FTL-rörelse

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 6 februari 2022; kontroller kräver 5 redigeringar .

Superluminal rörelse är rörelse med en hastighet som överstiger ljusets hastighet i ett vakuum. Trots det faktum att, enligt denspeciella relativitetsteorin, är ljusets hastighet i vakuum den maximalt uppnåbara hastigheten försignalutbredning, ochenerginpartikel med positiv massa tenderar till oändlighet när dess hastighet närmar sig ljusets hastighet, objekt vars rörelse inte är associerad medöverföring av information(till exempelsvängningsfaseni envåg,skuggaelleren solstråle), kan ha en godtyckligt hög hastighet [1][2] [3] [4] .

Bestämning av den superluminala hastigheten för en materialpunkt

I en (lokalt) tröghetsreferensram med ursprung , överväg en materiell punkt som är vid . Vi kallar hastigheten på denna punkt för superluminal för tillfället om ojämlikheten är uppfylld:

var:

Den speciella relativitetsteorin (SRT) lägger allvarliga begränsningar på möjligheten till superluminal rörelse hos kroppar:

  1. om en ändlig energi används för att accelerera en kropp med en vilomassa som inte är noll, kommer kroppen inte att kunna nå superluminal hastighet (se t.ex. ekvation (9.9) [5] );
  2. om alla tröghetsobservatörer är lika (det vill säga i frånvaro av ett yttre fält eller rymdkrökning), förekomsten av partiklar (liksom vågor eller andra objekt som kan bära information och energi ) som rör sig med superluminala hastigheter och interagerar i Det vanliga sättet med "subluminal" materia (det vill säga sådana att de kan sändas ut och tas emot efter behag) innebär paradoxen att bryta mot osäkerhetsprincipen, när ett objekt kan göra många mätningar (en är mätningen av momentum, och den andra är mätningen av partikelns energi).

Det finns många situationer (både definitivt verkliga och hypotetiska) som inte uppfyller villkoren i denna definition, och som därför inte är föremål för dessa restriktioner.

Klassisk fysik

Solstråle, sax

Angående rörelsen av föremål med superluminal hastighet, skrev akademikern V. L. Ginzburg : [6]

Att hastigheter som överstiger ljusets hastighet i vakuum är möjliga och faktiskt förekommer inom fysik och astronomi har naturligtvis varit välkänt sedan länge.

Naturligtvis talade V. L. Ginzburg inte i något fall om några kränkningar av postulaten eller slutsatserna av relativitetsteorin.

En ljusfläck (den så kallade "solstrålen") eller till exempel skärningspunkten för giljotinsaxens blad kan ändra position vid superluminal hastighet [6] [7] [8] . Men i detta fall överförs information och energi i en riktning som inte sammanfaller med solstrålens rörelseriktning (med en hastighet som är mindre än eller lika med ), och de begränsningar som nämns ovan gäller inte [8] [9 ] [10] [11] .

Tankeexperiment 1

Låt oss försöka överföra någon signal från en punkt på skärmen, längs vilken kaninen springer, till en annan punkt tillsammans med denna kanin. Detta kommer uppenbarligen inte att lyckas, eftersom vad vi än gör med kaninens fotoner vid den första punkten, kommer detta inte att kunna påverka (till exempel släcka eller ljusna upp) kaninens fotoner vid den andra punkten som den kommer att passerar (de, i motsats till från kaninen själv, flyttar till den andra punkten inte från den första, utan från lyktan).

Tankeexperiment 2

Situationen är något mer komplicerad när det gäller sax. Det verkar som om vi sätter in något mellan bladen vid den första punkten och fastnar dem, kommer skärningspunkten mellan bladen att sluta röra sig, och observatören vid den andra punkten kommer att få en signal från oss som kom till honom snabbare än ljuset . Men i själva verket kommer vi inte att kunna stoppa bladet vid punkt 1 och omedelbart stoppa det vid punkt 2. Dessutom kan saxens deformationsvåg, vilket kan leda till eventuella förändringar i bladets rörelse nära punkt 2, fortplantar sig genom saxens material med ljudets hastighet i detta material, som alltid är mindre än ljusets hastighet.

Intressant nog uppstår den snabbare än ljus-punkten inte bara när en snurrande ljuskälla med en smal stråle och en skärm på mycket stort avstånd används. Varje, särskilt platt , ljusvåg med en mer eller mindre bred front , som faller på skärmen i en vinkel, skapar i princip en liknande "kanin" (graden av dess svårighetsgrad bestäms dock av hur skarp vågfronten is), och den reflekterade vågen kan tolkas som Cherenkov-strålning från "fläckarna" som motsvarar varje topp av den infallande vågen. [6]

I denna mening är sådana föremål som en ljusfläck ganska fysiska [1] . Deras skillnad från de vanliga är bara i att de inte bär energi eller information med sig, det vill säga tillståndet för "kaninen" någon gång och på någon plats inte är orsaken till dess tillstånd eller ens utseende senare i en annan placera på skärmen.

