно может иметь место. Но что именно движется со сверхсветовой скоростью? Теория относительности, как уже упоминалось, запрещает такую скорость для материальных тел и для сигналов, несущих информацию. Тем не менее некоторые исследователи весьма настойчиво пытаются продемонстри ровать преодоление светового барьера именно для сигналов. Причина этого кроется в том, что в специальной теории относительности нет строгого математического обоснования (базирующегося, скажем, на уравнениях Максвелла для электромагнитного поля) невозможности передачи сигналов со скоростью больше с. Такая невозможность в СТО устанавливается, можно сказать, чисто арифметически, исходя из эйнштейновской формулы сложения скоростей, но фундаментальным образом это подтверждается принципом причинности. Сам Эйнштейн, рассматривая вопрос о сверхсветовой передаче сигналов, писал, что в этом случае "...мы вынуждены считать возможным механизм передачи сигнала, при использовании которого достигаемое действие предшествует причине. Но, хотя этот результат с чисто логической точки зрения и не содержит в себе, по-моему, никаких противоречий, он все же настолько противоречит характеру всего нашего опыта, что невозможность предположения V > с представляется в достаточной степени доказанной". Принцип причинности - вот тот краеугольный камень, который лежит в основе невозможности сверхсветовой передачи сигналов. И об этот камень, по-видимому, будут спотыкаться все без исключения поиски сверхсветовых сигналов, как бы экспериментаторам не хотелось такие сигналы обнаружить, ибо такова природа нашего мира.

В заключение следует подчеркнуть, что все вышеизложенное относится именно к нашему миру, к нашей Вселенной. Такая оговорка сделана потому, что в последнее время в астрофизике и космологии появляются новые гипотезы, допускающие существование множества скрытых от нас Вселенных, соединенных топологическими туннелями -перемычками. Такой точки зрения придерживается, например, известный астрофизик Н. С. Кардашев. Для внешнего наблюдателя входы в эти туннели обозначаются аномальными полями тяготения, подобно черным дырам. Перемещения в таких туннелях, как предполагают авторы гипотез, позволят обойти ограничение скорости движения, накладыва емое в обычном пространстве скоростью света, и, следовательно, реализовать идею о создании машины времени... Не исключено, что в подобных Вселенных действительно могут происходить необычные для нас вещи. И хотя пока что такие гипотезы слишком уж напоминают сюжеты из научной фантастики, вряд ли следует категорически отвергать принципиальную возможность многоэлементной модели устройства материального мира. Другое дело, что все эти другие Вселенные, скорее всего, останутся чисто математическими построениями физиков-теоретиков, живущих в нашей Вселенной и силой своей мысли пытающихся нащупать закрытые для нас миры...

Доктор технических наук А. ГОЛУБЕВ.
lПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
ЗАКОНЫ СЛОЖЕНИЯ СКОРОСТЕЙ
Невозможность передать сигнал со сверхсветовой скоростью непосредственно следует из эйнштейновской формулы сложения скоростей - релятивистской формулы (от англ. relativity - относительность). Задача о сложении скоростей возникает при наличии двух движущихся одна относительно другой инерциальных (то есть движущихся равномерно и прямолинейно) систем отсчета. Состоит она в следующем: если движение некоторого тела или распространение сигнала происходит со скоростью Vў в системе Sў, движущейся в том же направлении относительно системы S со скоростью U, то какова будет скорость V тела (сигнала) для наблюдателя, покоящегося в системе S? В классической кинематике ответ прост: V = Vў + U. Например, если поезд (система Sў) движется относительно платформы (системы S) со скоростью U = 60 км/ч, а в поезде бежит человек в направлении движения поезда со скоростью Vў = 10 км/ч, то скорость перемещения человека относительно платформы будет V = 10 + 60 = 70 км/ч. Релятивис тская же формула сложения скоростей выглядит следующим образом:
V = (Vў + U)/(1 + VўU/c2). Когда величина скоростей Vў и U значительно меньше c (что обычно бывает в привычных нам земных условиях), она переходит в обычную формулу классической механики. Нетрудно также убедиться, что даже если Vў = c, то и V = c, то есть ни в какой инерциальной системе невозможно движение со скоростью, превышающей скорость света в вакууме.

