ФЭНДОМ


Сверхсветовое движение — это движение со скоростью выше скорости света. Многие варианты сверхсветового движения не представляются возможными, поскольку Специальная теория относительности исключает возможность сверхсветовой скорости передачи информации. В общем случае невозможно разогнать материальное тело до скорости, превышающей скорость света в вакууме относительно инерциальной системы отсчёта.

В то же время есть способы сверхсветового движения, не противоречащие нынешним физическим теориям. Ни один из этих способов нельзя использовать для сверхсветового сообщения и таким образом нарушить принцип причинности в СТО.


Сверхсветовая скорость в оптике Править

Солнечный зайчик Править

«Солнечный зайчик» или, например, точка пересечения лезвий ножниц может двигаться со сверхсветовой скоростью, а гильотина может даже резать с такой скоростью, так как энергия будет передаваться перпендикулярно разрезу со скоростью намного меньшей. Если «солнечный зайчик» сформирован потоком заряженных частиц, возникает черенковское излучение[1]. Информация и энергия при этом не передаются быстрее света.

Групповая скорость Править

Групповая скорость электромагнитных волн может превышать скорость света. Это не нарушает СТО, так как при этом невозможен перенос информации быстрее скорости света. В опытах Лиджун Вонга (2000 г)[2] удалось добиться даже "отрицательной" скорости - импульс света появлялся в приемнике раньше, чем доходил до среды с аномальной дисперсией.

Движение быстрее скорости света в среде Править

Скорость света в сплошной среде может быть ниже скорости света в вакууме. Частицы, обладающие массой, могут двигаться с любой скоростью ниже скорости света в вакууме, включая скорости, превышающие скорость света в данной среде. При этом возникает черенковское излучение.

Сверхсветовая скорость в теоретической физике Править

Подвижная метрика Править

Общая теория относительности исключает движение массивных тел только с локальной скоростью, то есть, скоростью относительно метрики, превышающей скорость света. Но сама метрика может двигаться. Обычно подвижная метрика возникает в случае фреймдраггинга, когда подвижное массивное тело увлекает в движение окружающее пространств. В некоторых случаях метрика сама может двигаться со сверхсветовой скоростью. Например, в окрестностях вращающейся чёрной дыры, в пределах эргосферы метрика движется со скоростью, превышающей скорость света. Это означает, что внутри эргосферы тело может двигаться со скоростью, превышающей скорость света относительно внешних объектов.

Система отсчёта, связанная с вращающимся телом Править

В системе отсчёта, связанной с вращающимся телом, удалённые объекты могут двигаться со сверхсветовой скоростью. Например, Альфа Центавра, в системе отсчёта, связанной с Землёй, движется со скоростью, более чем в 9600 раз превышающей скорость света, «проходя» расстояние около 26 световых лет в сутки. Этот парадокс обычно обходят в ОТО, запрещая распространять систему отсчёта вращающегося тела на расстояние, превышающее r=c/\omega, где \omega — угловая скорость, от оси вращения тела. В то же время, с учётом принципа Маха, данное явление может быть объяснено в терминах подвижной метрики, так как ОТО запрещает только движение массивных тел с локальной скоростью, превышающей скорость света. Это явление не может быть использовано для сверхсветовой связи и не ведёт к нарушению принципа причинности.

Расширение Вселенной Править

Из-за расширения Вселенной астрономические объекты удаляются друг от друга. Согласно закону Хаббла, удалённые галактики, находящиеся на расстоянии c/H, где Hпостоянная Хаббла, удаляются друг от друга со скоростью, превышающей скорость света. Хотя их локальная скорость не превышает скорости света, скорость взаимного разбегания даже локально неподвижных удалённых объектов может превышать скорость света. Возраст Вселенной оценивается в примерно четырнадцать миллиардов лет, но отдалённость некоторых астрономических объектов достигает двухсот миллиардов световых лет. Обычно этот парадокс обходят в ОТО, запрещая распространять систему отсчёта на космологические расстояния, хотя явление может быть объяснено в терминах подвижной метрики. Расширение Вселенной невозможно использовать для ускорения межзвёздных путешествий и не позволяет нарушать принцип причинности в ОТО.

Принцип неопределённости Править

В соответствеии с квантовым принципом неопределённости, релятивистски движущаяся частица с некоторой вероятностью может быть обнаружена в любой точке на некотором интервале вдоль направления движения. Это означает, что наблюдаемая скорость частицы может варьировать в некоторых пределах, и даже превышать скорость света. Это явление можно объяснить также обнаружением виртуальной частицы несколько впереди распространяющейся частицы и последующей аннигиляцией её виртуального партнёра и первоначальной частицы. Любопытно, что именно этот мысленный эксперимент натолкнул Поля Дирака на мысль о существовании античастиц. Это явление носит вероятностный характер и не может быть использовано для передачи информации со сверхсветовой скоростью.