Icke-tröghetsreferensramar

I klassisk mekanik [12] betraktas tid och rum som absoluta, och en materialpunkts hastighet definieras som

var  är radievektorn för en materialpunkt. Således, i ett roterande kartesiskt koordinatsystem (referens) [13] är hastigheten för en materialpunkt [14] :

var:

Som framgår av ekvationen, i en icke-tröghetsreferensram associerad med en roterande kropp, kan tillräckligt avlägsna föremål röra sig med en godtyckligt hög hastighet, inklusive med en hastighet som överstiger ljusets hastighet [15] : . Detta strider inte mot vad som sades i avsnittet "Bestämning av den superluminala hastigheten för en materialpunkt" , eftersom . Till exempel, för ett koordinatsystem som är associerat med huvudet på en person på jorden, kommer Månens hastighet med en normal vridning av huvudet att vara större än ljusets hastighet i ett vakuum. I detta system, när den vänder sig på kort tid, kommer Månen att beskriva en båge med en radie som är ungefär lika med avståndet mellan ursprunget för koordinatsystemet (huvudet) och Månen.

Fashastighet

Fashastigheten längs någon godtyckligt vald riktning x överstiger alltid fashastigheten längs vågvektorn om riktningen x inte sammanfaller med vågvektorns riktning. Nämligen, om x -axeln gör en vinkel α med vågvektorn , då

Därför, om (som till exempel för elektromagnetiska vågor i vakuum), visar det sig vara högre än ljusets hastighet för alla icke-noll α mindre än 90 ° (detta inser man ofta när vågor utbreder sig i vågledare, vågvektorer för de plana vågorna som de är sammansatta av sammanfaller ofta inte med vågledarens axel). Och även för vilken våg som helst (med en godtyckligt liten final ) kan man i princip välja α så nära en direkt att fashastigheten i en sådan riktning blir godtyckligt stor, inklusive större än c .

Dessutom är fashastigheten och längs vågvektorns riktning ofta större än c . Till exempel gäller detta för fashastigheten för vågfunktionen hos massiva partiklar ( de Broglie-vågor ). Fashastigheten för elektromagnetiska vågor kan också vara högre än c : till exempel har plasma ett brytningsindex som är mindre än ett. Fashastigheten för sådana vågor, i enlighet med moderna koncept, har inte bara ingenting att göra med hastigheten på signalen som kan sändas med hjälp av en given partikel, utan motsvarar inte alls någon fundamentalt observerbar rörelse i rymden. Partiklarnas hastighet i detta fall motsvarar grupphastigheten , som för massiva partiklar alltid är mindre än c .

Eftersom fashastigheten inte är något annat än en matematisk storhet som kännetecknar fasen för en rent monokromatisk våg längs en viss riktning [16] , sammanfaller vågfasens rörelse i det allmänna fallet inte med rörelsen hos vissa (kausalt relaterad) materiellt föremål och kan inte användas för att överföra information. I olika specifika fall fastställer noggrann analys detta faktum. Sändningshastigheten för en signal som kan bära information bestäms som regel av grupphastigheten .

Rörelse med en hastighet som överstiger ljusets hastighet i ett medium

Sådan rörelse är inte superluminal rörelse (se definitionen av termen ).

Ljusets hastighet i ett medium är alltid lägre än ljusets hastighet i vakuum. Därför kan fysiska föremål röra sig i ett medium med en hastighet som är högre än ljusets hastighet i detta medium, men mindre än ljusets hastighet i ett vakuum. Detta händer till exempel i kylvätskan i en kärnreaktor, när elektroner, utslagna av gammakvanta från sina banor, passerar genom vatten med en hastighet som är högre än ljusets hastighet i vattnet. I detta fall uppstår alltid Vavilov-Cherenkov-strålning [6] .

Allmän relativitetsteori

Universums expansion

I allmän relativitetsteori beskrivs punktkroppar av världslinjer i en 4-dimensionell krökt pseudo- euklidisk rumtid . Därför är det generellt sett inte möjligt att - på ett kanoniskt sätt - tillskriva en avlägsen kropp någon "hastighet i förhållande till betraktaren". Men i vissa fysiskt viktiga fall kan detta fortfarande göras på grund av närvaron av "tilldelad", "föredragen" tid. I synnerhet i det Friedmannska universum kan tiden i en händelse anses vara den rätta tiden för galaxen som ligger i , som har förflutit sedan Big Bang .

Då kan avståndet för tillfället mellan två galaxer och (vi betecknas med deras världslinjer) kallas avståndet mellan punkterna och , mätt i 3-dimensionell Riemann-rymd . Följaktligen kallas recessionshastigheten för dessa två galaxer kvantiteten

( Skillnad från definierat i avsnittet " Bestämning av superluminal hastighet för en materialpunkt "). Visar sig[ förtydliga ] Universum expanderar i den meningen att avståndet mellan galaxer som definieras så växer med tiden. Dessutom, enligt Hubble-lagen , rör sig avlägsna galaxer på ett avstånd som är större än (där  är Hubble-konstanten lika med 67,80 ± 0,77 (km/s)/Mpc [17] ) bort från varandra med en hastighet som överstiger hastigheten av ljus.

Maskhål

Bubble of Alcubierre

1994 föreslog Miguel Alcubierre att använda en speciell typ av rum-tid krökning för superluminal rörelse. I det metriska han föreslog [18] är utrymmet platt överallt, förutom väggarna i någon bubbla, som rör sig snabbare än ljus i det yttre Minkowski-utrymmet . I det här fallet visar det sig (på grund av bubbelväggarnas ovanliga geometri) att bubbelcentrets världslinje ändå förblir tidsliknande. Således kan en pilot som består av vanlig materia, sittande i centrum av en sådan bubbla, röra sig i en viss mening (eftersom själva bubblan och utrymmet inuti den, och inte föremålen i den) röra sig snabbare än ljuset [19] .

