Ямар бөөмс гэрлийн хурдаар хөдөлдөг. Үүнийг олж мэдье: яагаад гэрлээс илүү хурдан зүйл байж болохгүй гэж? Superluminal нейтрино юутай зөрчилддөг вэ?
. Франц-Швейцарийн хилийн бөөмсийн физикийн төвийн ажилтан Антонио Эредитатогийн хэлснээр, гурван жил хэмжилт хийсний дараа Женевээс Италийн Гран Сассо лаборатори руу хөөргөсөн нейтрино туяа 730 км 60 наносекундэд илүү хурдан замыг туулсан нь тогтоогджээ. гэрлээс илүү."Бид үр дүндээ өндөр итгэлтэй байна. Гэхдээ бусад хамт олон шинжилгээгээ хийж, бидний үр дүнг баталгаажуулах шаардлагатай байна"гэж тэр тэмдэглэв. Эрдэмтний хэлснээр хэмжилтийн алдаа 10 ns-ээс хэтрэхгүй байна.
Судалгааны үр дүн батлагдвал орчлонд юу ч хөдөлж чадахгүй гэсэн Альберт Эйнштейний харьцангуйн тусгай онолын (1905) үндэс суурь эргэлзээ төрүүлж магадгүй юм. гэрлээс хурдан, өөрөөр хэлбэл 299,792 км/с-ээс дээш хурдтай.
0 0
Харамсалтай нь энд бичсэн зүйл бол шал дэмий юм. Ройтерс агентлаг нь мэдээжийн хэрэг нэр хүндтэй байгууллага боловч шинжлэх ухааны мэдээг улс төр, нийгмийн амьдралаас мэдээ авчирдаг гараас авах ёсгүй.
"Орчлон ертөнцөд юу ч гэрлээс хурдан хөдөлж чадахгүй гэсэн Альберт Эйнштейний харьцангуйн тусгай онолын үндэс (1905)"
Харьцангуйн онол ийм зүйлийг баталдаггүй. Харьцангуйн онол нь вакуумд гэрлээс илүү хурдан хөдөлж чадахгүй гэж үздэг. Мөн гэрлээс илүү хурдан хөдөлдөг бөөмсийг аль эрт, бүр тодруулбал, зарим бөөмс фотонуудаас хурдан хөдөлж чаддаг орчин олдсон.
Нейтрино туяа Женевээс хаа нэгтээ хэрхэн хөдөлсөн нь надад тодорхойгүй байна, гэхдээ вакуумд биш нь ойлгомжтой. Жишээлбэл, тэр агаараар алхсан бол агаарт тархсан фотонууд нь материтай бараг харьцдаггүй нейтринооос хожуу эцсийн цэгт хүрсэн нь гайхах зүйл биш юм.
0 0
0 0
Үнэн хэрэгтээ, нейтрино үргэлж гэрлээс илүү хурдан хөдөлдөг байх болно :) Зүгээр л тэд материалтай бараг харьцдаггүй, гэрэл (фотонууд) төгс харилцан үйлчилдэг. Зөвхөн вакуумд л фотонууд эцэст нь бүрэн дээд хэмжээнд хүртэл хурдасдаг :)
Гэхдээ электронууд хөдөлж болох орчинг олох нь сонирхолтой байв илүү хурдан хурдСвета. Тэгээд ч ийм орчин нэлээд эрт олдсон. Үүний зэрэгцээ гайхалтай эффектүүд гарч ирдэг. Википедиагаас "Вавилов-Черенковын цацраг"-ыг харна уу.
0 0
0 0
Сэдвийн талаархи өөр нэг нийтлэл:
Судалгааны төвийн физикчид Европын байгууллагаЦөмийн судалгаа (CERN) туршилтын үеэр субатомын тоосонцор гэрлийн хурдаас давсан хурдтай хөдөлж чаддаг болохыг тогтоожээ.
CERN-ээс Италийн Гран Сассогийн газар доорх лаборатори руу 732 км-ийн зайд илгээсэн нейтрино цацраг гэрлийн хурдаар аялж байснаасаа хэдэн тэрбум секундын өмнө хүрэх газраа хүрч ирсэн гэж мэдээлж байна.
Туршилтын мэдээлэл батлагдвал гэрлийн хурд секундэд 299,792,458 метр байдаг Эйнштейний харьцангуйн онол няцаагдах болно.
Эрдэмтдийн үзэж байгаагаар нейтрино туяа түүнээс 60 наносекундээр илүү гарсан нь энгийн бөөмс гэрлийн хурдаас илүү хурдан хөдөлж чадахгүй гэсэн постулаттай зөрчилдөж байна.
Лондонгийн Их Сургуулийн коллежийн физикийн профессор Рубен Сахакянтай хийсэн туршилтын үр дүнгийн талаар ВВС-ийн орос үйлчилгээ ярьжээ.
BBC: Та Гран Сассогийн лабораторид ажиллаж байсан бөгөөд Операгийн туршилтыг сайн мэддэг байх.
Рубен Сахакян: Би Гран Сассогийн лабораторийг 10 гаруй жилийн өмнө буюу Дуурийн барилгын ажил дөнгөж эхэлж байх үед орхисон. "Дуурь" бол нейтриногийн хэлбэлзэл, өөрөөр хэлбэл нэг төрлийн нейтрино нөгөөд хувирах гэх мэт үзэгдлийг хайж буй туршилт юм.
Нейтрино бол орчлон ертөнцийн барилгын материал гэж нэрлэгддэг үндсэн бөөмс юм. Тэд нэг төрлөөс нөгөөд шилжих зэрэг олон сонирхолтой шинж чанартай байдаг. "Дуурь" энэ асуудлыг судлах зорилготой юм.
Энэ үр дүн (нейтрино гэрлийн хурдаас илүү хурдан явдаг гэсэн мэдээлэл) тэдний хийсэн туршилтын үр дүн байв.
BBC: Эрдэмтдийн танилцуулсан үр дүн үнэмшилтэй байна уу?
R.S.: Нийтлэгдсэн үр дүн нь үнэмшилтэй харагдаж байна. Туршилтын шинжлэх ухаанд үр дүнд итгэх тоон хэмжүүр байдаг, өөрөөр хэлбэл таны хэмжилт хэмжилтийн алдаанаас дор хаяж 5 дахин их байх ёстой. Мөн тэднийх зургаа дахин их байна.
Нөгөөтэйгүүр, энэ бол нарийн төвөгтэй хэмжилт бөгөөд үүнд олон элемент байдаг бөгөөд үе шат бүрт алдаа гаргах олон арга байдаг. Тиймээс бид үүнийг эрүүл эргэлзээгээр хүлээн авах хэрэгтэй. Зохиогчийн итгэл үнэмшилд тэд үр дүнг тайлбарлахгүй, харин туршилтын явцад олж авсан өгөгдлийг зүгээр л зааж өгдөг.
BBC: Дэлхийн шинжлэх ухааны нийгэмлэг эдгээр мэдээлэлд хэрхэн хандсан бэ?
Р.С.: Дэлхийн хамтын нийгэмлэг эрүүл эргэлзэх, тэр байтугай консерватизмаар хариу үйлдэл үзүүлсэн. Эцсийн эцэст энэ бол популист мэдэгдэл биш ноцтой туршилт юм.
Хэрэв энэ мэдээлэл үнэн болох нь батлагдвал үр дагавар нь хэтэрхий ноцтой юм.
Дэлхий ертөнцийн талаарх бидний үндсэн санаа өөрчлөгдөнө. Одоо хүмүүс туршилтын системчилсэн алдаа, хамгийн чухал нь бие даасан туршилтын өгөгдлийг цаашид нийтлэхийг хүлээх болно.
BBC: Жишээ нь аль нь вэ?
R.S.: Энэ хэмжилтийг батлах Америкийн "Хасах" туршилт байдаг. Энэ нь Opera-той маш төстэй юм. Хурдасгагч нь нейтрино туяа үүсгэж, дараа нь 730 километрт илгээж, газар доорх лабораторид хэмждэг. Хэмжилтийн мөн чанар нь энгийн: та эх сурвалж болон детекторын хоорондох зайг мэддэг, хүрэх цагийг хэмжиж, хурдыг тодорхойлдог.
Чөтгөр нь нарийн ширийн зүйлд байдаг. "Хасах" нь дөрвөн жилийн өмнө ижил төстэй хэмжилт хийсэн боловч дараа нь тэдний хэмжсэн үнэ цэнэ, алдаа нь бие биетэйгээ харьцуулах боломжтой байв. Тэдний гол асуудал бол зайг нарийн тогтоож чадаагүй явдал байв.
Эх сурвалж ба детекторын хоорондох 730 километрийг туйлын нарийвчлалтайгаар хэмжихэд хэцүү байдаг бөгөөд Опера саяхан энэ зайг геодезийн аргаар 20 сантиметр хүртэл хэмжиж чадсан. "Хасах" нь үүнийг хийхийг оролдох бөгөөд дараа нь энэ туршилтын өгөгдлийг шалгах боломжтой болно.
BBC: Хэрэв туршилтын үр дүн батлагдвал дэлхийн талаарх уламжлалт үзэл санаанд хэрхэн нөлөөлөх вэ?
R.S.: Хэрэв энэ нь батлагдвал үр дүн нь ноцтой байх болно. Одоо биднийг хүрээлэн буй ертөнцийг бүхэлд нь шинжлэх ухааны үүднээс тайлбарладаг хоёр онол байдаг: бичил ертөнцийн квант онол ба Эйнштейний харьцангуйн онол.
Туршилтын үр дүн (нейтрино нь гэрлийн хурдаас давсан хурдтай хөдөлдөг) Эйнштейний харьцангуйн онолтой шууд зөрчилдөж, ямар ч лавлах цэг дээр гэрлийн хурд тогтмол байдаг бөгөөд гэрлийн хурдыг юу ч гүйцэж түрүүлэх боломжгүй гэж үздэг.
Маш олон хүний сэтгэлийг хөдөлгөм үр дагавар, ялангуяа цаг хугацаагаар аялах боломж (бөөмийн хувьд) бий.
Http://www.bbc.co.uk/russian/science/2011/09/110923_interview_expert_neutrino_discovery.shtml
0 0
Маш олон хэвлэл гарах болно, гэхдээ Эйнштейний харьцангуйн онолын зарчмуудыг 1905 оноос хойш физик ямар их урагшилсныг та төсөөлж ч чадахгүй байгаа тул 10 цагт хэлэлцэх нь утгагүй юм. Энэ бүхэнд огт санаанд оромгүй олон талууд байдаг бөгөөд хэрэв тэдгээрийг үл тоомсорловол мэдрэмжийг сорж авахад хялбар байдаг. Туршилтанд оролцогчид юу ч сороогүй бололтой, гэхдээ тэд өөрсдөө ч, эдгээр асуудлыг шийдэж буй эрдэмтэд ч чимээ шуугиан гаргадаггүй нь зөвхөн нэг онцлог шинж юм - тэд зүгээр л ийм ийм үр дүнг тэмдэглэж аваад одоо үүнийг шалгаж, няцаахыг санал болгож байна. эсвэл үүнийг батлах ба "баталгаа" гэдэг нь харьцангуйн онолыг засах ёстой гэсэн үг биш, учир нь одоо байгаа загварын нөхцөлд эдгээр өгөгдөлд олон янзын тайлбар байж болно.
Жишээлбэл, төсөөлөөд үз дээ - тодорхой бөөм нь маш хурдассан тул түүний хурд нь гэрлийн хурдтай бараг тэнцүү байна - маш ойрхон байна. Түүгээр ч барахгүй хэрэв координат нь хангалттай сул тодорхойгүй бол Гейзенбергийн тодорхойгүй байдлын зарчмын дагуу түүний хурдны тодорхойгүй байдал нь бөөмс гэрлийн хурдаас илүү хурдан хөдөлж байх магадлал тэгээс өөр байх болно. Энэ бол бүх зүйлийг эцсийн эцэст, одоо байгаа загварын хүрээнд төгс тайлбарладаг антиматерийн оршин тогтнох таамаглалыг дагаж мөрддөг алдартай парадокс юм.
