Ilūzija “Ātrāka par gaismu” varētu palīdzēt atklāt kosmiskos noslēpumus

Dīvains

Dīvains “ātrāks par gaismu” eksperiments varētu palīdzēt astronomiem pētīt attālus objektus, piemēram, NGC 2261-ventilatora formas gāzes un putekļu mākoni, ko pamatnē apgaismo zvaigzne. (Attēla kredīts: Viljams Spārks (STScI), Silvija Baggeta (STScI) u.c. un Habla mantojuma komanda (AURA/ STScI/ NASA))



Eksperiments, kas rada ilūziju par objektu, kas pārvietojas ātrāk par gaismas ātrumu, varētu būt reāls instruments kosmosa izpētei, liecina pētījumi, kas šomēnes tika prezentēti 225. Amerikas Astronomijas biedrības sanāksmē Sietlā.



Nekas nevar ceļot ātrāk par gaismas ātrums . Mičiganas Tehnoloģiskās universitātes fizikas profesors Roberts Nemirofs šo faktu neapstrīd. Bet viņam ir ideja par scenāriju, kurā kaut kas būtuparādāslai novērotājam ceļotu ātrāk par gaismas ātrumu. Izskats var būt maldinošs, taču šajā gadījumā tiem var būt arī praktisks pielietojums.

Šī scenārija, kas ir ātrāks par gaismu, pamats ir diezgan sarežģīts, taču Nemirofs to paskaidroja dažos īsos domu eksperimentos 8. janvāra preses konferencē AAS sanāksmē. [10 dīvainākās lietas kosmosā]



Piemēram, iedomājieties istabu ar griestiem 50 pēdu augstumā un sienām 50 pēdas platumā (15 līdz 15 metri). Pieņemsim, ka jūs guļat uz muguras istabas vidū ar lāzera rādītāju, kas spīd uz augšu, lai jūs varētu redzēt sīko punktu uz griestiem. Tagad jūs pārvietojat lāzera rādītāju no kreisās uz labo pāri griestiem. Lai to izdarītu, jums tikai pāris collas jāpārvieto roka, bet īsā laikā, kas jums nepieciešams, gaismas punkts uz griestiem pārvietojas 50 pēdas. Pārvietojiet plaukstas locītavu ļoti ātri, un lāzera gaismas punkts pus sekundē var viegli pārvietoties 50 pēdas - līdzvērtīgs ātrums ir 68 jūdzes stundā (110 km/h).

Tagad paplašiniet šo scenāriju daudz lielākā mērogā. Iedomājieties, ka istaba bija daudz jūdžu augsta un plata. Iedomājieties, ka lāzera rādītājs ir daudz jaudīgāks gaismas stars. Gaismas punkts, kas projicēts uz griestiem, varētu efektīvi pārvietoties ar simtiem jūdžu stundā. Vai nav iespējams, ka pietiekami lielā telpā gaismas punkts varētu kustēties ātrāk nekā gaismas ātrums? Nemirofs teica, ka tas ir iespējams, un netiks pārkāpti fizikas likumi.

Einšteina speciālās relativitātes teorija saka, ka objektam (piemēram, vienam gaismas fotonam) nav iespējams izskatīties tā, it kā tas ceļotu ātrāk nekā gaismas ātrums. Nemirofa eksperiments nepārkāpj šo fizisko likumu, jo lāzera rādītājs rada fotonu plūsmu, nevis vienu fotonu. Neviens plūsmas fotons nekad nepārvietojas ātrāk par gaismas ātrumu, bet kopā tie var radīt ilūziju par ātrāku pārvietošanos nekā gaisma.



Vēl viens veids, kā izprast šo ilūziju, ir iedomāties elektronisku atzīmju lenti, kas rada ilūziju par vārda horizontālu pārvietošanos pa ekrānu. Patiesībā šo vārdu rada daudzu atsevišķu, stacionāru gaismu zibspuldzes. Teorētiski būtu iespējams, lai vārds pārvietotos pa ekrānu ātrāk nekā gaismas ātrums - jo faktiski nekas nav kustējies. Katrs gaismas uzplaiksnījums ir atsevišķs notikums, un tie rada kolektīvas kustības ilūziju.

Šī ir Nemirofa domu eksperimenta pirmā daļa.