Bland ett antal teoretiska svårigheter som denna idé har stött på är en att bubblans väggar också måste röra sig snabbare än ljuset, men i vanlig lokal mening. Således måste Alcubierre-bubblan skapas i förväg  - dess rörelse beror inte på piloten.

Ett annat problem är behovet av att skapa rymdområden för en sådan motor med negativ energitäthet - på motsvarande sätt fyllda med " exotisk materia ". Hittills har endast ett exempel på ett sådant ämne bekräftats experimentellt - detta är Casimir-vakuumet , vars produktion i makroskopisk skala för att skapa Alcubierre-motorn övervägdes av Charles Ridgley [20] .

År 2021 generaliserade Alexey Bobrik och Gianni Martir idén om Alcubierre warp drive till en bredare klass av rum-tidsförvrängningar och bevisade att, teoretiskt, kan varpdrivskalet tillverkas av vanlig materia [21] .

Krasnikovs trumpet

1995 föreslog Sergei Krasnikov en hypotetisk mekanism för superluminal rörelse associerad med krökningen av rum-tid i speciellt skapade tunnlar [22] . Den resulterande strukturen liknar maskhål , men kräver ingen förändring i utrymmets topologi. Till skillnad från Alcubierre-bubblan är Krasnikov-röret lämpligt för den första expeditionen till ett avlägset mål, eftersom det skapas (med hjälp av hypotetisk teknologi) när ett vanligt fartyg rör sig med nästan ljushastighet. I framtiden har resenären möjlighet att återvända genom röret till startpunkten vid tidpunkten omedelbart efter sin avresa [19] [23] .

Kvantmekanik

Osäkerhetsprincipen i kvantteorin

Inom kvantfysiken beskrivs partiklarnas tillstånd av Hilbert- rymdvektorer , som endast bestämmer sannolikheten för att erhålla vissa värden av fysiska storheter under mätningar (i enlighet med kvantosäkerhetsprincipen ) . Den mest välkända representationen av dessa vektorer är vågfunktioner , vars kvadrat av modulen bestämmer sannolikheten för att hitta en partikel på en given plats. Det visar sig att denna densitet kan röra sig snabbare än ljusets hastighet (till exempel när man löser problemet med passage av en partikel genom en energibarriär ), men effekten av att överskrida ljusets hastighet observeras endast på små avstånd. I kraft av identitetsprincipen är det omöjligt att säga om vi observerar samma partikel eller dess nyfödda kopia. I sin Nobelföreläsning 2004 framförde Frank Wilczek följande argument [24] :

Föreställ dig en partikel som rör sig med en medelhastighet mycket nära ljusets hastighet, men med så mycket osäkerhet i position som kvantteorin kräver. Uppenbarligen kommer det att finnas en viss sannolikhet att observera denna partikel röra sig något snabbare än genomsnittet, och därför snabbare än ljuset, vilket motsäger den speciella relativitetsteorin. Det enda kända sättet att lösa denna motsägelse kräver idén om antipartiklar. Mycket grovt sett uppnås den erforderliga osäkerheten i positionen genom att anta att mätningen kan innebära bildandet av partiklar, var och en omöjlig att skilja från originalet, med olika arrangemang. För att upprätthålla en balans mellan bevarade kvantantal måste ytterligare partiklar åtföljas av samma antal antipartiklar. ( Dirac kom fram till förutsägelsen av antipartiklar genom en serie geniala tolkningar och omtolkningar av den eleganta relativistiska vågekvationen han härledde, snarare än genom heuristiska överväganden som den jag har gett. Det oundvikliga och allmänna i dessa slutsatser, såväl som deras direkta relation till de grundläggande principerna för kvantmekanik och speciell relativitet blev uppenbar först i efterhand).

Originaltext  (engelska)[ visaDölj] Föreställ dig en partikel som rör sig i genomsnitt med nästan ljusets hastighet, men med en osäkerhet i position, som krävs av kvantteorin. Uppenbarligen kommer det att finnas en viss sannolikhet för att observera denna partikel att röra sig lite snabbare än genomsnittet och därför snabbare än ljuset, vilket speciell relativitetsteori inte tillåter. Det enda kända sättet att lösa denna spänning innebär att introducera idén om antipartiklar. Mycket grovt sett tillgodoses den erforderliga osäkerheten i position genom att ta hänsyn till möjligheten att mätningen kan innebära skapandet av flera partiklar, var och en omöjlig att skilja från originalet, med olika positioner. För att upprätthålla balansen mellan bevarade kvantantal måste de extra partiklarna åtföljas av ett lika stort antal antipartiklar. (Dirac leddes till att förutsäga förekomsten av antipartiklar genom en sekvens av geniala tolkningar och omtolkningar av den eleganta relativistiska vågekvationen han uppfann, snarare än genom heuristiska resonemang av det slag jag har presenterat. Det oundvikliga och allmänna i hans slutsatser, och deras direkta relation till grundläggande principer för kvantmekanik och speciell relativitet, är bara tydliga i efterhand). — Frank Wilczek

Detta fenomen är av probabilistisk natur och kan inte användas för att överföra information med en superluminal hastighet.

