นับตั้งแต่สมัยเรียน เรารู้ว่าความเร็วแสงตามกฎของไอน์สไตน์ เป็นค่าสูงสุดที่ผ่านไม่ได้ในจักรวาล แสงเดินทางจากดวงอาทิตย์มายังโลกในเวลา 8 นาที ซึ่งเป็นระยะทางประมาณ 150,000,000 กม. ใช้เวลาเพียง 6 ชั่วโมงในการไปถึงดาวเนปจูน แต่ยานอวกาศต้องใช้เวลาหลายสิบปีในการเอาชนะระยะทางดังกล่าว แต่ไม่ใช่ทุกคนที่รู้ว่าค่าของความเร็วอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสื่อที่แสงส่องผ่าน
สูตรความเร็วแสง
การรู้ความเร็วของแสงในสุญญากาศ (c ≈ 3 * 10 8 m / s) คุณสามารถกำหนดได้ในสื่ออื่น ๆ โดยพิจารณาจากดัชนีการหักเหของแสง n สูตรสำหรับความเร็วแสงนั้นคล้ายคลึงกับกฎของกลศาสตร์จากฟิสิกส์ หรือให้นิยามว่าระยะทางที่ใช้เวลาและความเร็วของวัตถุ
ตัวอย่างเช่น ลองใช้แก้วซึ่งมีดัชนีการหักเหของแสงเท่ากับ 1.5 จากสูตรความเร็วแสง v = c \ n เราจะได้ความเร็วในตัวกลางนี้ประมาณ 200,000 km/s โดยประมาณ หากเราใช้ของเหลว เช่น น้ำ ความเร็วของการแพร่กระจายของโฟตอน (อนุภาคของแสง) ในนั้นคือ 226,000 กม. / วินาที โดยมีดัชนีการหักเหของแสงที่ 1.33
สูตรความเร็วแสงในอากาศ
อากาศยังเป็นตัวกลาง ดังนั้นจึงมีสิ่งที่เรียกว่าถ้าในโฟตอนสูญญากาศไม่พบสิ่งกีดขวางในเส้นทางของพวกเขาจากนั้นในตัวกลางพวกเขาจะใช้เวลาในการกระตุ้นอนุภาคอะตอม ยิ่งสภาพแวดล้อมหนาแน่นมากเท่าไรก็ยิ่งต้องใช้เวลามากขึ้นสำหรับความตื่นเต้นนี้ ดัชนีการหักเหของแสง (n) ในอากาศคือ 1.000292 และไม่เบี่ยงเบนจากขีดจำกัด 299,792,458 m/s มากนัก
นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันสามารถชะลอความเร็วของแสงให้เหลือเกือบเป็นศูนย์ได้ มากกว่า 1/299,792,458 วินาที ความเร็วแสงไม่สามารถเอาชนะ ประเด็นคือแสงเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าแบบเดียวกับรังสีเอกซ์ คลื่นวิทยุ หรือความร้อน ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือความแตกต่างระหว่างความยาวคลื่นและความถี่
ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจคือการไม่มีมวลในโฟตอน และสิ่งนี้บ่งชี้ว่าไม่มีเวลาสำหรับอนุภาคนี้ พูดง่ายๆ ก็คือ สำหรับโฟตอนที่เกิดเมื่อหลายล้านหรือหลายพันล้านปีก่อน ยังไม่มีเวลาผ่านไปเลยแม้แต่วินาทีเดียว
แสงเป็นหนึ่งในแนวคิดหลักของฟิสิกส์เชิงแสง แสงเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มองเห็นได้ด้วยตามนุษย์
เป็นเวลาหลายสิบปี ที่เหล่านักคิดที่เก่งที่สุดได้ต่อสู้กับปัญหาในการพิจารณาว่าแสงเดินทางเร็วแค่ไหนและมันคืออะไร เช่นเดียวกับการคำนวณทั้งหมดที่เข้ากับแสง ในปี ค.ศ. 1676 การปฏิวัติเกิดขึ้นในวงของนักฟิสิกส์ นักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์กชื่อ Ole Römer ได้หักล้างข้ออ้างที่ว่าแสงเดินทางผ่านจักรวาลด้วยความเร็วที่ไม่จำกัด
ในปี ค.ศ. 1676 Ole Roemer ได้กำหนดความเร็วของแสงในสุญญากาศเท่ากับ 299792458 ม./วินาที.
เพื่อความสะดวก ตัวเลขนี้จึงถูกปัดเศษขึ้น ค่าเล็กน้อย 300,000 m / s ยังคงใช้งานอยู่
ภายใต้สภาวะปกติสำหรับเรา กฎนี้ใช้กับวัตถุทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้น รวมถึงรังสีเอกซ์ แสง และคลื่นความโน้มถ่วงของสเปกตรัมที่มองเห็นได้ชัดเจน
นักฟิสิกส์สมัยใหม่ที่กำลังศึกษาด้านทัศนศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วว่าค่าความเร็วแสงมีลักษณะหลายประการ:
- ความมั่นคง;
- ไม่สามารถเข้าถึงได้;
- แขนขา
ความเร็วแสงในสื่อต่างๆ
ควรจำไว้ว่าค่าคงที่ทางกายภาพขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อมโดยตรง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในดัชนีการหักเหของแสง ในเรื่องนี้ ค่าที่แน่นอนสามารถเปลี่ยนแปลงได้ เนื่องจากมันเกิดจากความถี่
สูตรคำนวณความเร็วแสงเขียนเป็น c = 3 * 10^8 ม./วินาที.
แสงสว่างอยู่ตลอดเวลาเป็นสถานที่สำคัญในการดำรงอยู่ของผู้คนและการสร้างอารยธรรมขั้นสูงที่เราเห็นในทุกวันนี้ ความเร็วของแสงตลอดประวัติศาสตร์ของการพัฒนามนุษย์ได้กระตุ้นจิตใจของนักปรัชญาและนักธรรมชาติวิทยาในยุคแรก ตามด้วยนักวิทยาศาสตร์และนักฟิสิกส์ นี่คือค่าคงที่พื้นฐานของการดำรงอยู่ของจักรวาลของเรา
นักวิทยาศาสตร์หลายคนในช่วงเวลาต่างๆ พยายามค้นหาว่าการแพร่กระจายของแสงในสื่อต่างๆ คืออะไร มูลค่าสูงสุดสำหรับวิทยาศาสตร์คือการคำนวณค่าที่มีความเร็วแสงในสุญญากาศ บทความนี้จะช่วยให้คุณเข้าใจปัญหานี้และเรียนรู้สิ่งที่น่าสนใจมากมายเกี่ยวกับวิธีการทำงานของแสงในสุญญากาศ
แสงกับคำถามของความเร็ว
แสงในฟิสิกส์สมัยใหม่มีบทบาทสำคัญ เพราะเมื่อมันปรากฏออกมา มันเป็นไปไม่ได้ที่จะเอาชนะคุณค่าของความเร็วของมันในขั้นตอนนี้ในการพัฒนาอารยธรรมของเรา ต้องใช้เวลาหลายปีในการวัดความเร็วของแสง ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ทำการวิจัยมากมาย โดยพยายามตอบคำถามที่สำคัญที่สุดว่า "ความเร็วของการแพร่กระจายของแสงในสุญญากาศเป็นเท่าใด"
ณ เวลานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วว่าความเร็วแสง (CPC) มีลักษณะดังต่อไปนี้:
- เธอเป็นค่าคงที่
- เธอไม่เปลี่ยนแปลง
- เธอไม่สามารถบรรลุได้