СВЕРХСВЕТОВАЯ РАДИОВОЛНА
В эксперименте Д. Мугнаи, А. Ранфагни и Р. Руггери измерялось время распространения прямоугольных импульсов, которыми модулировались радиоволны длиной 3,5 см на дистанциях от 0,3 до 1,4 м при двух различных значениях угловой ширины 2q выходящего из передающей антенны радиолуча (32о и 46о). Экспериментаторы считают, что скорость распространения V подчиняется соотношению V = c/cos, и поскольку cos меньше единицы, то V > c. Заметим, что приведенное соотношение хорошо известно в волноводной технике и выражает собой фазовую скорость распростра нения электромагнитного поля в волноводе, а групповая скорость равна произведению с.cosq, которое меньше с. В воздухе же для радиоволн сантиметрового диапазона дисперсия практически отсутству ет, то есть Vгр=Vф =V. Вот для этого случая авторы и получили значение V > с. Однако внимательный анализ этого эксперимента порождает большие сомнения в корректности вывода авторов. Не вдаваясь в подробности, отметим лишь, что полученный ими результат относится к так называемой ближней зоне, где сильно проявляется дифракция на краях зеркала передающей антенны. Это существенно искажает измерения и приводит к тому, что, вообще говоря, можно получить самые разные результаты. При удалении же от ближней зоны (уже на расстоянии 1,2-1,3 м от передающей антенны), как следует из графиков, приводимых в статье, получается V=c.

Статья об эксперименте с подробным его описанием опубликована в выпуске журнала Physical Review Letters от 22 мая 2000 года (т. 84, № 21).
 
+
-
edit
 

Snipper

опытный

И охота же Ва была этот бред перепечатывать? :redface:
 
+
-
edit
 

Mortius

втянувшийся
Fast, кажись этот топик уже обсуждался...
 

fast

опытный

Тпоик обсуждался, но были только неаргументированные выпады, типа, бред. Здесь же как раз подобный бред о сверхскоростях и опровергаеться, только с научными результатами и выкладками.
 

MiG31
Реконструктор

опытный

А что насчет этой теории:
В пространстве нет вакуума. Все пространство заполнено частицами, которые мы еще не открыли. Назовем ихнее множество Виртуальным Газом.
Так вот - сжимание (уменьшение объема) объекта, который движится, происходит потому, что он встречает сопротивление Виртуального Газа. Ну, мы открываем частицы, составляющие В.Г., создаем еффективное противодействие сопротивления и катаемся по всей галактике на сверхсветовой скорости солько хотим :biggrin:

Теория моя, не смейте публиковать нигде, голову откручу за это :biggrin:
 
+
-
edit
 

Kuznets

Клерк-старожил
★☆
MiG31>А что насчет этой теории:

Теория конечно смешная но пускай :)

MiG31>Так вот - сжимание (уменьшение объема) объекта, который движится, происходит потому, что он встречает сопротивление Виртуального Газа.

Тогда есть сила сопротивления и по аналогии с газом (воздухом) есть более оптимальные и менее оптимальные профили обтекания, которые соответственно по-разному сопротивляются набегающему потоку. Ничего не напоминает? :)
Берем оптимальный профиль, вешаем мотор с винтом, а лучше реактивный (газ твой - в качестве топлива) и вперед! :)

MiG31>Теория моя, не смейте публиковать нигде, голову откручу за это :biggrin:

Ни в коем разе, упаси боже :)
 
+
-
edit
 

Mortius

втянувшийся
Хех, не являсь физиком сложновато понять все эти тонкости, только у меня все же есть вопрос, ведь под скоростью света мы все же представляем не волновую ее часть, а фотонную, хех...свет "заморозить" в специальной среде это похоже не проблема...но ведь фотон все равно движется с неизменной скоростью, его можно "захватить", но его скорость изменить нельзя, он тогда просто исчезнет. Вроде в этом и заключается проблема преодолении скорости света.
 
+
-
edit
 

Snipper

опытный

fast>Тпоик обсуждался, но были только неаргументированные выпады, типа, бред. Здесь же как раз подобный бред о сверхскоростях и опровергаеться, только с научными результатами и выкладками.

:biggrin: Это просто демагогия с вкраплением "научности" для достоверности. Просто нагромождение громких слов. Потому и бред.
 

MiG31
Реконструктор

опытный

Уважаемый парень с молотком,
это ведь только общая теория, о подробностях не думал.
Делать аналогию чего-то неизвестного с чем-то очень известным - глупо.
 
Я вот чего-то рассуждения не пойму... :confused:

quote:

При скоростях же, превышающих с, последовательность событий становится обратной, лента времени отматывается назад. В этом легко убедиться из следующего простого рассуждения.