I störningsteorin för kvantfältteorin är analogen till beskrivningen av utbredningen av partiklar i klassisk fysik propagatorn för motsvarande fält. Den beskriver sannolikhetsamplituden för utbredningen av en partikel som föds vid en punkt till en annan, där den förintas. Här måste vi skilja mellan två möjligheter:

… för elektromagnetisk strålning finns det också en sannolikhetsamplitud [ej noll] att färdas snabbare (eller långsammare) än ljusets vanliga hastighet. Du såg i förra föreläsningen att ljus inte alltid rör sig i raka linjer; nu ska du se att den inte alltid rör sig med ljusets hastighet! Det kan tyckas förvånande att det finns en [icke-noll] amplitud för en foton att färdas snabbare eller långsammare än den normala ljushastigheten c

Originaltext  (engelska)[ visaDölj] … det finns också en amplitud för ljuset att gå snabbare (eller långsammare) än den konventionella ljushastigheten. Du fick reda på i förra föreläsningen att ljus inte går bara i raka linjer; nu får du reda på att det inte går bara med ljusets hastighet! Det kan förvåna dig att det finns en amplitud för en foton att gå med hastigheter högre eller långsammare än den konventionella hastigheten, c — Richard Feynman, 1965 års nobelpristagare i fysik.

Men virtuella partiklar kan inte överföra information, och de observerade partiklarna i det slutliga och initiala tillståndet är vanliga, dessutom interagerar de inte med varandra (se S-matris ), därför försvinner deras propagatorer utanför ljuskonen. Därför, i kvantfältteorin, finns det heller inga superluminala hastigheter som skulle kunna användas för superluminal kommunikation.

Quantum nonlocality

Kvantteorins icke-lokalitetsegenskap orsakar förekomsten av korrelationer mellan tillstånden för intrasslade delsystem i det ursprungliga systemet, oavsett hur långt ifrån varandra de är. Därför blir det möjligt att omedelbart bestämma kvanttillståndet på ett ställe på valfritt avstånd genom att mäta tillståndet som är intrasslat med det på ett annat ställe och följaktligen dess överföring med en oändlig hastighet  - kvantteleportation . För en felfri mätning av ett kvanttillstånd krävs dock klassisk information om mätgrunden, som måste sändas över en klassisk kommunikationskanal, naturligtvis, med en hastighet som inte överstiger ljusets hastighet (för mer information, se huvudartikel ). Även om en lämplig bas för en enda mätning kan gissas, för superluminal kommunikation och felfri teleportering av ett antal kvanttillstånd, kan ett sådant tillvägagångssätt inte användas. Kvantteleportering är således omöjlig vid en hastighet högre än ljusets hastighet. Fenomenet quantum nonlocality motsäger inte principen om kausalitet i SRT .

Hypoteser

Superluminala partiklar

Hypotetiska partikeltachyoner [ 28] , om de finns, kan röra sig snabbare än ljuset. De kan inte överföra information, annars skulle deras närvaro strida mot kausalitetsprincipen .

I tolkningen av den speciella relativitetsteorin , om vi betraktar energi och momentum som reella tal , beskrivs tachyonen av en imaginär massa. Hastigheten hos en tachyon kan inte vara mindre än ljusets hastighet, eftersom energin i detta fall skulle öka oändligt.

Lorentz-transformationer i euklidisk rumtid med en imaginär tidsaxel X 0 = icT vid V > c transformerar en partikel till dess motsvarande antipartikel, som rör sig med en underljushastighet med 2 /V [29] . För V > c blir fashastigheten en grupphastighet, mindre än ljusets hastighet; denna hypotes tar bort problemet med att bryta kausalitet.

Det är nödvändigt att skilja mellan tachyoner (som alltid rör sig snabbare än ljuset och representerar antingen helt enkelt rent klassiska partiklar eller en ganska specifik typ av excitation av tachyonfältet) och tachyonfält (lika hypotetiska). Faktum är att tachyonfältet (andra typer av dess excitationer) i princip kan bära energi och information, men så vitt man vet sprider sig dessa typer av excitationer inte längre snabbare än ljus.

Denna anmärkning är lämplig, eftersom de vanligtvis i ordanvändning inte skiljer mellan fältet och motsvarande partikel (eftersom för vanliga - inte tachyon - fält / partiklar finns det inga allvarliga skäl för en sådan distinktion, eftersom vanliga partiklar inte har en imaginär energisektorn och fält har inte en instabilitetssektor; även om det finns ett område med instabilitet, finns det vanligtvis, förutom det, också punkter med stabil / likgiltig jämvikt - "kondensat" - se Tachyon-kondensering ).

I några[ vad? ] varianter av strängteorin uppträder en tachyon i partikelmasspektret . Sådana modeller erkänns dock som regel som icke-fysiska, vilket är grunden för att ändra motsvarande teori. Ändå, även efter förändringen, kan sådana teorier fortsätta att innehålla termen "tachyon" i sin beskrivning och några av egenskaperna hos teorier med ett tachyonfält.

Möjligheten av närvaron av superluminala hastigheter i vissa typer av neutrinos övervägdes också teoretiskt [30] .

