อนุภาคใดเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง ลองคิดดู: ทำไมไม่มีอะไรเร็วกว่าแสงได้? นิวทริโนเหนือแสงขัดแย้งกับอะไร?

- ตามที่ Antonio Ereditato พนักงานของศูนย์ฟิสิกส์อนุภาคบริเวณชายแดนฝรั่งเศส-สวิส หลังจากการตรวจวัดเป็นเวลาสามปี ปรากฎว่าลำแสงนิวตริโนที่ปล่อยจากเจนีวาไปยังห้องปฏิบัติการ Gran Sasso ของอิตาลีครอบคลุมระยะทางเร็วกว่า 730 กม. 60 นาโนวินาที กว่าแสง

"เรามีความมั่นใจสูงในผลลัพธ์ แต่เพื่อนร่วมงานคนอื่นๆ จำเป็นต้องทำการทดสอบและยืนยันผลลัพธ์ของเรา" เขากล่าว ตามที่นักวิทยาศาสตร์ระบุ ข้อผิดพลาดในการวัดไม่เกิน 10 ns

หากผลการวิจัยได้รับการยืนยัน อาจก่อให้เกิดคำถามถึงพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (1905) ซึ่งระบุว่าไม่มีสิ่งใดในจักรวาลสามารถเคลื่อนที่ได้ เร็วกว่าแสง, เช่น. ที่ความเร็วมากกว่า 299,792 กม./วินาที

0 0

น่าเสียดายที่สิ่งที่เขียนที่นี่เป็นเรื่องไร้สาระโดยสิ้นเชิง แน่นอนว่าหน่วยงานของรอยเตอร์เป็นองค์กรที่มีชื่อเสียง แต่ข่าววิทยาศาสตร์จะต้องไม่ถูกดึงออกมาจากมือกลุ่มเดียวกันที่นำข่าวการเมืองและชีวิตทางสังคม

"พื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (1905) ซึ่งระบุว่าไม่มีสิ่งใดในจักรวาลสามารถเดินทางได้เร็วกว่าแสง"

ทฤษฎีสัมพัทธภาพไม่ได้ยืนยันอะไรเช่นนี้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพระบุว่า ไม่มีสิ่งใดสามารถเดินทางได้เร็วกว่าแสงในสุญญากาศ และอนุภาคที่เคลื่อนที่เร็วกว่าแสงถูกค้นพบเมื่อนานมาแล้วหรือแม่นยำกว่านั้นคือพบสภาพแวดล้อมที่อนุภาคบางชนิดสามารถเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าโฟตอน
ฉันไม่ชัดเจนว่าลำแสงนิวตริโนเดินทางจากเจนีวาไปที่ไหนสักแห่งที่นั่นได้อย่างไร แต่เห็นได้ชัดว่าไม่ได้อยู่ในสุญญากาศ ตัวอย่างเช่น หากเขาเดินผ่านอากาศ ก็ไม่น่าแปลกใจที่โฟตอนที่กระจัดกระจายในอากาศไปถึงจุดสุดท้ายช้ากว่านิวตริโนซึ่งแทบจะไม่มีปฏิกิริยากับสสารเลย

0 0

0 0

ที่จริงแล้ว นิวทริโนจะเคลื่อนที่เร็วกว่าแสงเสมอ :) เพียงเพราะว่าพวกมันแทบไม่มีปฏิกิริยากับสสาร และแสง (โฟตอน) มีปฏิกิริยาโต้ตอบกันอย่างสมบูรณ์แบบ และเฉพาะในสุญญากาศเท่านั้น ในที่สุดโฟตอนก็จะถูกเร่งให้กลายเป็นเสียงกระหึ่มอย่างสมบูรณ์ :)
แต่เป็นเรื่องน่าสนใจที่ได้พบตัวกลางที่อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ได้ ความเร็วที่เร็วขึ้นสเวตา และสภาพแวดล้อมดังกล่าวก็พบมานานแล้ว และในขณะเดียวกัน เอฟเฟกต์อันน่าทึ่งก็เกิดขึ้น ดูในวิกิพีเดีย "รังสีวาวีลอฟ-เชเรนคอฟ"

0 0

0 0

สิ่งพิมพ์อื่นในหัวข้อ:

นักฟิสิกส์ประจำศูนย์วิจัย องค์กรยุโรปการวิจัยนิวเคลียร์ (CERN) ในระหว่างการทดลองพบว่าอนุภาคมูลฐานสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเกินความเร็วแสงได้

มีรายงานว่าลำแสงนิวตริโนที่ส่งจาก CERN ไปยังห้องปฏิบัติการใต้ดิน Gran Sasso ในอิตาลี ซึ่งเป็นระยะทาง 732 กม. ได้มาถึงจุดหมายปลายทางเร็วกว่าแสงที่เดินทางหลายพันล้านวินาที

หากข้อมูลการทดลองได้รับการยืนยัน ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ซึ่งมีความเร็วแสง 299,792,458 เมตรต่อวินาทีจะถูกหักล้าง

ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวไว้ ลำแสงนิวตริโนมีความเร็วมากกว่า 60 นาโนวินาที ซึ่งขัดแย้งกับสมมติฐานที่ว่าอนุภาคมูลฐานไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าความเร็วแสง

บริการ BBC Russian พูดคุยเกี่ยวกับผลการทดลองกับ Ruben Sahakyan ศาสตราจารย์วิชาฟิสิกส์ที่ University College London

BBC: คุณทำงานในห้องปฏิบัติการ Gran Sasso และอาจคุ้นเคยกับการทดลอง Opera เป็นอย่างดี

Ruben Sahakyan: ฉันออกจากห้องทดลอง Gran Sasso เมื่อ 10 กว่าปีที่แล้ว ซึ่งเป็นช่วงที่ Opera เพิ่งจะก่อสร้าง "Opera" เป็นการทดลองที่ค้นหาปรากฏการณ์เช่นการแกว่งของนิวตริโนซึ่งก็คือการเปลี่ยนนิวตริโนประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่ง

นิวตริโนเป็นอนุภาคพื้นฐานที่เรียกว่าหน่วยการสร้างของจักรวาล มีคุณสมบัติที่น่าสนใจหลายประการ รวมถึงการเปลี่ยนแปลงจากประเภทหนึ่งไปอีกประเภทหนึ่ง "Opera" มีวัตถุประสงค์เพื่อสำรวจปัญหานี้

ผลลัพธ์นั้น (ข้อมูลที่นิวตริโนเดินทางเร็วกว่าความเร็วแสง) เป็นผลพลอยได้จากการทดลองที่พวกเขาทำ

BBC: ผลลัพธ์ที่นักวิทยาศาสตร์นำเสนอน่าเชื่อหรือไม่?

RS: ผลลัพธ์ที่เผยแพร่ดูน่าเชื่อ ในวิทยาศาสตร์เชิงทดลอง มีการวัดความเชื่อมั่นเป็นตัวเลขในผลลัพธ์ กล่าวคือ การวัดของคุณจะต้องเกินข้อผิดพลาดในการวัดอย่างน้อยห้าครั้ง และของพวกเขาก็สูงกว่าถึงหกเท่า

ในทางกลับกัน นี่เป็นการวัดที่ซับซ้อน มีองค์ประกอบหลายอย่าง และในแต่ละขั้นตอนก็มีหลายวิธีที่จะทำให้ผิดพลาดได้ ดังนั้นเราจึงต้องรับรู้มันด้วยความกังขา เครดิตของผู้เขียนไม่ได้ตีความผลลัพธ์ แต่เพียงระบุข้อมูลที่ได้รับระหว่างการทดลอง

BBC: ชุมชนวิทยาศาสตร์โลกมีปฏิกิริยาอย่างไรต่อข้อมูลเหล่านี้

RS: ประชาคมระหว่างประเทศโต้ตอบด้วยความสงสัยและแม้กระทั่งการอนุรักษ์ ท้ายที่สุดแล้ว นี่เป็นการทดลองที่จริงจัง ไม่ใช่แถลงการณ์ประชานิยม

ผลที่ตามมาหากข้อมูลนี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นจริงนั้นร้ายแรงเกินกว่าจะมองข้ามไป

แนวคิดพื้นฐานของเราเกี่ยวกับโลกจะเปลี่ยนไป ตอนนี้ผู้คนจะรอการเผยแพร่ข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบเพิ่มเติมในการทดลองและที่สำคัญที่สุดคือข้อมูลจากการทดลองอิสระ

BBC: อันไหน เช่น?

R.S.: มีการทดลองแบบอเมริกัน “Minus” ซึ่งสามารถยืนยันการวัดนี้ได้ มันคล้ายกับโอเปร่ามาก เครื่องเร่งความเร็วจะสร้างลำแสงนิวตริโน จากนั้นส่งไปเป็นระยะทาง 730 กิโลเมตร และตรวจวัดมันในห้องปฏิบัติการใต้ดิน สาระสำคัญของการวัดนั้นเรียบง่าย: คุณทราบระยะห่างระหว่างแหล่งกำเนิดและเครื่องตรวจจับของคุณ คุณวัดเวลาที่ที่ใช้ในการไปถึง และกำหนดความเร็ว

ปีศาจอยู่ในรายละเอียด “เครื่องหมายลบ” ทำการวัดที่คล้ายกันเมื่อสี่ปีก่อน แต่แล้วค่าที่วัดได้และค่าคลาดเคลื่อนก็เทียบเคียงกันได้ ปัญหาหลักของพวกเขาคือพวกเขาไม่มีระยะทางที่แม่นยำ

ระยะทาง 730 กิโลเมตรระหว่างแหล่งกำเนิดและเครื่องตรวจจับนั้นยากต่อการวัดด้วยความแม่นยำสัมบูรณ์ และเมื่อเร็วๆ นี้ Opera ก็สามารถวัดระยะนี้ได้ลึกถึง 20 เซนติเมตรโดยใช้วิธีการทางภูมิศาสตร์ “ลบ” จะพยายามทำเหมือนเดิมแล้วจะสามารถตรวจสอบข้อมูลการทดลองนี้ได้

บีบีซี: หากผลการทดลองได้รับการยืนยัน จะส่งผลต่อแนวคิดดั้งเดิมเกี่ยวกับโลกอย่างไร

RS: หากได้รับการยืนยันผลจะร้ายแรง ขณะนี้มีสองทฤษฎีที่อธิบายโลกทั้งใบที่อยู่รอบตัวเราจากมุมมองทางวิทยาศาสตร์: ทฤษฎีควอนตัมของโลกใบเล็กและทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์

ผลการทดลอง (นิวตริโนเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเกินความเร็วแสง) ขัดแย้งโดยตรงต่อทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ ซึ่งระบุว่าที่จุดอ้างอิงใดๆ ความเร็วของแสงจะคงที่ และไม่มีอะไรสามารถแซงความเร็วแสงได้