Предположим, что мы находимся на неком космическом чудо-корабле, движущемся быстрее света. Тогда мы постепенно догоняли бы свет, испущенный источником во все более и более ранние моменты времени. Сначала мы догнали бы фотоны, испущенные, скажем, вчера, затем - испущенные позавчера, потом - неделю, месяц, год назад и так далее. Если бы источником света было зеркало, отражающее жизнь, то мы сначала увидели бы события вчерашнего дня, затем позавчерашнего и так далее. Мы могли бы увидеть, скажем, старика, который постепенно превращается в человека средних лет, затем в молодого, в юношу, в ребенка... То есть время повернуло бы вспять, мы двигались бы из настоящего в прошлое. Причины и следствия при этом поменялись бы местами.

 


Ну и ЧТО?
Вот аналогичное рассуждение...

Предположим, что мы находимся на неком чудо-самолете, движущемся быстрее звука. Тогда мы постепенно догоняли бы звук, испущенный источником во все более и более ранние моменты времени. Сначала мы догнали бы звуковые волны, испущенные, скажем, вчера, затем - испущенные позавчера, потом - неделю, месяц, год назад и так далее. Мы могли бы услышать, скажем, сначала звук взрыва, а затем звук нажатия на кнопку, которая и вызвала взрыв... То есть время повернуло бы вспять, мы двигались бы из настоящего в прошлое. Причины и следствия при этом поменялись бы местами.

Из этого следует, что перемещение быстрее скорости звука невозможно?
:)
 
+
-
edit
 

Mortius

втянувшийся
>Предположим, что мы находимся на неком чудо-самолете, движущемся быстрее звука. Тогда мы постепенно догоняли бы звук, испущенный источником во все более и более ранние моменты времени.

Хех в этм что то есть :) ....хотя тот звук давно бы рассеялся.
"Догнать" испущенный фатон нельзя в этом вся идея....ведь если мы сможем двигаться на скорости хоть на 0.000000000.....1 быстрее скорости фатона, то мы сможем увидеть Первый взрыв ( если такавой конечно был ) , а это будет вообще нечто...поэтому Энштейн или мы что :) что то перемудрили со всеми этими обгонами и перегонами.
 
+
-
edit
 

KUZNETS
Kuznets

Клерк-старожил
★☆
Да ладно тебе, расслабься. Такие теории можно обсуждать только в шутку, что я и сделал. Ты, видимо, юмора не понял.
 
+
-
edit
 

Shustoff

новичок
Я так понял, что невозможность передачи сигнала (информации) со сверхсветовой скоростью обуславливается ТОЛЬКО тем, что при этом нарушается закон причинности... "Этого не может быть потому, что этого не может быть никогда " :) Ну и что? Дался вам этот закон... Ведь во-первых, если он и нарушается, то только в определенных, достаточно "экзотических" условиях - и к повседневному опыту имеет мало отношения... А во-вторых события с обратной причинно-следственной частью воспринимались бы нами как хаотичные, случайные - а уж чего-чего, а хаотичных и случайных событий во вселенной - навалом, включая и само ее (вселенной) появление. Безумнее надо быть, господа ученые :biggrin:
 
+
-
edit
 

TheFreak

старожил

Shustoff>Я так понял, что невозможность передачи сигнала (информации) со сверхсветовой скоростью обуславливается ТОЛЬКО тем, что при этом нарушается закон причинности...

Вообще то специальная теория относительности (СТО) базируется всего на двух постулатах:
1. Законы физики одинаковы во всех инерциальных системах.
2. Во всех инерциальных системах, скорость света одинакова, независимо от того, был ли свет испущен движущимся или покоящимся телом.
И это все. А рассуждения о причинности - чистая философия.

Отвечая на укор по поводу отсутствия фантазии, вы вначале экспериментально докажите, что, например, 2-й постулат не верен, тогда и требуйте "полет мысли".

Vi: Браво! :biggrin:
 
+
-
edit
 

Kuznets

Клерк-старожил
★☆
Shustoff>Я так понял, что невозможность передачи сигнала (информации) со сверхсветовой скоростью обуславливается ТОЛЬКО тем, что при этом нарушается закон причинности...

Нет такого закона, это лишь следствие.