Tagad iedomājieties, ka lāzera rādītājs spīd tieši bezgalīgā telpā. Jūs neredzat lāzera punktu nekur projicētu, jo šai telpai nav gala. Tagad iedomājieties, ka jūs spīdat gaismu paralēli bezgalīgai sienai. Pagrieziet plaukstas locītavu tā, lai lāzera rādītājs krustojas ar sienu. Kurā brīdī lāzera rādītājs šķērso sienu? Tas nevar būt bezgalībā, jo tas prasītu bezgalīgu laiku. Bet tas arī nevar būt tieši tev blakus - tam ir jābūt kādā brīdī starp tevi un bezgalību.



Bet, pēc Nemirofa domām, ja izvēlaties ierobežotu punktu, kur vajadzētu būt gaismai, staram vienmēr jābūt tieši aiz šī punkta, vienu soli tuvāk bezgalībai. Patiesībā gaismas punktam vienmēr jābūt divās vietās vienlaikus.

Tā kā fotonam jāatrodas divās vietās vienlaikus, skaidroja Nemirofs, notiek kaut kas ļoti dīvains: uz sienas parādās divi gaismas punkti, kas virzās pretējos virzienos - viens prom no jums un viens pret jums. Viens gaismas punkts pārvietojas lēnāk nekā gaismas ātrums, bet otrs, šķiet, pārvietojas ātrāk. (Tāpat kā lāzera rādītājs, kas projicēts uz griestiem, tā ir ilūzija. Tas nav viens fotons, kas pārvietojas ātrāk par gaismas ātrumu.) Tas rada gaismas uzliesmojumu, ko Nemirofs sauc par “fotonisko uzplaukumu”, jo tas ir līdzīgs līdz skaņas uzplaukumam, kas rodas, kad objekts pārsniedz skaņas ātrumu un pārņem skaņas viļņus.

Nemiroff sniedza šī scenārija tehnisko informāciju papīrā, kas tagad ir pieejams pirmsdrukas vietnē arXiv.org.

Dokumentā Nemiroff apgalvo, ka šie fotoniskie uzplaukumi pastāv dabā. Lāzera rādītāja vietā šīs fotoniskās strēles var radīt citi spilgti gaismas avoti, piemēram pulsāri , kas ir sabrukušas zvaigznes, kas rada ļoti spilgtus, vienmērīgus gaismas starus.

'Fotoniski uzplaukumi notiek ap mums diezgan bieži, taču tie vienmēr ir pārāk īsi, lai to pamanītu,' Nemirofs teikts paziņojumā no Mičiganas Tehnoloģiskās universitātes. 'Kosmosā tie ilgst pietiekami ilgi, lai pamanītu, bet neviens nav iedomājies tos meklēt!'

Rosanne Di Stefano no Hārvardas-Smitsonas astrofizikas centra paziņojumā piebilda: 'Šī koncepcija, kaut arī nav pierādīta praksē, ir diezgan intriģējoša,'

Nemirofs sacīja, ka, nevis bezgalīga siena, parādīsies fotoniskais uzplaukums, kad gaismas stars pārvietojas pa sfērisku virsmu ar dziļuma kontūrām. Saskaņā ar paziņojumu “informācija par efektu ir atkarīga no mijiedarbības starp laiku, kas nepieciešams, lai slaucīšanas gaismas stars šķērsotu objektu, un laiku, kas nepieciešams, lai gaismas stars šķērsotu objekta dziļumu”. Tāpēc, ja Mēness bija tikai plakans disks, tam pāri nevarēja izveidot fotonisko uzplaukumu.

Fotoniskā uzplaukuma mērīšana var atklāt informāciju par objektu, uz kura tas parādās. Saskaņā ar Michigan Tech paziņojumu, gaismas stars var tikt pārvilkts pa asteroīda virsmu 'tūkstošiem reižu sekundē, un katrs slaucīšana piespiež nekaitīgu, bet daudzsološu fotonisko uzplaukumu'. Pēc tam katru uzplaukumu izmantotu asteroīda “lieluma un virsmas īpatnību atklāšanai”. [ Fotogrāfijas: Asteroīdi dziļā kosmosā ]

Saskaņā ar Nemirofa teikto, fotoniskos uzplaukumus potenciāli varētu redzēt NGC 2261, kas pazīstams arī kā Habla mainīgais miglājs: ventilatora formas gāzu un putekļu mākonis, ko pamatnē izgaismo viena zvaigzne. Ēnas, ko rada zvaigznes gaisma, kas iet starp gāzes mākoņiem un atstarojas no putekļiem, varētu “radīt fotoniskas uzplaukumus, kas redzami pat dienas vai nedēļas”.

Sekojiet Calla Cofield @Callacfield . Seko mums @Spacedotcom , Facebook un Google+ . Oriģināls raksts par demokratija.eu .