За, Касимир вакуум гэх мэт новшийн зүйлийг санаарай - вакуум бол хоосон зүйл биш, энэ бол тоо томшгүй олон тооны виртуал бөөмсөөр дүүрэн орон зайн бүс нутаг юм. Байгаль хамгааллын хууль зөрчсөн үйлдлийг бүртгэхийн тулд тэдгээрийг илрүүлэхээс илүү хурдан төрж, устгадаг тул виртуал гэж нэрлэдэг. Гэсэн хэдий ч тодорхой сэтгэцийн туршилтуудын тусламжтайгаар виртуал бөөмсийг "түлхэх" боломжтой бөгөөд тэдгээр нь нурж унах боломжгүй болно. Нэмж дурдахад, хэрэв бид орон зайн бүсийн онцгой жижиг хэмжээг авбал түүний дотор зөвхөн нэг бөөмс гарч ирэх бөгөөд хоёр дахь нь "хана" -ын нөгөө талд байх болно. Касимир эффект нь туршилтаар аль хэдийн батлагдсан боловч сансрын ийм жижиг бүс нутагт туршилт явуулахад туйлын хэцүү байдаг тул судалгаа нь бараг өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна.
Харьцангуйн онолыг дэмжихэд хялбар тахионы онолыг би яриагүй байна (хэрэв энэ нь нейтриногийн нэг төрлөөс нөгөөд хувирах нууцлаг хувирал ба үүний боломжит үзэгдлийн тайлбарт нэмбэл). гэрлийн хурд хэтэрсэн үзэгдэл
Ерөнхийдөө харьцангуйн онолыг бүрэн бүтэн байлгах боломжгүй маш олон нарийн ширийн зүйл байдаг. Гэсэн хэдий ч зарим боломжит тайлбарууд нь физикийг урагшлуулж чадна.
0 0
Надад одоо болтол ойлгомжгүй байгаа зүйл: уншсан, харсан зүйлээс үзэхэд эрдэмтэд 700 км-ийн зайд нейтрино туяаг бичлэгийн төхөөрөмж дээр хөөргөсөн байна... Гэвч дэлхий секунд тутам үргэлжилсэн нейтриногоор цоолсон байдаг. материтай ямар нэгэн байдлаар харьцаж болохгүй. Энэ нь сансраас ирсэн биш харин бичигч дээр бичигдсэн "тэдний" нейтрино гэдгийг тэд хэрхэн тогтоосон бэ?
Нейтрино хурдыг шууд хэмжихэд зориулагдсан. Үр дүн нь гайхалтай сонсогдож байна: нейтрино хурд бага зэрэг байсан боловч статистикийн хувьд чухал юм! - гэрлийн хурдаас хурдан. Хамтын ажиллагааны баримт бичигт алдаа, тодорхойгүй байдлын янз бүрийн эх сурвалжийн дүн шинжилгээг багтаасан боловч физикчдийн дийлэнх олонхийн хариу үйлдэл нь маш эргэлзээтэй хэвээр байгаа бөгөөд энэ үр дүн нь нейтриногийн шинж чанарын талаархи бусад туршилтын өгөгдөлтэй нийцэхгүй байна.
|
Цагаан будаа. 1. |
Туршилтын дэлгэрэнгүй мэдээлэл
Туршилтын санаа (OPERA туршилтыг үзнэ үү) маш энгийн. Нейтрино туяа CERN-д төрж, дэлхий даяар Италийн Гран Сассо лабораторид нисч, тусгай OPERA нейтрино детектороор дамжин өнгөрдөг. Нейтрино нь бодистой маш сул харилцан үйлчилдэг боловч CERN-ээс гарах урсгал нь маш их байдаг тул зарим нейтрино детектор доторх атомуудтай мөргөлддөг хэвээр байна. Тэнд тэд цэнэглэгдсэн бөөмсийн каскадыг үүсгэж, улмаар детекторт дохиогоо үлдээдэг. CERN-ийн нейтрино нь тасралтгүй төрдөггүй, харин "тэсрэлтээр" төрдөг бөгөөд хэрэв бид нейтрино төрөх мөч, детекторт шингээх мөч, мөн хоёр лабораторийн хоорондох зайг мэддэг бол бид хурдыг тооцоолж чадна. нейтриногийн тухай.
Шулуун шугамын эх үүсвэр ба илрүүлэгчийн хоорондох зай нь ойролцоогоор 730 км бөгөөд 20 см-ийн нарийвчлалтайгаар хэмжигддэг (лавлах цэгүүдийн хоорондох яг зай нь 730,534.61 ± 0.20 метр). Нейтрино үүсэхэд хүргэдэг үйл явц нь тийм ч нарийвчлалтай нутагшаагүй нь үнэн. CERN-д өндөр энергитэй протоны туяа SPS хурдасгуураас ялгарч, бал чулууны объект руу унаж, мезон зэрэг хоёрдогч бөөмсийг үүсгэдэг. Тэд гэрлийн хурдтай урагшаа нисч, нейтрино ялгаруулж мюон болж задардаг. Мюонууд мөн ялзарч нэмэлт нейтрино үүсгэдэг. Дараа нь нейтринооос бусад бүх бөөмс нь бодисын зузаанд шингэж, илрүүлсэн газарт чөлөөтэй хүрдэг. Ерөнхий схемТуршилтын энэ хэсгийг Зураг дээр үзүүлэв. 1.
Нейтрино туяа үүсэхэд хүргэдэг бүхэл бүтэн каскад хэдэн зуун метр хүртэл сунах боломжтой. Гэсэн хэдий ч түүнээс хойш БүгдЭнэ бөөгнөрөл дэх бөөмсүүд гэрлийн ойролцоо хурдтайгаар урагш нисдэг бөгөөд энэ нь нейтрино тэр даруй эсвэл нэг километр аялсны дараа төрсөн эсэх нь бараг ялгаагүй; их үнэ цэнэ, яг өгөгдсөн нейтрино үүсэхэд хүргэсэн анхны протон хурдасгуураас ниссэн үед). Үүний үр дүнд үүссэн нейтрино нь ерөнхийдөө анхны протоны туяаны профайлыг давтдаг. Тиймээс энд гол үзүүлэлт бол хурдасгуураас ялгарах протоны цацрагийн цаг хугацааны профайл, ялангуяа түүний урд болон арын ирмэгүүдийн яг байрлал бөгөөд энэ профайлыг сайн хугацаанд хэмждэг. с m нарийвчлалтай (2-р зургийг үз).
Зорилтот руу протоны цацраг буулгах сесс бүрийг (англи хэлээр ийм сесс гэж нэрлэдэг асгарах, "тэсрэлт") нь ойролцоогоор 10 микросекунд үргэлжилдэг бөгөөд асар олон тооны нейтрино үүсэхэд хүргэдэг. Гэсэн хэдий ч тэд бараг бүгдээрээ дэлхийгээр (мөн илрүүлэгчээр) харилцан үйлчлэлгүйгээр нисдэг. Детектор нь нейтрино илрүүлдэг ховор тохиолдлуудад 10 микросекундын интервалд яг ямар мөчид ялгарсныг хэлэх боломжгүй юм. Шинжилгээг зөвхөн статистикийн аргаар хийж болно, өөрөөр хэлбэл нейтрино илрүүлэх олон тохиолдлыг хуримтлуулж, сесс бүрийн эхлэх цэгтэй харьцуулахад цаг хугацааны хувьд тэдгээрийн тархалтыг бий болгох боломжтой. Илрүүлэгчийн хувьд гэрлийн хурдаар хөдөлж, протоны цацрагийн урд ирмэгийн яг тэр мөчид ялгардаг ердийн дохио детекторт хүрэх мөчийг эхлэх цэг гэж үздэг. Хоёр лабораторид хэдэн наносекундын нарийвчлалтай цагийг синхрончлох замаар энэ мөчийг нарийн хэмжих боломжтой болсон.
Зураг дээр. Ийм хуваарилалтын жишээг Зураг 3-т үзүүлэв. Хар цэгүүд нь детектороор бүртгэгдэж, нэгтгэсэн бодит нейтрино өгөгдөл юм их тоосессүүд. Улаан муруй нь гэрлийн хурдаар дамжих ердийн "лавлагаа" дохиог харуулж байна. Өгөгдөл нь ойролцоогоор 1048.5 ns-ээс эхэлдэг болохыг харж болно эртлавлагаа дохио. Гэсэн хэдий ч энэ нь нейтрино нь гэрлээс нэг микросекундээр түрүүлж байна гэсэн үг биш, харин бүх кабелийн урт, төхөөрөмжийн хариу урвал, электрон саатлын хугацаа гэх мэтийг сайтар хэмжих шалтгаан болдог. Энэхүү дахин шалгалтыг хийсэн бөгөөд энэ нь "лавлагаа" эргүүлэх хүчийг 988 ns-ээр нөхөж байгаа нь тогтоогдсон. Ийнхүү нейтрино дохио нь лавлагаа дохиог гүйцэж түрүүлдэг боловч ердөө 60 нано секундээр гүйцэж түрүүлдэг. Нейтрино хурдны хувьд энэ нь гэрлийн хурдыг ойролцоогоор 0.0025%-иар хэтрүүлсэнтэй тохирч байна.
Энэхүү хэмжилтийн алдааг шинжилгээний зохиогчид статистик болон системчилсэн алдааг багтаасан 10 наносекунд гэж тооцсон. Тиймээс зохиогчид зургаан стандарт хазайлттай статистикийн найдвартай түвшинд хэт гэрэлтсэн нейтрино хөдөлгөөнийг "хардаг" гэж мэдэгджээ.
Зургаан стандарт хазайлтаар гарсан үр дүн болон хүлээлт хоёрын зөрүү нь нэлээд том бөгөөд бөөмийн физикт "нээлт" гэсэн том үг гэж нэрлэгддэг. Гэсэн хэдий ч, энэ тоог зөв ойлгох ёстой: энэ нь зөвхөн магадлал гэсэн үг юм статистикөгөгдлийн хэлбэлзэл нь маш бага боловч энэ нь өгөгдөл боловсруулах техник хэр найдвартай, физикчид багажийн бүх алдааг хэр сайн анхаарч үзсэнийг харуулдаггүй. Эцсийн эцэст, бөөмийн физикт ер бусын дохио нь маш том хэмжээтэй байдаг олон жишээ байдаг статистикийн найдвартай байдалбусад туршилтаар батлагдаагүй.
Superluminal нейтрино юутай зөрчилддөг вэ?
Түгээмэл итгэл үнэмшлээс ялгаатай нь харьцангуйн тусгай онол нь хэт гэрлийн хурдаар хөдөлж буй бөөмс оршин тогтнохыг хориглодоггүй. Гэсэн хэдий ч ийм бөөмсийн хувьд (тэдгээрийг ерөнхийдөө "тахион" гэж нэрлэдэг) гэрлийн хурд нь бас хязгаар юм, гэхдээ зөвхөн доороос нь тэд түүнээс удаан хөдөлж чадахгүй. Энэ тохиолдолд бөөмийн энергийн хурдаас хамаарал нь урвуу байна: энерги их байх тусам тахионуудын хурд гэрлийн хурдтай ойртоно.
