Na nedavnem seznamu najboljših 10 zgodb leta 2010 iz vesoljskega časopisa je bila vključena zgodba Hitrejši od odkritih svetlobnih pulsarjev, ki je ob nadaljnjem branju pokazala, da pojav, ki ga preučujemo, ni bil ravno premikanje hitreje kot svetloba.
Kakor koli že, to me je spodbudilo, da sem iskal različne načine, kako bi lahko nastalo navidezno superluminalno gibanje, deloma, da se prepričam, da dno ni padlo iz fizike relativnosti, deloma pa, da vidim, ali je mogoče te stvari ustrezno pojasniti v navadni angleščini. Tukaj gre…
1) Vzroki in posledice iluzije
Hitrejša od svetlobnega pulzarja je v bistvu hipotetična svetlobna dvigala - ki so nekoliko podobna zvočnim puščicam, kjer ne gre za zvočno streho, temveč za zvočni vir, ki presega hitrost zvoka - tako da se posamezni zvočni impulzi združijo in tvorijo enojni udarni val, ki se giblje s hitrostjo zvoka.
Zdaj, ali se kaj takega res zgodi s svetlobo pulsarjev, ostaja točka razprave, toda eden od zagovornikov modela je učinek pokazal v laboratoriju - glejte to znanstveno ameriško blog objavo.
Naredite si vrsto žarnic, ki se neodvisno sprožijo. Dovolj je preprosto, da jih sprožiš zaporedoma - najprej 1, nato 2, nato 3 itd. - in lahko ves čas zmanjšuješ zamudo med vsakim odstrelom, dokler ne prideš v situacijo, ko žarnica 2 po žarnici 1 ugasne v krajšem času kot luč bi morala prehoditi razdaljo med žarnicami 1 in 2. To je res trik - resda ni vzročne zveze med žarnicami, ampak izgleda, kot da bi se premaknilo zaporedje dejanj (najprej 1, nato 2, nato 3 itd.) hitreje kot svetloba po vrsti žarnic. Ta iluzija je primer navideznega superluminalnega gibanja.
Obstaja vrsta možnih scenarijev, zakaj lahko iz različnih točkovnih virov okoli hitro vrteče se nevtronske zvezde znotraj intenzivnega magnetnega polja izvira superluminalni mehiški val sinhrotronskega sevanja. Dokler sevanja iz teh točkovnih virov niso vzročno povezana, ta izid ne krši fizike relativnosti.
2) Izdelava svetlobe hitrejša od svetlobe
Navidezno superluminalno gibanje svetlobe lahko sami ustvarite z manipulacijo njene valovne dolžine. Če smatramo, da je foton valovni paket, se ta paket valov lahko raztegne linearno, tako da vodilni rob vala prispe na cilj hitreje, saj ga potisnemo pred preostanek vala - kar pomeni, da potuje hitreje kot svetloba .
Vendar fizična narava "prednjega roba valovnega paketa" ni jasna. Celotni valovni paket je enakovreden enemu fotonu - in vodilni rob iztegnjenega valovnega paketa ne more prenašati nobenih pomembnih informacij. Dejansko se lahko zaradi raztezanja in oslabitve ne razlikuje od hrupa v ozadju.
Tudi ta trik zahteva, da se svetloba premika skozi lomljiv medij in ne pod vakuumom. Če vas zanimajo tehnične podrobnosti, lahko hitrost faze ali skupinsko hitrost naredite hitreje kot c (hitrost svetlobe v vakuumu) - ne pa hitrosti signala. Kakor koli, ker se informacije (ali foton kot celovita enota) ne premika hitreje od svetlobe, se relativnostna fizika ne krši.
3) Izhod iz medijev za pridobitev
Dramatičnejše superluminalno gibanje lahko posnemate skozi ojačevalni medij, kjer vodilni rob svetlobnega impulza spodbudi oddajanje novega impulza na skrajnem koncu ojačevalnega medija - kot da svetlobni impulz zadene en konec Newtonove zibelke in nov impulz se projicira z drugega konca. Če si želite ogledati laboratorijsko postavitev, poskusite tukaj. Čeprav se zdi, da svetloba preskoči vrzel, je v resnici nov svetlobni impulz, ki se pojavlja na drugem koncu - in se še vedno premika s standardno svetlobno hitrostjo.
4) Relativistična jet iluzija
Če aktivna galaksija, kot je M87, potisne curek pregrete plazme, ki se giblje s svetlobno hitrostjo - in curek je v grobem usklajen z vašo vidno linijo z Zemlje - se lahko zavedete, da misli, da se njegova vsebina premika hitreje kot svetloba.
Če je ta curek dolg 5000 svetlobnih let, bi potrebovali vsaj 5.000 let, da karkoli v njem prestopi to razdaljo 5.000 svetlobnih let. Foton, ki ga oddaja delček curka v točki A blizu začetka curka, bo resnično potrebnih 5000 let, da pridete do vas. Medtem pa se delci curka še naprej gibljejo skoraj tako hitro kot tisti foton. Torej, ko delček odda drugo foton v točki B, točko blizu vrha curka - ta drugi foton bo dosegel vaše oko v veliko manj kot 5.000 letih po prvem fotonu iz točke A. Tako boste ustvarili vtis, da delci so prečkali 5000 svetlobnih let od točk A do B v veliko manj kot 5.000 letih. A gre le za optično iluzijo - fizika relativnosti ostaja nedotaknjena.
5) Neznano superluminalno gibanje
Povsem mogoče je, da se predmeti zunaj obzorja vesolja, ki ga opazujemo, odmikajo od našega položaja hitreje od svetlobne hitrosti - kot posledica kumulativne širitve vesolja, zaradi česar se zdi, da se oddaljene galaksije oddaljevajo hitreje kot bližnje galaksije. Ker pa svetloba iz hipotetičnih predmetov onkraj opazovanega obzorja nikoli ne bo dosegla Zemlje, je njihov obstoj z neposrednim opazovanjem z Zemlje neznan - in ne predstavlja kršitve fizike relativnosti.
In nazadnje, ne toliko neznan kot teoretičen je pojem zgodnje kozmične inflacije, ki vključuje tudi širitev prostora-časa in ne gibanja znotraj prostora-časa - torej tudi kršitev tam ni.
Druge stvari…
Nisem prepričan, da je zgoraj navedeno izčrpen seznam in sem namerno izpustil druge teoretične predloge, kot sta kvantno zapletanje in Alcubierrejeva osnove. Katera koli od teh, če resnično, bi zagotovo kršil fiziko relativnosti - zato je morda treba razmisliti o višji stopnji skepse.