- เธอมีขอบเขต
บันทึก! ความเร็วของแสงในขณะนั้นในการพัฒนาวิทยาศาสตร์นั้นเป็นค่าที่ไม่สามารถบรรลุได้อย่างแน่นอน นักฟิสิกส์มีสมมติฐานบางประการเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับวัตถุที่ไปถึงค่าความเร็วของการแพร่กระจายของฟลักซ์แสงในสุญญากาศโดยสมมุติฐาน
ความเร็วแสง
ทำไมแสงเดินทางในสุญญากาศได้เร็วจึงสำคัญ? คำตอบนั้นง่าย ท้ายที่สุดสุญญากาศก็อยู่ในอวกาศ ดังนั้นเมื่อเรียนรู้ว่าตัวบ่งชี้ดิจิตอลมีความเร็วของแสงในสุญญากาศเราจะสามารถเข้าใจด้วยความเร็วสูงสุดที่สามารถเคลื่อนที่ผ่านพื้นที่กว้างใหญ่ได้ ระบบสุริยะและอื่น ๆ
อนุภาคมูลฐานที่นำแสงในจักรวาลของเราคือโฟตอน และความเร็วที่แสงเคลื่อนที่ในสุญญากาศถือเป็นค่าสัมบูรณ์
บันทึก! SRS หมายถึงความเร็วที่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ สิ่งที่น่าสนใจคือ แสงแสดงถึงอนุภาคมูลฐาน (โฟตอน) และคลื่นพร้อมกัน ตามมาจากทฤษฎีคลื่นกล้ามเนื้อ ตามนั้น ในบางสถานการณ์ แสงทำตัวเหมือนอนุภาค และในบางสถานการณ์ เหมือนคลื่น
ณ เวลานี้ การแพร่กระจายของแสงในอวกาศ (สูญญากาศ) ถือเป็นค่าคงที่พื้นฐาน ซึ่งไม่ได้ขึ้นอยู่กับการเลือกกรอบอ้างอิงเฉื่อยที่ใช้ ค่านี้หมายถึงค่าคงที่พื้นฐานทางกายภาพ ในกรณีนี้ ค่าของ CPC จะกำหนดลักษณะโดยทั่วไปของคุณสมบัติพื้นฐานของเรขาคณิตของกาล-อวกาศ
แนวคิดสมัยใหม่กำหนดลักษณะของ CPC เป็นค่าคงที่ ซึ่งเป็นค่าสูงสุดที่อนุญาตสำหรับการเคลื่อนที่ของอนุภาค เช่นเดียวกับการแพร่กระจายของปฏิสัมพันธ์ ในทางฟิสิกส์ ปริมาณนี้แสดงด้วยอักษรละติน "c"
ประวัติการศึกษาปัญหา
ในสมัยโบราณ แม้แต่นักคิดในสมัยโบราณก็ยังสงสัยเกี่ยวกับการแพร่กระจายของแสงในจักรวาลของเรา แล้วเชื่อกันว่านี่คือค่าอนันต์ Olaf Remer ประมาณการครั้งแรกของปรากฏการณ์ทางกายภาพของความเร็วแสงในปี 1676 เท่านั้น ตามการคำนวณของเขา การแพร่กระจายของแสงอยู่ที่ประมาณ 220,000 km / s
บันทึก! Olaf Remer ให้ค่าโดยประมาณ แต่เมื่อมันปรากฏออกมาในภายหลังซึ่งอยู่ไม่ไกลจากของจริงมากนัก
ค่าที่ถูกต้องสำหรับความเร็วที่แสงเดินทางในสุญญากาศถูกกำหนดหลังจาก Olaf Roemer เพียงครึ่งศตวรรษเท่านั้น สิ่งนี้ทำโดยนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส A.I.L. Fizeau โดยทำการทดลองพิเศษ
การทดลองฟิโซ
เขาสามารถวัดได้ ปรากฏการณ์ทางกายภาพโดยการวัดเวลาที่ลำแสงเดินทางผ่านบริเวณที่กำหนดและวัดได้อย่างแม่นยำ
ประสบการณ์มีลักษณะดังนี้:
- แหล่งกำเนิด S ปล่อยฟลักซ์ส่องสว่าง
- มันสะท้อนจากกระจก (3);
- หลังจากนั้นฟลักซ์การส่องสว่างก็ถูกขัดจังหวะด้วยจานฟัน (2);
- จากนั้นมันก็ผ่านฐานซึ่งเป็นระยะทาง 8 กม.
- หลังจากนั้น ฟลักซ์ของแสงก็สะท้อนจากกระจก (1) และย้อนกลับไปยังดิสก์
ในระหว่างการทดลอง ฟลักซ์แสงตกลงไปในช่องว่างระหว่างฟันของดิสก์ และสามารถสังเกตได้ผ่านช่องมองภาพ (4) Fizeau กำหนดเวลาของลำแสงผ่านจากความเร็วในการหมุนของดิสก์ จากผลการทดลองนี้ เขาได้รับค่า c = 313,300 km/s
แต่นี่ไม่ใช่จุดสิ้นสุดของการวิจัยที่ทุ่มเทให้กับปัญหานี้ สูตรสุดท้ายในการคำนวณค่าคงที่ทางกายภาพนั้นต้องขอบคุณนักวิทยาศาสตร์หลายคน รวมทั้งอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์
ไอน์สไตน์กับสุญญากาศ: ผลการคำนวณขั้นสุดท้าย
ทุกวันนี้ ทุกคนบนโลกรู้ดีว่าค่าสูงสุดที่อนุญาตสำหรับการเคลื่อนที่ของวัตถุ ตลอดจนสัญญาณใดๆ ถือเป็นความเร็วของแสงในสุญญากาศ ค่าที่แน่นอนของตัวบ่งชี้นี้เกือบ 300,000 km / s เพื่อความเที่ยงตรง ความเร็วของแสงในสุญญากาศคือ 299,792,458 m/s
ทฤษฎีที่ว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะเกินค่านี้ถูกหยิบยกขึ้นมาโดยนักฟิสิกส์ชื่อดังของอัลเบิร์ตไอน์สไตน์ในอดีตของเขา ทฤษฎีพิเศษทฤษฎีสัมพัทธภาพหรือรฟท.
บันทึก! ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ถือว่าไม่สั่นคลอนจนกว่าจะมีหลักฐานจริงว่าการส่งสัญญาณเป็นไปได้ที่ความเร็วเกิน CPC ในสุญญากาศ
ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์
แต่วันนี้ นักวิจัยบางคนได้ค้นพบปรากฏการณ์ที่อาจทำหน้าที่เป็นข้อกำหนดเบื้องต้นสำหรับข้อเท็จจริงที่ว่า SRT ของ Einstein สามารถเปลี่ยนแปลงได้ ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดเป็นพิเศษบางประการ เป็นไปได้ที่จะติดตามการปรากฏของความเร็วซุปเปอร์ลูมินัล เป็นที่น่าสนใจว่าในกรณีนี้จะไม่เกิดการละเมิดทฤษฎีสัมพัทธภาพ
ทำไมคุณไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าแสง?
จนถึงปัจจุบัน มี "ข้อผิดพลาด" บางประการในเรื่องนี้ ตัวอย่างเช่น เหตุใดจึงไม่สามารถเอาชนะค่าคงที่ CPC ภายใต้สภาวะปกติได้ ตามทฤษฎีที่ยอมรับ ในสถานการณ์นี้ หลักการพื้นฐานของโครงสร้างโลกของเรา กล่าวคือ กฎแห่งเวรกรรม จะถูกละเมิด เขาให้เหตุผลว่าผลตามคำจำกัดความไม่สามารถแซงหน้าสาเหตุของมันได้ พูดเป็นรูปเป็นร่างไม่อาจเป็นไปได้ว่าในตอนแรกหมีจะตกลงมาและจะได้ยินเสียงยิงของนักล่าที่ยิงเขาเท่านั้น แต่ถ้าเกิน CPC เหตุการณ์ควรเริ่มเกิดขึ้นในลำดับที่กลับกัน เป็นผลให้เวลาจะเริ่มวิ่งย้อนกลับ
แล้วความเร็วของการแพร่กระจายของลำแสงคืออะไร?