>Безумнее надо быть, господа ученые :biggrin:

Куда уж более :)
 
+
-
edit
 

Snipper

опытный

TheFreak>Вообще то специальная теория относительности (СТО) базируется всего на двух постулатах:
TheFreak>1. Законы физики одинаковы во всех инерциальных системах.
TheFreak>2. Во всех инерциальных системах, скорость света одинакова, независимо от того, был ли свет испущен движущимся или покоящимся телом.
Вот!!! Золотые слова!!! ПОСТУЛАТЫ!!! А господа релятивисты уже настолько потеряли совесть, что не стесняются говорить, дескать, "как известно, скорость света есть величина постоянная во всех системах отсчета". ТФУ!!! И еще приводят в свое оправдание циклотроны и ускорители. По сути технически очень сложные, но теоретически весьма простые установки. Так ведь, если на то пошло, я могу, к примеру, скзать, что электричество - это род жидкости, и исходя из законов гидравлики рассчитать несложную схему. И ведь будет работать. И потом всех тыкать мордой в этот стенд, всех, кто засомневается в том, что э.- жидкость. Видел??? Ну и закройся!!! Так то вот...
А на самом деле локазательств хоть пруд пруди, только о них предпочитают помалкивать. Откуда, по вашему, все эти бредовые байки по поводу суперструн и прочего? От неспособности объяснить то, что НЕВОЗМОЖНО объяснить в рамках СТО и ОТО.
 
+
-
edit
 

Kuznets

Клерк-старожил
★☆
Snipper>А на самом деле локазательств хоть пруд пруди, только о них предпочитают помалкивать. Откуда, по вашему, все эти бредовые байки по поводу суперструн и прочего? От неспособности объяснить то, что НЕВОЗМОЖНО объяснить в рамках СТО и ОТО.

Теория суперструн (кстати это не супер-струны, а суперсимметричные струны) пытается объяснить то, что ТО и не пыталась на своем уровне. Это примерно как ТО и Ньютонова механика - первая приводима ко второй при малых скоростях, но вторая не приводится к первой. Когда ТО создавалась, кто знал про CP и CPT четности?
 
+
-
edit
 

Snipper

опытный

Так ведь в том то и проблема, что теория эта пытается объяснить именно то, что НЕ влезает в СТО, именно ТАК, чтобы эту СТО (священнную корову) НЕ ТРОНУТЬ. Не согласны?
 
+
-
edit
 

Kuznets

Клерк-старожил
★☆
Snipper>Так ведь в том то и проблема, что теория эта пытается объяснить именно то, что НЕ влезает в СТО, именно ТАК, чтобы эту СТО (священнную корову) НЕ ТРОНУТЬ. Не согласны?

Проблемы никакой нет, т.к. теории как таковой тоже нет. А священные коровы - это извините демагогия чистой воды.

PS Все процессы которые пытаются описать теории по энергии большие чем стандартная модель на энергиях СМ прекрасно соотносятся с ТО.
 
AU animus ulterius #30.05.2001 08:56
+
-
edit
 

animus ulterius

втянувшийся
"Sacred cows make the best burgers", как ответил один из ведущих инженеров Cisco на вопрос о смене отношения компании к стратегии роутинга.

Но большинству учёных далеко до инженеров в плане отношения к священным коровам :) Поэтому каждые пару лет появляется новое поколение процев, а вот пересмотр "стандартной теории" занимает куда больше времени. У учёных есть репутация, и рисковать выставить себя дураком редко кто возьмётся, т.к. после этого могут грант не дать, в престижный универ не пригласить, и т.п.
С холодным синтезом накололись двое, поторопились объявить об "успехе" - и всё, привет.
 
RU asoneofus #30.05.2001 09:20
+
-
edit
 

asoneofus

старожил
★★
Скорость света в квадрате равна произведению фазовой и групповой скоростей (для радиоволн), выходит- тормозишь групповую (энергетика) растёт фазовая (информация). В некоторых средах (границах сред) происходит замедление групповой скорости - это позволяет (кому не знаю) говорить о том, что информация может передаваться... ну явно быстрее ск. света. Обратный процесс (торможение фазовой скорости).. может быть только у людей (хи-хи..) - но групповая не растёт... нонсенс.
"... аще где в книге сей грубостию моей пропись или небрежением писано, молю Вас: не зазрите моему окаянству, не кляните, но поправьте, писал бо не ангел Божий, но человек грешен и зело исполнен неведения ..."  
+
-
edit
 

Kuznets

Клерк-старожил
★☆
animus ulterius>Но большинству учёных далеко до инженеров в плане отношения к священным коровам :) Поэтому каждые пару лет появляется новое поколение процев, а вот пересмотр "стандартной теории" занимает куда больше времени. У учёных есть репутация, и рисковать выставить себя дураком редко кто возьмётся, т.к. после этого могут грант не дать, в престижный универ не пригласить, и т.п.
animus ulterius>С холодным синтезом накололись двое, поторопились объявить об "успехе" - и всё, привет.

Пример как раз не в тему. Эти двое не "накололись" а элементарно ошиблись, и ошиблись еще раз, когда раструбили об этом на весь мир.
 

TEvg

аксакал

админ. бан
Все эти разговоры о причинности есть бред.

