Είναι ο ακρογωνιαίος λίθος της σύγχρονης φυσικής ότι τίποτα στο Σύμπαν δεν είναι ταχύτερο από την ταχύτητα του φωτός (ντο). Ωστόσο, η θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Αϊνστάιν επιτρέπει περιπτώσεις όπου ορισμένες επιρροές εμφανίζομαι να ταξιδεύετε πιο γρήγορα από το φως χωρίς να παραβιάζετε την αιτιότητα. Αυτά είναι αυτά που είναι γνωστά ως «φωτονικά βραχίονες», μια έννοια παρόμοια με μια ηχητική έκρηξη, όπου κηλίδες φωτός γίνονται για να κινούνται γρηγορότερα από ντο.
Και σύμφωνα με μια νέα μελέτη του Robert Nemiroff, καθηγητή φυσικής στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν (και συν-δημιουργός του Astronomy Picture of the Day), αυτά τα φαινόμενα μπορεί να βοηθήσουν να ρίξουμε ένα φως (όχι pun!) Στον Κόσμο, βοηθώντας μας να χαρτογραφήσουμε με μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα.
Εξετάστε το ακόλουθο σενάριο: εάν ένα λέιζερ σαρώνεται σε ένα μακρινό αντικείμενο - σε αυτήν την περίπτωση, το φεγγάρι - το σημείο του φωτός λέιζερ θα κινηθεί πέρα από το αντικείμενο με ταχύτητα μεγαλύτερη από ντο. Βασικά, η συλλογή των φωτονίων επιταχύνεται μετά την ταχύτητα του φωτός καθώς το σημείο διασχίζει τόσο την επιφάνεια όσο και το βάθος του αντικειμένου.
Η προκύπτουσα «φωτονική έκρηξη» εμφανίζεται με τη μορφή ενός φλας, το οποίο βλέπει ο παρατηρητής όταν η ταχύτητα του φωτός πέφτει από τον υπερφωτισμό σε χαμηλότερη από την ταχύτητα του φωτός. Αυτό γίνεται εφικτό από το γεγονός ότι οι κηλίδες δεν περιέχουν μάζα, και επομένως δεν παραβιάζουν τους θεμελιώδεις νόμους της Ειδικής Σχετικότητας.
Ένα άλλο παράδειγμα εμφανίζεται τακτικά στη φύση, όπου ακτίνες φωτός από ένα παλμικό σκούπισμα στα σύννεφα της διαστημικής σκόνης, δημιουργώντας ένα σφαιρικό κέλυφος φωτός και ακτινοβολίας που εκτείνεται ταχύτερα από το c όταν τέμνει μια επιφάνεια. Το ίδιο ισχύει και για τις σκιές που κινούνται γρήγορα, όπου η ταχύτητα μπορεί να είναι πολύ πιο γρήγορη και να μην περιορίζεται στην ταχύτητα του φωτός εάν η επιφάνεια είναι γωνιακή.
Σε μια συνάντηση της Αμερικανικής Αστρονομικής Εταιρείας στο Σιάτλ της Ουάσινγκτον στις αρχές του μήνα, ο Nemiroff μοιράστηκε πώς αυτά τα αποτελέσματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη του σύμπαντος.
«Οι φωτονικές εκρήξεις συμβαίνουν πολύ συχνά γύρω μας», δήλωσε ο Nemiroff σε δελτίο τύπου, «αλλά είναι πάντα πολύ σύντομοι για να το παρατηρήσουν. Στο σύμπαν διαρκούν αρκετά καιρό για να το παρατηρήσουν - αλλά κανείς δεν σκέφτηκε να τα ψάξει! "
Οι υπερφωτιστικές σκούπες, ισχυρίζεται, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να αποκαλύψουν πληροφορίες σχετικά με την τρισδιάστατη γεωμετρία και την απόσταση των αστρικών σωμάτων όπως οι κοντινοί πλανήτες, οι αστεροειδείς που διέρχονται και τα μακρινά αντικείμενα που φωτίζονται από πάλσαρ. Το κλειδί είναι η εύρεση τρόπων για τη δημιουργία τους ή την ακριβή παρατήρησή τους.
Για τους σκοπούς της μελέτης του, ο Nemiroff εξέτασε δύο παραδείγματα σεναρίων. Το πρώτο αφορούσε μια ακτίνα να σαρώνεται σε ένα σφαιρικό αντικείμενο που διασκορπίζεται - δηλ. Σημεία φωτός που κινούνται διαμέσου της Σελήνης και των συντρόφων του πάλσαρ. Στο δεύτερο, η ακτίνα σαρώνεται σε ένα «επίπεδο σκέδασμα ή γραμμικό νήμα» - στην περίπτωση αυτή, το μεταβλητό νεφέλωμα του Hubble.
Στην προηγούμενη περίπτωση, οι αστεροειδείς θα μπορούσαν να χαρτογραφηθούν λεπτομερώς χρησιμοποιώντας μια δέσμη λέιζερ και ένα τηλεσκόπιο εξοπλισμένο με κάμερα υψηλής ταχύτητας. Το λέιζερ θα μπορούσε να περάσει χιλιάδες φορές το δευτερόλεπτο στην επιφάνεια και να καταγραφούν οι αναλαμπές. Στο τελευταίο, παρατηρούνται σκιές που περνούν ανάμεσα στο φωτεινό αστέρι R Monocerotis και αντανακλούν τη σκόνη, σε ταχύτητες τόσο μεγάλες που δημιουργούν φωτονικές μπούμας που είναι ορατές για μέρες ή εβδομάδες.
Αυτό το είδος της τεχνικής απεικόνισης είναι θεμελιωδώς διαφορετικό από τις άμεσες παρατηρήσεις (που βασίζονται στη φωτογραφία φακών), το ραντάρ και το συμβατικό καπάκι. Διαφέρει επίσης από την ακτινοβολία Cherenkov - ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπεται όταν τα φορτισμένα σωματίδια διέρχονται μέσω ενός μέσου με ταχύτητα μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός σε αυτό το μέσο. Ένα παράδειγμα είναι η μπλε λάμψη που εκπέμπεται από έναν υποβρύχιο πυρηνικό αντιδραστήρα.
Σε συνδυασμό με τις άλλες προσεγγίσεις, θα μπορούσε να επιτρέψει στους επιστήμονες να αποκτήσουν μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα των αντικειμένων στο Ηλιακό μας Σύστημα, ακόμη και σε μακρινά κοσμολογικά σώματα.
Η μελέτη του Nemiroff έγινε δεκτή για δημοσίευση από τις Εκδόσεις της Αστρονομικής Εταιρείας της Αυστραλίας, με μια προκαταρκτική έκδοση διαθέσιμη στο διαδίκτυο στο arXiv Astrophysics
Περαιτέρω ανάγνωση:
Δελτίο τύπου της Michigan Tech
Robert Nemiroff / Michigan Tech