หลังจากการศึกษาจำนวนมากที่อ้างถึงเพื่อกำหนดมูลค่าที่แน่นอนของ CPC ได้ตัวเลขเฉพาะ วันนี้ c = 1,079,252,848.8 กม./ชม. หรือ 299,792,458 ม./วินาที และในหน่วยพลังค์ พารามิเตอร์นี้ถูกกำหนดให้เป็นหนึ่งเดียว ซึ่งหมายความว่าพลังงานแสงเดินทาง 1 หน่วยของความยาวพลังค์ใน 1 หน่วยของเวลาพลังค์
บันทึก! ตัวเลขเหล่านี้ใช้ได้เฉพาะกับสภาวะที่มีอยู่ในสุญญากาศเท่านั้น
สูตรค่าคงที่
แต่ในทางฟิสิกส์สำหรับวิธีแก้ปัญหาที่ง่ายกว่านั้นจะใช้ค่าที่ปัดเศษ - 300,000,000 m / s
กฎนี้ภายใต้สภาวะปกติใช้กับวัตถุทั้งหมด เช่นเดียวกับรังสีเอกซ์ คลื่นความโน้มถ่วง และคลื่นแสงของสเปกตรัมที่เราเห็น นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วว่าอนุภาคที่มีมวลสามารถเข้าใกล้ความเร็วของลำแสงได้ แต่ไม่สามารถเอื้อมถึงหรือเกินกว่านั้นได้
บันทึก! ความเร็วสูงสุดที่ใกล้เคียงกับความเร็วแสงได้มาจากการศึกษารังสีคอสมิกที่เร่งด้วยเครื่องเร่งอนุภาคพิเศษ
เป็นที่น่าสังเกตว่าค่าคงที่ทางกายภาพนี้ขึ้นอยู่กับตัวกลางที่ใช้วัด นั่นคือดัชนีการหักเหของแสง ดังนั้นอัตราที่แท้จริงอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความถี่
วิธีคำนวณค่าคงที่พื้นฐาน
จนถึงปัจจุบัน มีหลายวิธีในการพิจารณา SRS สามารถ:
- วิธีการทางดาราศาสตร์
- ปรับปรุงวิธีการ Fizeau ที่นี่ล้อเฟืองถูกแทนที่ด้วยโมดูเลเตอร์ที่ทันสมัย
บันทึก! นักวิทยาศาสตร์ได้พิสูจน์แล้วว่าตัวบ่งชี้ CPC ในอากาศและในสุญญากาศนั้นใกล้เคียงกัน และมีน้ำน้อยกว่าประมาณ 25%
สูตรต่อไปนี้ใช้ในการคำนวณปริมาณการแพร่กระจายของลำแสง
สูตรคำนวณความเร็วแสง
สูตรนี้เหมาะสำหรับการคำนวณสุญญากาศ
บทสรุป
แสงในโลกของเรามีความสำคัญมาก และช่วงเวลาที่นักวิทยาศาสตร์สามารถพิสูจน์ความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของความเร็ว superluminal สามารถเปลี่ยนโลกที่เราคุ้นเคยได้อย่างสมบูรณ์ การค้นพบนี้จะมีความหมายต่อผู้คนอย่างไรนั้นยากที่จะประเมิน แต่มันจะเป็นความก้าวหน้าที่เหลือเชื่ออย่างแน่นอน!
วิธีการเลือกและติดตั้งเซ็นเซอร์วัดระดับเสียงสำหรับการควบคุมแสงอัตโนมัติ
อุปกรณ์จ่ายไฟทรานซิสเตอร์แบบปรับได้แบบโฮมเมด: การประกอบ การใช้งานจริง
> ความเร็วแสง
ค้นหาว่า ความเร็วของแสงในสุญญากาศเป็นค่าคงที่พื้นฐานทางฟิสิกส์ อ่านว่าความเร็วแสง m/s เป็นเท่าใด กฎเกณฑ์ สูตรการวัด
ความเร็วแสงในสุญญากาศเป็นค่าคงที่พื้นฐานทางฟิสิกส์อย่างหนึ่ง
ภารกิจการเรียนรู้
- เปรียบเทียบความเร็วแสงกับดัชนีการหักเหของแสงของตัวกลาง
ประเด็นสำคัญ
- ตัวบ่งชี้ความเร็วแสงสูงสุดที่เป็นไปได้คือแสงในสุญญากาศ (คงที่)
- C เป็นสัญลักษณ์ของความเร็วแสงในสุญญากาศ ถึง 299,792,458 ม./วินาที
- เมื่อแสงตกกระทบตัวกลาง ความเร็วของแสงจะลดลงเนื่องจากการหักเหของแสง คำนวณโดยสูตร v = c/n
เงื่อนไข
- ความเร็วแสงพิเศษ: การกระทบยอดของหลักการสัมพัทธภาพและความคงตัวของความเร็วแสง
- ดัชนีการหักเหของแสงคืออัตราส่วนของความเร็วของแสงในอากาศ/สูญญากาศต่อตัวกลางอื่น
ความเร็วของแสง
ความเร็วของแสงทำหน้าที่เป็นจุดเปรียบเทียบเพื่อกำหนดสิ่งที่เร็วมาก แต่มันคืออะไร?
ลำแสงเคลื่อนที่จากโลกไปยังดวงจันทร์ในช่วงเวลาที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนที่ของพัลส์แสง - 1.255 วินาทีที่ระยะทางโคจรเฉลี่ย
คำตอบนั้นง่าย: เรากำลังพูดถึงความเร็วของโฟตอนและอนุภาคแสง ความเร็วแสงคืออะไร? ความเร็วแสงในสุญญากาศสูงถึง 299,792,458 m/s นี่คือค่าคงที่สากลที่ใช้ได้ในสาขาฟิสิกส์ต่างๆ
ใช้สมการ E = mc 2 (E คือพลังงาน และ m คือมวล) เทียบเท่ามวลพลังงาน โดยใช้ความเร็วแสงเชื่อมระหว่างอวกาศกับเวลา ที่นี่ไม่เพียงแต่จะพบคำอธิบายเกี่ยวกับพลังงานเท่านั้น แต่ยังเผยให้เห็นอุปสรรคต่อความเร็วอีกด้วย
ความเร็วของคลื่นแสงในสุญญากาศถูกใช้อย่างแข็งขันเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ ตัวอย่างเช่น ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษระบุว่านี่คือขีดจำกัดความเร็วตามธรรมชาติ แต่เรารู้ว่าความเร็วขึ้นอยู่กับตัวกลางและการหักเหของแสง:
v = c/n (v คือความเร็วจริงของแสงที่ผ่านตัวกลาง c คือความเร็วของแสงในสุญญากาศ และ n คือดัชนีการหักเหของแสง) ดัชนีหักเหของอากาศคือ 1.0003 และความเร็วของแสงที่มองเห็นได้ช้ากว่า c 90 กม./วินาที
สัมประสิทธิ์ลอเรนซ์
วัตถุที่เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วจะแสดงลักษณะบางอย่างที่ขัดแย้งกับตำแหน่งของกลไกแบบคลาสสิก ตัวอย่างเช่น การติดต่อและเวลาที่ยาวนานกำลังขยายออกไป เอฟเฟกต์เหล่านี้มักจะน้อยที่สุด แต่เด่นชัดกว่าด้วยความเร็วสูงเช่นนี้ สัมประสิทธิ์ลอเรนซ์ (γ) เป็นปัจจัยที่ทำให้เกิดการขยายเวลาและการหดตัวของความยาว:
γ \u003d (1 - v 2 / s 2) -1/2 γ \u003d (1 - v 2 / s 2) -1/2 γ \u003d (1 - v 2 / s 2) -1/2
ที่ความเร็วต่ำ v 2 /c 2 เข้าใกล้ 0 และ γ มีค่าประมาณ = 1 อย่างไรก็ตาม เมื่อความเร็วเข้าใกล้ c γ จะเพิ่มขึ้นจนถึงอนันต์
หมอ วิทยาศาสตร์เทคนิคก. โกลูเบฟ.
เมื่อกลางปีที่แล้ว มีรายงานข่าวที่น่าตกใจปรากฏในนิตยสาร นักวิจัยชาวอเมริกันกลุ่มหนึ่งได้ค้นพบว่าชีพจรเลเซอร์สั้นมากเดินทางได้เร็วกว่าหลายร้อยเท่าในตัวกลางที่คัดเลือกมาเป็นพิเศษมากกว่าในสุญญากาศ ปรากฏการณ์นี้ดูน่าเหลือเชื่ออย่างยิ่ง (ความเร็วของแสงในตัวกลางจะน้อยกว่าในสุญญากาศเสมอ) และทำให้เกิดข้อสงสัยเกี่ยวกับความถูกต้องของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ในขณะเดียวกัน วัตถุทางกายภาพ superluminal - เลเซอร์ชีพจรในตัวกลางขยาย - ไม่ถูกค้นพบครั้งแรกในปี 2000 แต่ 35 ปีก่อนหน้าในปี 1965 และความเป็นไปได้ของการเคลื่อนไหว superluminal ถูกกล่าวถึงอย่างกว้างขวางจนถึงต้นทศวรรษ 70 วันนี้ การอภิปรายเกี่ยวกับปรากฏการณ์ประหลาดนี้ได้ปะทุขึ้นด้วยความกระปรี้กระเปร่าขึ้นใหม่
ตัวอย่างของการเคลื่อนไหว "superluminal"
ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 เริ่มได้รับพัลส์แสงสั้นกำลังสูงโดยการส่งผ่านแสงเลเซอร์ผ่านเครื่องขยายสัญญาณควอนตัม (ตัวกลางที่มีจำนวนประชากรผกผัน)
ในสื่อขยายสัญญาณ บริเวณเริ่มต้นของพัลส์แสงทำให้เกิดการปล่อยอะตอมที่ถูกกระตุ้นในตัวกลางของแอมพลิฟายเออร์ และบริเวณสุดท้ายจะทำให้เกิดการดูดซึมพลังงานโดยพวกมัน ส่งผลให้ผู้สังเกตเห็นว่าโมเมนตัมกำลังเคลื่อนที่ เร็วกว่าแสง.