มีผลกระทบที่น่าเหลือเชื่อมากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเป็นไปได้ของการเดินทางข้ามเวลา (สำหรับอนุภาค)

Http://www.bbc.co.uk/russian/science/2011/09/110923_interview_expert_neutrino_discovery.shtml

0 0

จะมีสิ่งพิมพ์มากมาย แต่ก็ไม่มีประโยชน์ที่จะพูดคุยเรื่องเหล่านี้ตอน 10 ขวบ เนื่องจากคุณอาจนึกภาพไม่ออกว่าฟิสิกส์ได้ก้าวหน้าไปมากเพียงใดนับตั้งแต่ปี 1905 :) เมื่อไอน์สไตน์เพิ่งกำหนดหลักการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทางทฤษฎี มีแง่มุมที่คาดไม่ถึงมากมายในเรื่องนี้ และหากถูกละเลย มันก็ง่ายที่จะดูดความรู้สึกออกไป เห็นได้ชัดว่าผู้ทดลองไม่ได้ดูดอะไรเลย แต่เป็นเพียงลักษณะเฉพาะที่ทั้งพวกเขาเองและนักวิทยาศาสตร์ที่จัดการกับปัญหาเหล่านี้ไม่ได้ส่งเสียงดังใด ๆ - พวกเขาเพียงแค่บันทึกผลลัพธ์ดังกล่าวและตอนนี้เสนอให้ตรวจสอบและหักล้างมัน หรือยืนยัน และ “ยืนยัน” ไม่ได้หมายความว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพควรได้รับการแก้ไข เนื่องจากอาจมีคำอธิบายที่หลากหลายสำหรับข้อมูลเหล่านี้ภายใต้เงื่อนไขของแบบจำลองที่มีอยู่
ตัวอย่างเช่น ลองนึกภาพ - อนุภาคจำนวนหนึ่งมีความเร่งมากจนความเร็วของมันเกือบจะเท่ากับความเร็วแสง - ก็ใกล้เคียงมาก ยิ่งกว่านั้น หากพิกัดของมันมีความไม่แน่นอนในระดับอ่อนเพียงพอ ตามหลักความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก ความไม่แน่นอนของความเร็วจะกลายเป็นความน่าจะเป็นที่ไม่เป็นศูนย์ที่อนุภาคจะเคลื่อนที่เร็วกว่าความเร็วแสง นี่เป็นความขัดแย้งที่รู้จักกันดีโดยเฉพาะอย่างยิ่งตามสมมติฐานของการมีอยู่ของปฏิสสารซึ่งอธิบายทุกอย่างได้อย่างสมบูรณ์แบบในท้ายที่สุดและอยู่ในกรอบของแบบจำลองที่มีอยู่
จำสิ่งที่น่ารังเกียจเช่นสุญญากาศ Casimir ไว้ สุญญากาศไม่ใช่ความว่างเปล่า มันเป็นพื้นที่ของอวกาศที่เต็มไปด้วยอนุภาคเสมือนจำนวนนับไม่ถ้วนที่เกิดและตาย พวกมันถูกเรียกว่าเสมือนจริงเพราะมันเกิดและทำลายล้างเร็วกว่าที่คุณจะตรวจพบ เพื่อบันทึกการละเมิดกฎหมายการอนุรักษ์ อย่างไรก็ตาม ด้วยการทดลองทางจิตบางอย่าง คุณสามารถ "แยก" อนุภาคเสมือนจริงคู่หนึ่งออกได้ และพวกมันจะไม่สามารถพังทลายลงได้ นอกจากนี้ หากเราใช้พื้นที่ขนาดเล็กเป็นพิเศษ ก็จะมีอนุภาคเพียงอนุภาคเดียวปรากฏขึ้น และอนุภาคที่สองจะอยู่อีกด้านหนึ่งของ "กำแพง" ผลของเมียร์ได้รับการพิสูจน์แล้วจากการทดลอง แต่การศึกษายังคงไม่เปลี่ยนแปลงเลยเนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่ามันยากมากที่จะทำการทดลองในพื้นที่เล็กๆ เช่นนี้
ฉันไม่ได้พูดถึงทฤษฎีของทาชีออนซึ่งสามารถเรียกได้อย่างง่ายดายเพื่อสนับสนุนทฤษฎีสัมพัทธภาพ (หากเพิ่มเข้าไปในคำอธิบายของการเปลี่ยนแปลงลึกลับของนิวตริโนจากประเภทหนึ่งไปอีกประเภทหนึ่งและเหตุการณ์ที่เป็นไปได้ของสิ่งนี้ ปรากฏการณ์ที่มีความเร็วแสงเกิน
โดยทั่วไป มีรายละเอียดมากมายจนเป็นไปไม่ได้ที่จะรักษาทฤษฎีสัมพัทธภาพไว้ครบถ้วน แต่การตีความที่เป็นไปได้บางอย่างอาจทำให้ฟิสิกส์ก้าวไปข้างหน้าได้อย่างมีนัยสำคัญ

0 0

นี่คือสิ่งที่ยังไม่ชัดเจนสำหรับฉัน: จากสิ่งที่ฉันอ่านและเห็น ตามมาว่านักวิทยาศาสตร์ปล่อยลำแสงนิวทริโนที่ระยะทาง 700 กม. ไปยังอุปกรณ์บันทึก... แต่โลกถูกเจาะอย่างต่อเนื่องทุก ๆ วินาที โดยนิวทริโนที่ไม่มีปฏิกิริยากับสสารแต่อย่างใด พวกเขาทราบได้อย่างไรว่าเป็นนิวทริโน “ของพวกเขา” ที่ถูกบันทึกไว้ในเครื่องบันทึก ไม่ใช่นิวตริโนที่มาจากอวกาศ

มีไว้เพื่อการวัดความเร็วนิวตริโนโดยตรง ผลลัพธ์ฟังดูน่าตื่นเต้น: ความเร็วของนิวตริโนเล็กน้อย แต่มีนัยสำคัญทางสถิติ! - เร็วกว่าความเร็วแสง เอกสารความร่วมมือประกอบด้วยการวิเคราะห์แหล่งที่มาของข้อผิดพลาดและความไม่แน่นอนต่างๆ แต่ปฏิกิริยาของนักฟิสิกส์ส่วนใหญ่ยังคงมีข้อสงสัยอย่างมาก เนื่องจากผลลัพธ์นี้ไม่สอดคล้องกับข้อมูลการทดลองอื่นๆ เกี่ยวกับคุณสมบัติของนิวตริโน

ข้าว. 1.

รายละเอียดการทดลอง

แนวคิดของการทดลอง (ดูการทดลอง OPERA) นั้นง่ายมาก ลำแสงนิวตริโนเกิดที่ CERN บินผ่านโลกไปยังห้องปฏิบัติการ Gran Sasso ของอิตาลี และผ่านที่นั่นผ่านเครื่องตรวจจับนิวตริโนพิเศษของ OPERA นิวตริโนมีปฏิกิริยากับสสารได้น้อยมาก แต่เนื่องจากฟลักซ์ของพวกมันจาก CERN มีขนาดใหญ่มาก นิวตริโนบางตัวจึงยังชนกับอะตอมภายในเครื่องตรวจจับ ที่นั่นพวกมันสร้างอนุภาคที่มีประจุจำนวนมากและทิ้งสัญญาณไว้ในเครื่องตรวจจับ นิวตริโนที่ CERN ไม่ได้เกิดอย่างต่อเนื่อง แต่เกิดในรูปแบบ "ระเบิด" และถ้าเรารู้โมเมนต์การเกิดของนิวตริโนและโมเมนต์การดูดซึมของมันในเครื่องตรวจจับ ตลอดจนระยะห่างระหว่างห้องปฏิบัติการทั้งสองแห่ง เราก็จะสามารถคำนวณความเร็วได้ ของนิวตริโน

ระยะห่างระหว่างแหล่งกำเนิดและเครื่องตรวจจับในแนวเส้นตรงคือประมาณ 730 กม. และวัดด้วยความแม่นยำ 20 ซม. (ระยะห่างที่แน่นอนระหว่างจุดอ้างอิงคือ 730,534.61 ± 0.20 เมตร) จริงอยู่ที่กระบวนการที่นำไปสู่การเกิดนิวทริโนนั้นไม่ได้แปลเป็นภาษาท้องถิ่นด้วยความแม่นยำดังกล่าว ที่ CERN ลำแสงโปรตอนพลังงานสูงถูกปล่อยออกมาจากเครื่องเร่ง SPS แล้วตกลงไปที่เป้าหมายกราไฟท์ และสร้างอนุภาคทุติยภูมิ รวมทั้งมีซอนด้วย พวกมันยังคงบินไปข้างหน้าด้วยความเร็วใกล้แสงและสลายตัวเป็นมิวออนในขณะที่ปล่อยนิวตริโนออกมา มิวออนยังสลายตัวและผลิตนิวตริโนเพิ่มขึ้นอีกด้วย จากนั้นอนุภาคทั้งหมด ยกเว้นนิวตริโน จะถูกดูดซับในความหนาของสาร และพวกมันจะไปถึงบริเวณที่ตรวจจับได้อย่างอิสระ โครงการทั่วไปการทดลองส่วนนี้แสดงไว้ในรูปที่ 1 1.