Scharnhorst effekt

Vågornas hastighet beror på egenskaperna hos mediet där de utbreder sig. Den speciella relativitetsteorin säger att det är omöjligt att accelerera en massiv kropp till en hastighet som överstiger ljusets hastighet i ett vakuum. Samtidigt postulerar inte teorin något särskilt värde för ljusets hastighet. Det mäts experimentellt och kan variera beroende på vakuumets egenskaper . För ett vakuum vars energi är mindre än energin för ett vanligt fysiskt vakuum , bör ljusets hastighet teoretiskt sett vara högre [31] [32] och den maximala tillåtna signalöverföringshastigheten bestäms av den maximalt möjliga densiteten av negativ energi [31] ] . Ett exempel på ett sådant vakuum är Casimir-vakuumet , som blir märkbart i tunna slitsar och kapillärer som är mindre än 10 nanometer i storlek (diameter) (ungefär hundra gånger storleken på en typisk atom ). Effekten förklaras av en minskning av antalet virtuella partiklar i Casimir-vakuumet, som förmodligen, som partiklar i ett kontinuerligt medium, bromsar utbredningen av ljus. Beräkningar gjorda av Klaus Scharnhorst indikerar att ljusets hastighet i Casimir-vakuumet överstiger det för vanligt vakuum med 1×10 −24 för ett gap som är 1 nm brett. Det visades också att överskridande av ljusets hastighet i ett Casimir-vakuum inte bryter mot principen om kausalitet [31] . Överskottet av ljusets hastighet i Casimir-vakuumet, jämfört med ljusets hastighet i vanligt vakuum, har ännu inte experimentellt bekräftats på grund av den extrema komplexiteten att mäta denna effekt [31] .

Teorier med variationen av ljusets hastighet i ett vakuum

I modern fysik finns det hypoteser enligt vilka ljusets hastighet i vakuum inte är konstant, och dess värde kan ändras över tiden [33] [34] [35] . I den vanligaste versionen av denna hypotes antas det att i de inledande stadierna av vårt universums liv var konstantens värde (ljusets hastighet) mycket större än nu. I det förflutna kunde materia följaktligen röra sig med en hastighet som betydligt översteg den moderna ljusets hastighet. Dessa hypoteser är dock fortfarande fulla av interna motsägelser och kräver en djupare revidering av de flesta delar av modern fysik för att bli av med detta. [36]

Superbrion

Superbradyon ( engelska  superbradyon ) är en hypotetisk elementarpartikel som kan röra sig med en hastighet som överstiger ljusets hastighet , men till skillnad från tachyoner kan de ha positiva reella värden på massa och energi . Superbradyons kan vara en ny typ av befintliga partiklar som faktiskt rör sig snabbare än ljus och som kan överföra information med superluminala hastigheter, vilket bryter mot principen om kausalitet .

Termen "superbradion" [37] , såväl som möjligheten av deras existens [38] [39] , föreslogs av den spanske fysikern Luis Gonzalez-Mestres som en motsats till termen " bradion " (tardion). Relevansen av González-Mestres arbete om Lorentz symmetribrott erkändes 2002 av CERN Courier [40] och The New York Times [ 41] . Redan 1997 citerades hans verk av Sidney Coleman och Sheldon Glashow [42] .

Till skillnad från tachyoner, som beskrivs i termer av speciell relativitet , bryter superbradyoner tydligt mot Lorentz-invariansen . De liknar vanliga partiklar (bradyoner), men med en högre kritisk hastighet i vakuum . Den kritiska hastigheten för superbradyoner kan vara betydligt högre än ljusets hastighet . Detta innebär att Lorentz standardsymmetri inte är en grundläggande symmetri, utan endast dess lågenergigräns. [43]

Energi och momentum för superbradyon:

var

Enligt González-Mestres kan superbradyoner vara huvudbeståndsdelarna i materia vid och bortom Planck-gränsen .

Hittills har inga fenomen upptäckts som kan bekräfta förekomsten av superbradyoner, men om superbradyoner kan existera i vårt universum som fria partiklar, då kan de spontant sända ut "vanliga" partiklar, bli källor till superenergetiska kosmiska strålar och sluta sända ut när deras hastighet blir lägre eller lika med ljusets hastighet. Således kan universum innehålla många sådana superluminala partiklar med hastigheter nära ljusets hastighet. Superbradyons kan också ge ett nytt förhållningssätt till inflation , mörk materia och mörk energi [44] [45] .

I experiment

OPERA-samarbete

Den 23 september 2011 meddelade OPERA- samarbetet vid en konferens på European Organisation for Nuclear Research (CERN) att man under ett experiment i det underjordiska laboratoriet i Gran Sasso (Italien) inhämtade data, enligt vilka en subatomär neutrinopartikel kan rör sig med en hastighet som överstiger ljusets hastighet med 25 ppm (0,0025 %) [46] . Statistisk bearbetning av 16 111 händelser [46] i detektorn associerad med registreringen av muonneutriner som flyger 731 278 m [46] från CERN till Gran Sasso visar att, i uppenbar motsägelse med relativitetsteorin [47] , neutrinos med ett medelvärde energi på 28 ,2 GeV [46] går denna sträcka 61,1 nanosekunder [46] snabbare än ljus. Det statistiska och systematiska felet som uppskattas av författarna är 6 gånger mindre än detta värde. Således översteg hastigheten för en neutrino med en given energi ljusets hastighet i vakuum med cirka 7,5 km/s . Neutrinohastighetens energiberoende hittades inte inom experimentets noggrannhet [48] .