การทดลองหลี่จุนหว่อง
ลำแสงที่ลอดผ่านปริซึมของวัสดุโปร่งใส (เช่น แก้ว) หักเห กล่าวคือจะเกิดการกระจัดกระจาย
พัลส์แสงคือชุดของการสั่นของความถี่ต่างๆ
น่าจะเป็นทุกคน แม้กระทั่งคนที่อยู่ห่างไกลจากฟิสิกส์ ก็รู้ดีว่าสูงสุด ความเร็วที่เป็นไปได้การเคลื่อนที่ของวัตถุหรือการแพร่กระจายของสัญญาณใด ๆ คือความเร็วของแสงในสุญญากาศ มันถูกทำเครื่องหมายด้วยตัวอักษร กับและเกือบ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที ค่าที่แน่นอน กับ= 299 792 458 ม./วิ. ความเร็วของแสงในสุญญากาศเป็นหนึ่งในค่าคงที่ทางกายภาพพื้นฐาน ความเป็นไปไม่ได้ที่จะบรรลุความเร็วเกิน กับตามมาจากทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (SRT) ของไอน์สไตน์ หากสามารถพิสูจน์ได้ว่าการส่งสัญญาณด้วยความเร็ว superluminal เป็นไปได้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพก็จะตก จนถึงตอนนี้สิ่งนี้ยังไม่เกิดขึ้นแม้ว่าจะมีความพยายามมากมายที่จะลบล้างการห้ามไม่ให้มีความเร็วมากกว่า กับ. อย่างไรก็ตาม ใน การศึกษาทดลองเมื่อเร็ว ๆ นี้ มีการค้นพบปรากฏการณ์ที่น่าสนใจอย่างยิ่ง ซึ่งแสดงให้เห็นว่าภายใต้สภาวะที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษ เป็นไปได้ที่จะสังเกตความเร็วซุปเปอร์ลูเมนโดยไม่ละเมิดหลักการของทฤษฎีสัมพัทธภาพ
ในการเริ่มต้น ให้เรานึกถึงประเด็นหลักที่เกี่ยวข้องกับปัญหาความเร็วแสง ประการแรก: เหตุใดจึงเป็นไปไม่ได้ (ภายใต้สภาวะปกติ) ที่จะเกินขีดจำกัดแสง เพราะจากนั้นกฎพื้นฐานของโลกของเราก็ถูกละเมิด - กฎแห่งเวรกรรมตามซึ่งผลไม่สามารถแซงหน้าสาเหตุได้ ไม่มีใครเคยสังเกตว่า ตัวอย่างเช่น หมีตกลงมาตายก่อน แล้วนักล่าถูกยิง ที่ความเร็วเกิน กับลำดับของเหตุการณ์จะกลับกัน เทปย้อนเวลา สามารถเห็นได้ง่ายจากการให้เหตุผลง่ายๆ ต่อไปนี้
สมมติว่าเราอยู่บนเรือปาฏิหาริย์แห่งจักรวาลลำหนึ่งที่เคลื่อนที่เร็วกว่าแสง จากนั้นเราจะค่อยๆ ไล่ตามแสงที่เปล่งออกมาจากแหล่งกำเนิดในเวลาก่อนหน้านี้และเร็วขึ้น อันดับแรก เราจะไล่ตามโฟตอนที่ปล่อยออกมา พูด เมื่อวาน จากนั้น - ปล่อยวันก่อนเมื่อวาน จากนั้น - หนึ่งสัปดาห์ หนึ่งเดือน หนึ่งปีที่แล้ว และอื่นๆ หากแหล่งกำเนิดแสงเป็นกระจกที่สะท้อนชีวิต เราจะได้เห็นเหตุการณ์ของเมื่อวานก่อน จากนั้นจึงเกิดเมื่อวานเป็นต้น เราสามารถเห็นได้ว่าชายชราคนหนึ่งที่ค่อยๆกลายเป็นชายวัยกลางคนจากนั้นก็กลายเป็นชายหนุ่มในวัยหนุ่มกลายเป็นเด็ก ... นั่นคือเวลาจะหันกลับมาเราจะย้ายจากปัจจุบันไปสู่ ที่ผ่านมา. เหตุและผลก็จะกลับกัน
แม้ว่าข้อโต้แย้งนี้จะเพิกเฉยต่อรายละเอียดทางเทคนิคของกระบวนการสังเกตแสงโดยสิ้นเชิง แต่จากมุมมองพื้นฐาน มันแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือแสงจะนำไปสู่สถานการณ์ที่เป็นไปไม่ได้ในโลกของเรา อย่างไรก็ตาม ธรรมชาติได้กำหนดเงื่อนไขที่เข้มงวดยิ่งขึ้นไปอีก: ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ไม่เพียง แต่ด้วยความเร็ว superluminal เท่านั้น แต่ยังเคลื่อนที่ด้วยความเร็วด้วย ความเร็วเท่ากันเบา - คุณสามารถเข้าใกล้ได้เท่านั้น จากทฤษฎีสัมพัทธภาพที่เพิ่มขึ้นในความเร็วของการเคลื่อนที่ สถานการณ์สามอย่างเกิดขึ้น: มวลของวัตถุที่เคลื่อนที่เพิ่มขึ้น ขนาดของวัตถุลดลงในทิศทางของการเคลื่อนไหว และระยะเวลาบนวัตถุนี้ช้าลง (จาก มุมมองของผู้สังเกตการณ์ "พักผ่อน" ภายนอก) ที่ความเร็วปกติ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เล็กน้อย แต่เมื่อเราเข้าใกล้ความเร็วแสง การเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนขึ้นเรื่อยๆ และในขีดจำกัด - ด้วยความเร็วเท่ากับ กับ, - มวลกลายเป็นอนันต์ วัตถุจะสูญเสียขนาดไปในทิศทางของการเคลื่อนที่และเวลาหยุดนิ่งไปโดยสิ้นเชิง ดังนั้นจึงไม่มีวัตถุใดที่สามารถเข้าถึงความเร็วแสงได้ มีเพียงแสงเท่านั้นที่มีความเร็วเช่นนี้! (และอนุภาคที่ "ทะลุทะลวงได้หมด" - นิวตริโน ซึ่งเหมือนกับโฟตอน ไม่สามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วน้อยกว่า กับ.)
ตอนนี้เกี่ยวกับความเร็วในการส่งสัญญาณ ในที่นี้ เป็นการเหมาะสมที่จะใช้การแสดงแทนแสงในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สัญญาณคืออะไร? นี่คือข้อมูลบางส่วนที่จะส่ง คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในอุดมคติคือไซนูซอยด์ที่ไม่มีที่สิ้นสุดซึ่งมีความถี่เพียงความถี่เดียวและไม่สามารถส่งข้อมูลใด ๆ ได้เพราะแต่ละช่วงเวลาของไซนัสนั้นซ้ำกับช่วงก่อนหน้าอย่างแน่นอน ความเร็วที่เฟสของคลื่นไซน์เคลื่อนที่ - ความเร็วเฟสที่เรียกว่า - สามารถเกินความเร็วแสงในสุญญากาศได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ ไม่มีข้อจำกัดในที่นี้ เนื่องจากความเร็วเฟสไม่ใช่ความเร็วของสัญญาณ จึงยังไม่มีอยู่ ในการสร้างสัญญาณ คุณต้องสร้าง "เครื่องหมาย" บนคลื่น เครื่องหมายดังกล่าวสามารถเป็นได้ ตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์คลื่นใดๆ เช่น แอมพลิจูด ความถี่ หรือเฟสเริ่มต้น แต่ทันทีที่มีการทำเครื่องหมาย คลื่นจะสูญเสียความเป็นไซนัส มันจะกลายเป็นมอดูเลต ซึ่งประกอบด้วยชุดของคลื่นไซน์ธรรมดาที่มีแอมพลิจูด ความถี่ และเฟสเริ่มต้นต่างกัน - กลุ่มของคลื่น ความเร็วของการเคลื่อนที่ของเครื่องหมายในคลื่นมอดูเลตคือความเร็วของสัญญาณ เมื่อแพร่กระจายในตัวกลาง ความเร็วนี้มักจะเกิดขึ้นพร้อมกับความเร็วของกลุ่มที่แสดงลักษณะการแพร่กระจายของกลุ่มคลื่นด้านบนโดยรวม (ดู "วิทยาศาสตร์และชีวิต" ฉบับที่ 2, 2000) ภายใต้สภาวะปกติ ความเร็วของกลุ่มและด้วยเหตุนี้ความเร็วของสัญญาณจึงน้อยกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศ ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ใช้นิพจน์ "ภายใต้สภาวะปกติ" เพราะในบางกรณีความเร็วของกลุ่มอาจเกิน กับหรือแม้กระทั่งสูญเสียความหมายไป แต่ก็ใช้ไม่ได้กับการขยายพันธุ์สัญญาณ จัดตั้งขึ้นใน รฟท. ว่าไม่สามารถส่งสัญญาณด้วยความเร็วสูงกว่า กับ.
ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น? เพราะอุปสรรคในการส่งสัญญาณใด ๆ ที่ความเร็วสูงกว่า กับใช้กฎหมายของเวรกรรมเดียวกัน ลองนึกภาพสถานการณ์ดังกล่าว ในบางจุด A ไฟแฟลช (เหตุการณ์ที่ 1) เปิดอุปกรณ์ที่ส่งสัญญาณวิทยุบางจุด และที่จุดห่างไกล B ภายใต้อิทธิพลของสัญญาณวิทยุนี้ การระเบิดเกิดขึ้น (เหตุการณ์ที่ 2) เป็นที่ชัดเจนว่าเหตุการณ์ที่ 1 (แฟลช) เป็นสาเหตุ และเหตุการณ์ที่ 2 (การระเบิด) เป็นผลกระทบที่เกิดขึ้นช้ากว่าสาเหตุ แต่ถ้าสัญญาณวิทยุแพร่กระจายด้วยความเร็ว superluminal ผู้สังเกตใกล้จุด B จะเห็นการระเบิดก่อน และจากนั้น - ถึงมันด้วยความเร็ว กับแสงวาบ สาเหตุของการระเบิด กล่าวอีกนัยหนึ่งสำหรับผู้สังเกตรายนี้ เหตุการณ์ที่ 2 จะเกิดขึ้นก่อนเหตุการณ์ที่ 1 นั่นคือผลจะมาก่อนเหตุ
เป็นการเหมาะสมที่จะเน้นว่า "ข้อห้าม superluminal" ของทฤษฎีสัมพัทธภาพถูกกำหนดเฉพาะในการเคลื่อนที่ของวัตถุและการส่งสัญญาณเท่านั้น ในหลาย ๆ สถานการณ์สามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าใดก็ได้ แต่จะเป็นการเคลื่อนที่ของวัตถุและสัญญาณที่ไม่ใช่วัตถุ ตัวอย่างเช่น ลองนึกภาพไม้บรรทัดที่ค่อนข้างยาวสองตัวนอนอยู่ในระนาบเดียวกัน อันหนึ่งอยู่ในแนวนอน และอีกอันตัดกันเป็นมุมเล็กๆ หากบรรทัดแรกเคลื่อนลง (ในทิศทางที่ระบุโดยลูกศร) ด้วยความเร็วสูง จุดตัดของเส้นสามารถกำหนดให้วิ่งได้เร็วตามอำเภอใจ แต่จุดนี้ไม่ใช่วัตถุ อีกตัวอย่างหนึ่ง: หากคุณใช้ไฟฉาย (หรือเช่น เลเซอร์ที่ให้ลำแสงแคบ) และอธิบายส่วนโค้งในอากาศอย่างรวดเร็ว ความเร็วเชิงเส้นของจุดไฟจะเพิ่มขึ้นตามระยะทางและในระยะทางที่มากพอ จะเกิน กับ.จุดแสงจะเคลื่อนที่ระหว่างจุด A และ B ด้วยความเร็ว superluminal แต่จะไม่ใช่การส่งสัญญาณจาก A ไปยัง B เนื่องจากจุดแสงดังกล่าวไม่มีข้อมูลใดๆ เกี่ยวกับจุด A
ดูเหมือนว่าคำถามของความเร็ว superluminal ได้รับการแก้ไขแล้ว แต่ในยุค 60 ของศตวรรษที่ 20 นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีได้หยิบยกสมมติฐานของการมีอยู่ของอนุภาค superluminal ที่เรียกว่า tachyons อนุภาคเหล่านี้เป็นอนุภาคที่แปลกมาก: เป็นไปได้ในทางทฤษฎี แต่เพื่อหลีกเลี่ยงความขัดแย้งกับทฤษฎีสัมพัทธภาพ พวกมันต้องได้รับมวลพักในจินตภาพ มวลจินตภาพทางกายภาพไม่มีอยู่จริง มันเป็นนามธรรมทางคณิตศาสตร์ล้วนๆ อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ไม่ได้ทำให้เกิดความกังวลมากนักเนื่องจาก tachyon ไม่สามารถพักได้ - มีอยู่ (ถ้ามีอยู่!) ที่ความเร็วเกินความเร็วแสงในสุญญากาศเท่านั้นและในกรณีนี้มวลของ tachyon กลายเป็นของจริง มีความคล้ายคลึงกับโฟตอนอยู่ที่นี่: โฟตอนมีมวลเหลือเป็นศูนย์ แต่นั่นก็หมายความว่าโฟตอนไม่สามารถหยุดนิ่งได้ - แสงไม่สามารถหยุดได้
สิ่งที่ยากที่สุดคือการประนีประนอมสมมติฐานแทคยอนกับกฎของเวรกรรมตามที่คาดไว้ ความพยายามในทิศทางนี้แม้ว่าจะค่อนข้างแยบยล แต่ก็ไม่ได้นำไปสู่ความสำเร็จที่ชัดเจน ไม่มีใครสามารถทดลองลงทะเบียน tachyons ได้เช่นกัน เป็นผลให้ความสนใจใน tachyons เนื่องจากอนุภาคมูลฐาน superluminal ค่อยๆจางหายไป
อย่างไรก็ตาม ในยุค 60 มีการค้นพบปรากฏการณ์หนึ่ง ซึ่งในตอนแรกทำให้นักฟิสิกส์สับสน มีคำอธิบายโดยละเอียดในบทความโดย A. N. Oraevsky "คลื่น Superluminal ในสื่อขยายสัญญาณ" (UFN No. 12, 1998) ในที่นี้ เราสรุปสาระสำคัญของเรื่องโดยสังเขปโดยอ้างถึงผู้อ่านที่สนใจรายละเอียดในบทความดังกล่าว
ไม่นานหลังจากการค้นพบเลเซอร์ ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 ปัญหาเกิดขึ้นจากการได้รับพัลส์แสงกำลังสูงระยะสั้น (ด้วยระยะเวลา 1 ns = 10 -9 s) เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ชีพจรเลเซอร์สั้น ๆ ถูกส่งผ่านเครื่องขยายสัญญาณควอนตัมออปติคัล ชีพจรถูกแบ่งโดยกระจกแยกลำแสงออกเป็นสองส่วน หนึ่งในนั้นทรงพลังกว่าถูกส่งไปยังแอมพลิฟายเออร์และอีกอันแพร่กระจายในอากาศและทำหน้าที่เป็นพัลส์อ้างอิงซึ่งเป็นไปได้ที่จะเปรียบเทียบพัลส์ที่ผ่านแอมพลิฟายเออร์ พัลส์ทั้งสองถูกป้อนไปยังเครื่องตรวจจับแสง และสามารถสังเกตสัญญาณเอาต์พุตได้บนหน้าจอออสซิลโลสโคป คาดว่าพัลส์แสงที่ผ่านแอมพลิฟายเออร์จะมีความล่าช้าบ้างเมื่อเทียบกับพัลส์อ้างอิง นั่นคือความเร็วของการแพร่กระจายแสงในแอมพลิฟายเออร์จะน้อยกว่าในอากาศ อะไรคือความประหลาดใจของนักวิจัยเมื่อพวกเขาค้นพบว่าพัลส์แพร่กระจายผ่านแอมพลิฟายเออร์ด้วยความเร็วไม่เพียงมากกว่าในอากาศ แต่ยังมากกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศหลายเท่า!
หลังจากฟื้นตัวจากการช็อกครั้งแรก นักฟิสิกส์ก็เริ่มมองหาสาเหตุของผลลัพธ์ที่คาดไม่ถึง ไม่มีใครสงสัยแม้แต่น้อยเกี่ยวกับหลักการของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ และนี่คือสิ่งที่ช่วยในการค้นหาคำอธิบายที่ถูกต้องได้อย่างแม่นยำ: หากรักษาหลักการของ รฟท. ไว้ ก็ควรหาคำตอบในคุณสมบัติของตัวกลางกำลังขยาย .