น้ำตกทั้งหมดที่นำไปสู่ลักษณะของลำแสงนิวตริโนสามารถยืดออกไปได้หลายร้อยเมตร อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก ทั้งหมดอนุภาคในกลุ่มนี้บินไปข้างหน้าด้วยความเร็วใกล้แสง สำหรับเวลาในการตรวจจับนั้นแทบไม่มีความแตกต่างเลยว่านิวตริโนจะเกิดทันทีหรือหลังจากการเดินทางไปหนึ่งกิโลเมตร (แต่ก็มี ความสำคัญอย่างยิ่งเมื่อโปรตอนดั้งเดิมที่นำไปสู่การกำเนิดของนิวตริโนนี้บินออกจากเครื่องเร่งความเร็ว) ผลที่ตามมาก็คือ นิวทริโนที่สร้างขึ้นโดยมาก เพียงแค่ทำซ้ำโปรไฟล์ของลำโปรตอนดั้งเดิม ดังนั้น พารามิเตอร์สำคัญที่นี่คือโปรไฟล์เวลาของลำแสงโปรตอนที่ปล่อยออกมาจากคันเร่งอย่างแม่นยำ โดยเฉพาะตำแหน่งที่แน่นอนของขอบนำหน้าและท้าย และโปรไฟล์นี้จะถูกวัดด้วยช่วงเวลาที่ดี สความละเอียด m (ดูรูปที่ 2)

แต่ละเซสชันของการปล่อยลำแสงโปรตอนลงบนเป้าหมาย (ในภาษาอังกฤษ เรียกว่าเซสชันดังกล่าว หก, “ระเบิด”) ใช้เวลาประมาณ 10 ไมโครวินาที และทำให้เกิดการกำเนิดของนิวตริโนจำนวนมาก อย่างไรก็ตาม เกือบทั้งหมดบินผ่านโลก (และเครื่องตรวจจับ) โดยไม่มีการโต้ตอบใดๆ ในกรณีที่เกิดขึ้นไม่บ่อยนัก เมื่อเครื่องตรวจจับตรวจจับนิวทริโนได้ ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะบอกได้ว่าในช่วงเวลาใดที่แน่ชัดระหว่างช่วง 10 ไมโครวินาทีที่ปล่อยออกมา การวิเคราะห์สามารถทำได้ในเชิงสถิติเท่านั้น กล่าวคือ สะสมการตรวจจับนิวตริโนหลายกรณี และสร้างการกระจายตามเวลาโดยสัมพันธ์กับจุดเริ่มต้นสำหรับแต่ละเซสชัน ในเครื่องตรวจจับ จุดเริ่มต้นจะถูกถือเป็นช่วงเวลาที่สัญญาณธรรมดาซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงและปล่อยออกมาตรงโมเมนต์ที่ขอบนำของลำแสงโปรตอนมาถึงเครื่องตรวจจับพอดี การวัดช่วงเวลานี้อย่างแม่นยำเกิดขึ้นได้โดยการซิงโครไนซ์นาฬิกาในห้องปฏิบัติการสองแห่งด้วยความแม่นยำเพียงไม่กี่นาโนวินาที

ในรูป รูปที่ 3 แสดงตัวอย่างการแจกแจงดังกล่าว จุดสีดำคือข้อมูลนิวตริโนจริงที่เครื่องตรวจจับบันทึกไว้และสรุปรวม จำนวนมากเซสชัน เส้นโค้งสีแดงแสดงสัญญาณ "อ้างอิง" ทั่วไปที่จะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง จะเห็นได้ว่าข้อมูลเริ่มต้นที่ประมาณ 1,048.5 ns ก่อนหน้านี้สัญญาณอ้างอิง อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ได้หมายความว่าจริงๆ แล้วนิวทริโนอยู่ข้างหน้าแสงหนึ่งไมโครวินาที แต่เป็นเพียงเหตุผลในการวัดความยาวสายเคเบิล ความเร็วตอบสนองของอุปกรณ์ เวลาหน่วงทางอิเล็กทรอนิกส์ และอื่นๆ อย่างระมัดระวัง ทำการตรวจสอบซ้ำนี้และปรากฎว่าชดเชยแรงบิด "อ้างอิง" ไป 988 ns ดังนั้นปรากฎว่าสัญญาณนิวตริโนแซงหน้าสัญญาณอ้างอิงจริง ๆ แต่เพียงประมาณ 60 นาโนวินาทีเท่านั้น ในแง่ของความเร็วนิวตริโน สิ่งนี้สอดคล้องกับความเร็วแสงที่เกินประมาณ 0.0025%

ผู้เขียนการวิเคราะห์ประเมินข้อผิดพลาดของการวัดนี้ไว้ที่ 10 นาโนวินาที ซึ่งรวมถึงข้อผิดพลาดทั้งทางสถิติและเป็นระบบ ดังนั้น ผู้เขียนจึงอ้างว่าพวกเขา "เห็น" การเคลื่อนที่ของนิวตริโนเหนือแสงที่ระดับความเชื่อมั่นทางสถิติที่หกส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน

ความแตกต่างระหว่างผลลัพธ์และความคาดหวังด้วยค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน 6 ค่านั้นค่อนข้างมากอยู่แล้ว และในฟิสิกส์อนุภาคเรียกว่า "การค้นพบ" อย่างไรก็ตาม จะต้องเข้าใจตัวเลขนี้ให้ถูกต้อง: มันหมายความถึงความน่าจะเป็นเท่านั้น เชิงสถิติความผันผวนของข้อมูลมีน้อยมาก แต่ไม่ได้บ่งชี้ว่าเทคนิคการประมวลผลข้อมูลมีความน่าเชื่อถือเพียงใด และนักฟิสิกส์คำนึงถึงข้อผิดพลาดของเครื่องมือทั้งหมดได้ดีเพียงใด ท้ายที่สุดแล้ว มีตัวอย่างมากมายในฟิสิกส์ของอนุภาคซึ่งมีสัญญาณที่ผิดปกติซึ่งมีขนาดใหญ่เป็นพิเศษ ความน่าเชื่อถือทางสถิติไม่ได้รับการยืนยันจากการทดลองอื่นๆ

นิวทริโนเหนือแสงขัดแย้งกับอะไร?

ตรงกันข้ามกับความเชื่อที่นิยม ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษไม่ได้ขัดขวางการมีอยู่ของอนุภาคที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือแสง อย่างไรก็ตาม สำหรับอนุภาคดังกล่าว (โดยทั่วไปเรียกว่า "ทาชีออน") ความเร็วแสงก็มีขีดจำกัดเช่นกัน แต่จากด้านล่างเท่านั้น พวกมันไม่สามารถเคลื่อนที่ช้ากว่านั้นได้ ในกรณีนี้ การพึ่งพาพลังงานของอนุภาคต่อความเร็วจะกลับกัน: ยิ่งพลังงานสูงเท่าไร ความเร็วของทาชีออนก็จะยิ่งเข้าใกล้ความเร็วแสงมากขึ้นเท่านั้น

ล้นหลาม ปัญหาร้ายแรงเริ่มต้นในทฤษฎีสนามควอนตัม ทฤษฎีนี้จะเข้ามาแทนที่กลศาสตร์ควอนตัมเมื่อ เรากำลังพูดถึงเกี่ยวกับอนุภาคควอนตัมที่มีพลังงานสูง ในทฤษฎีนี้ อนุภาคไม่ใช่จุด แต่เป็นก้อนของสนามวัตถุ และไม่สามารถแยกออกจากสนามได้ ปรากฎว่าทาชีออนลดพลังงานของสนาม ซึ่งหมายความว่าพวกมันทำให้สุญญากาศไม่เสถียร จากนั้นจะเป็นประโยชน์มากกว่าสำหรับโมฆะที่จะสลายตัวเป็นอนุภาคจำนวนมากเหล่านี้ตามธรรมชาติดังนั้นจึงไม่มีประโยชน์เลยที่จะพิจารณาการเคลื่อนที่ของทาชีออนหนึ่งตัวในพื้นที่ว่างธรรมดา เราสามารถพูดได้ว่า tachyon ไม่ใช่อนุภาค แต่เป็นความไม่แน่นอนของสุญญากาศ

ในกรณีของทาชีออน-เฟอร์มิออน สถานการณ์ค่อนข้างซับซ้อนกว่า แต่ก็มีปัญหาที่เทียบเคียงกันเกิดขึ้นซึ่งทำให้ไม่สามารถสร้างทฤษฎีสนามควอนตัมทาชีออนที่สอดคล้องกันในตัวเองได้ ซึ่งรวมถึงทฤษฎีสัมพัทธภาพธรรมดาด้วย

อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ใช่คำสุดท้ายในทางทฤษฎีด้วย เช่นเดียวกับที่นักทดลองวัดทุกสิ่งที่สามารถวัดได้ นักทฤษฎีก็ทดสอบแบบจำลองสมมุติที่เป็นไปได้ทั้งหมดซึ่งไม่ขัดแย้งกับข้อมูลที่มีอยู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง มีทฤษฎีที่อนุญาตให้มีการเบี่ยงเบนเล็กน้อยจากสมมุติฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพได้ ตัวอย่างเช่น ความเร็วแสงอาจเป็นค่าที่แปรผันได้ ทฤษฎีดังกล่าวยังไม่มีการสนับสนุนการทดลองโดยตรง แต่ยังไม่ปิดสนิท

ภาพร่างโดยย่อของความเป็นไปได้ทางทฤษฎีสามารถสรุปได้ดังนี้: แม้ว่าการเคลื่อนที่เหนือระดับแสงจะเป็นไปได้ในแบบจำลองทางทฤษฎีบางรุ่น แต่ก็ยังคงเป็นเพียงโครงสร้างสมมุติเท่านั้น ข้อมูลการทดลองทั้งหมดที่มีอยู่ในปัจจุบันได้รับการอธิบายโดยทฤษฎีมาตรฐานที่ไม่มีการเคลื่อนที่เหนือลูมินัล ดังนั้น หากได้รับการยืนยันอย่างน่าเชื่อถือสำหรับอนุภาคอย่างน้อยบางส่วน ทฤษฎีควอนตัมทุ่งนาจะต้องได้รับการตกแต่งใหม่อย่างรุนแรง

ผลลัพธ์ OPERA ควรถือเป็น "สัญญาณแรก" ในแง่นี้หรือไม่? ยัง. บางทีเหตุผลที่สำคัญที่สุดที่ทำให้เกิดความกังขาก็คือข้อเท็จจริงที่ว่าผลลัพธ์ของ OPERA ไม่สอดคล้องกับข้อมูลการทดลองอื่นๆ เกี่ยวกับนิวตริโน

ประการแรก ระหว่างการระเบิดซูเปอร์โนวาอันโด่งดัง SN1987A นิวตริโนก็ถูกบันทึกเช่นกันว่ามาถึงหลายชั่วโมงก่อนชีพจรแสง นี่ไม่ได้หมายความว่านิวทริโนเคลื่อนที่เร็วกว่าแสง แต่เพียงสะท้อนความจริงที่ว่านิวทริโนถูกปล่อยออกมาในช่วงแกนกลางซูเปอร์โนวายุบตัวเร็วกว่าแสง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากนิวตริโนและแสงหลังจากเดินทางเป็นเวลา 170,000 ปี ไม่ได้แตกต่างกันเกินกว่าสองสามชั่วโมง นั่นหมายความว่าความเร็วของพวกมันใกล้เคียงกันมากและแตกต่างกันไม่เกินส่วนหนึ่งของพันล้าน การทดลอง OPERA แสดงให้เห็นความคลาดเคลื่อนมากกว่าหลายพันเท่า