Илүү их ноцтой асуудлуудквант талбайн онолоос эхэлнэ. Энэ онол нь квант механикийг орлох үед бид ярьж байнаөндөр энергитэй квант бөөмсийн тухай. Энэ онолын хувьд бөөмс нь цэг биш, харин харьцангуйгаар материаллаг талбайн бөөгнөрөл бөгөөд тэдгээрийг талбайгаас тусад нь авч үзэх боломжгүй юм. Тахионууд талбайн энергийг бууруулдаг бөгөөд энэ нь вакуумыг тогтворгүй болгодог гэсэн үг юм. Дараа нь хоосон орон зай нь эдгээр бөөмсүүдэд аяндаа задрах нь илүү ашигтай байдаг тул ердийн хоосон орон зайд нэг тахионы хөдөлгөөнийг авч үзэх нь утгагүй юм. Тахион нь бөөмс биш, харин вакуум тогтворгүй байдал гэж бид хэлж чадна.
Тахион-фермионуудын хувьд нөхцөл байдал арай илүү төвөгтэй боловч харьцангуйн ердийн онолыг багтаасан бие даасан тахион квант талбайн онолыг бий болгоход саад болж буй харьцуулж болохуйц хүндрэлүүд гарч ирдэг.
Гэсэн хэдий ч энэ нь онолын хувьд сүүлчийн үг биш юм. Туршилтанд оролцогчид хэмжиж болох бүх зүйлийг хэмждэгтэй адил онолчид мөн байгаа өгөгдөлтэй зөрчилдөхгүй бүх боломжит таамаглалын загваруудыг туршиж үздэг. Ялангуяа харьцангуйн онолын постулатаас бага зэрэг хараахан анзаарагдаагүй хазайлтыг зөвшөөрдөг онолууд байдаг - жишээлбэл, гэрлийн хурд нь өөрөө хувьсах утга байж болно. Ийм онолууд туршилтын шууд дэмжлэг хараахан гараагүй байгаа ч хараахан хаагдаагүй байна.
Онолын боломжуудын энэхүү товч тоймыг дараах байдлаар нэгтгэн дүгнэж болно: зарим онолын загварт хэт гэрэлтэх хөдөлгөөн боломжтой боловч тэдгээр нь зөвхөн таамаглалын бүтэц хэвээр үлддэг. Өнөөдөр байгаа бүх туршилтын өгөгдлийг хэт гэрлийн хөдөлгөөнгүйгээр стандарт онолоор тайлбарлав. Тиймээс, хэрэв энэ нь ядаж зарим бөөмсийн хувьд найдвартай батлагдсан бол, квант онолталбайнуудыг үндсээр нь өөрчлөх хэрэгтэй болно.
Энэ утгаараа ОПЕРА-ийн үр дүнг "анхны шинж тэмдэг" гэж үзэх ёстой юу? Одоохондоо үгүй. Магадгүй эргэлзэж буй хамгийн чухал шалтгаан нь ОПЕРА-ийн үр дүн нь нейтриногийн талаархи бусад туршилтын өгөгдөлтэй нийцэхгүй байгаа явдал юм.
Нэгдүгээрт, алдарт суперновагийн SN1987A дэлбэрэлтийн үеэр гэрлийн импульсээс хэдэн цагийн өмнө ирсэн нейтрино мөн бүртгэгдсэн байна. Энэ нь нейтрино гэрлээс хурдан хөдөлж байсан гэсэн үг биш, харин суперновагийн цөм нурах үед нейтрино нь гэрлээс илүү эрт ялгардаг болохыг харуулж байна. Гэтэл нейтрино, гэрэл хоёр 170 мянган жил аялсны эцэст хэдхэн цаг гаруй зөрөөгүй учир хурд нь маш ойрхон, тэрбумын нэгээс илүүгүй зөрүүтэй гэсэн үг. OPERA туршилт нь хэдэн мянга дахин их зөрүүг харуулж байна.
Энд мэдээжийн хэрэг, суперновагийн дэлбэрэлтийн үеэр үүссэн нейтрино ба CERN-ийн нейтрино нь эрчим хүчний хувьд маш их ялгаатай (хэт шинэ гаригт хэдэн арван МэВ, тайлбарласан туршилтанд 10-40 ГэВ), нейтриногийн хурд нь энергиээс хамаарч өөр өөр байдаг гэж хэлж болно. . Гэхдээ энэ бол өөрчлөлт юм энэ тохиолдолд"буруу" чиглэлд ажилладаг: эцэст нь тахионуудын энерги өндөр байх тусам хурд нь гэрлийн хурдтай ойр байх ёстой. Мэдээжийн хэрэг, энд ч гэсэн бид энэ хамаарал нь огт өөр байх байсан тахионы онолын ямар нэгэн өөрчлөлтийг гаргаж ирж болно, гэхдээ энэ тохиолдолд бид "давхар таамаглал" загварыг хэлэлцэх шаардлагатай болно.
Цаашилбал, сүүлийн жилүүдэд олж авсан нейтрино хэлбэлзлийн талаархи олон тооны туршилтын өгөгдлүүдээс үзэхэд бүх нейтриногийн масс нь бие биенээсээ зөвхөн электронвольтийн фракцаар ялгаатай болохыг харуулж байна. Хэрэв ОПЕРА-ийн үр дүнг нейтриногийн хэт гэрэлтэх хөдөлгөөний илрэл гэж үзвэл дор хаяж нэг нейтриногийн массын квадрат утга нь -(100 МэВ) 2 (сөрөг квадрат масс нь математикийн илэрхийлэл юм) байх болно. бөөмсийг тахион гэж үздэг нь). Дараа нь бид үүнийг хүлээн зөвшөөрөх ёстой БүгдНейтриногийн төрлүүд нь тахионууд бөгөөд ойролцоогоор ижил масстай байдаг. Нөгөө талаас, шууд хэмжилтТритиумын цөмийн бета задрал дахь нейтрино масс (үнэмлэхүй утгаараа) 2 электронволтоос хэтрэхгүй байх ёстойг харуулж байна. Өөрөөр хэлбэл, энэ бүх өгөгдлийг өөр хоорондоо нэгтгэх боломжгүй болно.
Үүнээс дараах дүгнэлтийг хийж болно: OPERA-ийн хамтын ажиллагааны зарласан үр дүн нь ямар ч, тэр ч байтугай хамгийн чамин онолын загварт багтахад хэцүү байдаг.
Дараа нь яах вэ?
Бөөмийн физикийн бүхий л томоохон хамтын ажиллагааны хувьд тодорхой дүн шинжилгээ бүрийг оролцогчдын цөөн хэсэг хийх нь ердийн практик бөгөөд зөвхөн дараа нь үр дүнг ерөнхий хэлэлцүүлэгт танилцуулдаг. Энэ тохиолдолд энэ үе шат хэтэрхий богино байсан бололтой, үүний үр дүнд хамтын ажиллагааны бүх оролцогчид нийтлэлд гарын үсэг зурахыг зөвшөөрөөгүй (бүтэн жагсаалтад туршилтын 216 оролцогч орсон боловч урьдчилсан хэвлэлд ердөө 174 зохиогч байна). Тиймээс ойрын хугацаанд хамтын ажиллагааны хүрээнд олон нэмэлт шалгалтууд хийгдэх бөгөөд үүний дараа л нийтлэлийг хэвлүүлэхээр илгээх бололтой.
Мэдээжийн хэрэг, бид одоо энэ үр дүнгийн янз бүрийн чамин тайлбар бүхий онолын баримт бичгийн урсгалыг хүлээж болно. Гэсэн хэдий ч, заасан үр дүнг найдвартай давхар шалгах хүртэл үүнийг бүрэн нээлт гэж үзэх боломжгүй юм.
Физикчид гэрлийн бөөмс (фотон) нь 1 их наяд орчим жил амьдрах чадвартай болохыг олж мэдсэн бөгөөд задралын дараа тэд гэрлээс хурдан тархах маш хөнгөн бөөмсийг ялгаруулдаг! Цаг хугацаа өнгөрөхөд олон тоосонцор байгалийн задралд өртдөг. Жишээлбэл, тогтворгүй цацраг идэвхт атомууд хэзээ нэгэн цагт жижиг хэсгүүдэд задарч, энерги ялгаруулдаг.
Саяхан эрдэмтэд фотоныг массгүй гэж үздэг байсан тул задрахгүй гэдэгт итгэлтэй байв. Гэсэн хэдий ч эрдэмтэд фотонууд нь маш жижиг хэмжээтэй тул орчин үеийн багаж хэрэгслийг ашиглан хэмжих боломжгүй гэж үзэж байна.
Фотоны массын одоогийн дээд хязгаар нь маш бага бөгөөд энэ нь протоны массын нэг тэрбум, тэрбум, тэрбумаас бага юм. Энэ үзүүлэлт дээр үндэслэн эрдэмтэд үзэгдэх спектрийн фотон 1 их наяд орчим жил амьдрах боломжтой гэж тооцоолжээ. Гэсэн хэдий ч энэ нь маш урт наслалт нь бүх фотонд хамаарахгүй бөгөөд үүнийг дунджаар тооцдог. Зарим фотонуудын амьдрал маш богино байх магадлалтай. Үүний үр дүнд гарч ирсэн манай орчлон ертөнц Big Bang, одоогоор ойролцоогоор 13.7 тэрбум жилийн настай. Мөн үргэлжилж байна шинжлэх ухааны төслүүдЭдгээр нь зөвхөн Их тэсрэлтийн дараах гэрэлтэлтийг хэмжихэд зориулагдсан төдийгүй фотоны задралын анхны шинж тэмдгийг илрүүлэх зорилготой юм.
Хэрэв фотон эвдэрсэн бол ялзралын үр дүнд илүү хөнгөн тоосонцор ялгарах ёстой бөгөөд энэ нь манай орчлонд гэрлийн хурдаас илүү хурдан явах чадвартай байдаг. Эдгээр хий үзэгдэлтэй бөөмс (нейтрино) нь энгийн бодистой маш ховор харьцдаг. Нейтриногийн тоо томшгүй олон урсгал нь зөвхөн сансар огторгуй, одод, биетүүдээр төдийгүй дэлхий дээр амьдарч буй хүн бүрээр дамжин бидний бие махбодид нөлөөлөхгүйгээр секундын фракц тутамд хурдасдаг.
Фотон бүр задрахад хоёр гэрлийн нейтрино ялгардаг бөгөөд тэдгээр нь гэрлээс хөнгөн тул фотонуудаас хурдан тархдаг. Нейтрино-г нээсэн нь гэрлээс илүү хурдан хөдөлж чадахгүй гэсэн Эйнштейний харьцангуйн хуулийг зөрчсөн мэт боловч фотон массгүй гэсэн онол дээр үндэслэсэн учраас тийм биш юм. Ямар ч бөөмс массгүй бөөмсөөс хурдан хөдөлж чадахгүй гэж онол хэлдэг.
Үүнээс гадна Эйнштейний харьцангуйн онол нь цаг хугацааны гажуудсан орон зайд бөөмс маш хурдан хөдөлдөг болохыг харуулж байна. Өөрөөр хэлбэл, хэрэв тэд ухамсартай байсан бол эргэн тойронд болж буй бүх зүйл маш "удаан хөдөлгөөн" горимд байгаа мэт сэтгэгдэл төрүүлэх болно. Энэ нь бидний цаг хугацааны орон зайд фотонууд ойролцоогоор 1 их наяд жил амьдрах ёстой, харин тэдний цаг хугацааны урсгалд ердөө гурван жил орчим амьдрах ёстой гэсэн үг юм.
Сергей Василенков
2011 оны есдүгээр сард физикч Антонио Эредитато дэлхийг цочирдуулсан. Түүний мэдэгдэл орчлон ертөнцийн талаарх бидний ойлголтод хувьсгал хийж магадгүй юм. ОПЕРА төслийн 160 эрдэмтний цуглуулсан мэдээлэл үнэн зөв байсан бол гайхалтай зүйл ажиглагдсан. Бөөмүүд - энэ тохиолдолд нейтрино нь гэрлээс илүү хурдан хөдөлдөг. Эйнштейний харьцангуйн онолоор бол энэ нь боломжгүй зүйл юм. Ийм ажиглалтын үр дагавар нь үнэхээр гайхалтай байх болно. Физикийн үндэс суурийг дахин авч үзэх шаардлагатай байж магадгүй юм.