โดยไม่ได้ลงรายละเอียดในที่นี้ เราเพียงชี้ให้เห็นว่าการวิเคราะห์โดยละเอียดของกลไกการทำงานของตัวกลางขยายสัญญาณได้ชี้แจงสถานการณ์อย่างสมบูรณ์แล้ว ประเด็นคือการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของโฟตอนในระหว่างการขยายพันธุ์ของพัลส์ - การเปลี่ยนแปลงเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของเกนของตัวกลางจนถึงค่าลบในระหว่างการผ่านของส่วนหลังของพัลส์เมื่อตัวกลางอยู่แล้ว ดูดซับพลังงานเพราะพลังงานสำรองของมันถูกใช้หมดแล้วเนื่องจากการถ่ายโอนไปยังพัลส์แสง การดูดซึมไม่ได้ทำให้เกิดการเพิ่มขึ้น แต่ลดแรงกระตุ้น และทำให้แรงกระตุ้นที่ด้านหน้าเพิ่มขึ้นและลดลงที่ด้านหลังของมัน ให้เราจินตนาการว่าเราสังเกตชีพจรโดยใช้เครื่องมือที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงในตัวกลางของแอมพลิฟายเออร์ หากสื่อโปร่งใส เราจะเห็นแรงกระตุ้นที่หยุดนิ่งอยู่ในสถานะที่ไม่สามารถเคลื่อนไหวได้ ในตัวกลางซึ่งกระบวนการดังกล่าวเกิดขึ้น การเพิ่มความแข็งแกร่งของขอบนำและการอ่อนตัวของขอบต่อท้ายของพัลส์จะปรากฏต่อผู้สังเกตในลักษณะที่ตัวกลางเคลื่อนไปข้างหน้าอย่างที่เป็นอยู่ . แต่เนื่องจากอุปกรณ์ (ผู้สังเกตการณ์) เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงและแรงกระตุ้นจะแซง ดังนั้นความเร็วของแรงกระตุ้นจึงเกินความเร็วแสง! มันเป็นเอฟเฟกต์ที่ลงทะเบียนโดยผู้ทดลอง และที่นี่ไม่มีข้อขัดแย้งใดๆ กับทฤษฎีสัมพัทธภาพ เพียงแต่ว่ากระบวนการขยายเสียงนั้นทำให้ความเข้มข้นของโฟตอนที่ออกมาก่อนหน้านั้นมากกว่าที่ออกมาในภายหลัง ไม่ใช่โฟตอนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว superluminal แต่เป็นซองจดหมายของพัลส์โดยเฉพาะอย่างยิ่งค่าสูงสุดของมันซึ่งสังเกตได้จากออสซิลโลสโคป
ดังนั้นในขณะที่สื่อทั่วไปมักมีแสงอ่อนลงและความเร็วลดลงซึ่งกำหนดโดยดัชนีการหักเหของแสงในสื่อเลเซอร์แบบแอคทีฟไม่เพียง แต่สังเกตการขยายของแสงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการแพร่กระจายของพัลส์ด้วยความเร็ว superluminal
นักฟิสิกส์บางคนพยายามทดลองพิสูจน์การมีอยู่ของการเคลื่อนที่แบบซุปเปอร์ลูมินัลในเอฟเฟกต์อุโมงค์ ซึ่งเป็นหนึ่งในปรากฏการณ์ที่น่าทึ่งที่สุดในกลศาสตร์ควอนตัม ผลกระทบนี้ประกอบด้วยความจริงที่ว่าอนุภาคขนาดเล็ก (แม่นยำยิ่งขึ้นคือจุลภาคที่แสดงทั้งคุณสมบัติของอนุภาคและคุณสมบัติของคลื่นภายใต้สภาวะที่แตกต่างกัน) สามารถเจาะทะลุสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นได้ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เป็นไปไม่ได้เลย ใน กลศาสตร์คลาสสิก(ซึ่งเปรียบเหมือน: ลูกบอลที่โยนไปที่ผนังจะจบลงที่อีกด้านหนึ่งของกำแพงหรือการเคลื่อนที่เป็นคลื่นที่มอบให้กับเชือกที่ผูกติดอยู่กับผนังจะถูกส่งไปยังเชือกที่ผูกติดกับผนังอีกด้านหนึ่ง ด้านข้าง). สาระสำคัญของเอฟเฟกต์อุโมงค์ในกลศาสตร์ควอนตัมมีดังนี้ หากไมโครออบเจ็กต์ที่มีพลังงานบางอย่างพบระหว่างทางไปยังพื้นที่ที่มีพลังงานศักย์เกินพลังงานของไมโครออบเจ็กต์ พื้นที่นี้เป็นอุปสรรคสำหรับมัน ซึ่งความสูงจะพิจารณาจากความต่างของพลังงาน แต่ไมโครอ็อบเจ็กต์ "รั่ว" ทะลุแนวกั้น! ความเป็นไปได้นี้มอบให้เขาโดยความสัมพันธ์ที่ไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กซึ่งเป็นที่รู้จักดีซึ่งเขียนขึ้นสำหรับพลังงานและเวลาปฏิสัมพันธ์ หากปฏิสัมพันธ์ของจุลภาคกับสิ่งกีดขวางเกิดขึ้นในช่วงเวลาที่แน่นอนเพียงพอ ในทางกลับกัน พลังงานของวัตถุขนาดเล็กจะมีลักษณะเป็นความไม่แน่นอน และหากความไม่แน่นอนนี้อยู่ที่ลำดับความสูงของสิ่งกีดขวาง พลังงานของจุลภาคก็จะสิ้นสุดลง ที่จะเป็นอุปสรรคที่ผ่านไม่ได้สำหรับไมโครอ็อบเจ็กต์ เป็นอัตราการเจาะทะลุสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นซึ่งกลายเป็นหัวข้อของการวิจัยโดยนักฟิสิกส์จำนวนหนึ่งที่เชื่อว่าสามารถเกินได้ กับ.
ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2541 ได้มีการจัดการประชุมวิชาการระดับนานาชาติเกี่ยวกับปัญหาของการเคลื่อนที่แบบ superluminal ในเมืองโคโลญ ซึ่งได้มีการหารือเกี่ยวกับผลลัพธ์ที่ได้จากห้องปฏิบัติการสี่แห่ง - ในเบิร์กลีย์ เวียนนา โคโลญจน์ และฟลอเรนซ์
และในที่สุด ในปี 2000 มีรายงานการทดลองใหม่สองครั้งซึ่งผลของการขยายพันธุ์ superluminal ปรากฏขึ้น หนึ่งในนั้นดำเนินการโดย Lijun Wong และเพื่อนร่วมงานที่สถาบันวิจัยในพรินซ์ตัน (สหรัฐอเมริกา) ผลลัพธ์ของเขาคือพัลส์แสงที่เข้าสู่ห้องที่เต็มไปด้วยไอซีเซียมจะเพิ่มความเร็ว 300 เท่า ปรากฎว่าส่วนหลักของชีพจรออกจากผนังด้านไกลของห้องก่อนที่ชีพจรจะเข้าสู่ห้องผ่านผนังด้านหน้า สถานการณ์ดังกล่าวไม่เพียงขัดแย้งกับสามัญสำนึกเท่านั้น แต่ในสาระสำคัญคือทฤษฎีสัมพัทธภาพด้วย
รายงานของ L. Wong ได้กระตุ้นการอภิปรายอย่างเข้มข้นในหมู่นักฟิสิกส์ ซึ่งส่วนใหญ่ไม่ต้องการเห็นผลลัพธ์ที่ได้รับการละเมิดหลักการสัมพัทธภาพ พวกเขาเชื่อว่าความท้าทายคือการอธิบายการทดลองนี้อย่างถูกต้อง