แน่นอนว่า เราสามารถพูดได้ว่านิวตริโนที่เกิดขึ้นระหว่างการระเบิดของซูเปอร์โนวา และนิวทริโนจาก CERN มีพลังงานแตกต่างกันอย่างมาก (MeV หลายสิบในซูเปอร์โนวาและ 10–40 GeV ในการทดลองที่อธิบายไว้) และความเร็วของนิวตริโนจะแปรผันขึ้นอยู่กับพลังงาน . แต่นี่คือการเปลี่ยนแปลงใน ในกรณีนี้ทำงานในทิศทางที่ "ผิด": ยิ่งพลังงานของ tachyons สูงเท่าไร ความเร็วของมันก็ควรจะใกล้เคียงกับความเร็วแสงมากขึ้นเท่านั้น แน่นอน ที่นี่เราก็สามารถคิดการปรับเปลี่ยนทฤษฎีทาชีออนได้เหมือนกัน ซึ่งการพึ่งพานี้จะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง แต่ในกรณีนี้ เราจะต้องหารือเกี่ยวกับแบบจำลอง "สมมุติฐานสองเท่า"

นอกจากนี้ จากข้อมูลการทดลองมากมายเกี่ยวกับการแกว่งของนิวตริโนที่ได้รับในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มวลของนิวตริโนทั้งหมดแตกต่างกันเพียงเศษส่วนของอิเล็กตรอนโวลต์เท่านั้น ถ้าผลลัพธ์ของ OPERA ถูกมองว่าเป็นการแสดงให้เห็นการเคลื่อนที่เหนือลูมินัลของนิวตริโน ดังนั้นค่ากำลังสองของมวลของนิวตริโนอย่างน้อยหนึ่งตัวจะอยู่ในลำดับ –(100 MeV) 2 (มวลลบกำลังสองคือการปรากฏทางคณิตศาสตร์ของ ความจริงที่ว่าอนุภาคนั้นถือเป็น tachyon) แล้วเราก็ต้องยอมรับว่า ทั้งหมดนิวตริโนประเภทหนึ่งคือทาชีออนและมีมวลเท่ากันโดยประมาณ อีกด้านหนึ่ง การวัดโดยตรงมวลนิวตริโนในการสลายเบตาของนิวเคลียสทริเทียมแสดงให้เห็นว่ามวลนิวตริโน (ในค่าสัมบูรณ์) ไม่ควรเกิน 2 อิเล็กตรอนโวลต์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง จะไม่สามารถกระทบยอดข้อมูลทั้งหมดนี้เข้าด้วยกันได้

ข้อสรุปจากเรื่องนี้สามารถสรุปได้ดังนี้: ผลลัพธ์ที่ประกาศของการทำงานร่วมกันของ OPERA นั้นยากที่จะปรับให้เข้ากับสิ่งใดๆ แม้แต่แบบจำลองทางทฤษฎีที่แปลกใหม่ที่สุด

อะไรต่อไป?

ในความร่วมมือขนาดใหญ่ทั้งหมดในสาขาฟิสิกส์อนุภาค เป็นเรื่องปกติที่การวิเคราะห์เฉพาะแต่ละรายการจะดำเนินการโดยผู้เข้าร่วมกลุ่มเล็กๆ จากนั้นจึงนำเสนอผลลัพธ์สำหรับการอภิปรายทั่วไปเท่านั้น เห็นได้ชัดว่าในกรณีนี้ ขั้นตอนนี้สั้นเกินไป ส่งผลให้ผู้เข้าร่วมการทำงานร่วมกันบางรายไม่ยินยอมที่จะลงนามในบทความ (รายชื่อทั้งหมดมีผู้เข้าร่วม 216 คนในการทดลอง แต่งานพิมพ์ล่วงหน้ามีผู้เขียนเพียง 174 คน) ดังนั้นในอนาคตอันใกล้นี้ เห็นได้ชัดว่าจะมีการตรวจสอบเพิ่มเติมจำนวนมากภายในการทำงานร่วมกัน และหลังจากนี้บทความจะถูกส่งไปยังการพิมพ์เท่านั้น

แน่นอนว่าตอนนี้เราสามารถคาดหวังได้ว่าจะมีบทความทางทฤษฎีมากมายพร้อมคำอธิบายที่แปลกใหม่มากมายสำหรับผลลัพธ์นี้ อย่างไรก็ตาม จนกว่าผลลัพธ์ที่ระบุจะได้รับการตรวจสอบซ้ำอย่างน่าเชื่อถือ ก็จะไม่ถือว่าเป็นการค้นพบที่ครบถ้วนสมบูรณ์

นักฟิสิกส์ได้ค้นพบว่าอนุภาคของแสง (โฟตอน) สามารถมีชีวิตอยู่ได้ประมาณ 1 ล้านล้านปี และหลังจากการสลายตัว พวกมันก็จะปล่อยอนุภาคที่เบามากซึ่งสามารถเดินทางได้เร็วกว่าแสง! เมื่อเวลาผ่านไป อนุภาคจำนวนมากอาจสลายตัวตามธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น อะตอมกัมมันตภาพรังสีที่ไม่เสถียร ณ จุดหนึ่งจะแตกตัวเป็นอนุภาคขนาดเล็กและปล่อยพลังงานระเบิดออกมา

เมื่อเร็วๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์แน่ใจว่าโฟตอนไม่สลายตัว เนื่องจากเชื่อกันว่าโฟตอนไม่มีมวล อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าโฟตอนมีมวลน้อยมากจนไม่สามารถวัดได้ด้วยเครื่องมือสมัยใหม่

ขีดจำกัดบนของมวลโฟตอนในปัจจุบันมีขนาดเล็กมากจนน้อยกว่าหนึ่งในพันล้าน พันล้านของมวลโปรตอน จากตัวบ่งชี้นี้ นักวิทยาศาสตร์ได้คำนวณว่าโฟตอนในสเปกตรัมที่มองเห็นสามารถมีชีวิตอยู่ได้ประมาณ 1 ล้านล้านปี อย่างไรก็ตาม อายุการใช้งานที่ยาวนานมากนี้ใช้ไม่ได้กับโฟตอนทั้งหมด แต่จะคำนวณโดยเฉลี่ย มีความเป็นไปได้ที่โฟตอนบางชนิดจะมีอายุสั้นมาก จักรวาลของเราซึ่งปรากฏเป็นผล บิ๊กแบงซึ่งปัจจุบันมีอายุประมาณ 13.7 พันล้านปี และดำเนินไปอย่างต่อเนื่อง โครงการทางวิทยาศาสตร์ได้รับการออกแบบมาไม่เพียงแต่เพื่อวัดแสงระเรื่อของบิ๊กแบงเท่านั้น แต่ยังอาจตรวจจับสัญญาณการสลายตัวของโฟตอนในระยะเริ่มแรกด้วย

หากโฟตอนแตกสลาย แม้แต่อนุภาคที่เบากว่าก็ควรถูกปล่อยออกมาอันเป็นผลมาจากการสลายตัว ซึ่งเป็นอนุภาคที่สามารถเดินทางในจักรวาลของเราได้เร็วกว่าความเร็วแสง อนุภาคที่น่ากลัว (นิวทริโน) เหล่านี้แทบไม่มีปฏิกิริยากับสสารธรรมดาเลย กระแสนิวทริโนจำนวนนับไม่ถ้วนพุ่งทะยานทุกเสี้ยววินาที ไม่เพียงแต่ผ่านอวกาศ ดวงดาว และวัตถุต่างๆ เท่านั้น แต่ยังไหลผ่านทุกคนที่อาศัยอยู่บนโลกด้วย โดยไม่ส่งผลกระทบต่อสสารของเรา

เมื่อโฟตอนแต่ละตัวสลายตัว มันจะปล่อยนิวตริโนแสงออกมาสองตัว ซึ่งเบากว่าแสงและเดินทางได้เร็วกว่าโฟตอน การค้นพบนิวตริโนดูเหมือนจะฝ่าฝืนกฎสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ที่ว่าไม่มีสิ่งใดเดินทางได้เร็วกว่าแสง แต่ไม่ได้เป็นเช่นนั้น เนื่องจากทฤษฎีนี้มีพื้นฐานมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าโฟตอนไม่มีมวล และทฤษฎีบอกว่าไม่มีอนุภาคใดสามารถเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าอนุภาคไร้มวล

นอกจากนี้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์เสนอว่าอนุภาคเคลื่อนที่เร็วมากในขณะที่อยู่ในอวกาศที่บิดเบี้ยว นั่นคือถ้าพวกเขามีสติสัมปชัญญะ พวกเขาจะรู้สึกว่าทุกสิ่งที่เกิดขึ้นรอบตัวอยู่ในโหมด "สโลว์โมชั่น" มาก ซึ่งหมายความว่าโฟตอนในอวกาศของเราควรจะมีชีวิตอยู่ประมาณ 1 ล้านล้านปี แต่ในกระแสเวลาของพวกมัน - เพียงประมาณสามปีเท่านั้น

เซอร์เกย์ วาซิเลนคอฟ

ในเดือนกันยายน 2554 อันโตนิโอ เอเรดิตาโต นักฟิสิกส์ทำให้โลกตกใจ คำกล่าวของเขาสามารถปฏิวัติความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาลได้ หากข้อมูลที่รวบรวมโดยนักวิทยาศาสตร์ของโครงการ OPERA 160 คนถูกต้อง ก็จะพบสิ่งที่น่าเหลือเชื่อนี้ อนุภาค - ในกรณีนี้คือนิวตริโน - เคลื่อนที่เร็วกว่าแสง ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ สิ่งนี้เป็นไปไม่ได้ และผลที่ตามมาของการสังเกตดังกล่าวจะน่าเหลือเชื่อมาก รากฐานของฟิสิกส์อาจต้องได้รับการพิจารณาใหม่

แม้ว่า Ereditato กล่าวว่าเขาและทีมของเขา "มั่นใจอย่างยิ่ง" ในผลลัพธ์ของพวกเขา แต่พวกเขาไม่ได้บอกว่าข้อมูลมีความแม่นยำอย่างสมบูรณ์ แต่พวกเขาขอให้นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ช่วยค้นหาว่าเกิดอะไรขึ้น

สุดท้ายกลับกลายเป็นว่าผลลัพธ์ของ OPERA ผิดพลาด เนื่องจากสายเคเบิลเชื่อมต่อไม่ดี จึงเกิดปัญหาการซิงโครไนซ์และสัญญาณจากดาวเทียม GPS ไม่ถูกต้อง เกิดความล่าช้าอย่างไม่คาดคิดในสัญญาณ ผลก็คือ การวัดเวลาที่นิวตริโนเดินทางในระยะทางหนึ่งพบว่าเพิ่มขึ้นอีก 73 นาโนวินาที ดูเหมือนว่านิวตริโนจะเดินทางเร็วกว่าแสง

แม้จะมีการทดสอบอย่างรอบคอบหลายเดือนก่อนที่การทดลองจะเริ่มต้นและตรวจสอบข้อมูลอีกครั้งในภายหลัง นักวิทยาศาสตร์ก็คิดผิดอย่างร้ายแรง Ereditato ลาออกแม้จะมีความคิดเห็นของหลาย ๆ คนว่าข้อผิดพลาดดังกล่าวเกิดขึ้นเสมอเนื่องจากความซับซ้อนอย่างมากของเครื่องเร่งอนุภาค

เหตุใดข้อเสนอแนะ (เพียงแค่ข้อเสนอแนะ) ที่ว่าบางสิ่งบางอย่างสามารถเดินทางได้เร็วกว่าแสงจึงทำให้เกิดความยุ่งยากเช่นนี้ เราแน่ใจได้อย่างไรว่าไม่มีสิ่งใดสามารถเอาชนะอุปสรรคนี้ได้?