I maj 2012 genomförde OPERA en serie kontrollexperiment och kom till den slutliga slutsatsen att orsaken till det felaktiga antagandet om superluminal hastighet var en teknisk defekt (en otvinnad optisk kabelkontakt ledde till alltför stor fördröjning i tidssynkroniseringskretsarna mellan GPS:en och installationen) [49] [50] [ 51] [52] .

En ny kontroll av data i ett precisionsexperiment våren 2012 ledde samarbetet till slutsatsen att en neutrinos hastighet inte kan skilja sig från ljusets hastighet med mer än

(90 % konfidensintervall ) [53] .

ICARUS-samarbete

I mars 2012 utfördes oberoende mätningar i samma tunnel, och inga superluminala neutrinohastigheter upptäcktes [54] . Sju neutrinohändelser registrerades den 31 oktober, 1, 2 och 4 november. Enligt analysen av ICARUS- samarbetet var den genomsnittliga avvikelsen för dessa sju händelser endast +0,3 ns från den beräknade ljusankomsten [55] . ICARUS är utrustad med ett tidtagningsverktyg oberoende av OPERA [56] .

Experiment med den begränsande hastigheten för ljuspulser

Metoder som använder effekterna av kvantinterferens studeras aktivt för att kontrollera de optiska egenskaperna hos kvantsystem [57] . 1999, under experiment utförda av Harvard University , var det möjligt att bromsa utbredningshastigheten för ljuspulser till 17 m/s i ultrakall natriumgas genom att öka tätheten av atomer [58] . År 2003, under det gemensamma arbetet med Institutet för automation och elektrometri i den sibiriska grenen av den ryska vetenskapsakademin och Institutet för fysik vid National Academy of Sciences of Ukraine , med hjälp av effekten av tvåvågsinteraktion på ett fotobrytande gitter , var det möjligt att bromsa ljuspulserna till 0,025 cm/s [59] . 2005 lyckades KAIST sakta ner hastigheten på ljuspulser med hjälp av stimulerad Mandelstam-Brillouin-spridning [60] .