Квантовая нелокальность Править

Свойство нелокальности квантовой теории постулирует возможность мгновенной передачи квантового состояния на любые расстояния. Тем не менее, для безошибочного измерения квантового состояния необходима классическая информация о подходящем для измерения базисе, которая должна быть передана по классическому каналу связи. Для осуществления квантовой телепортации требуется классический канал сообщения. Хотя подходящий базис для единичного измерения можно угадать, для сверхсветовой связи и безошибочной телепортации ряда квантовых состояний такой подход использовать невозможно. Таким образом, телепортация невозможна со скоростью, превышающей скорость света. Явление квантовой нелокальности не противоречит принципу причинности в СТО.

Вакуум Казимира Править

Скорость волн зависит от свойств среды, в которой они распространяются. Специальная теория относительности утверждает, что разогнать массивное тело до скорости, превышающей скорость света в вакууме невозможно. В то же время теория не постулирует какое-то конкретное значение для скорости света. Она измеряется экспериментальным путём и может различаться в зависимости от свойств вакуума. Для вакуума, энергия которого меньше энергии обычного физического вакуума, скорость света теоретически должна быть выше. Одним из примеров такого вакуума является вакуум Казимира, возникающий в тонких щелях и капиллярах размером (диаметром) до десятка нанометров (примерно в сто раз больше размеров типичного атома). Этот эффект можно также объяснить уменьшением количества виртуальных частиц в вакууме Казимира, которые подобно частицам сплошной среды замедляют распространение света. Вычисления, сделанные Шарнхорстом говорят о превышении скорости света в вакууме Казимира по сравнению с обычным вакуумом на 1/1024 для щели шириной 1 нм. Превышение скорости света в вакууме Казимира по сравнению со скоростью света в обычном вакууме экспериментально пока не подверждено из-за черезвычайной сложности измерения данного эффекта.

Сверхсветовые частицы Править

Гипотетические частицы тахионы[3], в случае их существования, могут двигаться быстрее света. Они не могут передавать информацию, иначе их наличие противоречило бы принципу причинности. В толковании специальной теории относительности, если считать энергию и импульс действительными числами, тахион описывается мнимой массой. Скорость тахиона не может быть меньше скорости света, поскольку при этом энергия бы бесконечно увеличивалась.

В некоторых вариантах теории струн, в спектре масс частиц появляется тахион. Однако такие модели, как правило, признаются нефизичными, что является основанием для модификации соответствующей теории.

Теоретически рассматривалась так же возможность наличия сверхсветовых скоростей у некоторых видов нейтрино[4].

Теории с переменностью скорости света в вакууме Править

В современной физике существуют гипотезы, согласно которым скорость света в вакууме не является константой и ее значение может изменятся с течением времени (Variable Speed of Light (VTL))[5] [6][7]. В наиболее распрастраненной версии этой гипотезы предполагается, что в начальные этапы жизни нашей вселенной значение константы с (скорость света) было значительно больше чем сейчас. Соответственно раньше вещество могло двигаться со скоростью значительно превосходящей современную скорость света.

Сверхсветовые источники в астрономии Править

Первое наблюдение сверхсветовых источников в астрономии относится к 1965 г. Геннадий Шоломицкий заявил, что была обнаружена быстрая временная переменность радиоисточников СТА-21 and СТА-102[8]. Однако это открытие первоначально не было воспринято на Западе как таковое[9].

Первое теоретическое обоснование этого явления было дано английским астрофизиком Мартином Рисом в 1966 г. Физически этот эффект он объясняет так. Представим, что имеется выброс (струя) вещества из центра некоторого источника, движущийся с некоторой достаточно большой (но естественно, досветовой) скоростью под некоторым углом к лучу зрения. Измеряемая величина есть скорость движения проекции выброса на картинную плоскость (т.е. плоскость перпендикулярную к лучу зрения). Очевидно, что принимаемый через равные промежутки времени сигнал от более близких к наблюдателю частей струи испускается в последовательно более поздние моменты собственного времени, по сравнению с сигналом из неподвижного центра. Следовательно, измеряемая наблюдателем проекция скорости будет больше скорости, вычисляемой когда ближняя часть струи и центр наблюдаются в один и тот же момент собственного времени. При подходящей ориентации видимая скорость становится в \gamma=1/\sqrt{1-(v/c)^2\,} (Лоренц-фактор) раз больше истинной скорости движения υ. В ряде случаев наблюдается Лоренц-фактор порядка 10. Сверхсветовые источники, таким образом, являются доказательством существования релятивистских выбросов из ядер галактик и квазаров [10]. Наблюдения методом сверхдальней радиоинтерферометрии показали, что сверхсветовое движение компонент очень типично для этих объектов [11].