Хэдийгээр Эредитато түүнийг болон түүний багийнхан үр дүндээ "маш итгэлтэй" гэж хэлсэн ч өгөгдөл нь бүрэн үнэн зөв гэж хэлээгүй. Үүний оронд тэд юу болж байгааг олж мэдэхэд нь туслахыг бусад эрдэмтдээс хүсэв.
Эцэст нь ОПЕРА-гийн үр дүн буруу гарсан нь тогтоогдсон. Кабель муу холбосны улмаас синхрончлолд асуудал үүсч, GPS-ийн хиймэл дагуулын дохио буруу гарсан. Дохио санаанд оромгүй саатал гарлаа. Үүний үр дүнд нейтрино тодорхой зайд явахад зарцуулсан хугацааг хэмжсэнээр нэмэлт 73 наносекунд байгааг харуулсан: нейтрино гэрлээс хурдан хөдөлж байгаа юм шиг санагдсан.
Туршилт эхлэхээс өмнө хэдэн сарын турш сайтар шалгаж, дараа нь өгөгдлийг дахин шалгасан ч эрдэмтэд ноцтой алдаа гаргасан байна. Бөөмийн хурдасгуурын хэт нарийн түвэгтэй байдлаас болж ийм алдаа байнга гардаг гэсэн олон хүмүүсийн тайлбарыг үл харгалзан Эредитато огцорчээ.
Ямар нэг зүйл гэрлээс хурдан хөдөлж чадна гэсэн санал яагаад ийм шуугиан тарьсан бэ? Энэ саадыг юу ч даван туулж чадахгүй гэдэгт бид хэр итгэлтэй байна вэ?
Эхлээд эдгээр асуултын хоёр дахь асуултыг харцгаая. Вакуум дахь гэрлийн хурд нь секундэд 299,792,458 километр бөгөөд энэ нь тав тухтай байдлыг хангах үүднээс секундэд 300,000 километр болж дугуйрсан байна. Энэ нь нэлээд хурдан юм. Нар дэлхийгээс 150 сая километрийн зайд оршдог бөгөөд түүний гэрэл ердөө найман минут хорин секундын дотор дэлхийд хүрдэг.
Гэрэлтэй уралдахад бидний бүтээл өрсөлдөж чадах уу? Хүний гараар бүтээгдсэн хамгийн хурдан биетүүдийн нэг болох "New Horizons" сансрын аппарат 2015 оны долдугаар сард Плутон, Харон хоёрын хажуугаар өнгөрчээ. Дэлхийтэй харьцуулахад хурд нь 16 км/с хүрчээ. 300,000 км/с-ээс хамаагүй бага.
Гэсэн хэдий ч бидэнд маш хурдан хөдөлж буй жижиг хэсгүүд байсан. 1960-аад оны эхээр Уильям Бертозци Массачусетс мужид Технологийн дээд сургуульэлектронуудыг бүр ч өндөр хурдаар хурдасгах туршилт хийсэн.
Электронууд сөрөг цэнэгтэй байдаг тул тэдгээрийг ижил сөрөг цэнэгийг материалд хэрэглэснээр хурдасгаж, илүү нарийвчлалтайгаар түлхэж болно. Илүү их энерги хэрэглэх тусам электронууд илүү хурдан хурдасдаг.
300,000 км/с хурдлахын тулд зарцуулсан энергийг нэмэгдүүлэх хэрэгтэй гэж хэн нэгэн бодох болно. Гэхдээ электронууд тийм хурдан хөдөлж чадахгүй нь тодорхой болсон. Бертозцигийн туршилтууд нь илүү их энерги ашиглах нь электронуудын хурдыг шууд пропорциональ нэмэгдүүлэхэд хүргэдэггүй болохыг харуулсан.
Үүний оронд электронуудын хурдыг бага зэрэг өөрчлөхийн тулд асар их хэмжээний нэмэлт энерги зарцуулах шаардлагатай байв. Тэр гэрлийн хурд руу улам бүр ойртож ирсэн боловч хэзээ ч хүрч чадаагүй.
Таны одоогийн байрлалаас хаалга хүртэлх зайны хагасыг хамарсан жижиг алхмаар хаалга руу явж байна гэж төсөөлөөд үз дээ. Хатуухан хэлэхэд та хэзээ ч хаалганд хүрэхгүй, учир нь алхам бүрийн дараа танд туулах зай хэвээр байх болно. Бертозци электронтойгоо харьцахдаа ойролцоогоор ижил асуудалтай тулгарсан.
Гэхдээ гэрэл нь фотон хэмээх бөөмсөөс тогтдог. Яагаад эдгээр бөөмс гэрлийн хурдаар хөдөлж чаддаг ч электронууд чадахгүй вэ?
Австралийн Мельбурн их сургуулийн физикч Рожер Рассул хэлэхдээ "Объектууд илүү хурдан, хурдан хөдөлж, тэд улам хүнд болдог - тэд улам хүндрэх тусам хурдасгахад хэцүү байдаг тул та гэрлийн хурдад хэзээ ч хүрэхгүй" гэж хэлжээ. “Фотонд масс байдаггүй. Хэрэв масстай байсан бол гэрлийн хурдаар хөдөлж чадахгүй."
Фотонууд нь онцгой шинж чанартай байдаг. Тэд зөвхөн массгүй байдаг бөгөөд энэ нь орон зайн вакуум дахь хөдөлгөөний бүрэн эрх чөлөөг хангадаг төдийгүй хурдасгах шаардлагагүй юм. Тэдэнд байгаа байгалийн энерги нь тэдэнтэй адил долгионоор хөдөлдөг тул тэдгээрийг бүтээхдээ аль хэдийн хамгийн дээд хурдтай байдаг. Зарим талаараа гэрлийг бөөмсийн урсгал гэхээсээ илүү энерги гэж үзэх нь илүү хялбар байдаг ч үнэн хэрэгтээ гэрэл хоёулаа байдаг.
Гэсэн хэдий ч гэрэл бидний бодож байснаас хамаагүй удаан тархдаг. Хэдийгээр интернетийн технологичид шилэн кабелийн "гэрлийн хурд"-аар ажилладаг харилцаа холбооны талаар ярих дуртай ч шилэн шилэн кабельд гэрэл вакуумтай харьцуулахад 40% удаан тархдаг.
Бодит байдал дээр фотонууд 300,000 км/с хурдтай явдаг боловч гэрлийн гол долгион дамжин өнгөрөх үед шилэн атомаас ялгарах бусад фотонуудаас үүсэх тодорхой хэмжээний интерференцтэй тулгардаг. Үүнийг ойлгоход амаргүй байж болох ч бид ядаж оролдсон.
Үүнтэй адилаар бие даасан фотонуудтай хийсэн тусгай туршилтуудын хүрээнд тэдгээрийг маш гайхалтай удаашруулах боломжтой байв. Гэхдээ ихэнх тохиолдолд 300,000 нь зөв байх болно, бид ийм хурдан эсвэл бүр хурдан хөдөлж чадах зүйлийг хараагүй эсвэл бүтээгээгүй. Тусгай цэгүүд байдаг, гэхдээ бид тэдгээрийг хөндөхөөсөө өмнө өөр асуултынхаа талаар ярилцъя. Гэрлийн хурдны дүрмийг чанд мөрдөх нь яагаад ийм чухал вэ?
Хариулт нь физикт ихэвчлэн тохиолддог шиг нэртэй хүнтэй холбоотой байдаг. Түүний харьцангуйн тусгай онол нь түүний бүх нийтийн хурдны хязгаарын олон үр дагаврыг судалдаг. Онолын хамгийн чухал элементүүдийн нэг бол гэрлийн хурд тогтмол гэсэн санаа юм. Та хаана ч байсан, хэр хурдан хөдөлж байгаагаас үл хамааран гэрэл үргэлж ижил хурдтайгаар хөдөлдөг.
Гэхдээ энэ нь хэд хэдэн үзэл баримтлалын асуудал үүсгэдэг.
Хөдөлгөөнгүй сансрын хөлгийн тааз дээрх толь руу гар чийдэнгээс унадаг гэрлийг төсөөлөөд үз дээ. Гэрэл дээшилж, толинд тусч, хөлгийн шалан дээр унана. Тэр 10 метрийн зайг туулдаг гэж бодъё.
Одоо энэ сансрын хөлөг секундэд олон мянган километрийн асар хурдтай хөдөлж эхэлдэг гэж төсөөлөөд үз дээ. Гар чийдэнг асаахад гэрэл өмнөх шигээ ажиллана: дээшээ гэрэлтэж, толинд тусч, шалан дээр тусна. Гэхдээ үүнийг хийхийн тулд гэрэл босоо биш харин диагональ зайг туулах шаардлагатай болно. Эцсийн эцэст, толь одоо хурдан хөдөлж байна сансрын хөлөг.
Үүний дагуу гэрлийн аялах зай нэмэгддэг. 5 метр гэж хэлье. Энэ нь 10 биш, нийтдээ 15 метр болж хувирдаг.
Гэсэн хэдий ч, хэдийгээр зай ихэссэн ч Эйнштейний онолууд гэрэл ижил хурдтайгаар тархах болно гэж баталдаг. Хурд нь зайг цаг хугацаагаар хуваадаг тул хурд нь ижил хэвээр, зай нэмэгдэх тул цаг хугацаа ч нэмэгдэх ёстой. Тийм ээ, цаг хугацаа өөрөө сунгах ёстой. Хэдийгээр энэ нь хачирхалтай сонсогдож байгаа ч туршилтаар батлагдсан.
Энэ үзэгдлийг цаг хугацааны тэлэлт гэж нэрлэдэг. Хөдөлгөөнгүй хүмүүстэй харьцуулахад хурдтай тээврийн хэрэгслээр зорчиж буй хүмүүсийн хувьд цаг хугацаа удааширдаг.
Жишээ нь, цаг хугацаа өнгөрч байнаОлон улсын сансрын нисгэгчдийн хувьд 0.007 секундээр удаашралтай байна сансрын станц, энэ нь дэлхий дээрх хүмүүстэй харьцуулахад 7.66 км/с хурдтай хөдөлдөг. Бүр илүү сонирхолтой нь дээр дурдсан электронууд шиг гэрлийн хурдтай ойртож чаддаг бөөмсийн нөхцөл байдал юм. Эдгээр хэсгүүдийн хувьд удаашрах зэрэг нь асар их байх болно.
Их Британийн Оксфордын их сургуулийн туршилтын физикч Стивен Колтхаммер мюон хэмээх бөөмсийн жишээг онцолж байна.
Мюонууд тогтворгүй байдаг: тэд энгийн бөөмс болж хурдан задардаг. Маш хурдан болохоор нарнаас гарч буй ихэнх мюонууд дэлхийд хүрэхдээ задрах ёстой. Гэвч бодит байдал дээр мюонууд нарнаас дэлхий дээр асар их хэмжээгээр ирдэг. Физикчид яагаад гэдгийг ойлгохыг удаан оролдсон.
"Энэ нууцын хариулт нь мюонууд гэрлийн хурдтай ойролцоо эрчим хүчээр үүсдэг" гэж Колтхаммер хэлэв. "Тэдний цаг хугацааны мэдрэмж, өөрөөр хэлбэл дотоод цаг нь удаан байдаг."
Бодит, байгалийн цагийн эргэлтийн ачаар муонууд бидний төсөөлж байснаас илүү удаан "амьд үлдэнэ". Объектууд бусад объекттой харьцуулахад хурдан хөдлөхөд тэдгээрийн урт нь мөн багасч, агшиж байдаг. Эдгээр үр дагавар, цаг хугацааны тэлэлт, уртын бууралт нь масстай зүйлсийн хөдөлгөөнөөс хамааран сансар цаг хэрхэн өөрчлөгддөг жишээ юм: би, та эсвэл сансрын хөлөг.
