Η πρόσφατη λίστα των Top 10 Stories του Space Magazine του 2010 περιελάμβανε την ιστορία Faster than Light Pulsars Discovered - η οποία σε περαιτέρω ανάγνωση κατέστησε σαφές ότι το φαινόμενο που μελετήθηκε δεν ήταν ακριβώς κίνηση γρηγορότερα από το φως.
Εν πάση περιπτώσει, αυτό με ώθησε να αναζητήσω διαφορετικούς τρόπους με τους οποίους μπορεί να δημιουργηθεί φαινομενική υπερφωτεινή κίνηση, εν μέρει για να διαβεβαιώσω τον εαυτό μου ότι ο πυθμένας δεν είχε πέσει από τη φυσική της σχετικότητας και εν μέρει για να δει αν αυτά τα πράγματα θα μπορούσαν να εξηγηθούν επαρκώς στα απλά αγγλικά. Εδώ πηγαίνει…
1) Ψευδαισθήσεις αιτίας και αποτελέσματος
Η πιο γρήγορη από την ελαφριά ιστορία του pulsar αφορά ουσιαστικά υποθετικές ελαφριές μπούμες - οι οποίες μοιάζουν με ηχητικές μπούμες, όπου δεν είναι η ηχητική έκρηξη, αλλά η πηγή ήχου, που υπερβαίνει την ταχύτητα του ήχου - έτσι ώστε οι μεμονωμένοι παλμοί ήχου να συγχωνεύονται για να σχηματίσουν ένα μονό σοκ που κινείται με την ταχύτητα του ήχου.
Τώρα, αν κάτι τέτοιο συμβαίνει πραγματικά με το φως από τα pulsars παραμένει ένα σημείο συζήτησης, αλλά ένας από τους υποστηρικτές του μοντέλου έχει δείξει το αποτέλεσμα σε ένα εργαστήριο - δείτε αυτήν την ανάρτηση στο Scientific American blog.
Αυτό που κάνετε είναι να κανονίσετε μια γραμμή λαμπτήρων που ενεργοποιούνται ανεξάρτητα. Είναι αρκετά εύκολο να τους κάνει να σβήσουν διαδοχικά - πρώτα 1, μετά 2, μετά 3 κ.λπ. - και μπορείτε να συνεχίσετε να μειώνετε τη χρονική καθυστέρηση μεταξύ του καθένα έως ότου έχετε μια κατάσταση όπου ο λαμπτήρας 2 σβήνει μετά τον λαμπτήρα 1 σε λιγότερο χρόνο από το φως θα χρειαζόταν να διανύσει την απόσταση μεταξύ των λαμπτήρων 1 και 2. Είναι απλώς ένα τέχνασμα - δεν υπάρχει αιτιώδης σύνδεση μεταξύ των βολβών - αλλά φαίνεται σαν να κινείται μια ακολουθία ενεργειών (πρώτα 1, μετά 2, 3 κ.λπ.) γρηγορότερα από το φως σε όλη τη σειρά των λαμπτήρων. Αυτή η ψευδαίσθηση είναι ένα παράδειγμα φαινομενικής υπερφωτεινικής κίνησης.
Υπάρχει μια σειρά από πιθανά σενάρια για το γιατί ένα υπερφωτιστικό μεξικάνικο κύμα ακτινοβολίας συγχροντρόν μπορεί να προέρχεται από διαφορετικές σημειακές πηγές γύρω από ένα ταχέως περιστρεφόμενο αστέρι νετρονίων μέσα σε ένα έντονο μαγνητικό πεδίο. Εφόσον οι εκπομπές από αυτές τις σημειακές πηγές δεν συνδέονται αιτιώδη, αυτό το αποτέλεσμα δεν παραβιάζει τη φυσική της σχετικότητας.
2) Κάνοντας το φως γρηγορότερο από το φως
Μπορείτε να παράγετε μια φαινομενική υπερφωτιστική κίνηση του ίδιου του φωτός χειρίζοντας το μήκος κύματος του. Εάν θεωρήσουμε ένα φωτονίο ως πακέτο κυμάτων, αυτό το πακέτο κυμάτων μπορεί να τεντωθεί γραμμικά, έτσι ώστε το μπροστινό άκρο του κύματος να φτάσει στον προορισμό του γρηγορότερα, καθώς ωθείται μπροστά από το υπόλοιπο του κύματος - που σημαίνει ότι ταξιδεύει πιο γρήγορα από το φως .
Ωστόσο, η φυσική φύση του «προπορευόμενου άκρου ενός πακέτου κυμάτων» δεν είναι σαφής. Ολόκληρο το πακέτο κυμάτων είναι ισοδύναμο με ένα φωτόνιο - και το μπροστινό άκρο του πακέτου κυματοειδούς κύματος δεν μπορεί να φέρει σημαντικές πληροφορίες. Πράγματι, με το να απλώνεται και να εξασθενεί, μπορεί να γίνει αδιάκριτο από το θόρυβο του περιβάλλοντος.