ลองดูคำถามที่สองเหล่านี้ก่อน ความเร็วแสงในสุญญากาศคือ 299,792.458 กิโลเมตรต่อวินาที เพื่อความสะดวก จำนวนนี้จะถูกปัดเศษเป็น 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที มันค่อนข้างเร็ว ดวงอาทิตย์อยู่ห่างจากโลก 150 ล้านกิโลเมตร และแสงมาถึงโลกในเวลาเพียงแปดนาทียี่สิบวินาที

การสร้างสรรค์ของเราสามารถแข่งขันในการแข่งกับแสงได้หรือไม่? หนึ่งในวัตถุที่มนุษย์สร้างขึ้นเร็วที่สุดเท่าที่เคยสร้างมา คือยานอวกาศนิวฮอริซอนส์ แล่นผ่านดาวพลูโตและชารอนในเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2558 มีความเร็วสัมพันธ์กับพื้นโลก 16 กม./วินาที น้อยกว่า 300,000 กม./วินาที มาก

อย่างไรก็ตาม เรามีอนุภาคเล็กๆ ที่เคลื่อนที่ค่อนข้างเร็ว ในช่วงต้นทศวรรษ 1960 William Bertozzi จากแมสซาชูเซตส์ สถาบันเทคโนโลยีทดลองด้วยการเร่งอิเล็กตรอนให้เร็วขึ้นอีก

เนื่องจากอิเล็กตรอนมีประจุลบ พวกมันจึงสามารถถูกเร่งได้—แม่นยำยิ่งขึ้น และถูกผลักไส—โดยการใช้ประจุลบเดียวกันกับวัสดุ ยิ่งใช้พลังงานมากเท่าไร อิเล็กตรอนก็จะยิ่งเร่งเร็วขึ้นเท่านั้น

ใครๆ ก็คิดว่าเราจะต้องเพิ่มพลังงานที่ใช้เพื่อให้ได้ความเร็ว 300,000 กม./วินาที แต่ปรากฎว่าอิเล็กตรอนไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วขนาดนั้น การทดลองของแบร์ตอซซีแสดงให้เห็นว่าการใช้พลังงานมากขึ้นไม่ได้ทำให้ความเร็วของอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนโดยตรง

แต่กลับต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมจำนวนมหาศาลเพื่อเปลี่ยนความเร็วของอิเล็กตรอนแม้เพียงเล็กน้อย เธอเข้ามาใกล้ความเร็วแสงมากขึ้นเรื่อยๆ แต่ไม่เคยไปถึงเลย

ลองจินตนาการถึงการเคลื่อนตัวไปทางประตูทีละก้าวเล็กๆ โดยแต่ละก้าวจะครอบคลุมระยะทางครึ่งหนึ่งจากตำแหน่งปัจจุบันของคุณไปที่ประตู พูดอย่างเคร่งครัด คุณจะไม่มีวันไปถึงประตู เพราะหลังจากแต่ละก้าวที่คุณเดิน คุณจะยังมีระยะทางที่ต้องไปให้ถึง Bertozzi ประสบปัญหาเดียวกันโดยประมาณขณะจัดการกับอิเล็กตรอนของเขา

แต่แสงประกอบด้วยอนุภาคที่เรียกว่าโฟตอน เหตุใดอนุภาคเหล่านี้จึงเดินทางด้วยความเร็วแสงได้ แต่อิเล็กตรอนไม่สามารถเดินทางได้

Roger Rassoul นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเมลเบิร์นในออสเตรเลียกล่าวว่า "เมื่อวัตถุเคลื่อนที่เร็วขึ้นและเร็วขึ้น วัตถุก็จะหนักขึ้น ยิ่งหนักก็ยิ่งเร่งความเร็วได้ยากขึ้น ดังนั้น คุณจะไม่มีทางไปถึงความเร็วแสงได้" Roger Rassoul นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยเมลเบิร์นในออสเตรเลียกล่าว “โฟตอนไม่มีมวล หากมีมวล มันก็ไม่สามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงได้”

โฟตอนมีความพิเศษ พวกมันไม่เพียงแต่ไม่มีมวลเท่านั้น ซึ่งให้อิสระในการเคลื่อนที่อย่างสมบูรณ์ในสุญญากาศของอวกาศ แต่ยังไม่จำเป็นต้องเร่งความเร็วอีกด้วย พลังงานธรรมชาติที่พวกมันเคลื่อนที่เป็นคลื่นเหมือนกับพวกมัน ดังนั้นเมื่อพวกมันถูกสร้างขึ้นพวกมันจึงมีความเร็วสูงสุดอยู่แล้ว ในบางแง่ มันง่ายกว่าที่จะคิดว่าแสงเป็นพลังงานมากกว่าเป็นกระแสอนุภาค แม้ว่าในความเป็นจริงแล้วแสงเป็นทั้งสองอย่างก็ตาม

อย่างไรก็ตาม แสงเดินทางช้ากว่าที่เราคาดไว้มาก แม้ว่านักเทคโนโลยีอินเทอร์เน็ตชอบพูดคุยเกี่ยวกับการสื่อสารที่ทำงานด้วย "ความเร็วแสง" ในใยแก้วนำแสง แต่แสงเดินทางในใยแก้วนำแสงได้ช้ากว่าในสุญญากาศถึง 40%

ในความเป็นจริง โฟตอนเดินทางด้วยความเร็ว 300,000 กม./วินาที แต่ต้องเผชิญกับการรบกวนจำนวนหนึ่งที่เกิดจากโฟตอนอื่นๆ ที่ปล่อยออกมาจากอะตอมแก้วในขณะที่คลื่นแสงหลักผ่านไป นี่อาจไม่ใช่เรื่องง่ายที่จะเข้าใจ แต่อย่างน้อยเราก็ได้พยายามแล้ว

ในทำนองเดียวกัน ภายในกรอบของการทดลองพิเศษกับโฟตอนแต่ละตัว มันเป็นไปได้ที่จะชะลอพวกมันลงอย่างน่าประทับใจ แต่สำหรับกรณีส่วนใหญ่ 300,000 น่าจะถูกต้อง เราไม่ได้เห็นหรือสร้างสิ่งใดที่สามารถเคลื่อนที่ได้เร็วขนาดนั้นหรือเร็วกว่านั้นด้วยซ้ำ มีประเด็นพิเศษอยู่ แต่ก่อนที่เราจะพูดถึงประเด็นเหล่านั้น เรามาพูดถึงคำถามอื่นของเราก่อน เหตุใดจึงสำคัญมากที่ต้องปฏิบัติตามกฎความเร็วแสงอย่างเคร่งครัด?

คำตอบเกี่ยวข้องกับบุคคลชื่อ ดังเช่นในกรณีของฟิสิกส์ ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของเขาสำรวจความหมายหลายประการของการจำกัดความเร็วสากลของเขา องค์ประกอบที่สำคัญที่สุดอย่างหนึ่งของทฤษฎีคือแนวคิดที่ว่าความเร็วแสงคงที่ ไม่ว่าคุณจะอยู่ที่ไหนหรือเคลื่อนที่เร็วแค่ไหน แสงจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากันเสมอ

แต่สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหาทางแนวคิดหลายประการ

ลองนึกภาพแสงที่ตกจากไฟฉายไปบนกระจกบนเพดานของยานอวกาศที่อยู่นิ่ง แสงขึ้นสะท้อนจากกระจกแล้วตกลงบนพื้นยานอวกาศ สมมติว่าเขาครอบคลุมระยะทาง 10 เมตร

ทีนี้ลองจินตนาการว่ายานอวกาศลำนี้เริ่มเคลื่อนที่ด้วยความเร็วมหาศาลหลายพันกิโลเมตรต่อวินาที เมื่อคุณเปิดไฟฉาย แสงจะทำงานเหมือนเดิม โดยจะส่องขึ้นด้านบน กระทบกับกระจก และสะท้อนลงบนพื้น แต่การทำเช่นนี้ แสงจะต้องเดินทางในแนวทแยง ไม่ใช่แนวตั้ง ท้ายที่สุดตอนนี้กระจกก็เคลื่อนที่อย่างรวดเร็วตามไปด้วย ยานอวกาศ.

ดังนั้นระยะทางที่แสงเดินทางจะเพิ่มขึ้น สมมุติว่า 5 เมตร. รวมเป็น 15 เมตร ไม่ใช่ 10

แม้ว่าระยะทางจะเพิ่มขึ้น แต่ทฤษฎีของไอน์สไตน์อ้างว่าแสงจะยังคงเดินทางด้วยความเร็วเท่าเดิม เนื่องจากความเร็วคือระยะทางหารด้วยเวลา เนื่องจากความเร็วยังคงเท่าเดิมและระยะทางเพิ่มขึ้น เวลาจึงต้องเพิ่มขึ้นด้วย ใช่แล้ว เวลาก็ต้องยืดออกไป และถึงแม้จะฟังดูแปลก แต่ก็ได้รับการยืนยันจากการทดลองแล้ว

ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการขยายเวลา เวลาเดินช้าลงสำหรับผู้ที่เดินทางด้วยยานพาหนะที่เคลื่อนที่เร็วเมื่อเทียบกับผู้ที่จอดอยู่กับที่

เช่น, เวลากำลังทำงานอยู่ช้าลง 0.007 วินาทีสำหรับนักบินอวกาศบนระหว่างประเทศ สถานีอวกาศซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว 7.66 กม./วินาที เมื่อเทียบกับโลก เมื่อเทียบกับผู้คนบนโลก สิ่งที่น่าสนใจยิ่งกว่านั้นคือสถานการณ์ที่มีอนุภาคเช่นอิเล็กตรอนดังกล่าวซึ่งสามารถเคลื่อนที่ได้ใกล้ความเร็วแสง ในกรณีของอนุภาคเหล่านี้ ระดับความหน่วงจะมีมหาศาล

Stephen Kolthammer นักฟิสิกส์ทดลองจากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดในสหราชอาณาจักร ชี้ไปที่ตัวอย่างของอนุภาคที่เรียกว่ามิวออน