Хамгийн чухал нь Эйнштейний хэлсэнчлэн гэрэлд ямар ч масс байхгүй учраас нөлөөлдөггүй. Тийм ч учраас эдгээр зарчмууд хоорондоо уялдаа холбоотой байдаг. Хэрвээ юмс гэрлээс хурдан хөдөлж чадвал орчлон ертөнц хэрхэн ажилладагийг тодорхойлсон үндсэн хуулиудад захирагдах байсан. Эдгээр нь гол зарчим юм. Одоо бид хэд хэдэн үл хамаарах зүйл, үл хамаарах зүйлийн талаар ярьж болно.
Нэг талаас, бид гэрлээс илүү хурдан хөдөлдөг зүйлийг хараагүй ч энэ нь маш тодорхой нөхцөлд энэ хурдны хязгаарыг онолын хувьд даван туулах боломжгүй гэсэн үг биш юм. Жишээлбэл, Орчлон ертөнцийн тэлэлтийг авч үзье. Орчлон ертөнц дэх галактикууд гэрлийн хурдаас хамаагүй их хурдтайгаар бие биенээсээ холдож байна.
Өөр нэг сонирхолтой нөхцөл байдал нь бие биенээсээ хэр хол байсан ч ижил шинж чанарыг нэгэн зэрэг хуваалцдаг бөөмстэй холбоотой юм. Энэ бол " квант орооцолдол" Фотон нь дээш доош эргэлдэж, хоёр боломжит төлөвөөс санамсаргүй байдлаар сонгох боловч өөр фотонд орооцолдсон тохиолдолд эргэх чиглэлийн сонголт нь өөр фотонд үнэн зөв тусгагдана.
Тус бүр өөрийн фотоныг судалж буй хоёр эрдэмтэн гэрлийн хурднаас ч илүү хурдан ижил үр дүнд нэгэн зэрэг хүрнэ.
Гэсэн хэдий ч эдгээр хоёр жишээн дээр хоёр объектын хооронд гэрлийн хурдаас илүү хурдан мэдээлэл тархдаггүй гэдгийг анхаарах нь чухал юм. Бид орчлон ертөнцийн тэлэлтийг тооцоолж болох боловч доторх объектуудыг гэрлээс хурдан ажиглаж чадахгүй: тэд харагдахаас алга болсон.
Фотонтой хоёр эрдэмтний хувьд хэдийгээр нэгэн зэрэг нэг үр дүнд хүрч чадсан ч гэрэл тэдний хооронд тархахаас илүү хурдан бие биедээ мэдэгдэж чадахгүй байв.
"Энэ нь бидэнд ямар ч асуудал үүсгэхгүй, учир нь та гэрлээс илүү хурдан дохио илгээж чадвал мэдээлэл ямар нэгэн байдлаар цаг хугацааны хувьд буцаж болох хачирхалтай парадокс үүсэх болно" гэж Колтхаммер хэлэв.
Өөр бий боломжтой аргаГэрлээс хурдан аялах техникийн боломжтой болгох: орон зай-цаг хугацааны хагарал нь аялагчийг ердийн аяллын дүрмээс зайлсхийх боломжийг олгоно.
Техасын Бэйлорын их сургуулийн Жералд Кливер хэзээ нэгэн цагт бид гэрлээс хурдан нисдэг сансрын хөлөг бүтээж чадна гэж үзэж байна. Энэ нь өтний нүхээр хөдөлж байна. Өтний нүх нь Эйншейн онолд бүрэн нийцсэн орон зай-цаг хугацааны гогцоо юм. Тэд сансрын нисгэгчдэд сансрын цаг хугацааны гажигаар орчлон ертөнцийн нэг захаас нөгөө зах руу үсрэх боломжийг олгож болох юм.
Хорхойн нүхээр дамжин өнгөрөх биет гэрлийн хурдаас хэтрэхгүй, харин онолын хувьд "хэвийн" замаар явдаг гэрлээс илүү хурдан хүрэх газартаа хүрч чадна. Гэхдээ өтний нүхэнд бүрэн нэвтрэх боломжгүй байж болно сансрын аялал. Өөр хэн нэгэнтэй харьцуулахад 300,000 км/с-ээс илүү хурдтай хөдөлгөхийн тулд орон зайг идэвхтэй эргүүлэх өөр арга байж болох уу?
Клевер мөн 1994 онд "Алкубьер хөдөлгүүр"-ийн санааг судалжээ. Энэ нь сансрын цаг хугацаа сансрын хөлгийн өмнө агшиж, урагш түлхэж, араас нь тэлэх, мөн урагш түлхэх нөхцөл байдлыг дүрсэлдэг. "Гэхдээ" гэж Кливер хэлэв, "Үүнийг хэрхэн хийх, хэр их энерги шаардагдах вэ гэсэн асуудал гарч ирэв."
2008 онд тэрээр аспирант Ричард Обузигийн хамт хэр их эрчим хүч шаардагдахыг тооцоолсон.
"Бид 10м х 10м х 10м - 1000 шоо метр хөлөг онгоцыг төсөөлж, үйл явцыг эхлүүлэхэд шаардагдах эрчим хүчний хэмжээ нь Бархасбадь гаригийн бүх масстай тэнцэнэ гэж тооцоолсон."
Үүний дараа процесс дуусахгүйн тулд эрчим хүчийг байнга "нэмэх" ёстой. Энэ нь хэзээ нэгэн цагт боломжтой болох эсэх, шаардлагатай технологи нь ямар байхыг хэн ч мэдэхгүй. "Би хэзээ ч болохгүй зүйлийг зөгнөсөн юм шиг олон зууны турш эш татахыг хүсэхгүй байна" гэж Кливер хэлэв, "гэхдээ би ямар ч шийдлийг хараахан олж харахгүй байна."
Тиймээс гэрлийн хурдаас илүү хурдан аялах нь шинжлэх ухааны уран зөгнөл хэвээр байна. Одоохондоо цорын ганц арга зам бол гүн түдгэлзүүлсэн хөдөлгөөнт дүрслэлд орох явдал юм. Гэсэн хэдий ч бүх зүйл тийм ч муу биш юм. Бид ихэнхдээ харагдах гэрлийн тухай ярьдаг байсан. Гэвч бодит байдал дээр гэрэл нь үүнээс хамаагүй илүү юм. Радио долгион, богино долгионоос эхлээд үзэгдэх гэрэл, хэт ягаан туяа, атомын задралын явцад ялгардаг рентген болон гамма туяа зэрэг эдгээр сайхан туяа бүгд нэг зүйлээс бүтсэн: фотон.
Ялгаа нь энерги, тиймээс долгионы урт юм. Эдгээр цацрагууд хамтдаа цахилгаан соронзон спектрийг бүрдүүлдэг. Жишээлбэл, радио долгион нь гэрлийн хурдаар тархдаг нь харилцаа холбоонд маш их хэрэгтэй байдаг.
Колтхаммер судалгаандаа фотоныг ашиглан хэлхээний нэг хэсгээс нөгөө хэсэгт дохио дамжуулах хэлхээг бүтээдэг тул гэрлийн гайхалтай хурдны ашиг тусын талаар тайлбарлах чадвартай.
"Бид интернетийн дэд бүтцийг, тухайлбал, радиогийн дэд бүтцийг гэрэлд тулгуурлан бүтээсэн нь үүнийг дамжуулахад хялбар байгаатай холбоотой" гэж тэр тэмдэглэв. Мөн тэрээр гэрэл нь орчлон ертөнцийн харилцааны хүчний үүрэг гүйцэтгэдэг гэж нэмж хэлэв. Электронууд орох үед гар утасчичирч эхлэхэд фотонууд нисч, нөгөө гар утасны электронууд ч сэгсэрнэ. Утасны дуудлага ингэж төрдөг. Нар дахь электронуудын чичиргээ нь мөн фотоныг ялгаруулдаг асар их хэмжээ- энэ нь мэдээжийн хэрэг гэрлийг бүрдүүлдэг бөгөөд энэ нь дэлхий дээр амьдрал, дулаан, гэрэл өгдөг.
Гэрэл бол орчлон ертөнцийн бүх нийтийн хэл юм. Түүний хурд - 299,792.458 км/с - тогтмол хэвээр байна. Үүний зэрэгцээ орон зай, цаг хугацаа нь уян хатан байдаг. Хэрхэн гэрлээс илүү хурдан хөдлөх тухай биш, харин энэ орон зай, энэ цаг үед хэрхэн хурдан шилжих талаар бодох хэрэгтэй болов уу? Үндэс рүүгээ явах уу?
FTL аялал бол сансрын шинжлэх ухааны уран зөгнөлийн үндэс суурь юм. Гэсэн хэдий ч хүн бүр, тэр байтугай физикээс хол хүмүүс ч гэсэн дээд тал нь гэдгийг мэддэг байх боломжит хурдМатериаллаг объектуудын хөдөлгөөн эсвэл аливаа дохионы тархалт нь вакуум дахь гэрлийн хурд юм. Энэ нь c үсгээр тэмдэглэгдсэн бөгөөд секундэд бараг 300 мянган км хурдтай байдаг; нарийн утга c = 299,792,458 м/с.
Вакуум дахь гэрлийн хурд нь үндсэн физик тогтмолуудын нэг юм. c-ээс давсан хурдад хүрэх боломжгүй нь Эйнштейний харьцангуйн тусгай онолоос (STR) гардаг. Хэрэв хэт гэрлийн хурдаар дохио дамжуулах боломжтой гэдгийг баталж чадвал харьцангуйн онол унана. С-ээс дээш хурдтай байхыг хориглохыг олон удаа оролдсон ч өнөөг хүртэл ийм зүйл болоогүй байна. Гэсэн хэдий ч сүүлийн үеийн туршилтын судалгаанууд зарим нэг зүйлийг илрүүлсэн сонирхолтой үзэгдлүүдЭнэ нь тусгайлан бүтээсэн нөхцөлд хэт гэрлийн хурдыг ажиглах боломжтой бөгөөд харьцангуйн онолын зарчмууд зөрчигдөхгүй байгааг харуулж байна.
Эхлэхийн тулд гэрлийн хурдтай холбоотой гол асуудлуудыг эргэн санацгаая.
Юуны өмнө: яагаад (хэвийн нөхцөлд) гэрлийн хязгаараас хэтрэх боломжгүй вэ? Учир нь тэр үед манай ертөнцийн үндсэн хууль - учир шалтгааны хууль зөрчигддөг бөгөөд үүний дагуу үр дагавар нь шалтгаанаас түрүүлж чадахгүй. Жишээлбэл, баавгай эхлээд унаж үхэж, дараа нь анчин буудсаныг хэн ч ажиглаж байгаагүй. c-ээс дээш хурдтай үед үйл явдлын дараалал урвуу болж, цагийн соронзон хальсыг буцааж эргүүлнэ. Үүнийг дараах энгийн үндэслэлээр батлахад хялбар байдаг.
Бид ямар нэгэн сансрын гайхамшигт хөлөг онгоцон дээр гэрлээс хурдан хөдөлж байна гэж бодъё. Дараа нь бид эрт ба эрт үед эх үүсвэрээс ялгарах гэрлийг аажмаар гүйцэх болно. Эхлээд бид өчигдөр, дараа нь өчигдөр, дараа нь долоо хоног, сар, жилийн өмнөх гэх мэт ялгарсан фотонуудыг гүйцэх болно. Хэрэв гэрлийн эх үүсвэр нь амьдралыг тусгадаг толь байсан бол бид эхлээд өчигдрийн, дараа нь өмнөх өдөр гэх мэт үйл явдлуудыг харах болно. Аажмаар дунд эргэм насны эр болж, дараа нь залуу, залуу, хүүхэд болж хувирдаг өвгөнийг бид харж байсан ... Өөрөөр хэлбэл, цаг хугацаа буцаж, бид одоогоос шилжих болно. өнгөрсөн. Шалтгаан, үр дагавар нь дараа нь байраа солих болно.