При самых первых попытках объяснения сверхсветового движения с помощью релятивистского направленного потока частиц возникло осложнение: удивительно большая доля компактных источников показывала сверхсветовое движение, в том время как на основании простых геометрических доводов получалось, что только несколько процентов таких объектов должно быть случайно ориентировано почти вдоль линии зрения. Присутствие симметричных протяженных радиокомпонент предполагало, что они обеспечивались энергией от центрального источника двух симметричных лучей. Но трудно сравнить светимость приближающейся и удаляющейся (или даже стационарной) компонент. Это очевидное различие обычно обсуждается в контексте модели с двойным истечением [12], когда излучение из ядра рассматривается как стационарная точка, где приближающийся релятивистский поток становится непрозрачным. Сверхсветовое движение наблюдается между этой стационарной точкой в сопле и движущимися волновыми фронтами или другими неоднородностями в выходящем релятивистском потоке.

Так называемые унифицированные модели, которые интерпретируют разнообразие наблюдаемых свойств как простые геометрические эффекты, оказались лишь частично успешными. В своей простейшей форме модели релятивистского прохождения лучей объясняют наблюдаемые отношения между кажущейся скоростью и допплеровским усилением светимости. Обсуждение сосредоточилось на природе объектов вне струи или родительской популяции. [13] считали, что радиогромкие квазары - это допплеровски усиленное подмножество гораздо большего числа оптически наблюдаемых квазаров, а в работе [14] компактные источники рассматриваются как допплеровски усиленные компоненты протяженных радиоисточников. Однако тщательные наблюдения радиоядер и выбросов не совместимы полностью с эффектами, ожидаемыми по простым моделям релятивистского выброса [15][16][17][18].

Компактные сверхсветовые выбросы всегда следуют в том же самом направлении, что и более протяженные выбросы, включая, в некоторых случаях (напр., ЗС 273 и M87), оптические выбросы. Таким образом, для толкования появления компактных выбросов, с одной стороны, как результата различного допплеровского усиления двустороннего по природе своей релятивистского потока, очевидно, необходимо, чтобы крупномасштабные струи тоже двигались с релятивистской скоростью. Это выглядело бы весьма странным, так как трудно представить, как релятивистский поток может продолжать движение без изменений до нескольких килопарсек в сторону от центра движения. Однако измерения фарадеевского вращения плоскости поляризации разных деталей протяженных радиоисточников показывают, что наименьшее вращение наблюдается со стороны с выбросом, как и предполагалось, если струя видна только на ближайшей стороне за счет дифференциального допплеровского усиления [19].

Имеется также в радиогалактике ЗС 120 более прямое наблюдательное подтверждение того, что релятивистский поток продолжается, по меньшей мере, на несколько килопарсек в сторону от ядра [20]. Дальнейшее осложнение связывается с очевидным распространением свойств от радио- к инфракрасному, оптическому и высокоэнергетическому диапазонам спектра. Если светимость и морфология радиоисточников - это, прежде всего, результат объемного релятивистского движения и ориентации, а не собственные свойства, то наблюдаемые характеристики на других длинах волн должны интерпретироваться аналогично. Но квазары с иначе направленными струями должны, тем не менее, иметь яркие линии собственного излучения в присутствии слабого континуума, а такие "голые" квазары не наблюдаются. Более того, неясно, как досветовые источники или источники, включающие и стационарные и сверхсветовые источники[21], вписываются в эту простую схему.

Толкование релятивистского излучения также ставится под сомнение чрезвычайными свойствами ядер. Арп[22] подчеркнул, что вряд ли вероятно, что уникальный объект ЗС 120 просто случайно оказался правильно ориентированным, чтобы продемонстрировать сверхсветовое движение. Аналогично уникален ЗС 273; это ярчайший на небе квазар, на любых длинах волн. Априорная вероятность того, что этот уникальный объект правильно ориентирован вдоль линии зрения, чтобы наблюдалось сверхсветовое движение, мала разве что, конечно, светимость в оптическом, инфракрасном, рентгеновском, и гамма диапазонах также подвергается допплеровскому усилению. Но ЗС 273 уникален даже по интенсивности своих линий эмиссии, и трудно вообразить сценарии, которые разрешили бы, чтобы эмиссия линий усиливалась объемным релятивистским движением.

В связи со всем вышеизложенным, проблемы с наблюдением сверхсветовых скоростей в астрономии полностью еще не разрешены.