มิวออนไม่เสถียร: พวกมันสลายตัวเป็นอนุภาคที่ง่ายกว่าอย่างรวดเร็ว เร็วมากจนมิวออนส่วนใหญ่ที่ออกจากดวงอาทิตย์จะสลายตัวเมื่อมาถึงโลก แต่ในความเป็นจริง มิวออนเดินทางมายังโลกจากดวงอาทิตย์ในปริมาณมหาศาล นักฟิสิกส์พยายามเข้าใจมานานแล้วว่าทำไม

“คำตอบสำหรับความลึกลับนี้คือมิวออนถูกสร้างขึ้นด้วยพลังงานที่พวกมันเดินทางด้วยความเร็วใกล้แสง” โคลแธมเมอร์กล่าว “ความรู้สึกของเวลา นาฬิกาภายในของพวกเขาช้า”

Muons "มีชีวิตอยู่" ได้นานกว่าที่คาดไว้เมื่อเทียบกับเรา ต้องขอบคุณการบิดเบี้ยวของเวลาที่แท้จริงและเป็นธรรมชาติ เมื่อวัตถุเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วสัมพันธ์กับวัตถุอื่น ความยาวจะลดลงและหดตัวด้วย ผลที่ตามมา การขยายเวลา และการลดความยาว เป็นตัวอย่างการเปลี่ยนแปลงของกาล-เวลา ขึ้นอยู่กับการเคลื่อนที่ของสิ่งต่างๆ เช่น ฉัน คุณ หรือยานอวกาศที่มีมวล

สิ่งสำคัญดังที่ไอน์สไตน์กล่าวไว้คือแสงไม่ได้รับผลกระทบเนื่องจากไม่มีมวล นั่นเป็นเหตุผลที่หลักการเหล่านี้สอดคล้องกัน หากสิ่งต่าง ๆ สามารถเดินทางได้เร็วกว่าแสง พวกมันก็จะปฏิบัติตามกฎพื้นฐานที่อธิบายวิธีการทำงานของจักรวาล นี่คือหลักการสำคัญ ตอนนี้เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับข้อยกเว้นและข้อยกเว้นบางประการได้

ในแง่หนึ่ง แม้ว่าเราจะไม่เห็นสิ่งใดที่เร็วกว่าแสง แต่นั่นไม่ได้หมายความว่าไม่สามารถเอาชนะขีดจำกัดความเร็วตามทฤษฎีได้ภายใต้สภาวะที่เฉพาะเจาะจงอย่างยิ่ง ตัวอย่างเช่น การขยายตัวของจักรวาลนั่นเอง กาแลคซีในจักรวาลกำลังเคลื่อนที่ออกจากกันด้วยความเร็วที่สูงกว่าความเร็วแสงอย่างมาก

สถานการณ์ที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งเกี่ยวกับอนุภาคที่มีคุณสมบัติเหมือนกันในเวลาเดียวกันไม่ว่าจะอยู่ห่างกันแค่ไหนก็ตาม นี่คือสิ่งที่เรียกว่า " สิ่งกีดขวางควอนตัม- โฟตอนจะหมุนขึ้นและลง โดยสุ่มเลือกระหว่างสองสถานะที่เป็นไปได้ แต่การเลือกทิศทางการหมุนจะสะท้อนให้เห็นอย่างชัดเจนในโฟตอนอื่นหากพวกมันพัวพันกัน

นักวิทยาศาสตร์สองคน ซึ่งแต่ละคนศึกษาโฟตอนของตนเอง จะได้ผลลัพธ์เดียวกันในเวลาเดียวกัน ซึ่งเร็วกว่าความเร็วแสงที่จะเอื้ออำนวย

อย่างไรก็ตาม ในทั้งสองตัวอย่างนี้ สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าไม่มีข้อมูลใดเดินทางได้เร็วกว่าความเร็วแสงระหว่างวัตถุสองชิ้น เราสามารถคำนวณการขยายตัวของเอกภพได้ แต่เราไม่สามารถสังเกตวัตถุที่เร็วกว่าแสงในนั้นได้ เพราะพวกมันหายไปจากการมองเห็นแล้ว

สำหรับนักวิทยาศาสตร์สองคนที่มีโฟตอน แม้ว่าพวกเขาจะได้ผลลัพธ์เดียวในเวลาเดียวกัน แต่ก็ไม่สามารถบอกให้กันและกันรู้ได้เร็วกว่าแสงที่เดินทางระหว่างพวกเขา

“สิ่งนี้ไม่ได้สร้างปัญหาใดๆ สำหรับเรา เพราะถ้าคุณสามารถส่งสัญญาณได้เร็วกว่าแสง คุณจะพบความขัดแย้งแปลกๆ ซึ่งข้อมูลสามารถย้อนเวลากลับไปได้” โคลแธมเมอร์กล่าว

ยังมีอีก วิธีที่เป็นไปได้ทำให้การเดินทางเร็วกว่าแสงเป็นไปได้ในทางเทคนิค: ความแตกแยกในอวกาศ-เวลาซึ่งจะทำให้นักเดินทางสามารถหลีกหนีจากกฎเกณฑ์ของการเดินทางปกติได้

เจอรัลด์ คลีเวอร์ จากมหาวิทยาลัยเบย์เลอร์ในเท็กซัสเชื่อว่าวันหนึ่งเราจะสามารถสร้างยานอวกาศที่เดินทางเร็วกว่าแสงได้ ซึ่งกำลังเคลื่อนที่ผ่านรูหนอน รูหนอนนั้นเป็นวงวนในอวกาศ-เวลาซึ่งสอดคล้องกับทฤษฎีของไอน์ไชน์อย่างสมบูรณ์แบบ พวกเขาสามารถอนุญาตให้นักบินอวกาศกระโดดจากปลายด้านหนึ่งของจักรวาลไปยังอีกด้านหนึ่งผ่านความผิดปกติในกาลอวกาศ ซึ่งเป็นทางลัดของจักรวาลบางรูปแบบ

วัตถุที่เดินทางผ่านรูหนอนจะมีความเร็วไม่เกินความเร็วแสง แต่ตามทฤษฎีแล้วสามารถไปถึงจุดหมายปลายทางได้เร็วกว่าแสงที่ใช้เส้นทาง "ปกติ" แต่รูหนอนอาจไม่สามารถเข้าถึงได้โดยสิ้นเชิง การเดินทางในอวกาศ- จะมีวิธีอื่นในการบิดเบี้ยวกาลอวกาศให้เคลื่อนที่เร็วกว่า 300,000 กม. / วินาทีเมื่อเทียบกับคนอื่นได้หรือไม่?

Cleaver ยังได้สำรวจแนวคิดของ "เครื่องยนต์ Alcubierre" ในปี 1994 อธิบายถึงสถานการณ์ที่กาลอวกาศหดตัวต่อหน้ายานอวกาศ โดยผลักมันไปข้างหน้า และขยายออกไปด้านหลัง และผลักมันไปข้างหน้าด้วย “แต่แล้ว” คลีเวอร์กล่าว “ปัญหาก็เกิดขึ้น: ทำอย่างไรและต้องใช้พลังงานเท่าใด”

ในปี 2008 เขาและนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Richard Obouzi ได้คำนวณว่าจะต้องใช้พลังงานเท่าใด

"เราจินตนาการถึงเรือขนาด 10 ม. x 10 ม. x 10 ม. - 1,000 ลูกบาศก์เมตร - และคำนวณว่าปริมาณพลังงานที่ต้องใช้เพื่อเริ่มกระบวนการจะเท่ากับมวลของดาวพฤหัสบดีทั้งหมด"

หลังจากนั้นจะต้อง "เพิ่ม" พลังงานอย่างต่อเนื่องเพื่อให้กระบวนการไม่สิ้นสุด ไม่มีใครรู้ว่าสิ่งนี้จะเป็นไปได้หรือไม่ หรือเทคโนโลยีที่จำเป็นจะเป็นอย่างไร “ฉันไม่อยากถูกพูดถึงมานานหลายศตวรรษราวกับว่าฉันทำนายสิ่งที่ไม่มีวันเกิดขึ้น” Cleaver กล่าว “แต่ฉันยังไม่เห็นวิธีแก้ปัญหาใดๆ เลย”

ดังนั้นการเดินทางที่เร็วกว่าความเร็วแสงจึงยังคงเป็นนิยายวิทยาศาสตร์อยู่ในขณะนี้ สำหรับตอนนี้ วิธีเดียวคือการดำดิ่งสู่แอนิเมชั่นที่ถูกระงับอย่างลึกซึ้ง แต่มันก็ไม่ได้แย่ไปเสียทั้งหมด ส่วนใหญ่เราพูดถึงแสงที่มองเห็นได้ แต่ในความเป็นจริงแล้ว แสงมีอะไรมากกว่านั้นมาก ตั้งแต่คลื่นวิทยุและไมโครเวฟไปจนถึงแสงที่มองเห็นได้ รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์ และรังสีแกมมาที่ปล่อยออกมาจากอะตอมในขณะที่พวกมันสลายตัว รังสีที่สวยงามเหล่านี้ล้วนเกิดจากสิ่งเดียวกัน นั่นคือโฟตอน

ความแตกต่างอยู่ที่พลังงาน ดังนั้นความยาวคลื่นด้วย รังสีเหล่านี้รวมกันเป็นสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ความจริงที่ว่าคลื่นวิทยุเดินทางด้วยความเร็วแสงนั้นมีประโยชน์อย่างเหลือเชื่อสำหรับการสื่อสาร

ในการวิจัยของเขา โคลแธมเมอร์สร้างวงจรที่ใช้โฟตอนในการส่งสัญญาณจากส่วนหนึ่งของวงจรไปยังอีกส่วนหนึ่ง ดังนั้นเขาจึงมีคุณสมบัติเหมาะสมที่จะแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับประโยชน์ของความเร็วแสงอันเหลือเชื่อ

“ความจริงที่ว่าเราสร้างโครงสร้างพื้นฐานของอินเทอร์เน็ต และวิทยุที่อยู่ก่อนหน้านั้นโดยใช้แสง เกี่ยวข้องกับความสะดวกในการส่งสัญญาณ” เขากล่าว และเขาเสริมว่าแสงทำหน้าที่เป็นพลังในการสื่อสารของจักรวาล เมื่ออิเล็กตรอนเข้ามา โทรศัพท์มือถือเริ่มสั่น โฟตอนลอยออกมาและทำให้อิเล็กตรอนในโทรศัพท์มือถืออีกเครื่องสั่นด้วย นี่คือวิธีที่โทรศัพท์เกิดขึ้น การสั่นของอิเล็กตรอนในดวงอาทิตย์ยังปล่อยโฟตอนเข้ามาด้วย ปริมาณมหาศาล- ซึ่งแน่นอนว่าก่อตัวเป็นแสง ทำให้ชีวิตบนโลกอบอุ่น และอะแฮ่ม แสงสว่าง

แสงเป็นภาษาสากลของจักรวาล ความเร็ว - 299,792.458 กม./วินาที - ยังคงที่ ในขณะเดียวกัน พื้นที่และเวลาก็ปรับเปลี่ยนได้ บางทีเราไม่ควรคิดว่าจะเคลื่อนที่เร็วกว่าแสงได้อย่างไร แต่จะเคลื่อนที่เร็วกว่าแสงผ่านอวกาศนี้และครั้งนี้ได้อย่างไร ไปที่รูทเพื่อที่จะพูด?