Хэдийгээр энэхүү хэлэлцүүлэг нь гэрлийг ажиглах үйл явцын техникийн нарийн ширийн зүйлийг үл тоомсорлож байгаа ч үндсэн үүднээс авч үзвэл хэт гэрэлтэх хурдтай хөдөлгөөн нь манай ертөнцөд боломжгүй нөхцөл байдалд хүргэдэг гэдгийг тодорхой харуулж байна. Гэсэн хэдий ч байгаль нь бүр ч хатуу нөхцөлийг тавьсан: зөвхөн хэт гэрэлтэх хурдаар хөдөлгөөн хийх боломжгүй, бас гэрлийн хурдтай тэнцэх хурдтай - зөвхөн түүнд ойртож болно. Харьцангуйн онолоос үзэхэд хөдөлгөөний хурд нэмэгдэхэд гурван нөхцөл байдал үүсдэг: хөдөлж буй объектын масс нэмэгдэж, хөдөлгөөний чиглэлд түүний хэмжээ буурч, энэ объект дээрх цаг хугацааны урсгал удааширдаг (цэгээс эхлэн). гадны "амарч буй" ажиглагчийн үзэл бодол). Энгийн хурдтай үед эдгээр өөрчлөлтүүд үл тоомсорлодог боловч гэрлийн хурд руу ойртох тусам улам бүр мэдэгдэхүйц болж, хязгаарт - c-тэй тэнцүү хурдтайгаар - масс нь хязгааргүй том болж, объект чиглэлийн хэмжээсийг бүрэн алддаг. хөдөлгөөн, цаг хугацаа үүн дээр зогсдог. Тиймээс ямар ч материаллаг бие гэрлийн хурдад хүрч чадахгүй. Зөвхөн гэрэл өөрөө ийм хурдтай байдаг! (Мөн "бүх нэвтэрдэг" бөөмс - фотон шиг в-ээс бага хурдтай хөдөлж чадахгүй нейтрино.)
Одоо дохио дамжуулах хурдны тухай. Энд цахилгаан соронзон долгион хэлбэрээр гэрлийн дүрслэлийг ашиглах нь зүйтэй. Дохио гэж юу вэ? Энэ бол дамжуулах шаардлагатай зарим мэдээлэл юм. Төгс цахилгаан соронзон долгион- энэ бол нэг давтамжтай хязгааргүй синусоид бөгөөд ямар ч мэдээлэл авч чадахгүй, учир нь ийм синусоидын үе бүр өмнөх үеийг яг давтдаг. Синусын долгионы фазын хөдөлгөөний хурд - фазын хурд гэж нэрлэгддэг дундаж орчинд байж болно тодорхой нөхцөлвакуум дахь гэрлийн хурдыг давах. Энд ямар ч хязгаарлалт байхгүй, учир нь фазын хурд нь дохионы хурд биш юм - энэ нь хараахан байхгүй байна. Дохио үүсгэхийн тулд долгион дээр ямар нэгэн "тэмдэг" хийх хэрэгтэй. Ийм тэмдэг нь жишээлбэл, долгионы аль нэг параметрийн өөрчлөлт байж болно - далайц, давтамж эсвэл эхний үе шат. Гэхдээ тэмдэглэгээ хиймэгц долгион нь синусоид чанараа алддаг. Энэ нь янз бүрийн далайц, давтамж, эхний үе шат бүхий энгийн синус долгионуудын багцаас бүрдэх модуляцлагддаг. Модуляцлагдсан долгионд тэмдэг хөдөлж буй хурд нь дохионы хурд юм. Дунд хэсэгт тархах үед энэ хурд нь ихэвчлэн бүлгийн хурдтай давхцдаг бөгөөд энэ нь дээр дурдсан бүлгийн долгионы тархалтыг бүхэлд нь тодорхойлдог ("Шинжлэх ухаан ба амьдрал" 2000 оны 2-р дугаарыг үзнэ үү). Хэвийн нөхцөлд бүлгийн хурд, улмаар дохионы хурд нь вакуум дахь гэрлийн хурдаас бага байдаг. "Хэвийн нөхцөлд" гэсэн хэллэгийг энд ашигласан нь санамсаргүй хэрэг биш юм, учир нь зарим тохиолдолд бүлгийн хурд нь c-ээс хэтрэх эсвэл бүр утгаа алдаж магадгүй ч энэ нь дохионы тархалтыг илэрхийлдэггүй. Үйлчилгээний станц нь c-ээс их хурдтай дохио дамжуулах боломжгүй гэдгийг тогтоожээ.
Яагаад ийм байна вэ? Учир нь c-ээс их хурдтай аливаа дохиог дамжуулахад саад болж байгаа зүйл нь учир шалтгааны ижил хууль юм. Ийм нөхцөл байдлыг төсөөлөөд үз дээ. А цэг дээр гэрлийн анивчдаг (үйл явдал 1) тодорхой радио дохиог илгээдэг төхөөрөмжийг асааж, алсын В цэгт энэ радио дохионы нөлөөн дор дэлбэрэлт үүсдэг (2-р үйл явдал). 1-р үзэгдэл (дэгдэлт) нь шалтгаан, 2-р үзэгдэл (дэлбэрэлт) нь шалтгаанаас хожуу үүссэн үр дагавар болох нь тодорхой байна. Гэвч хэрэв радио дохио хэт гэрлийн хурдаар тархсан бол В цэгийн ойролцоох ажиглагч эхлээд дэлбэрэлт, дараа нь гэрлийн анивчсан хурдаар түүнд хүрсэн дэлбэрэлтийн шалтгааныг олж харна. Өөрөөр хэлбэл, энэ ажиглагчийн хувьд 2-р үйл явдал 1-р үйл явдлаас эрт тохиолдох байсан, өөрөөр хэлбэл нөлөөлөл нь шалтгаанаас түрүүлж байх байсан.
Харьцангуйн онолын "супергэрлийн хориг" нь зөвхөн материаллаг биеийн хөдөлгөөн, дохио дамжуулахад л ногддог гэдгийг онцлон тэмдэглэх нь зүйтэй. Ихэнх тохиолдолд ямар ч хурдтай хөдөлгөөн хийх боломжтой боловч энэ нь материаллаг объект эсвэл дохионы хөдөлгөөн биш юм. Жишээлбэл, нэлээд урт хоёр захирагч нэг хавтгайд хэвтэж байгаа бөгөөд тэдгээрийн нэг нь хэвтээ байрлалтай, нөгөө нь жижиг өнцгөөр огтлолцдог гэж төсөөлөөд үз дээ. Хэрэв эхний захирагчийг доошоо (сумаар заасан чиглэлд) өндөр хурдтайгаар хөдөлгөвөл захирагчдын огтлолцох цэгийг хүссэн хэмжээгээр хурдан ажиллуулж болох боловч энэ цэг нь материаллаг бие биш юм. Өөр нэг жишээ: хэрэв та гар чийдэн (эсвэл нарийн туяа үүсгэдэг лазер) аваад агаарт нумыг хурдан дүрсэлвэл гэрлийн цэгийн шугаман хурд нь зайнаас нэмэгдэж, хангалттай хол зайд c-ээс хэтрэх болно. . Гэрлийн толбо нь А ба В цэгүүдийн хооронд хэт гэрэлтэх хурдаар шилжих боловч ийм гэрлийн цэг нь А цэгийн талаар ямар ч мэдээлэл агуулаагүй тул энэ нь А-аас В хүртэл дохио дамжуулахгүй.
Хэт гэрлийн хурдны асуудал шийдэгдсэн юм шиг санагдаж байна. Гэвч 20-р зууны 60-аад онд онолын физикчид тахион гэж нэрлэгддэг хэт гэрэлтдэг бөөмс байдаг гэсэн таамаглал дэвшүүлсэн. Эдгээр нь маш хачирхалтай тоосонцор юм: онолын хувьд боломжтой боловч харьцангуйн онолтой зөрчилдөхөөс зайлсхийхийн тулд тэдэнд төсөөллийн амралтын массыг хуваарилах шаардлагатай байв. Физикийн хувьд төсөөллийн масс гэж байдаггүй; энэ нь зөвхөн математикийн хийсвэрлэл юм. Гэсэн хэдий ч энэ нь тийм ч их түгшүүр төрүүлээгүй, учир нь тахионууд тайван байх боломжгүй - тэдгээр нь вакуум дахь гэрлийн хурдаас давсан хурдаар л байдаг (хэрэв байгаа бол!) бөгөөд энэ тохиолдолд тахионы масс бодит болж хувирдаг. Фотонуудтай адил төстэй зүйл байдаг: фотон нь тэг масстай байдаг, гэхдээ энэ нь фотон тайван байх боломжгүй - гэрлийг зогсоох боломжгүй гэсэн үг юм.
Хамгийн хэцүү зүйл бол тахионы таамаглалыг учир шалтгааны хуультай эвлэрүүлэх явдал байв. Энэ чиглэлд хийсэн оролдлого нь нэлээд ухаалаг боловч тодорхой амжилтанд хүргэсэнгүй. Хэн ч тахионыг туршилтаар бүртгэж чадаагүй. Үүний үр дүнд тахионыг superluminal гэж сонирхдог энгийн бөөмсаажмаар алга болсон.
Гэсэн хэдий ч 60-аад онд анх физикчдийг төөрөлдүүлсэн нэгэн үзэгдлийг туршилтаар илрүүлжээ. Үүнийг А.Н.Ораевскийн “Супер гэрлийн долгион in amplifying media" (UFN No. 12, 1998). Энд бид асуудлын мөн чанарыг товч тоймлон, дэлгэрэнгүй сонирхсон уншигчдад дурдсан нийтлэлд хандах болно.
Лазерыг нээсний дараахан буюу 60-аад оны эхээр богино (ойролцоогоор 1 ns = 10-9 секунд үргэлжилдэг) өндөр чадлын гэрлийн импульс авах асуудал гарч ирэв. Үүнийг хийхийн тулд богино лазер импульсийг оптик квант өсгөгчөөр дамжуулсан. Судасны цохилтыг цацраг хуваах толины тусламжтайгаар хоёр хэсэгт хуваасан. Тэдний нэг нь илүү хүчтэй нь өсгөгч рүү илгээгдсэн бол нөгөө нь агаарт тархаж, өсгөгчөөр дамжин өнгөрөх импульсийг харьцуулах лавлах импульс болж үйлчилдэг. Хоёр импульс хоёулаа фотодетекторуудад тэжээгддэг байсан бөгөөд тэдгээрийн гаралтын дохиог осциллографын дэлгэц дээр нүдээр харж болно. Өсгөгчөөр дамжин өнгөрөх гэрлийн импульс нь лавлагаа импульстэй харьцуулахад бага зэрэг хоцрох болно, өөрөөр хэлбэл өсгөгч дэх гэрлийн тархалтын хурд нь агаараас бага байх болно. Өсгөгчөөр импульс нь агаарт төдийгүй вакуум дахь гэрлийн хурдаас хэд дахин өндөр хурдтай тархдаг болохыг олж мэдсэн судлаачид гайхаж байсныг төсөөлөөд үз дээ!
Анхны цочролоосоо эдгэрсний дараа физикчид ийм гэнэтийн үр дүнгийн шалтгааныг хайж эхлэв. Харьцангуйн тусгай онолын зарчмуудын талаар хэн ч өчүүхэн ч эргэлзээгүй байсан бөгөөд энэ нь зөв тайлбарыг олоход тусалсан зүйл юм: хэрэв SRT-ийн зарчмууд хадгалагдвал хариултыг өсгөх орчны шинж чанараас хайх хэрэгтэй.