FTL i science fiction

Se även

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 Om superluminala "kaniner" . Hämtad 8 september 2020. Arkiverad från originalet 16 januari 2021.
  2. ↑ Är superluminal hastighet möjlig? . Hämtad 8 januari 2017. Arkiverad från originalet 10 november 2017.
  3. ↑ Vad är snabbare än ljus i vår värld? Del I (inte tillgänglig länk) . Hämtad 26 maj 2016. Arkiverad från originalet 29 juni 2020. 
  4. ↑ Om möjligheten att använda röntgen superluminala "fläckar" för att kontrollera isotropin av ljusets hastighet . Hämtad 8 januari 2017. Arkiverad från originalet 20 september 2017.
  5. ↑ Landau L. D. , Lifshitz E. M. Fältteori. — Upplaga 6, korrigerad och kompletterad. — M .: Nauka , 1973. — 504 sid. - (" Teoretisk fysik ", volym II).
  6. ↑ 1 2 3 4 Bolotovsky B. M., Ginzburg V. L. Vavilov-Cherenkov-effekten och Dopplereffekten när källor rör sig snabbare än ljusets hastighet i vakuum  // Uspekhi fizicheskikh nauk . - Ryska vetenskapsakademin , 1972. - T. 106 , nr 4 . - S. 577-592 . Arkiverad från originalet den 25 september 2013.
  7. ↑ Peter Makovetsky . Titta på roten! Arkiverad 4 november 2017 på Wayback Machine
  8. ↑ 1 2 Gibbs, Philip. Är resor eller kommunikation snabbare än lätt möjlig?  (engelska)  : journal. - University of California, Riverside, 1997. Arkiverad från originalet den 10 mars 2010.
  9. ↑ Wertheim, M. . The Shadow Goes  (20 juni 2007). Arkiverad från originalet den 7 november 2017. Hämtad 30 september 2017.
  10. ↑ Lax, Wesley C. Fyra decennier av vetenskaplig förklaring . - University of Pittsburgh Pre, 2006. - S. 107. - ISBN 0-8229-5926-7 . Arkiverad 21 mars 2017 på Wayback Machine , Utdrag av sida 107 Arkiverad 20 mars 2017 på Wayback Machine
  11. ↑ Steane, Andrew. Relativitetens underbara värld: En exakt guide för den allmänna  läsaren . - Oxford University Press , 2012. - S. 180. - ISBN 0-19-969461-3 . Arkiverad 21 mars 2017 på Wayback Machine , Utdrag av sida 180 Arkiverad 20 mars 2017 på Wayback Machine
  12. ↑ Klassisk mekanik används fortfarande idag för att beskriva materiella kroppar som rör sig med hastigheter som är mycket lägre än ljusets hastighet och belägna utanför betydande rum-tidskrökning.
  13. ↑ Föreläsning nr 24 om teoretisk mekanik (otillgänglig länk) . Hämtad 6 juni 2019. Arkiverad från originalet 9 oktober 2008. 
  14. ↑ Denna ekvation av teoretisk mekanik från avsnittet " punktkinematik "
  15. ↑ FTL (nedlänk) . Hämtad 19 mars 2006. Arkiverad från originalet 10 mars 2010. 
  16. ↑ Fysisk uppslagsverk online. Volym 5, s.266. . Hämtad 4 september 2007. Arkiverad från originalet 2 mars 2012.
  17. ↑ PAR Ade et al . (Planck Collaboration). Planck 2013 resultat. I. Översikt över produkter och vetenskapliga resultat  (engelska)  // Astronomy and Astrophysics  : journal. - 2013. - 22 mars ( vol. 1303 ). — S. 5062 . - doi : 10.1051/0004-6361/201321529 . - . - arXiv : 1303.5062 . Arkiverad från originalet den 23 mars 2013.
  18. ↑ M. Alcubierre Warp-driften: hypersnabb resa inom allmän relativitetsteori. - klass. kvant. Grav. 11, L73-L77 (1994)., kopia på arxiv.org: [1] Arkiverad 31 juli 2020 på Wayback Machine
  19. ↑ 1 2 Krasnikov S. V. Några frågor om kausalitet i allmän relativitet: "tidsmaskiner" och "superluminala förskjutningar". M.: Lenand, 2015. ISBN ISBN 978-5-9710-2216-9
  20. ↑ Charles T. Ridgely En makroskopisk inställning till att skapa exotisk materia . Hämtad 8 september 2020. Arkiverad från originalet 6 maj 2021.
  21. ↑ Vi introducerar fysiska warp-enheter - IOPscience . Hämtad 13 mars 2021. Arkiverad från originalet 13 maj 2021.
  22. ↑ Krasnikov S. V. Hypersnabb resa i allmän relativitetsteori  (engelska) // Phys. Varv. 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. Tillgång till universum: objekt för superluminala resor  // Kemi och liv.
  24. ↑ [ (eng.) Nobelföreläsning av Frank Wilczek . Hämtad 3 februari 2007. Arkiverad från originalet 17 juli 2006. (engelska) Nobelföreläsning av Frank Vilcek]   
  25. ↑ Feynman R. QED Konstig teori om ljus och materia. M.: Nauka, 1988. ISBN 5-02-013883-5 Kap . 3. S.81.
  26. ↑ Feynman. Kapitel 3 // QED. - S. 89.
  27. ↑ Mario Rabinowitz svarta hål paradoxer . Hämtad 8 september 2020. Arkiverad från originalet 21 januari 2022.
  28. ↑ A.A. Sen Tachyon Matter in Loop Quantum Cosmology . Hämtad 29 december 2006. Arkiverad från originalet 30 oktober 2017.
  29. ↑ G. M. Telezhko. Superluminala hastigheter, felaktiga rotationer och laddningssymmetri // Gravity, 1997, vol. 3, nr. 1,76 . Hämtad 29 juli 2019. Arkiverad från originalet 29 juli 2019.
  30. ↑ G.-j. Ni, T. Chang Är neutrino en superluminal partikel?
  31. ↑ 1 2 3 4 Spridning av fronter och information i dispersiva medier
  32. ↑ Stefano Liberati Kvantvakuumeffekter i gravitationsfält: teori och detekterbarhet
  33. ↑ Alexander Unzicker Machs princip och en variabel ljushastighet
  34. ↑ Yves-Henri Sanejouand En enkel hypotes med varierande ljushastighet räcker för att förklara data från supernovor med hög rödförskjutning
  35. ↑ Corrado Appignani En geometriskt inducerad varierande ljushastighet (VSL) och det accelererande universum
  36. ↑ George F. R. Ellis. Notering om varierande ljushastighetskosmologier  //  Allmän relativitet och gravitation. - 2007. - Vol. 39 , iss. 4 . - s. 511-520 . - doi : 10.1007/s10714-007-0396-4 . - . Arkiverad från originalet den 9 juni 2019.