ในการทดลองของ L. Wong ชีพจรของแสงที่เข้าสู่ห้องด้วยไอซีเซียมมีระยะเวลาประมาณ 3 μs อะตอมของซีเซียมสามารถอยู่ในสถานะทางกลของควอนตัมที่เป็นไปได้สิบหกสถานะ เรียกว่า "ระดับย่อยแม่เหล็กไฮเปอร์ไฟน์สถานะพื้น" การใช้การปั๊มด้วยแสงเลเซอร์ทำให้อะตอมเกือบทั้งหมดถูกทำให้เป็นหนึ่งในสถานะสิบหกสถานะนี้เท่านั้น ซึ่งสอดคล้องกับเกือบ ศูนย์สัมบูรณ์อุณหภูมิในระดับเคลวิน (-273.15 o C) ความยาวของห้องซีเซียมคือ 6 เซนติเมตร ในสุญญากาศ แสงเดินทางได้ 6 เซนติเมตรใน 0.2 ns จากการวัดแสดงให้เห็นว่าพัลส์แสงผ่านห้องที่มีซีเซียมในเวลา 62 ns สั้นกว่าในสุญญากาศ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เวลาขนส่งของพัลส์ผ่านสื่อซีเซียมมีเครื่องหมาย "ลบ"! แน่นอน ถ้าเราลบ 62 ns จาก 0.2 ns เราจะได้เวลา "ลบ" "ความล่าช้าเชิงลบ" ในตัวกลางนี้ ซึ่งเป็นการกระโดดข้ามเวลาที่ไม่สามารถเข้าใจได้ เท่ากับเวลาที่ชีพจรจะทำให้ 310 ผ่านเข้าไปในห้องในสุญญากาศ ผลที่ตามมาของ "การย้อนกลับชั่วขณะ" นี้คือชีพจรที่ออกจากห้องสามารถเคลื่อนห่างจากมันได้ 19 เมตรก่อนที่ชีพจรที่เข้ามาจะไปถึงผนังใกล้ของห้อง จะอธิบายสถานการณ์ที่เหลือเชื่อเช่นนี้ได้อย่างไร (เว้นแต่จะไม่ต้องสงสัยเลยเกี่ยวกับความบริสุทธิ์ของการทดลอง)
ตัดสินโดยการอภิปรายที่คลี่คลายแล้ว ยังไม่พบคำอธิบายที่แน่นอน แต่ไม่ต้องสงสัยเลยว่าคุณสมบัติการกระจายตัวที่ผิดปกติของตัวกลางมีบทบาทที่นี่: ไอซีเซียมซึ่งประกอบด้วยอะตอมที่ถูกกระตุ้นด้วยแสงเลเซอร์เป็นสื่อที่มี การกระจายตัวที่ผิดปกติ ให้เราจำสั้น ๆ ว่ามันคืออะไร
การกระจายตัวของสารคือการพึ่งพาเฟส (ธรรมดา) ดัชนีการหักเหของแสง นเกี่ยวกับความยาวคลื่นของแสง l ด้วยการกระจายตัวแบบปกติ ดัชนีการหักเหของแสงจะเพิ่มขึ้นตามความยาวคลื่นที่ลดลง ซึ่งเป็นกรณีในแก้ว น้ำ อากาศ และสารอื่นๆ ทั้งหมดที่โปร่งใสต่อแสง ในสารที่ดูดซับแสงอย่างแรง ดัชนีการหักเหของแสงจะเปลี่ยนกลับโดยการเปลี่ยนแปลงของความยาวคลื่นและชันขึ้นมาก: เมื่อ l ลดลง (ความถี่ w เพิ่มขึ้น) ดัชนีการหักเหของแสงจะลดลงอย่างรวดเร็วและในช่วงความยาวคลื่นบางช่วงจะน้อยกว่าเอกภาพ (เฟส ความเร็ว วีฉ > กับ). นี่คือการกระจายตัวที่ผิดปกติซึ่งรูปแบบของการแพร่กระจายของแสงในสารเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรง ความเร็วกลุ่ม วี cp จะมากกว่าความเร็วเฟสของคลื่นและสามารถเกินความเร็วของแสงในสุญญากาศได้ (และกลายเป็นลบด้วย) แอล หว่องชี้ให้เห็นถึงเหตุการณ์นี้ว่าเป็นเหตุผลที่อยู่เบื้องหลังความเป็นไปได้ในการอธิบายผลการทดลองของเขา อย่างไรก็ตามควรสังเกตว่าเงื่อนไข วี gr > กับเป็นทางการอย่างหมดจด เนื่องจากแนวคิดของความเร็วของกลุ่มถูกนำมาใช้ในกรณีของการกระจายขนาดเล็ก (ปกติ) สำหรับสื่อโปร่งใส เมื่อกลุ่มของคลื่นแทบไม่เปลี่ยนรูปร่างระหว่างการแพร่กระจาย อย่างไรก็ตาม ในบริเวณที่มีการกระจายตัวผิดปกติ ชีพจรของแสงจะเปลี่ยนรูปอย่างรวดเร็ว และแนวคิดเรื่องความเร็วของกลุ่มจะสูญเสียความหมายไป ในกรณีนี้ แนวคิดของความเร็วของสัญญาณและความเร็วการแพร่กระจายของพลังงานถูกนำมาใช้ ซึ่งในตัวกลางโปร่งใสตรงกับความเร็วของกลุ่ม ในขณะที่สื่อที่มีการดูดกลืนจะยังคงน้อยกว่าความเร็วของแสงในสุญญากาศ แต่สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับการทดลองของ Wong ก็คือ ชีพจรเบา ๆ ที่เคลื่อนผ่านตัวกลางที่มีการกระจายตัวแบบผิดปกติ ไม่ทำให้เสียรูป โดยยังคงรูปทรงไว้ได้อย่างแม่นยำ! และสอดคล้องกับสมมติฐานที่ว่าแรงกระตุ้นแพร่กระจายด้วยความเร็วของกลุ่ม แต่ถ้าเป็นเช่นนั้น ปรากฎว่าไม่มีการดูดซับในตัวกลาง แม้ว่าการแพร่กระจายที่ผิดปกติของตัวกลางเกิดจากการดูดกลืนอย่างแม่นยำ! หว่องเองตระหนักดีว่ายังคงมีหลายอย่างไม่ชัดเจน เชื่อว่าสิ่งที่เกิดขึ้นในการตั้งค่าการทดลองของเขาสามารถอธิบายได้อย่างชัดเจนเป็นการประมาณในครั้งแรกดังนี้
พัลส์แสงประกอบด้วยส่วนประกอบหลายอย่างที่มีความยาวคลื่น (ความถี่) ต่างกัน รูปแสดงสามองค์ประกอบเหล่านี้ (คลื่น 1-3) เมื่อถึงจุดหนึ่ง คลื่นทั้งสามจะอยู่ในเฟส (สูงสุดตรงกัน); ที่นี่พวกเขาเพิ่มเสริมซึ่งกันและกันและสร้างแรงกระตุ้น เมื่อคลื่นแพร่กระจายออกไปในอวกาศมากขึ้น คลื่นจะออกจากเฟสและทำให้ "ดับ" ซึ่งกันและกัน
ในบริเวณที่มีการกระจายตัวผิดปกติ (ภายในเซลล์ซีเซียม) คลื่นที่สั้นกว่า (คลื่น 1) จะยาวขึ้น ในทางกลับกัน คลื่นที่ยาวที่สุดในสาม (คลื่น 3) จะกลายเป็นคลื่นที่สั้นที่สุด
ดังนั้นเฟสของคลื่นก็เปลี่ยนไปตามไปด้วย เมื่อคลื่นผ่านเซลล์ซีเซียม หน้าคลื่นของคลื่นจะกลับคืนมา เมื่อผ่านการปรับเฟสที่ผิดปกติในสารที่มีการกระจายตัวผิดปกติ คลื่นทั้งสามที่พิจารณาแล้วพบว่าตัวเองอยู่ในเฟสอีกครั้งในบางจุด ที่นี่พวกมันรวมกันอีกครั้งและสร้างพัลส์ที่มีรูปร่างเหมือนกันทุกประการกับที่เข้าสู่ตัวกลางซีเซียม
โดยทั่วไปแล้วในอากาศและในตัวกลางโปร่งใสที่กระจายตัวตามปกติ พัลส์แสงไม่สามารถคงรูปร่างของมันไว้ได้อย่างแม่นยำเมื่อแพร่กระจายไปในระยะไกล นั่นคือ ส่วนประกอบทั้งหมดไม่สามารถอยู่ในเฟสที่จุดห่างไกลใดๆ ตามเส้นทางการแพร่กระจาย และภายใต้สภาวะปกติ แสงชีพจรที่จุดห่างไกลดังกล่าวจะปรากฏขึ้นหลังจากผ่านไประยะหนึ่ง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากคุณสมบัติผิดปกติของสื่อที่ใช้ในการทดลอง พัลส์ที่จุดระยะไกลจึงถูกแบ่งเฟสในลักษณะเดียวกับเมื่อเข้าสู่สื่อนี้ ดังนั้นพัลส์ของแสงจึงมีพฤติกรรมราวกับว่ามีการหน่วงเวลาเชิงลบระหว่างทางไปยังจุดที่ห่างไกล นั่นคือมันจะมาถึงในไม่ช้านี้ แต่เร็วกว่าที่มันจะผ่านตัวกลาง!
นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่มีแนวโน้มที่จะเชื่อมโยงผลลัพธ์นี้กับการปรากฏตัวของสารตั้งต้นที่มีความเข้มต่ำในตัวกลางที่กระจายตัวของห้อง ความจริงก็คือในการสลายตัวของสเปกตรัมของพัลส์ สเปกตรัมประกอบด้วยส่วนประกอบของความถี่สูงตามอำเภอใจที่มีแอมพลิจูดเล็กน้อย ซึ่งเรียกว่าสารตั้งต้น ซึ่งอยู่ข้างหน้า "ส่วนหลัก" ของพัลส์ ธรรมชาติของการก่อตั้งและรูปแบบของสารตั้งต้นขึ้นอยู่กับกฎการกระจายตัวในตัวกลาง ด้วยเหตุนี้ ลำดับเหตุการณ์ในการทดลองของ Wong จึงเสนอให้ตีความดังนี้ คลื่นที่เข้ามา "ยืด" ลางสังหรณ์ข้างหน้าตัวเองเข้าหากล้อง ก่อนที่จุดสูงสุดของคลื่นที่เข้ามากระทบกับผนังใกล้ของห้อง สารตั้งต้นจะเริ่มต้นการปรากฏตัวของชีพจรในห้อง ซึ่งไปถึงผนังด้านไกลและสะท้อนออกมาจากมัน ก่อตัวเป็น "คลื่นย้อนกลับ" คลื่นนี้แพร่กระจายเร็วขึ้น 300 เท่า กับไปถึงกำแพงใกล้และพบกับคลื่นที่เข้ามา จุดสูงสุดของคลื่นลูกหนึ่งมาบรรจบกับคลื่นอีกลูกหนึ่ง พวกมันจะตัดกันและไม่มีอะไรเหลืออยู่ ปรากฎว่าคลื่นที่เข้ามา "คืนหนี้" ให้กับอะตอมซีเซียมซึ่ง "ยืม" พลังงานไปที่ปลายอีกด้านหนึ่งของห้อง คนที่ดูเพียงจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการทดลองจะเห็นเพียงแสงพัลส์ที่ "กระโดด" ไปข้างหน้าทันเวลาเคลื่อนที่เร็วขึ้น กับ.
แอล หว่องเชื่อว่าการทดลองของเขาไม่สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพ เขาเชื่อว่าคำกล่าวเกี่ยวกับความเร็วเหนือแสงที่ไม่สามารถบรรลุได้นั้นใช้ได้กับวัตถุที่มีมวลพักเท่านั้น แสงสามารถแสดงได้ทั้งในรูปของคลื่น ซึ่งโดยทั่วไปแนวคิดเรื่องมวลไม่สามารถนำมาใช้ได้ หรืออยู่ในรูปของโฟตอนที่มีมวลนิ่งดังที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่ามีค่าเท่ากับศูนย์ ดังนั้นความเร็วแสงในสุญญากาศจึงไม่มีขีดจำกัด อย่างไรก็ตาม Wong ยอมรับว่าผลกระทบที่เขาค้นพบไม่สามารถส่งข้อมูลได้เร็วกว่า กับ.
P. Milonni นักฟิสิกส์จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Los Alamos ในสหรัฐอเมริกากล่าวว่า "ข้อมูลนี้มีอยู่แล้วในระดับชั้นนำของชีพจร
นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่เชื่อว่า งานใหม่ไม่ได้จัดการระเบิดทำลายล้างเพื่อ หลักการพื้นฐาน. แต่ไม่ใช่นักฟิสิกส์ทุกคนที่เชื่อว่าปัญหาได้รับการแก้ไขแล้ว ศาสตราจารย์ A. Ranfagni จากทีมวิจัยชาวอิตาลีที่ทำการทดลองที่น่าสนใจอีกเรื่องหนึ่งในปี 2000 กล่าวว่าคำถามนี้ยังคงเปิดอยู่ การทดลองนี้ดำเนินการโดย Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni และ Rocco Ruggeri พบว่าคลื่นวิทยุแบบคลื่นเซนติเมตรแพร่กระจายในอากาศธรรมดาด้วยความเร็วเกิน กับโดย 25%
โดยสรุปเราสามารถพูดได้ดังต่อไปนี้ ผลงาน ปีที่ผ่านมาแสดงว่าภายใต้เงื่อนไขบางประการ ความเร็ว superluminal สามารถเกิดขึ้นได้จริง แต่สิ่งที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว superluminal คืออะไร? ทฤษฎีสัมพัทธภาพดังที่ได้กล่าวไปแล้วห้ามความเร็วดังกล่าวสำหรับวัตถุและสำหรับข้อมูลที่มีสัญญาณ อย่างไรก็ตาม นักวิจัยบางคนพยายามที่จะแสดงให้เห็นการเอาชนะอุปสรรคแสงโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับสัญญาณ สาเหตุของสิ่งนี้อยู่ในความจริงที่ว่าในทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษนั้นไม่มีเหตุผลทางคณิตศาสตร์ที่เข้มงวด (ตามสมการของแมกซ์เวลล์สำหรับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า) สำหรับความเป็นไปไม่ได้ในการส่งสัญญาณด้วยความเร็วที่มากกว่า กับ. ความเป็นไปไม่ได้ดังกล่าวใน SRT เกิดขึ้น อาจกล่าวได้ว่าในทางคณิตศาสตร์ล้วนๆ ตามสูตรของ Einstein สำหรับการบวกความเร็ว แต่ในวิธีพื้นฐาน สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยหลักการของเวรกรรม ไอน์สไตน์เองเมื่อพิจารณาถึงคำถามของการส่งสัญญาณ superluminal เขียนว่าในกรณีนี้ "... เราถูกบังคับให้พิจารณากลไกการส่งสัญญาณที่เป็นไปได้เมื่อใช้ซึ่งการกระทำที่ประสบความสำเร็จนำหน้าสาเหตุ แต่ถึงแม้จะเป็นผลจากตรรกะล้วนๆ มุมมองไม่มีตัวตน ในความคิดของผม ไม่มีความขัดแย้ง แต่ขัดแย้งกับอุปนิสัยจากประสบการณ์ทั้งหมดของเรามากจนเป็นไปไม่ได้ที่จะสมมุติ วี > cดูเหมือนจะได้รับการพิสูจน์เพียงพอแล้ว" หลักการของเวรกรรมเป็นรากฐานที่สำคัญที่รองรับความเป็นไปไม่ได้ของการส่งสัญญาณ superluminal และเห็นได้ชัดว่าหินก้อนนี้จะสะดุดการค้นหาสัญญาณ superluminal ทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้นไม่ว่าผู้ทดลองจะต้องการตรวจจับเช่นนี้มากแค่ไหน สัญญาณเพราะนั่นคือธรรมชาติของโลกของเรา
โดยสรุปควรเน้นว่าสิ่งที่กล่าวมาทั้งหมดใช้กับโลกของเราโดยเฉพาะกับจักรวาลของเรา การจองดังกล่าวเกิดขึ้นเพราะว่าเมื่อเร็ว ๆ นี้สมมติฐานใหม่ได้ปรากฏในฟิสิกส์ดาราศาสตร์และจักรวาลวิทยาที่อนุญาตให้มีการดำรงอยู่ของจักรวาลจำนวนมากที่ซ่อนอยู่จากเราซึ่งเชื่อมต่อกันด้วยอุโมงค์ทอพอโลยี - จัมเปอร์ มุมมองนี้ได้รับการแบ่งปันโดยนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชื่อดัง N. S. Kardashev สำหรับผู้สังเกตการณ์ภายนอก ทางเข้าอุโมงค์เหล่านี้จะมีสนามโน้มถ่วงผิดปกติกำกับไว้ คล้ายกับหลุมดำ การเคลื่อนไหวในอุโมงค์ดังกล่าวตามที่ผู้เขียนสมมติฐานแนะนำจะทำให้สามารถหลีกเลี่ยงขีดจำกัดความเร็วของการเคลื่อนที่ที่กำหนดในพื้นที่ปกติด้วยความเร็วของแสงและด้วยเหตุนี้เพื่อให้เกิดแนวคิดในการสร้าง เครื่องย้อนเวลา...สิ่งของ และถึงแม้สมมติฐานดังกล่าวจะชวนให้นึกถึงเนื้อเรื่องจากนิยายวิทยาศาสตร์มากเกินไป แต่ก็ไม่ควรปฏิเสธความเป็นไปได้พื้นฐานของแบบจำลองหลายองค์ประกอบของโครงสร้างโลกแห่งวัตถุ อีกสิ่งหนึ่งคือจักรวาลอื่น ๆ เหล่านี้น่าจะยังคงเป็นโครงสร้างทางคณิตศาสตร์ของนักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีที่อาศัยอยู่ในจักรวาลของเราและพยายามค้นหาโลกที่ปิดล้อมเราด้วยพลังแห่งความคิดของพวกเขา ...
ดูในห้องหัวข้อเดียวกัน