Энд дэлгэрэнгүй тайлбарлахгүйгээр бид зөвхөн өсгөгч хэрэгслийн үйл ажиллагааны механизмын нарийвчилсан дүн шинжилгээ нь нөхцөл байдлыг бүрэн тодруулсан гэдгийг тэмдэглэх болно. Үүний гол зүйл бол импульсийн тархалтын явцад фотонуудын концентрацийг өөрчлөх явдал байв - энэ нь импульсийн арын хэсэг дамжин өнгөрөх үед орчин нь аль хэдийн шингэж байх үед орчны ашиг нь сөрөг утга хүртэл өөрчлөгдсөнөөс үүссэн өөрчлөлт юм. эрчим хүч, учир нь гэрлийн импульс руу шилжсэнээр өөрийн нөөц аль хэдийн дууссан байна. Шингээлт нь импульсийн өсөлт биш харин сулрахад хүргэдэг бөгөөд ингэснээр импульс урд хэсэгт бэхжиж, арын хэсэгт сулардаг. Өсгөгч орчинд гэрлийн хурдаар хөдөлж буй төхөөрөмж ашиглан импульсийг ажиглаж байна гэж төсөөлье. Хэрэв орчин нь тунгалаг байсан бол бид импульс хөдөлгөөнгүй байдалд хөлдсөн байхыг харах болно. Дээр дурдсан үйл явц явагдаж буй орчинд импульсийн урд талын ирмэг бэхжиж, арын ирмэг суларч байгаа нь ажиглагчдад ийм байдлаар харагдах бөгөөд орчин нь импульсийг урагшлуулсан мэт харагдана. Гэхдээ төхөөрөмж (ажиглагч) гэрлийн хурдаар хөдөлж, импульс нь түүнийг гүйцэж түрүүлдэг тул импульсийн хурд нь гэрлийн хурдаас давж гарна! Туршилтынхан энэ нөлөөг тэмдэглэжээ. Энд харьцангуйн онолтой зөрчилдсөн зүйл байхгүй: олшруулах үйл явц нь ердөө л эрт гарч ирсэн фотонуудын концентраци нь хожим гарч ирсэн фотонуудаас илүү байх болно. Энэ нь хэт гэрлийн хурдаар хөдөлдөг фотонууд биш, харин импульсийн бүрхүүл, ялангуяа осциллограф дээр ажиглагддаг хамгийн дээд хэмжээ юм.
Тиймээс энгийн орчинд гэрлийн хугарлын индексээр тодорхойлогддог гэрэл суларч, хурд нь үргэлж буурч байдаг бол идэвхтэй лазер орчинд зөвхөн гэрлийн хүч нэмэгдүүлээд зогсохгүй хэт гэрлийн хурдаар импульсийн тархалт ажиглагддаг.
Зарим физикчид туннелийн эффектийн үед хэт гэрэлтэх хөдөлгөөн байгааг туршилтаар нотлохыг оролдсон нь хамгийн чухал зүйл юм. гайхалтай үзэгдлүүдквант механикт. Энэ нөлөө нь бичил бөөмс (илүү нарийвчлалтай, өөр өөр нөхцөлд бөөмийн шинж чанар болон долгионы шинж чанарыг хоёуланг нь харуулдаг бичил биет) боломжит саад гэж нэрлэгддэг саадыг нэвтлэх чадвартай байдагт оршино. нь бүрэн боломжгүй юм сонгодог механик(үүнтэй адил төстэй байдал нь дараах байдалтай байх болно: хана руу шидсэн бөмбөг хананы нөгөө талд дуусна, эсвэл хананд уясан олсоор хийсэн долгион шиг хөдөлгөөн нь уясан олс руу шилжих болно. нөгөө талын хана). Квант механик дахь туннелийн эффектийн мөн чанар нь дараах байдалтай байна. Хэрэв тодорхой энерги бүхий бичил биет замдаа тухайн бичил биетийн энергиэс давсан боломжит энергитэй газартай тулгарвал энэ хэсэг нь түүний хувьд хаалт болж, өндөр нь энергийн зөрүүгээр тодорхойлогддог. Гэхдээ бичил биет нь хаалтаар "алддаг"! Энэ боломжийг түүнд харилцан үйлчлэлийн эрч хүч, цаг хугацааны хувьд зориулж бичсэн алдартай Хейзенбергийн тодорхойгүй байдлын хамаарал өгдөг. Хэрэв бичил биетийн саад тотгортой харилцан үйлчлэл нь тодорхой хугацааны туршид явагддаг бол микро объектын энерги нь эсрэгээр тодорхойгүй байдлаар тодорхойлогддог бөгөөд хэрэв энэ тодорхойгүй байдал нь саадны өндрийн дарааллаар тодорхойлогддог. Сүүлийнх нь бичил биетийн хувьд даван туулах боломжгүй саад бэрхшээл байхаа больсон. Энэ нь боломжит саадыг нэвтлэх хурд нь c-ээс хэтрэх боломжтой гэж үздэг олон тооны физикчдийн судалгааны сэдэв болсон юм.
1998 оны 6-р сард Кельн хотод хэт гэрэлтэх хөдөлгөөний асуудлын талаархи олон улсын симпозиум болж, Беркли, Вена, Кельн, Флоренц зэрэг дөрвөн лабораторид гарсан үр дүнг хэлэлцэв.
Эцэст нь 2000 онд хэт гэрлийн тархалтын үр нөлөө гарч ирсэн хоёр шинэ туршилтын тухай тайлан гарч ирэв. Тэдний нэгийг Лижун Вонг болон түүний хамтран ажиллагсад тогложээ судалгааны хүрээлэнПринстон (АНУ). Үүний үр дүнд цезийн уураар дүүрсэн камерт гэрлийн импульс орох нь түүний хурдыг 300 дахин нэмэгдүүлдэг. Импульсийн гол хэсэг нь урд талын ханаар дамжих импульс тасалгаанд орохоос ч өмнө тасалгааны алслагдсан хананаас гарсан нь тогтоогджээ. Энэ байдал нь зөвхөн эрүүл саруул ухаантай зөрчилддөг төдийгүй харьцангуйн онолтой зөрчилдөж байна.
Л.Вонгийн захиас физикчдийн дунд ширүүн маргаан үүсгэсэн бөгөөд тэдний ихэнх нь олж авсан үр дүнд харьцангуйн зарчмуудыг зөрчсөн гэж үзэх хандлагатай байсангүй. Тэдний үзэж байгаагаар сорилт бол энэ туршилтыг зөв тайлбарлах явдал юм.
Л.Вонгийн туршилтаар цезийн ууртай камерт орж буй гэрлийн импульсийн үргэлжлэх хугацаа нь ойролцоогоор 3 мкс байв. Цезийн атомууд нь "үндсэн төлөвийн хэт нарийн соронзон дэд түвшин" гэж нэрлэгддэг арван зургаан квант механик төлөвт байж болно. Оптик лазер шахах аргыг ашиглан бараг бүх атомыг эдгээр арван зургаан төлөвийн зөвхөн аль нэгэнд нь авчирсан бөгөөд энэ нь Кельвиний хэмжүүрээр бараг үнэмлэхүй тэг температурт (-273.15 ° C) тохирч байв. Цезийн камерын урт нь 6 сантиметр байв. Вакуум орчинд гэрэл 0.2 нс-ээр 6 см-ээр дамждаг. Хэмжилтээс харахад гэрлийн импульс цезийн танхимаар дамжсан бөгөөд энэ нь вакуумтай харьцуулахад 62 нс-ээр бага байв. Өөрөөр хэлбэл цезийн орчинд импульс дамжих хугацаа нь хасах тэмдэгтэй байна! Хэрэв бид 0.2 нс-ээс 62 ns-ийг хасвал "сөрөг" цагийг авна. Дундаж дахь энэхүү "сөрөг саатал" - үл ойлгогдох хугацааны үсрэлт нь вакуум дахь импульс 310 удаа тасалгааг дамжин өнгөрөх хугацаатай тэнцүү юм. Энэхүү "түр зуурын эргэлт"-ийн үр дагавар нь танхимаас гарч буй импульс нь танхимын ойролцоох хананд хүрэхээс өмнө 19 метрийн зайд хөдөлж чадсан юм. Ийм гайхалтай нөхцөл байдлыг хэрхэн тайлбарлах вэ (мэдээж туршилтын цэвэр байдалд эргэлзэхгүй бол)?
Үргэлжилж буй хэлэлцүүлгээс харахад яг тодорхой тайлбар хараахан олдоогүй байгаа боловч орчны ер бусын тархалтын шинж чанарууд энд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг гэдэгт эргэлзэх зүйл алга: лазерын гэрлээр өдөөгдсөн атомуудаас бүрдэх цезийн уур нь хэвийн бус тархалттай орчин юм. . Энэ нь юу болохыг товчхон санацгаая.
Бодисын тархалт нь гэрлийн долгионы урт l-ээс фазын (ердийн) хугарлын илтгэгч n-ийн хамаарлыг хэлнэ. Хэвийн тархалттай үед хугарлын илтгэгч долгионы урт багасах тусам нэмэгддэг бөгөөд энэ нь шил, ус, агаар болон гэрэлд тунгалаг бусад бүх бодист тохиолддог. Гэрлийг хүчтэй шингээдэг бодисуудад долгионы уртын өөрчлөлттэй хугарлын илтгэгчийн явц урвуу болж, илүү эгц болдог: l-ийн бууралтаар (давтамж w нэмэгдэхэд) хугарлын илтгэгч огцом буурч, тодорхой долгионы уртын бүсэд нэгдмэл байдлаас бага болдог ( фазын хурд Vf > s ). Энэ бол бодис дахь гэрлийн тархалтын хэв маяг эрс өөрчлөгддөг хэвийн бус тархалт юм. Vgr бүлгийн хурд нь долгионы фазын хурдаас их болж, вакуум дахь гэрлийн хурдаас давж (мөн сөрөг болж болно). Л.Вонг туршилтынхаа үр дүнг тайлбарлах боломжийн үндэс нь энэ нөхцөл байдлыг онцолж байна. Гэсэн хэдий ч бүлэг долгион хэлбэрээ бараг өөрчлөөгүй тунгалаг орчинд бага (хэвийн) тархалттай тохиолдолд бүлгийн хурд гэсэн ойлголтыг нэвтрүүлсэн тул Vgr > c нөхцөл нь цэвэр албан ёсны гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй. тархалтын үед. Аномаль тархалтын бүс нутагт гэрлийн импульс хурдан гажиж, бүлгийн хурдны тухай ойлголт нь утгаа алддаг; Энэ тохиолдолд дохионы хурд ба энергийн тархалтын хурд гэсэн ойлголтыг нэвтрүүлсэн бөгөөд энэ нь тунгалаг орчинд бүлгийн хурдтай давхцдаг бөгөөд шингээлттэй орчинд вакуум дахь гэрлийн хурдаас бага хэвээр байна. Гэхдээ Вонгийн туршилтын сонирхолтой зүйл бол хэвийн бус тархалттай орчинд дамждаг гэрлийн импульс нь хэв гажилтгүй - энэ нь яг л хэлбэрээ хадгалдаг! Энэ нь импульс бүлгийн хурдаар тархдаг гэсэн таамаглалтай тохирч байна. Гэхдээ хэрэв тийм бол орчин дахь хэвийн бус тархалт нь яг шингээлтээс үүдэлтэй ч гэсэн орчинд шингээлт байхгүй болно! Вонг өөрөө маш их зүйл тодорхойгүй хэвээр байгааг хүлээн зөвшөөрч байгаа боловч түүний туршилтын тохиргоонд юу болж байгааг дараах байдлаар тодорхой тайлбарлаж болно гэж үзэж байна.