การเดินทาง FTL เป็นหนึ่งในรากฐานของนิยายวิทยาศาสตร์อวกาศ อย่างไรก็ตาม ทุกคนอาจแม้กระทั่งคนที่ห่างไกลจากวิชาฟิสิกส์ก็รู้ดีว่าสูงสุด ความเร็วที่เป็นไปได้การเคลื่อนที่ของวัตถุวัตถุหรือการแพร่กระจายของสัญญาณใด ๆ คือความเร็วแสงในสุญญากาศ ถูกกำหนดด้วยตัวอักษร c และมีความเร็วเกือบ 300,000 กิโลเมตรต่อวินาที ค่าที่แน่นอน c = 299,792,458 m/s

ความเร็วแสงในสุญญากาศเป็นค่าคงที่ทางกายภาพพื้นฐานค่าหนึ่ง ความเป็นไปไม่ได้ที่จะบรรลุความเร็วเกิน c ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ (STR) ของไอน์สไตน์ หากพิสูจน์ได้ว่าสามารถส่งสัญญาณด้วยความเร็วเหนือแสงได้ ทฤษฎีสัมพัทธภาพก็จะตกไป จนถึงขณะนี้สิ่งนี้ยังไม่เกิดขึ้นแม้ว่าจะมีความพยายามหลายครั้งที่จะหักล้างการห้ามการมีอยู่ของความเร็วที่มากกว่าค อย่างไรก็ตาม การศึกษาเชิงทดลองเมื่อเร็ว ๆ นี้ ได้เปิดเผยบางอย่างอย่างมาก ปรากฏการณ์ที่น่าสนใจซึ่งบ่งชี้ว่าภายใต้เงื่อนไขที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษ คุณสามารถสังเกตความเร็วเหนือแสงได้ และในขณะเดียวกัน หลักการของทฤษฎีสัมพัทธภาพก็ไม่ถูกละเมิด

ขั้นแรก ให้เรานึกถึงประเด็นหลักที่เกี่ยวข้องกับปัญหาความเร็วแสง

ก่อนอื่น: เหตุใดจึงเป็นไปไม่ได้ (ภายใต้สภาวะปกติ) ที่จะเกินขีดจำกัดแสง เพราะเมื่อนั้นกฎพื้นฐานของโลกของเราจึงถูกละเมิด - กฎแห่งเหตุซึ่งผลไม่สามารถนำหน้าเหตุได้ ไม่มีใครเคยสังเกตมาก่อน เช่น หมีตายก่อนแล้วพรานก็ยิง ที่ความเร็วเกิน c ลำดับของเหตุการณ์จะย้อนกลับ เทปเวลาจะย้อนกลับ ซึ่งง่ายต่อการตรวจสอบโดยใช้เหตุผลง่ายๆ ดังต่อไปนี้

สมมติว่าเราอยู่บนเรือมหัศจรรย์ในอวกาศซึ่งเคลื่อนที่เร็วกว่าแสง จากนั้นเราก็จะค่อยๆไล่ตามแสงที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดทั้งช่วงเช้าและช่วงเช้า อันดับแรก เราจะไล่ตามโฟตอนที่ปล่อยออกมา เช่น เมื่อวาน จากนั้นโฟตอนที่ปล่อยออกมาเมื่อวันก่อน จากนั้นหนึ่งสัปดาห์ หนึ่งเดือน หนึ่งปีที่แล้ว และอื่นๆ ถ้าแหล่งกำเนิดแสงเป็นกระจกที่สะท้อนชีวิต เราก็จะได้เห็นเหตุการณ์ของเมื่อวานก่อน จากนั้นวันก่อนเมื่อวาน และอื่นๆ เราคงเห็นคนแก่ที่ค่อย ๆ กลายเป็นวัยกลางคน แล้วค่อย ๆ กลายเป็นเด็ก เป็นเด็ก เป็นเด็ก ... กล่าวคือ เวลาจะย้อนกลับไป เราจะเคลื่อนจากปัจจุบันไปสู่ ที่ผ่านมา. เหตุและผลย่อมเปลี่ยนสถานที่

แม้ว่าการสนทนานี้จะเพิกเฉยต่อรายละเอียดทางเทคนิคของกระบวนการสังเกตแสงโดยสิ้นเชิง แต่จากมุมมองพื้นฐานแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการเคลื่อนไหวด้วยความเร็วเหนือแสงนำไปสู่สถานการณ์ที่เป็นไปไม่ได้ในโลกของเรา อย่างไรก็ตาม ธรรมชาติได้กำหนดเงื่อนไขที่เข้มงวดยิ่งขึ้นไปอีก การเคลื่อนไหวไม่เพียงแต่ด้วยความเร็วเหนือแสงเท่านั้นที่ไม่สามารถบรรลุได้ แต่ยังด้วยความเร็วเท่ากับความเร็วแสงด้วย - เราทำได้แค่เข้าใกล้มันเท่านั้น จากทฤษฎีสัมพัทธภาพเป็นไปตามที่ว่าเมื่อความเร็วของการเคลื่อนที่เพิ่มขึ้น จะเกิดเหตุการณ์สามประการ: มวลของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่เพิ่มขึ้น ขนาดของมันในทิศทางการเคลื่อนที่ลดลง และการไหลของเวลาบนวัตถุนี้ช้าลง (จากจุดนั้น ในมุมมองของผู้สังเกตการณ์ "พักผ่อน" ภายนอก) ที่ความเร็วปกติ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ไม่มีนัยสำคัญ แต่เมื่อเข้าใกล้ความเร็วแสง การเปลี่ยนแปลงจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนมากขึ้นเรื่อยๆ และในขีดจำกัด - ที่ความเร็วเท่ากับ c - มวลจะมีขนาดใหญ่อย่างไม่มีที่สิ้นสุด วัตถุจะสูญเสียขนาดไปในทิศทางนั้นโดยสิ้นเชิง ของการเคลื่อนไหวและเวลาหยุดอยู่กับนั้น ดังนั้นจึงไม่มีวัตถุใดที่สามารถเข้าถึงความเร็วแสงได้ มีเพียงแสงเท่านั้นที่มีความเร็วขนาดนี้! (และยังเป็นอนุภาคที่ "ทะลุทะลวงได้ทั้งหมด" - นิวตริโน ซึ่งเหมือนกับโฟตอน ไม่สามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วน้อยกว่า c)

ตอนนี้เกี่ยวกับความเร็วในการส่งสัญญาณ ในที่นี้เหมาะสมที่จะใช้การแสดงแสงในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า สัญญาณคืออะไร? นี่คือข้อมูลบางอย่างที่จำเป็นต้องส่ง สมบูรณ์แบบ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า- นี่คือไซนัสอยด์ที่ไม่มีที่สิ้นสุดของความถี่เดียวอย่างเคร่งครัดและไม่สามารถพกพาข้อมูลใด ๆ ได้เพราะแต่ละช่วงเวลาของไซนัสอยด์ดังกล่าวจะซ้ำกับความถี่ก่อนหน้าทุกประการ ความเร็วของการเคลื่อนที่ของเฟสของคลื่นไซน์ - ที่เรียกว่าความเร็วของเฟส - สามารถอยู่ในตัวกลางที่ เงื่อนไขบางประการเกินความเร็วแสงในสุญญากาศ ที่นี่ไม่มีข้อจำกัด เนื่องจากความเร็วเฟสไม่ใช่ความเร็วของสัญญาณ - ยังไม่มีอยู่ ในการสร้างสัญญาณ คุณต้องสร้าง "เครื่องหมาย" บางอย่างบนคลื่น เครื่องหมายดังกล่าวอาจเป็นการเปลี่ยนแปลงในพารามิเตอร์คลื่นใด ๆ - แอมพลิจูด ความถี่ หรือเฟสเริ่มต้น แต่ทันทีที่ทำเครื่องหมายไว้ คลื่นก็จะสูญเสียความเป็นไซน์ซอยด์ไป มันถูกมอดูเลตซึ่งประกอบด้วยชุดของคลื่นไซน์ธรรมดาที่มีแอมพลิจูด ความถี่ และเฟสเริ่มต้นที่แตกต่างกัน - กลุ่มของคลื่น ความเร็วที่เครื่องหมายเคลื่อนที่ในคลื่นมอดูเลตคือความเร็วของสัญญาณ เมื่อแพร่กระจายในตัวกลาง ความเร็วนี้มักจะเกิดขึ้นพร้อมกับความเร็วของกลุ่ม ซึ่งเป็นลักษณะการแพร่กระจายของกลุ่มคลื่นที่กล่าวข้างต้นโดยรวม (ดู "วิทยาศาสตร์และชีวิต" หมายเลข 2, 2000) ภายใต้สภาวะปกติ ความเร็วของกลุ่มและความเร็วของสัญญาณจึงน้อยกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศ ไม่ใช่โดยบังเอิญที่จะใช้สำนวน "ภายใต้สภาวะปกติ" ในที่นี้ เนื่องจากในบางกรณี ความเร็วของกลุ่มอาจเกิน c หรือแม้กระทั่งสูญเสียความหมายไป แต่ไม่ได้หมายถึงการแพร่กระจายของสัญญาณ สถานีบริการกำหนดว่าไม่สามารถส่งสัญญาณด้วยความเร็วที่มากกว่า c ได้

ทำไมจึงเป็นเช่นนี้? เพราะอุปสรรคในการส่งสัญญาณใด ๆ ที่ความเร็วมากกว่า c นั้นเป็นกฎแห่งเวรกรรมเดียวกัน ลองจินตนาการถึงสถานการณ์เช่นนี้ ที่จุด A ไฟแฟลช (เหตุการณ์ 1) จะเปิดอุปกรณ์ที่ส่งสัญญาณวิทยุ และที่จุด B ระยะไกล การระเบิดเกิดขึ้น (เหตุการณ์ 2) ภายใต้อิทธิพลของสัญญาณวิทยุนี้ เป็นที่ชัดเจนว่าเหตุการณ์ที่ 1 (แสงแฟลร์) เป็นสาเหตุ และเหตุการณ์ที่ 2 (การระเบิด) เป็นผลที่ตามมา ซึ่งเกิดขึ้นช้ากว่าสาเหตุ แต่หากสัญญาณวิทยุแพร่กระจายด้วยความเร็วเหนือแสง ผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ใกล้จุด B จะเห็นการระเบิดก่อน จากนั้นจึงเป็นสาเหตุของการระเบิดที่มาถึงเขาด้วยความเร็วแสงแฟลช กล่าวอีกนัยหนึ่ง สำหรับผู้สังเกตการณ์รายนี้ เหตุการณ์ที่ 2 จะเกิดขึ้นก่อนเหตุการณ์ที่ 1 กล่าวคือ ผลจะต้องเกิดก่อนเหตุ