  37. ↑ Luis González-Mestres (december 1997), Lorentz symmetriöverträdelse i Planck-skala, kosmologi och superluminala partiklar , http://arxiv.org/abs/physics/9712056 Arkiverad 21 december 2016 på Wayback Machine , Proceedings Machine, COS-97 Första internationella workshop om partikelfysik och det tidiga universum: Ambleside, England, 15-19 september 1997.
  38. ↑ Luis González-Mestres (maj 1995), Egenskaper för en möjlig klass av partiklar som kan färdas snabbare än ljus , http://arxiv.org/abs/astro-ph/9505117 Arkiverad 21 december 2016 på Wayback Machine , Proceedings of the 30th Moriond Workshop Dark Matter in Cosmology, Clocks and Tests of Fundamental Laws , 22-29 januari 1995
  39. ↑ Luis González-Mestres (januari 1996), Kosmologiska konsekvenser av en möjlig klass av partiklar som kan färdas snabbare än ljus , http://arxiv.org/abs/astro-ph/9601090 Arkiverad 13 oktober 2016 på Wayback Machine . Proceedings av den fjärde internationella workshopen om teoretiska och fenomenologiska aspekter av underjordisk fysik, Toledo (Spanien) 17-21 september 1995, Nucl.Phys. — Proc.Suppl. 48 (1996) 131-136.
  40. ↑ Nick E. Mavromatos (augusti 2002), Testa modeller för kvantgravitation , CERN Courier , http://cerncourier.com/cws/article/cern/28696 Arkiverad 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=Topp/Nyheter/Vetenskap/Ämnen/Rymden Arkiverad 27 juni 2017 på Wayback Machine
  42. ↑ Sidney Coleman och Sheldon L. Glashow (mars 1997), Cosmic Ray and Neutrino Tests of Special Relativity , http://arxiv.org/abs/hep-ph/9703240 Arkiverad 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 Arkiverad 29 oktober 2013 på Wayback Machine
  44. ↑ Luis González-Mestres (februari 2009), AUGER-HiRes-resultat och modeller av Lorentz symmetriöverträdelse , http://arxiv.org/abs/0902.0994 Arkiverad 18 oktober 2016 på Wayback Machine , Proceedings of CRIS (Proceedings of CRIS) , La Malfa, 15-19 september 2008, Nuclear Physics B - Proc. Suppl., volym 190, maj 2009, sid 191-197.
  45. ↑ Luis González-Mestres (december 2009), Lorentz symmetriöverträdelse, mörk materia och mörk energi , http://arxiv.org/abs/0912.0725 Arkiverad 20 april 2019 på Wayback Machine , Bidragit papper till 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. Mätning av neutrinohastigheten med OPERA-detektorn 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-experiment upprepar fynd snabbare än ljus  . Nature Publishing Group (18 november 2011). — Citat: [...]snabbare än ljusets hastighet. Resultatet trotsar Albert Einsteins speciella relativitetsteori, som säger att detta inte kan ske.[...] Översättning: [...]snabbare än ljusets hastighet. Resultatet trotsar Albert Einsteins speciella relativitetsteori , som säger att detta inte kan hända.[...]. Hämtad 22 december 2011. Arkiverad från originalet 9 februari 2012.
  48. ↑ Neutrinohändelser registrerade i detektorn delades upp i 2 prover med en medelenergi på 13,8 GeV och 40,7 GeV . Den resulterande tidsskillnaden för varje prov, 54,7 ns respektive 68,1 ns, ligger dock inom det intervall som bestäms av det statistiska felet. Det behövs med andra ord en mer signifikant skillnad från 61,1 ns för att kunna tala om neutrinohastighetens beroende av energi. Jämförelse av experimentella neutrinohändelser med händelser simulerade med Monte Carlo-metoden avslöjade inte något hastighetsberoende på energi.
  49. ↑ OPERA-experimentet "stängde" slutligen superluminala neutrinos Arkiverad 7 juli 2012 på Wayback Machine .
  50. ↑ OPERA: Vad gick fel | Av särskild betydelse . Hämtad 20 oktober 2017. Arkiverad från originalet 30 juni 2017.
  51. ↑ https://arxiv.org/pdf/1109.4897.pdf Arkiverad 8 oktober 2017 på Wayback Machine 6.1 Mätningar utförda under 2011 CNGS vinteravstängning
  52. ↑ Foto av kontakten före och efter åtdragning av muttern . Hämtad 20 oktober 2017. Arkiverad från originalet 8 oktober 2017.
  53. ↑ OPERA-samarbetet. Mätning av neutrinohastigheten med OPERA-detektorn i CNGS-strålen med hjälp av 2012 dedikerade data  // ArXiv/hep-ex. — December 2012. Arkiverad från originalet den 3 februari 2021.
  54. ↑ Olga Zakutnyaya. Einstein hade rätt . Rysslands röst (23 mars 2012). Hämtad 26 mars 2012. Arkiverad från originalet 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. Mätning av neutrinohastigheten med ICARUS-detektorn vid CNGS-strålen  (engelska) // 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-experiment mäter neutrinohastighet: Även neutrinos är inte snabbare än  ljus . Science Daily (16 mars 2012). Hämtad 26 mars 2012. Arkiverad från originalet 31 maj 2012.
  57. ↑ P. Knight, B. Stoicheff, D. Walls. Förord ​​till Highlight in Quantum Optics  // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Serie A: Matematisk, fysikalisk och ingenjörsvetenskap. — 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. Ljushastighetsminskning till 17 meter per sekund i en ultrakall atomgas  (engelska)  // Nature. — 1999-02. — Vol. 397 , utg. 6720 . — S. 594–598 . — ISSN 1476-4687 . - doi : 10.1038/17561 . Arkiverad 21 maj 2021.
  59. ↑ E. Podivilov, B. Sturman, A. Shumelyuk, S. Odoulov. Ljuspuls saktar ner upp till 0,025 cm/s med fotorefraktiv tvåvågskoppling  // Fysiska granskningsbrev. - 2003-08-22. - T. 91 , nej. 8 . - S. 083902 . - doi : 10.1103/PhysRevLett.91.083902 .
  60. ↑ Kwang Yong Song, Miguel González Herráez, Luc Thévenaz. Observation av pulsfördröjning och framsteg i optiska fibrer med hjälp av stimulerad Brillouin-spridning (EN) // Optics Express. - 2005-01-10. - T. 13 , nej. 1 . — S. 82–88 . - ISSN 1094-4087 . - doi : 10.1364/OPEX.13.000082 . Arkiverad 19 maj 2021.

Länkar