Сверхсветовое движение в фантастикеПравить

ПримечанияПравить

  1. http://ufn.ioc.ac.ru/ufn05/ufn05_9/Russian/r059c.pdf
  2. A. Dogariu, A. Kuzmich, and L. J. Wang Transparent Anomalous Dispersion and Superluminal Light Pulse Propagation at a Negative Group Velocity (англ)
  3. A. A. Sen Tachyon Matter in Loop Quantum Cosmology
  4. G.-j. Ni and T. Chang, Is neutrino a superluminal particle?
  5. Alexander Unzicker Mach's Principle and a Variable Speed of Light
  6. Yves-Henri Sanejouand A simple varying-speed-of-light hypothesis is enough for explaining high-redshift supernovae data
  7. Corrado Appignani A geometrically-induced varying speed of light (VSL) and the accelerating universe
  8. Kellermann, K.I. Astrophysics on the Threshold of the 21st Century. - Gordon & Breach, 1992 рус
  9. Kellermann, K.I. Astrophysics on the Threshold of the 21st Century. - Gordon & Breach, 1992 рус
  10. К.А.Постнов.Сверхсветовой источник в Галактике
  11. Zensus, J.A., and Pearson, T.J. (1987) Superluminal Radio Sources, Cambridge Univ. Press, Cambridge
  12. Blandford, R.D. and Konigl, A. (1979) Astrophys. J. 232, 34
  13. Scheuer, P.A.G., and Readhead, A.C.S. (1979) Nature 277, 182
  14. Orr, M.J. and Browne, I.W.A. (1982) Mon. Not. Roy. Ast. Soc. 200, 1067
  15. Kellermann, K.I. et al. (1989) Astronom. J. 98, 1195
  16. Schilizzi, R.T., and de Bruyn, A.G. (1983) Nature 303, 26
  17. Saika, D.J. (1981) Mon. Not. Roy. Ast. Soc. 197, 1097
  18. Saika, D.J. (1984) Mon. Not. Roy. Ast. Soc. 208, 231
  19. Laing, R. (1988) Nature 331, 149
  20. Walker, R.C., et al. (1988) Astrophys. J. 335, 668
  21. Pauliny-Toch, I.I.K., et al. (1987) Nature 328, 778.
  22. Arp, H. (1987) Astrophys. and Astron. 8, 231

Ссылки Править




  1. Википедия Сверхсветовое движение адрес
  2. Викисловарьадрес
  3. Викицитатникадрес
  4. Викиучебникадрес
  5. Викитекаадрес
  6. Викиновостиадрес
  7. Викиверситетадрес
  8. Викигидадрес

Выделить Сверхсветовое движение и найти в:

  1. Вокруг света движение адрес
  2. Академик движение/ru/ru/ адрес
  3. Астронет адрес
  4. Элементы движение+&search адрес
  5. Научная Россия движение&mode=2&sort=2 адрес
  6. Кругосвет движение&results_per_page=10 адрес
  7. Научная Сеть
  8. Традицияадрес
  9. Циклопедияадрес
  10. Викизнаниедвижение адрес
  1. Google
  2. Bing
  3. Yahoo
  4. Яндекс
  5. Mail.ru
  6. Рамблер
  7. Нигма.РФ
  8. Спутник
  9. Google Scholar
  10. Апорт
  11. Онлайн-переводчик
  12. Архив Интернета
  13. Научно-популярные фильмы на Яндексе
  14. Документальные фильмы
  1. Список ru-вики
  2. Вики-сайты на русском языке
  3. Список крупных русскоязычных википроектов
  4. Каталог wiki-сайтов
  5. Русскоязычные wiki-проекты
  6. Викизнание:Каталог wiki-сайтов
  7. Научно-популярные сайты в Интернете
  8. Лучшие научные сайты на нашем портале
  9. Лучшие научно-популярные сайты
  10. Каталог научно-познавательных сайтов
  11. НАУКА В РУНЕТЕ: каталог научных и научно-популярных сайтов

  • Страница 0 - краткая статья
  • Страница 1 - энциклопедическая статья
  • Разное - на страницах: 2 , 3 , 4 , 5
  • Прошу вносить вашу информацию в «Сверхсветовое движение 1», чтобы сохранить ее

Комментарии читателей:Править

Обнаружено использование расширения AdBlock.


Викия — это свободный ресурс, который существует и развивается за счёт рекламы. Для блокирующих рекламу пользователей мы предоставляем модифицированную версию сайта.

Викия не будет доступна для последующих модификаций. Если вы желаете продолжать работать со страницей, то, пожалуйста, отключите расширение для блокировки рекламы.

Также на ФЭНДОМЕ

Случайная вики