Гэрлийн импульс нь янз бүрийн долгионы урттай (давтамж) олон бүрэлдэхүүн хэсгээс бүрдэнэ. Зураг дээр эдгээр бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн гурвыг (1-3 долгион) харуулж байна. Хэзээ нэгэн цагт бүх гурван долгион нь үе шатанд байна (тэдний максимум давхцдаг); Энд тэд нэмж, бие биенээ бэхжүүлж, импульс үүсгэдэг. Долгионууд сансар огторгуйд үргэлжлэн тархах тусам тэдгээр нь суларч, улмаар бие биенээ "цуцладаг".
Аномаль тархалтын бүсэд (цезийн эсийн дотор) богино байсан долгион (1-р долгион) урт болдог. Үүний эсрэгээр, гурвын хамгийн урт нь байсан долгион (3-р давалгаа) хамгийн богино нь болдог.
Үүний дагуу долгионы үе шатууд өөрчлөгддөг. Цезийн эсийг давж өнгөрсний дараа долгионы фронтууд сэргээгддэг. Аномаль тархалттай бодис дахь ер бусын фазын модуляцийг хийсний дараа дээрх гурван долгион нь хэзээ нэгэн цагт дахин үе шатанд ордог. Энд тэд дахин нэгдэж, цезийн орчинд орохтой яг ижил хэлбэртэй импульс үүсгэдэг.
Ер нь агаарт, үнэндээ хэвийн тархалттай аливаа тунгалаг орчинд гэрлийн импульс нь алслагдсан зайд тархах үед хэлбэрээ зөв хадгалж чаддаггүй, өөрөөр хэлбэл түүний бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь тархалтын замын дагуу алслагдсан цэгүүдэд үе шаттайгаар дамжих боломжгүй байдаг. Мөн хэвийн нөхцөлд тодорхой хугацааны дараа ийм алслагдсан цэг дээр гэрлийн импульс гарч ирдэг. Гэсэн хэдий ч туршилтанд ашигласан орчны хэвийн бус шинж чанараас шалтгаалан алслагдсан цэгийн импульс нь энэ орчинд орохтой адил үе шаттайгаар явагддаг байв. Тиймээс гэрлийн импульс нь алс холын цэг рүү явахдаа цаг хугацааны сөрөг сааталтай юм шиг аашилдаг, өөрөөр хэлбэл тэр дундаа дамжин өнгөрөхөөсөө хожим биш, харин эрт хүрэх болно!
Ихэнх физикчид энэ үр дүнг камерын тархалтын орчинд бага эрчимтэй прекурсор үүссэнтэй холбох хандлагатай байдаг. Үнэн хэрэгтээ импульсийн спектрийн задралын үед спектр нь импульсийн "үндсэн хэсэг" -ээс түрүүлж явдаг урьдач гэж нэрлэгддэг бага далайцтай дур зоргоороо өндөр давтамжийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг агуулдаг. Байгуулалтын шинж чанар, прекурсорын хэлбэр нь орчин дахь тархалтын хуулиас хамаарна. Үүнийг харгалзан Вонгийн туршилтын үйл явдлын дарааллыг дараах байдлаар тайлбарлахыг санал болгож байна. Ирж буй долгион нь "сунгадаг" долгион нь камер руу ойртдог. Ирж буй долгионы оргил нь тасалгааны ойролцоох хананд хүрэхээс өмнө прекурсор нь тасалгаанд импульсийн дүр төрхийг эхлүүлж, алс холын хананд хүрч, түүнээс ойж, "урвуу долгион" үүсгэдэг. Энэ долгион нь c-ээс 300 дахин хурдан тархаж, ойрын хананд хүрч ирж буй долгионтой уулздаг. Нэг долгионы оргилууд нөгөө давалгаатай таарч, бие биенээ устгаж, үр дүнд нь юу ч үлдэхгүй. Ирж буй долгион нь танхимын нөгөө үзүүрт энерги "зээлүүлсэн" цезийн атомуудад "өрийг төлдөг" болж байна. Туршилтын зөвхөн эхлэл ба төгсгөлийг ажигласан хүн зөвхөн цаг хугацааны хувьд урагш "үсрэх" гэрлийн импульсийг харж, c-ээс илүү хурдан хөдөлдөг.
Түүний туршилт харьцангуйн онолтой нийцэхгүй гэж Л.Вонг үзэж байна. Хэт гэрэлтэх хурдад хүрэх боломжгүй гэсэн мэдэгдэл нь зөвхөн тайван масстай объектуудад л хамаатай гэж тэр үзэж байна. Гэрлийг массын тухай ойлголтыг ерөнхийд нь хэрэглэх боломжгүй долгион хэлбэрээр эсвэл тэгтэй тэнцүү тайван масстай фотон хэлбэрээр төлөөлж болно. Тиймээс Вонгийн хэлснээр вакуум дахь гэрлийн хурд нь хязгаар биш юм. Гэсэн хэдий ч түүний нээсэн эффект нь c-ээс их хурдтай мэдээлэл дамжуулах боломжгүй гэдгийг Вонг хүлээн зөвшөөрдөг.
АНУ-ын Лос Аламос үндэсний лабораторийн физикч П.Милонни хэлэхдээ, "Энд байгаа мэдээлэл нь импульсийн хамгийн дээд хэсэгт аль хэдийн агуулагдаж байна. Энэ нь гэрлээс илүү хурдан мэдээлэл илгээж байгаа мэт сэтгэгдэл төрүүлдэг явуулахгүй байна."
Ихэнх физикчид үүнд итгэдэг шинэ ажилүндсэн зарчмуудад цохилт өгөхгүй. Гэхдээ бүх физикчид энэ асуудлыг шийдсэн гэдэгт итгэдэггүй. 2000 онд бас нэгэн сонирхолтой туршилт хийсэн Италийн судалгааны багийн профессор А.Ранфагни энэ асуулт нээлттэй хэвээр байна гэж үзэж байна. Даниел Мугнай, Анедио Ранфагни, Рокко Руггери нарын хийсэн энэхүү туршилт нь сантиметр долгионы долгионы долгионыг энгийн агаар c-ээс дээш хурдтайгаар 25%-иар тархсан.
Дүгнэж хэлэхэд бид дараахь зүйлийг хэлж болно.
Ажилладаг сүүлийн жилүүдэдтодорхой нөхцөлд хэт гэрэлтэх хурд үнэхээр үүсч болохыг харуулж байна. Гэхдээ хэт гэрлийн хурдаар яг юу хөдөлж байна вэ? Харьцангуйн онол нь аль хэдийн дурдсанчлан материаллаг биетүүд болон мэдээлэл дамжуулах дохионы хувьд ийм хурдыг хориглодог. Гэсэн хэдий ч зарим судлаачид дохионы гэрлийн саадыг даван туулахыг харуулахыг тууштай хичээж байна. Үүний шалтгаан нь харьцангуйн тусгай онол нь математикийн хатуу үндэслэлгүй (Максвелийн тэгшитгэл дээр үндэслэсэн) байдаггүйтэй холбоотой юм. цахилгаан соронзон орон) c-ээс их хурдтай дохиог дамжуулах боломжгүй. STR-д ийм боломжгүй байдал нь Эйнштейний хурдыг нэмэх томъёонд үндэслэсэн арифметик байдлаар тогтоогдсон гэж хэлж болно, гэхдээ энэ нь учир шалтгааны зарчмаар үндсэндээ батлагдсан. Эйнштейн өөрөө хэт гэрэлтдэг дохионы дамжуулалтын асуудлыг авч үзэхдээ "... Бид хүрсэн үйлдэл нь шалтгаанаас өмнө гарч ирдэг дохио дамжуулах механизмыг авч үзэхээс өөр аргагүй юм үзэл бодол нь өөртөө агуулаагүй, миний бодлоор, ямар ч зөрчилдөөн байхгүй ч гэсэн энэ нь бидний бүх туршлагын шинж чанартай зөрчилдөж байгаа тул V > c таамаглал нь хангалттай нотлогдсон юм шиг санагдаж байна." Учир шалтгааны зарчим нь хэт гэрлийн дохио дамжуулах боломжгүй байдлын үндэс суурь болдог. Манай ертөнцийн мөн чанар ийм учраас туршилтчид ийм дохиог илрүүлэхийг хичнээн их хүсч байгаагаас үл хамааран хэт гэрлийн дохиог хайх бүх хайлт энэ чулуун дээр бүдрэх болно.
Гэсэн хэдий ч харьцангуйн математик хэт гэрэлтэх хурдаар ажиллана гэж төсөөлөөд үз дээ. Энэ нь онолын хувьд хэрэв бие нь гэрлийн хурдыг хэтрүүлбэл юу болохыг олж мэдэх боломжтой гэсэн үг юм.
Хоёрыг төсөөлье сансрын хөлөг, Дэлхийгээс манай гарагаас 100 гэрлийн жилийн зайд орших од руу чиглэж байна. Эхний хөлөг дэлхийг гэрлийн 50% хурдтайгаар хөдөлдөг тул аяллаа дуусгахад 200 жил шаардлагатай. Хоёрдахь хөлөг онгоц нь таамаглалыг эргүүлэх төхөөрөмжөөр тоноглогдсон бөгөөд гэрлийн хурдны 200% -иар аялах болно, гэхдээ эхнийхээс 100 жилийн дараа. Юу болох вэ?
Харьцангуйн онолын дагуу зөв хариулт нь ажиглагчийн хэтийн төлөвөөс ихээхэн хамаардаг. Дэлхийгээс харахад эхний хөлөг 4 дахин хурдан хөдөлж буй хоёр дахь хөлөгт гүйцэхээс өмнө нэлээд хол зайг туулсан бололтой. Гэхдээ эхний хөлөг онгоцон дээрх хүмүүсийн үзэл бодлоос бүх зүйл арай өөр байна.
2-р хөлөг гэрлээс хурдан хөдөлдөг бөгөөд энэ нь өөрөө ялгаруулж буй гэрлээсээ ч давж чадна гэсэн үг юм. Үүний үр дүнд нэг төрлийн "гэрлийн долгион" (дууны долгионтой төстэй, гэхдээ агаарын чичиргээний оронд гэрлийн долгион чичирдэг) хэд хэдэн сонирхолтой эффектүүдийг бий болгодог. №2 хөлөг онгоцны гэрэл нь хөлөг онгоцноос удаан хөдөлдөг гэдгийг санаарай. Үр дүн нь нүдээр хоёр дахин нэмэгдэх болно. Өөрөөр хэлбэл, 1-р хөлөг онгоцны багийнхан эхлээд тэдний хажууд хоёр дахь хөлөг хаанаас ч юм шиг гарч ирснийг харах болно. Дараа нь хоёр дахь хөлөг онгоцны гэрэл эхнийх нь бага зэрэг хоцрогдолтойгоор хүрч, үр дүн нь нэг чиглэлд бага зэрэг хоцрогдолтой харагдахуйц хуулбар болно.
Үүнтэй төстэй зүйлийг эндээс харж болно компьютерийн тоглоомуудсистемийн эвдрэлийн үр дүнд хөдөлгүүр нь хөдөлгөөний төгсгөлд загвар болон түүний алгоритмуудыг хөдөлгөөний анимейшн дуусахаас хурдан ачаалдаг тул олон удаа авдаг. Тийм ч учраас бидний ухамсар нь биетүүд хэт гэрэлтдэг хурдаар хөдөлдөг Орчлон ертөнцийн таамаглалыг хүлээн зөвшөөрдөггүй - магадгүй энэ нь хамгийн сайн тал юм.
P.S. ... гэхдээ сүүлийн жишээнд би ямар нэг зүйлийг ойлгосонгүй, яагаад хөлөг онгоцны жинхэнэ байрлал нь "түүнээс ялгарах гэрэл"-тэй холбоотой байдаг вэ? За, тэд түүнийг буруу газар харсан ч гэсэн бодит байдал дээр тэр эхний хөлөг онгоцыг гүйцэж түрүүлэх болно!
эх сурвалжууд