Επίσης, αυτό το τέχνασμα απαιτεί το φως να κινείται μέσω διαθλαστικού μέσου και όχι κενού. Εάν ενδιαφέρεστε για τις τεχνικές λεπτομέρειες, μπορείτε να κάνετε την ταχύτητα φάσης ή την ομαδική ταχύτητα γρηγορότερη από το c (η ταχύτητα του φωτός σε κενό) - αλλά όχι η ταχύτητα του σήματος. Σε κάθε περίπτωση, δεδομένου ότι οι πληροφορίες (ή το φωτόνιο ως πλήρης μονάδα) δεν κινούνται γρηγορότερα από το φως, η φυσική της σχετικότητας δεν παραβιάζεται.
3) Λήψη ενός μέσου κέρδους
Μπορείτε να μιμηθείτε την πιο δραματική υπερφωτεινή κίνηση μέσω ενός μέσου κέρδους όπου το μπροστινό άκρο ενός ελαφρού παλμού διεγείρει την εκπομπή ενός νέου παλμού στο άκρο του μέσου κέρδους - λες και ένας ελαφρύς παλμός χτυπά το ένα άκρο του Newton's Cradle και έναν νέο παλμό προβάλλεται από το άλλο άκρο. Εάν θέλετε να δείτε ένα εργαστήριο, δοκιμάστε εδώ. Παρόλο που το φως φαίνεται να υπερπηδά το κενό, στην πραγματικότητα είναι ένας νέος παλμός φωτός που αναδύεται στο άλλο άκρο - και εξακολουθεί να κινείται με τυπική ταχύτητα φωτός.
4) Η σχετικιστική ψευδαίσθηση
Εάν ένας ενεργός γαλαξίας, όπως το M87, σπρώχνει ένα τζετ υπερθέρμανσης πλάσματος που κινείται κοντά στην ταχύτητα του φωτός - και το τζετ είναι περίπου ευθυγραμμισμένο με την οπτική σας όψη από τη Γη - μπορείτε να ξεγελαστείτε να πιστεύετε ότι το περιεχόμενό του κινείται ταχύτερα παρά το φως.
Εάν αυτό το αεριωθούμενο αεροπλάνο έχει μήκος 5.000 έτη φωτός, θα πρέπει να χρειαστούν τουλάχιστον 5.000 χρόνια για να περάσει οτιδήποτε μέσα σε αυτήν την απόσταση των 5.000 ετών φωτός. Ένα φωτόνιο που εκπέμπεται από ένα σωματίδιο υλικού πίδακας στο σημείο Α κοντά στην αρχή του πίδακα θα χρειαστεί πραγματικά 5.000 χρόνια για να φτάσει σε εσάς. Αλλά εν τω μεταξύ, το σωματίδιο του αεριωθούμενου υλικού συνεχίζει να κινείται προς εσάς σχεδόν τόσο γρήγορα όσο αυτό το φωτόνιο. Έτσι, όταν το σωματίδιο εκπέμπει ένα άλλο φωτόνιο στο σημείο Β, ένα σημείο κοντά στην άκρη του πίδακα - αυτό το δεύτερο φωτονίο θα φτάσει στο μάτι σας σε λιγότερο από 5.000 χρόνια μετά το πρώτο φωτονίο, από το σημείο Α. Αυτό θα σας δώσει την εντύπωση ότι Το σωματίδιο διέσχισε 5.000 έτη φωτός από τα σημεία Α έως Β σε λιγότερο από 5.000 χρόνια. Αλλά είναι απλώς μια οπτική ψευδαίσθηση - η φυσική της σχετικότητας παραμένει ανεπίλυτη.
5) Άγνωστη υπερφυσική κίνηση
Είναι απολύτως πιθανό ότι αντικείμενα πέρα από τον ορίζοντα του παρατηρήσιμου σύμπαντος απομακρύνονται από τη θέση μας γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός - ως συνέπεια της αθροιστικής επέκτασης του σύμπαντος, η οποία κάνει τους απομακρυσμένους γαλαξίες να φαίνονται να απομακρύνονται γρηγορότερα από τους στενούς γαλαξίες. Αλλά επειδή το φως από υποθετικά αντικείμενα πέρα από τον παρατηρήσιμο ορίζοντα δεν θα φτάσει ποτέ στη Γη, η ύπαρξή τους είναι άγνωστη με άμεση παρατήρηση από τη Γη - και δεν αντιπροσωπεύει παραβίαση της φυσικής της σχετικότητας.
Και τέλος, δεν είναι τόσο άγνωστο όσο θεωρητικό είναι η έννοια του πρώιμου κοσμικού πληθωρισμού, η οποία συνεπάγεται επίσης επέκταση του χωροχρόνου και όχι της κίνησης εντός του χωροχρόνου - οπότε δεν υπάρχει καμία παραβίαση.
Αλλα πράγματα…
Δεν είμαι σίγουρος ότι τα παραπάνω είναι μια εξαντλητική λίστα και έχω αφήσει σκόπιμα άλλες θεωρητικές προτάσεις, όπως η κβαντική εμπλοκή και η κίνηση στημόνι Alcubierre. Ένα από αυτά, εάν πραγματικός, θα μπορούσε να παραβιάσει αναμφισβήτητα τη φυσική της σχετικότητας - έτσι ίσως πρέπει να εξεταστεί με υψηλότερο επίπεδο σκεπτικισμού.