>Почему это так? Потому, что препятствием для передачи любого сигнала со скоростью больше с служит все тот же закон причинности. Представим себе такую ситуацию. В некоторой точке А световая вспышка (событие 1) включает устройство, посылающее некий радиосигнал, а в удаленной точке В под действием этого радиосигнала происходит взрыв (событие 2). Понятно, что событие 1 (вспышка) - причина, а событие 2 (взрыв) - следствие, наступающее позже причины. Но если бы радиосигнал распространялся со сверхсветовой скоростью, наблюдатель вблизи точки В увидел бы сначала взрыв, а уже потом - дошедшую до него со скоростью с световую вспышку, причину взрыва. Другими словами, для этого наблюдателя событие 2 совершилось бы раньше, чем событие 1, то есть следствие опередило бы причину.

Объясняю, причиной взрыва является радиосигнал, вспышка есть причина посылки радиосигнала. В точку В вспышке приходить вовсе не обязательно :)
Представьте себе тот же пример, только радиосигнал посылается при помощи звука. Очень легко на практике добиться, чтобы звук приходил в точку В через несколько секунд после взрыва :)

Насчет догоняния фотонов испущенных вчера, позавчера и т.д. тоже была приведена хорошая аналогия со звуком.
Я вот как нарушил сей принцип, смотрел кинопленку которая крутилась в обратную сторону, При этом я видел события происходившие на 1/24 c раньше, еще на 1/24 c и еще...
Надеюсь теорию относительности я не нарушил ;)
 
RU <PARACELS> #18.06.2001 16:37
+
-
edit
 
Классная у вас тусовка мужики (и дамы ?), мозги так напрягаете, что пупы трещат, но дело это несомненно благородное и кстати важное для здоровья. Только вот рассуждения ВАШИ всего лишь о верхушке айсберга, да и то о кривой. Мне ли необразованному вас учить?
Распутал тут на медне одну древнюю медицинскую теорию, а в выводах (сам не ожидал) оказалась та же самая обсуждаемая цепочка = большая скорость - утяжеление - уменьшение размера ...и ещё много чего интересного, и всё это можно объяснить даже на пальцах и без заумных формул, которые с трудом перевариваю, а от рассуждений на тему А, Не-А и всяких там разложений бинома Ньютона вообще тошнит.Но просто что-то знать, это не совсем интересно, надо как - то использовать знания на благо мирового пролетариата.
Так вот: используя много энергии достигаете большой скорости, параллельно происходит утяжеление движущегося тела (но только на время расходования тепла на это движение!), при этом тело по логике теории должно увеличиваться в размерах, но так как это недопустимо, то в ход идёт большой и тяжёлый "лом", против которого нет приёма - ГРАВИТАЦИЯ,она то и сжимает любое непокорное тело в точку, либо вообще в ничто с огромной массой.
Всему этому есть вполне объяснимая причина, которая кстати
является первопричиной всему во вселенной (моя теория). Она то и не позволит менять свою константу даже хозяину природы. И как бы не пыхтел наш звездолёт, скорость света ему не переплюнуть, это вам не звук уважаемые, пусть даже он использует всю энергию вселенной одномоментно.
Только тогда он станет ничем не лучше и не хуже обычной чёрной дыры. Хотя всё же есть лазейка для превышения скорости света - это переход в четырёхмерность. Его достаточно просто представить даже нашими трёхмерными мозгами, жаль только пощупать не получится, не за что схватить.
О параллельных трёхмерных мирах забудьте, первопричина их сама не потерпит. Зато четырёхмерность к вашим услугам, надо только приложить руки и не сложить головы суясь куда не следует.
Если всё - же включить фантазию и предположить что хватит энергии для сверх световой скорости, то тело сжатое в ничто гравитацией, вновь начнёт расширятьсяя но уже в другую сторону становясь антивеществом, чуть не сказал антителом. Но как говорится: "нет денег - нет стульев".
На счёт заглянуть в прошлое конечно не проблема, мы постоянно видим луну, солнце и др. звёзды моложе чем они есть, но ведь вмешаться в то их настоящее никак нельзя...
:biggrin:
 
RU СМЕРШ #18.06.2001 22:49
+
-
edit
 

СМЕРШ

втянувшийся
Ну насчёт четветого измерения.....
Тут уже упоминалась теория суперструн .. так вот по это теории наша вселенная родилась, по-моему, 256 мерной, но остальные измерения схлопнулись, .... так вот может для мгновенного достижения любой точки надо переходить в 256 мерный вариант ?)))))))
И вот тогда ГосБезопасность припомнит ВАШИ имена!!  

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru