Global Lithuanian Net: san-taka station: |
Greičiau už šviesą
Taip pat skaitykite Alcubierre pavara Šviesos greitis vakuume, žymimas kaip c, yra 299.792.458 m/sek. Ne vakuume
šviesa keliauja c/n greičiu, kur n yra lūžimo koeficientas (todėl, kai kuriose
terpėse kitos dalelės gali judėti greičiau nei c/n, sukeldamas Čerenkovo spinduliavimą.
Vis tik skriejimo didesniu už šviesos greitį pasekmės gali būti gana keistos. Pvz., jei stebėtumėm erdvėlaivį, atskrendantį link mūsų virššviesiniu greičiu, matytumėm jį dviejose vietose vienu metu. Žybtelėjimas, žymintis laivo išvykimą, mūsų akis pasiektų vėliau, nei skrendančio laivo vaizdas. O kadangi virššviesiniai greičiai leidžia keliones laike, o tai sukelia priežastinių-pasekminių priklausomybių problemas. Specialiojoje reliatyvumo teorijoje (SRT) tam, kad el. dalelė (kuri turi masę) pasiektų šviesos greitį, reikia begalinio energijos kiekio, nors pati SRT neatmeta galimybės, kad dalelės visą laiką galėtų skrieti greičiau už šviesą (tachionai). Iš kitos pusės, kai kurie fizikai kelia hipotezes, kad esant tam tikriems erdvėlaikio iškraipymams, materija galėtų į kitas vietas persikelti greičiau už šviesą. Tokios galimybės neatmeta ir bendroji reliatyvumo teorija (BRT) - siūlomos Alcubierre pavara ir sliekangių hipotezės, nors jų tikėtinumas yra abejotinas. Netradicinėje fizikoje ir mokslinėje fantastikoje iškelta dar daugiau įvairių variantų. Einšteino reliatyvumo teorijoje
laikas ir greitis susieti Puankarė transformacijomis. Tai veda prie tokių išvadų:
Taigi, Einšteino reliatyvumo teorijoje negali būti didesnio už šviesą greičio. Tai kyla iš fizikinės prielaidos, kad visi fizikiniai reiškiniai turi tenkinti apribotos Puankarė grupės simetrijos reikalavimus. Ta prielaida išlaikė laiko išbandymus ir jos patikimumas patikrintas kruopščiais eksperimentais. Nors plačiai sutinkama, kad negalima skrieti greičiau už šviesą, egzistuoja bandymai įrodyti tokią galimybę. Atmetant specialiąją reliatyvumo teoriją Šis sprendimas labai populiarus mokslinėje fantastikoje. Taip pat joje labai populiaru tarti, kad egzistuoja kitos tikrovės (dažnai vadinamos hiper-erdve, sub-erdve ar gretima erdve (slipspace, taip pat kai kurie aspektai iš lygiagrečių visatų), pasiekiamos iš mūsų pasaulio ir kuriose reliatyvumo dėsniai negalioja arba yra iškreipti; tad galimas labai greitas tolimų atstumų įveikimas. Visa tai nėra moksliškai pagrindžiama. Atmetant priežastingumą Kitas variantas pripažinti specialiąją reliatyvumo teoriją, tačiau laikyti, kad bendrosios reliatyvumo teorijos leistini efektai (pvz., sliekangės) gali leisti keliauti tarp dviejų taškų nekertant juos skiriančios erdvės. Nors tai apeina begalinio pagreitėjimo problemą, tačiau vis tik nepanaikina uždarų laiko kreivių ir pažeidžia priežastingumo principus. Priežastingumas nėra privalomas reliatyvumo teorijoms, tačiau visuotinai priimta kaip būtina Visatos savybė, kurios negalima atmesti. Vis tik dauguma fizikų tikisi (ar bent viliasi), kad kvantinė gravitacija pašalins šią kliūtį. Alternatyva yra manyti, kad, jei kelionės laike yra galimos, jos nesukelia paradoksų; tai Novikovo savaiminio darnumo principas. Svarbu pastebėti, kad bendrojoje reliatyvumo teorijoje objektai gali judėti greičiau už šviesą dėl Visatos plėtimosi. Taip yra dėl atstumų tarp objektų padidėjimo ir bendroji reliatyvumo teorija susiveda į specialiąją lokalia prasme: kad du objektai, prasilenkdami nedidelėje erdvėlaikio srityje, negali turėti didesnio reliatyvaus greičio už c ir judės lėčiau už šviesos spindulį, kertantį tą sritį. Atmetant (absoliutų) reliatyvumą Dėl stipraus empirinio palaikymo, labai sunku joje daryti pakeitimus. Žinomiausias pavyzdys yra dviguba specialioji reliatyvumo teorija, kuri atmeta, kad Planko konstanta yra ta pati visuose freimuose ir yra susijusi su Giovanni Amelino-Camelia8) ir Joao Magueijo2) darbais. Viena šios teorijos pasekmių yra kintamas šviesos greitis, nes fotono greitis gali kisti priklausomai nuo energijos ir kai kurios nulinės masės el. dalelės gali skrieti greičiau nei c. Kai kurie įrodymai šiuo metu jai prieštarauja, ir, net jei ji galima, neaišku, kad galima keistis informacija šiuo būdu. Kazimiro efektas Kazimiro efektas arba Casimir-Polder jėga yra fizikinė jėga, kylanti tarp dviejų objektų dėl
vakuumo energijos rezonanso jų tarpe. Ji kartais aprašoma panaudojant virtualių dalelių,
sąveikaujančių tarp objektų, terminais, nes tai leidžia matematiškai paskaičiuoti efekto stiprumą.
Kadangi jėga labai sparčiai slopsta didėjant atstumui, ji teišmatuojama tik tarp labai artimų objektų. Energija pasireiškia staiga; tarsi kiltų iš vakuumo. Kazimiro vakuumas ir kvantinis tuneliavimas Šviesos greitis matuotas vakuume. Tačiau su vakuumu siejama tam tikra energija, kurią tam tikrais būdais galima pakeisti. Jei vakuumo energijos lygis sumažėja, tai šviesa jame turėtų skrieti greičiau nei c. Tai vadinamasis Scharnhorst'o efektas. Tokį vakuumą galima sukurti dvi absoliučiai glotnias metalines plokštes suartinus beveik atomo dydžio atstumu (vadinamasis Kazimiro vakuumas). Skaičiavimai rodo, kad šviesos greitis jame tik nežymiai padidėtų (maždaug 10-36). Tačiau tai eksperimentiškai nepatvirtinta. Tačiau teoriniai skaičiavimai rodo, kad Scharnhorst'o efekto negalima panaudoti informacijos pasiuntimui atgal naudojant tik vieną plokščių porą. Vienok, naudojant daugybę judančių viena kitos atžvilgiu plokščių porų negalima teigti, kad nebus jokių priežastingumo pažeidimų ir, pasiremiant S. Hawking'o chronologijos apsaugos prielaida, tvirtinančia, kad grįžtamieji dalelių ciklai gali sukurti nevaldomus singuliarumus ties bet kurios potencialiai galimos laiko mašinos pakraščiais, o tai gali reikšti poreikį kvantinės gravitacijos teorijos sukūrimui (tikintis, kad tokia teorija iš principo neleis jokios laiko mašinos sukūrimo). Dar kiti kritikai teigia, kad Scharnhorst'o analizėje naudotos tam tikros aproksimacijos, kurios gali pasirodyti netiksliomis, ir tas efektas gali visai nepadidinti šviesos greičio.
Tachionai Nors specialiojoje reliatyvumo teorijoje ir negalima pagreitinti objekto iki šviesos greičio, tačiau ji nedraudžia, kad egzistuotų objektai, visuomet judantys greičiau už šviesą. Tos hipotetinės elementariosios dalelės vadinamos tachionais. Jų egzistavimas neįrodytas, tačiau net jei jos ir egzistuotų, jų nebūtų galima panaudoti perduoti informacijai didesniu už šviesą greičiu. Atrodo, kad fizikai išskaičiavo, kad tachionas (greičiau už šviesą judanti hipotetinė el. dalelė) gali egzistuoti nepažeisdamas bendrosios reliatyvumo teorijos. Teoriniai modeliai, įtraukiantys ir trūkstamas el. daleles ir parametrus, dažnai įveda naujas, egzotiškas el. daleles kaip būdą užpildyti
spragas. Tačiau tie modeliai yra sudėtingi, įskaitant kitų parametrų diapazonus ir tikimybes. Kai patikslinamas vienas iš tų parametrų,
naujoji el. dalelė gali priartėti arba nutolti nuo esamos ir atitikti fiziką (tokią, kokią žinome). Tachionas (gr. tachys - greitas) yra hipotrtinė dalelė, visad judanti greičiau nei šviesos greitis. Jos sutinkamos kai kuriuose teoriniuose modeliuose. Jie atskiriami nuo mums įprastinių tardionų (lėtesnių už šviesą) ir liuksonų (tokių kaip fotonai, kurie juda tik šviesos greičiu). Pirmasis 20 a. 7-me dešimtm. juos paminėjo A. Somerfeldas, tačiau jų idėją dar 1923 m. išsakė rusas L. Štrumas9). Juos galima būtų aptikti Čerenkovo spinduliuotės dėka. Tachionai yra pamėgtas terminas fantastikoje (literatūroje ir filmuose). Bendroji reliatyvumo teorija Bendroji reliatyvumo teorija buvo sukurta, kad apimtų tokias koncepcijas kaip gravitacija. Ji laikosi principo, kad joks objektas negali pagreitėti iki šviesos greičio bet kurio stebėtojo erdvėje (freime). Tačiau ji leidžia erdvės išsikreivinimus, leidžiančius judėti greičiau už šviesą nepaprastai nutolusio stebėtojo požiūriu. Vienas tokių išsikreivinimų yra Alcubierre, kurį galima įsivaizduoti kaip susidarančius erdvėlaikio ratilus, nusinešančius objektą. Kita galimybė yra sliekangė, kuri tarsi trumpesniu keliu sujungia du tolimus taškus. Abiem atvejais turi būti sukurtas didelis lokalaus erdvėlaikio regiono kreivumas ir čia turi veikti nepaprasto stiprumo gravitacija. Kad kompensuotų nestabilią struktūrą ir apsaugotų kreivumus nuo jų pačių svorio, tenka išsigalvoti kažkokią hipotetinę materiją ar neigiamą energiją. Bendroji reliatyvumo teorija numato, kad judėjimas greičiau už šviesą gali būti panaudojamas kelionėms laike, o tai sukelia priežastingumo problemas. Dauguma fizikų mano, kad minėti reiškiniai negalima ir būsimos gravitacijos teorijos neleis jiems atsirasti. Stygų teorijoje E. Gimon'as ir P. Horava įrodinėja, kad supersimetrinėje 5-ių matavimų Fiodelio visatoje kvantinės bendrosios reliatyvumo teorijos korekcijos elektyviai pašalina erdvėlaikio regionus su priežastingumą pažeidžiančiomis uždaromis laiko kreivėmis. Dar dėl sliekangių Savistovi praeinama sliekangė yra gravitacinės teorijos sprendinys (žr. Kas gali būti - tas yra! , Sliekangės laiko mašinos bei Sliekangės ir torsioniniai laukai). Sliekangės (arba kirmgraužos) yra skirtingas visatas arba tos pačios visatos skirtingas sritis jungiantis tiltas. Pirmiausiai paminėta L. Flammo3), kuris suprato, kad Schwarzschildo sprendinys gali būti suprastas kaip sliekangė. Vėliau Einšteinas su Rosenu3) sukūrė el. dalelės modelį, kuris yra du lapai, kuriuos jungia siaura žarnelė (1935). Po masė be masės, kaip išplėtota Wheelerio ir Misnerio5) Geometrodinamikoje (1957), tema atgijo Morris ir Thorne darbe (1988). Nepaisant to, kad buvo aptariami skirtingi kvantinės gravitacijos momentai, bendra tiems darbams tai, kad galutinis gravitacinis poveikis yra priklausomas nuo mastelio. Per tolimesnius 20 m. M. Visserio6) knyga tapo šios srities autoritetingu šaltiniu. O neseniai F. Lobo7) (2017) atnaujino sliekangių teorijos būsenos apžvalgą.
Bėda su praeinamomis sliekangėmis ta, kad jos pažeidžia klasikinės energijos sąlygas. Materija, kuri leidžia
pereinamų sliekangių buvimą, vadinama egzotine. Dėl to tenka nagrinėti kvantinius reiškinius siekiant išsiaiškinti praeinamumo klausimą.
Kadangi dar nėra pilnos kvantinės gravitacijos teorijos, buvo daug skirtingų pastangų pasiaiškinti jų fizikinius aspektus - jų apžvalga: Bet tarkim turime kirmgraužą (susidariusią natūraliai ar sukurtą dirbtinai) ir artinatės prie jos. Čia susidursite su pirmąja problema. Artėjant, gravitacija didėja. Bet jei turite ypatingą erdvėlaivį, galintį atlaikyti kirmgraužos gravitacines jėgas ir nebūti sudraskyti į skutelius, galite įskristi į ją. Tačiau intensyvios potvynio bangos jos viduje vis tiek tranko jūsų laivą tai tarsi važiavimas nepaprastai duobėtu keliu. Pakeliui, dėl gravitacinių linzių, matote anapusinius iškraipymus ir besisukiojančias šviesas, nes gravitacija tokia stipri, kad iškraipo kiekvieną šviesos elementą. Jaučiate keistą jausmą dėl nepaprastų laiko ir erdvės iškraipymų. Užsimerkiate ir bandote ištverti. Tačiau čia laukia dar viena problema didelė tikimybė, kad kirmgrauža užsivers. Teoriškai, jos sukūrimui ir išlaikymui reikalingos egzotinės materija ir energija nėra tikrovėje, tad bet kuri susidariusi natūrali kirmgrauža greičiausiai iškart ir suirs, jei ji nebus palaikoma egzotinės materijos pagalba. Bet kaip sužinoti, kur bus kita jos anga? Ir kada? Jei kirmgraužos galai juda skirtingais greičiais, tai iš jos išeisite kitame laike (praeityje ar ateityje žiūrint į kurią pusę keliaujate). Kada iš jos išnirsite priklauso nuo to, kaip greitai juda jos kitas galas jei greičiau, joje užtruksite ilgiau. Tačiau jei kvantinė mechanika ir gali hipotetiškai paaiškinti kelionę kirmgrauža, tačiau joje prarandama informacija. O tai nelabai praktiška, ar ne?! Spėti, kol neužsivėrė Vis tik jų modeliai laiko, kad jos labai trapios ir gali susprogti, jei kas nors pateks į jų vidų. Tačiau dabar modeliavimas
numato, kad šviesos impulsas vis tik gali aplenkti tą kolapsą. Benas Keinas su savo studentais iš Šv. Kryžius koledžo
Masačiusetse nustatė (kaip paskelbta 2022 m. Physical Review D), kad vis tik kirmgrauža užsitrenks ne taip sparčiai, kad
per ją negalėtume išsiųsti žinutę namo. Jų teoriškai sukonstruota praeinama kirmgrauža remiasi egzotiška
vaiduokliška materija su neigiama energija. Yra kažkiek įrodymų, kad nežymus neigiamos energijos kiekis gali būti
sukurtas kvantinių efektų dėka (nors jos gali ir nepakakti kirmgraužos sukūrimui). Nors tai vis dar yra ties riba to, kas yra ir kas nėra mokslu. Hartmano efektas Hartmano efektas yra tunelio efektas, pirmąkart aprašytas Thomas Hartman'o 1962 m.
Vienok, Herbert Winful`o analizė bando parodyti, kad Hartmano efekto negalima panaudoti perduoti signalams greičiau už šviesą, nes laikas tunelyje neturėtų būti siejamas su greičiu, nes nesklinda išnykstančios bangos. Tuo norima pasakyti, kad tunelį kertantys fotonai tėra virtualūs fotonai gyvuojantys tik sąveikoje ir negali pasklisti išorėje. EPR paradoksas Tai mintinis Einšteino, Podolskio ir Roseno (EPR) eksperimentas, kuris pirmąkart eksperimentiškai išbandytas Alain Aspect'o 1981-82 m. Vienos kvantinės sistemos būsenos matavimas iššaukia tos poros kitos sistemos būsenos matavimą. Tai sukelia kvantinę teleportaciją. 1997 m. Nicolas Gisin'o atliktas eksperimentas parodė nelokalią vietinę koreliaciją tarp dalelių, atskirtų didesniu nei 10 km atstumu. Tačiau, kaip pastebėta anksčiau, nelokali koreliacija negali būti panaudota informacijos perdavimui didesniu už šviesą greičiu, todėl reliatyvistinis priežastingumas išlaikomas (žr. nekomunikacinę teoremą). Marlan Scully eksperimentas yra EPR paradokso alternatyva, kuriame fotono
Taip pat skaitykite >>>>> Kintantis šviesos greitis Tradicinėje fizikoje šviesos greitis vakuume laikomas nekintančiu dydžiu, tačiau yra teorijų, nelaikančių jo pastoviu. Joao Magueijo teigia, kad šviesos greičio negalima išmatuoti, nes jis yra daugiamatis dydis. Matuojami dydžiai yra vienmačiai, nors dažnai tėra daugiamačių savybių santykiai. Juk kai matuojame kalno aukštį, iš tikro lyginame tą aukščio santykį su metro etalonu. Tradicinė SI matų sistema remiasi 7 pagrindinėmis savybėmis: atstumu, mase, laiku, elektros srove, termodinamine temperatūra, medžiagos kiekiu ir šviesumu. Jos apibrėžiamos kaip nepriklausomos ir negali būti išreikštos per kitas. Joao Magueijo pasiūlė kitą matavimo vienetų sistemą tvirtindamas, kad kai kurios lygtys supaprastėja. Tarp naujų vienetų jis įtraukia subtiliosios struktūros konstantą (fine structure constant), kurią kai kurie laiko priklausančią nuo laiko. Jei šis dydis yra pastovus, tada šviesos greitis gali kisti. Čerenkovo spinduliavimas Pavelo Čerenkovo1) atrastas elektromagnetinio spinduliavimo reiškinys, kai turinčios krūvį el. dalelės (pvz., elektronas) pralekia per izoliatorių greičiu didesniu už šviesos greitį toje medžiagoje. 1934 m. P. Čerenkovas atrado, kad skystis, veikiamas radžio skleidžiamų gama spindulių, pradeda silpnai žydrai švytėti
S. Vavilovo iniciatyva pradėti bandymai
su skysčių liuminiscencija (todėl rusiškoje literatūroje reiškinys dažnai vadinamas Vavilovo-Čerenkovo) parodė būdingas
spinduliavimo savybes, iš kurių Vavilovas nusprendė, kad švyti ne skystis, o į skleidžia skystyje
judantys elektronai. Teorinį pagrindimą 1937 m. pateikė I. Tamas ir
I. Frankas. 1958 m. jiems ir Čerenkovui buvo skirta
Nobelio fizikos premija. Čerenkovo spinduliavimas dažniausiai naudojamas aukštos energijos dalelėms aptikti. Pvz., baseino tipo branduoliniuose reaktoriuose (reaktoriai, patalpinti vandens baseinuose) Čerenkovo spinduliavimo intensyvumas yra susijęs su branduolių dalijimosi įvykių dažniu, kurių metu susidaro aukštos energijos elektronai. Iš to galima spręsti apie reakcijos intensyvumą. Tuo pačiu šis charakteringas spinduliavimas naudojamas likusiam panaudotų kuro strypų radioaktyvumui nustatyti. Aukštos energijos kosminiai spinduliai, patekę į Žemės atmosferą, gali sukurti elektrono- pozitrono poras, skriejančias milžinišku greičiu. Šių dalelių su krūvių Čerenkovo spinduliavimas naudojamas kosminių spindulių šaltiniui ir intensyvumui nustatyti. Panašus metodas naudojamas dideliuose neutrinų detektoriuose. Čerenkovo spinduliuotė gali būti panaudota didelės energijos astronominių objektų, spinduliuojančių gama spindulius, savybėms nustatyti (pvz., supernovų liekanoms). 1) Pavelas Čerenkovas (1904-1990) rusų fizikas, akademikas, Nobelio premijos laureatas (1958) už Čerenkovo spinduliavimo atradimą ir jo mokslinį pagrindimą. Darbavosi optikos, branduolinės fizikos, aukštų energijų dalelių srityse. 2) Žuanas Mageižu (Joao Magueijo, g. 1967 m.) portugalų kosmologas, kintančio šviesos greičio (VSL) teorijos pradininkas. Su juo siejamas anizotropijos terminas, o taip pat įvedė terminą blogio ašis tai hipotetinė pailga sritis, aplink kurią orientuojasi visa Visatos struktūra.. Šiuo metu dirba Didžiojoje Britanijoje. VSL teorijai, laikomai alternatyvia infliacijos teorijai, skirta jo knyga Greičiau už šviesą: mokslinių spekuliacijų istorija (2003). 2009 m. išleido puikią be žinios dingusio fiziko E. Marojanos bioografiją Spindinti tamsa. 3) Liudvikas Flamas (Ludwig Flamm, 1885-1964) austrų fizikas, kilęs iš laikrodoninkų šeimos. 1922-56 m. profesoriavo Vienos Technikos un-te. Darbavosi įvairiose teorinės fizikos srityse, tame tarpe kvantinės mechanikos ir bendrosios reliatyvumo teorijos. Buvo vienas pirmųjų, aprašęs sprendinius, vedančius prie sliekangių. 4) Natanas Rozenas (Nathan Rosen, 1909-1995) amerikiečių ir Izraelio fizikas, žinomas kaip vienas Einšteino-Podolskio-Rozeno (EPR) paradokso sukūrėjų, o tap pat bendrais darbais su A. Einšteinu bendrosios reliatyvumo teorijos, kvantinės mechanikos ir kosmologijos srityse. Einšteino-Rozeno tiltas, vėliau pavadintas sliekange (kirmgrauža) buvo jo sukurta teorija. Didžiausiu jo pasiekimu buvo vandenilio molekulės struktūros apibūdinimas. 1953 m. persikėlė į Izraelį ir dirbo Haifos Technione, padėjo įsteigti Izraelio MA, buvo įvairių draugijų pirmininku. 5) Čarlzas Mizneris (Charles W. Misner, g. 1932 m.) amerikiečių fizikas, kurio specializacija bendroji reliatyvumo teorija ir kosmologija. Darbai skirti kvantinei gravitacijai ir skaitmeniniam reliatyvumui. Vienas vadovėlio Gravitacija autorių. Jis atrado tikslų Einšteino lygčių sprendinį, kuris dabar vadinamas Miznerio erdve. 6) Matas Viseris (Matt Visser, ) - Velingtono (Naujoji Zelandija) matematikos prof., užsiimantis
bendrąja reliatyvumo teorija, kvantine laukų teorija ir kosmologija. Paskelbė nemažai straipsnių apie sliekanges,
gravitacinį horizontą ir akustinę metriką. Parašė knygą apie sliekangių teorijos dabartinę padėtį: 7) Francisko S.N. Lobo Lisabonos un-to tyrinėtojas, dirbantis gravitacijos teorijų, tamsiosios materijos
modelių, kosmologijų, kvantinių laukų, juodųjų skylių, Lorenco sliekangių srityse. Parengė
sliekangių teorijos situacijos apžvalgą: 8) Džiovanis Amelino-Kamelija (Giovanni Amelino-Camelia, g. 1965 m.) italų fizikas, užsiimantis kvantinės gravitacijos klausimais. Sukūrė dvigubą specialiąją reliatyvumo teoriją įvedant Planko ilgio kaip nepriklausomą nuo stebėtojo dydį. Tai atvedė prie kvantinio erdvėlaikio nekomutatyvios geometrijos idėjos. Jis pirmasis parodė, kad kai kuriuose eksperimentuose galima užregistruoti Planko mastelio efektus. 9) Levas Štrumas (1890-1936) žydų kilmės ukrainiečių fizikas (branduolinės fizikos srityje) ir filosofas (dialektinio materializmo požiūriu nagrinėjo fizikos problemas). Dėstė Kijevo un-te. 3-iame dešimtm. Sukūrė greičiau už šviesą judančių dalelių (tachionų) koncepciją. Nuspėjo egzistuojant kelioloka izotopų, kurie vėliau ir buvo atrasti. Buvo represuotas ir sušaudytas pagal sufalsikuotus kaltinimus, vėliau reabilituotas. Vienu jo mokinių buvo S. Koroliovas. Didesnė jo darbų dalis buvo TSRS sunaikinta ir nutylima ir išliko tik Vakaruose. Literatūra:
Papildomai skaitykite:
|