สมควรที่จะเน้นย้ำว่า "การห้ามเหนือแสง" ของทฤษฎีสัมพัทธภาพนั้นกำหนดไว้เฉพาะกับการเคลื่อนที่ของวัตถุและการส่งสัญญาณเท่านั้น ในหลาย ๆ สถานการณ์ การเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าใดก็ได้ แต่นี่ไม่ใช่การเคลื่อนที่ของวัตถุหรือสัญญาณที่เป็นวัตถุ ตัวอย่างเช่น ลองนึกภาพไม้บรรทัดที่ยาวพอสมควรสองตัวนอนอยู่ในระนาบเดียวกัน โดยอันหนึ่งวางในแนวนอน และอีกอันตัดกันด้วยมุมเล็กๆ หากไม้บรรทัดอันแรกถูกเลื่อนลง (ในทิศทางที่ลูกศรระบุ) ด้วยความเร็วสูง จุดตัดของไม้บรรทัดสามารถวิ่งได้เร็วเท่าที่ต้องการ แต่จุดนี้ไม่ใช่วัตถุ อีกตัวอย่างหนึ่ง: หากคุณใช้ไฟฉาย (หรือเช่นเลเซอร์ที่สร้างลำแสงแคบ) และอธิบายส่วนโค้งในอากาศอย่างรวดเร็ว ความเร็วเชิงเส้นของจุดไฟจะเพิ่มขึ้นตามระยะทางและที่ระยะห่างที่มากพอสมควรจะเกิน c . จุดแสงจะเคลื่อนที่ระหว่างจุด A และ B ด้วยความเร็วเหนือแสง แต่จะไม่ใช่การส่งสัญญาณจาก A ไป B เนื่องจากจุดแสงดังกล่าวไม่มีข้อมูลใดๆ เกี่ยวกับจุด A

ดูเหมือนว่าปัญหาของความเร็วเหนือแสงจะได้รับการแก้ไขแล้ว แต่ในช่วงทศวรรษที่ 60 ของศตวรรษที่ 20 นักฟิสิกส์เชิงทฤษฎีได้ตั้งสมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของอนุภาค superluminal ที่เรียกว่า tachyons อนุภาคเหล่านี้เป็นอนุภาคที่แปลกมาก ในทางทฤษฎีแล้วอนุภาคเหล่านี้เป็นไปได้ แต่เพื่อหลีกเลี่ยงความขัดแย้งกับทฤษฎีสัมพัทธภาพ อนุภาคเหล่านี้จึงต้องกำหนดมวลนิ่งในจินตนาการ ในทางฟิสิกส์แล้ว มวลจินตภาพไม่มีอยู่จริง มันเป็นนามธรรมทางคณิตศาสตร์ล้วนๆ อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้ทำให้เกิดความตื่นตระหนกมากนัก เนื่องจากทาชีออนไม่สามารถอยู่นิ่งได้ - พวกมันมีอยู่ (ถ้ามีอยู่!) ด้วยความเร็วที่เกินความเร็วแสงในสุญญากาศเท่านั้น และในกรณีนี้ มวลทาชีออนจะกลายเป็นของจริง มีความคล้ายคลึงกันกับโฟตอนในที่นี้ โฟตอนมีมวลนิ่งเป็นศูนย์ แต่นั่นหมายความว่าโฟตอนไม่สามารถอยู่นิ่งได้ แสงไม่สามารถหยุดได้

สิ่งที่ยากที่สุดกลายเป็นอย่างที่คาดไว้คือการปรับสมมติฐานของ tachyon กับกฎแห่งสาเหตุ ความพยายามที่เกิดขึ้นในทิศทางนี้แม้ว่าจะค่อนข้างชาญฉลาด แต่ก็ไม่ได้นำไปสู่ความสำเร็จที่ชัดเจน ไม่มีใครสามารถลงทะเบียน tachyons แบบทดลองได้เช่นกัน เป็นผลให้ความสนใจใน tachyons เป็น superluminal อนุภาคมูลฐานค่อยๆจางหายไป

อย่างไรก็ตามในช่วงทศวรรษที่ 60 มีการทดลองค้นพบปรากฏการณ์ที่นักฟิสิกส์สับสนในตอนแรก นี่เป็นคำอธิบายโดยละเอียดในบทความโดย A. N. Oraevsky“ Super คลื่นแสงในสื่อขยายเสียง" (UFN หมายเลข 12, 1998) ที่นี่เราจะสรุปสาระสำคัญของเรื่องโดยย่อ โดยอ้างอิงถึงผู้อ่านที่สนใจรายละเอียดเกี่ยวกับบทความที่ระบุ

ไม่นานหลังจากการค้นพบเลเซอร์ - ในช่วงต้นทศวรรษที่ 60 - ปัญหาเกิดจากการได้รับพัลส์แสงกำลังสูงระยะสั้น (ยาวนานประมาณ 1 ns = 10-9 วินาที) เมื่อต้องการทำเช่นนี้ พัลส์เลเซอร์สั้นจะถูกส่งผ่านเครื่องขยายสัญญาณควอนตัมแบบออปติคัล พัลส์ถูกแบ่งออกเป็นสองส่วนด้วยกระจกแยกลำแสง หนึ่งในนั้นมีพลังมากกว่าถูกส่งไปยังแอมพลิฟายเออร์และอีกอันแพร่กระจายในอากาศและทำหน้าที่เป็นพัลส์อ้างอิงซึ่งสามารถเปรียบเทียบพัลส์ที่ผ่านแอมพลิฟายเออร์ได้ พัลส์ทั้งสองถูกป้อนเข้าเครื่องตรวจจับแสง และสามารถสังเกตสัญญาณเอาท์พุตของพวกมันได้บนหน้าจอออสซิลโลสโคป คาดว่าพัลส์แสงที่ผ่านแอมพลิฟายเออร์จะมีความล่าช้าเล็กน้อยเมื่อเทียบกับพัลส์อ้างอิง นั่นคือความเร็วของการแพร่กระจายแสงในแอมพลิฟายเออร์จะน้อยกว่าในอากาศ ลองนึกภาพความประหลาดใจของนักวิจัยเมื่อพวกเขาค้นพบว่าพัลส์แพร่กระจายผ่านแอมพลิฟายเออร์ด้วยความเร็วไม่เพียงมากกว่าในอากาศ แต่ยังสูงกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศหลายเท่าด้วย!

หลังจากฟื้นตัวจากการช็อกครั้งแรก นักฟิสิกส์ก็เริ่มมองหาสาเหตุของผลลัพธ์ที่ไม่คาดคิดดังกล่าว ไม่มีใครสงสัยแม้แต่น้อยเกี่ยวกับหลักการของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ และนี่คือสิ่งที่ช่วยในการค้นหาคำอธิบายที่ถูกต้อง: หากหลักการของ SRT ยังคงถูกรักษาไว้ ก็ควรค้นหาคำตอบในคุณสมบัติของตัวกลางขยายเสียง

โดยไม่ต้องลงรายละเอียดที่นี่เราจะชี้ให้เห็นว่าการวิเคราะห์โดยละเอียดเกี่ยวกับกลไกการออกฤทธิ์ของสื่อขยายสัญญาณทำให้สถานการณ์กระจ่างแจ้งอย่างสมบูรณ์ ประเด็นคือการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของโฟตอนระหว่างการแพร่กระจายของพัลส์ - การเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอัตราขยายของตัวกลางจนถึงค่าลบระหว่างการผ่านของส่วนหลังของพัลส์เมื่อตัวกลางดูดซับไปแล้ว พลังงาน เนื่องจากพลังงานสำรองของมันถูกใช้หมดแล้วเนื่องจากการถ่ายโอนไปยังพัลส์แสง การดูดซึมไม่ได้ทำให้แรงกระตุ้นเพิ่มขึ้น แต่ทำให้แรงกระตุ้นอ่อนลง ดังนั้นแรงกระตุ้นจึงแข็งแกร่งขึ้นที่ส่วนหน้าและอ่อนแรงลงที่ส่วนหลัง ลองจินตนาการว่าเรากำลังสังเกตชีพจรโดยใช้อุปกรณ์ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงในตัวกลางของแอมพลิฟายเออร์ หากตัวกลางโปร่งใส เราจะเห็นแรงกระตุ้นหยุดนิ่งโดยไม่เคลื่อนไหว ในสภาพแวดล้อมที่กระบวนการที่กล่าวมาข้างต้นเกิดขึ้น การเสริมความแข็งแกร่งของขอบนำและการอ่อนตัวของขอบต่อท้ายของพัลส์จะปรากฏขึ้นต่อผู้สังเกตในลักษณะที่ตัวกลางดูเหมือนจะเคลื่อนพัลส์ไปข้างหน้า แต่เนื่องจากอุปกรณ์ (ผู้สังเกตการณ์) เคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสงและแรงกระตุ้นจะแซงหน้ามัน ความเร็วของแรงกระตุ้นจึงเกินความเร็วแสง! เอฟเฟกต์นี้ถูกบันทึกโดยนักทดลอง และที่นี่ไม่มีความขัดแย้งกับทฤษฎีสัมพัทธภาพจริงๆ กระบวนการขยายเป็นเพียงการทำให้ความเข้มข้นของโฟตอนที่ออกมาก่อนหน้านี้มีมากกว่าความเข้มข้นของโฟตอนที่ออกมาในภายหลัง ไม่ใช่โฟตอนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือแสง แต่เป็นเปลือกพัลส์โดยเฉพาะอย่างยิ่งค่าสูงสุด ซึ่งสังเกตได้บนออสซิลโลสโคป

ดังนั้นในขณะที่สื่อทั่วไปมักจะมีแสงอ่อนลงและความเร็วลดลงตามที่กำหนดโดยดัชนีการหักเหของแสงในสื่อเลเซอร์แบบแอคทีฟนั้นไม่เพียงแต่จะขยายแสงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการแพร่กระจายของพัลส์ที่ความเร็วซูเปอร์ลูมินัลด้วย

นักฟิสิกส์บางคนพยายามทดลองพิสูจน์ว่ามีการเคลื่อนที่เหนือแสงเกิดขึ้นระหว่างปรากฏการณ์อุโมงค์ ซึ่งเป็นหนึ่งในนั้นมากที่สุด ปรากฏการณ์ที่น่าอัศจรรย์ในกลศาสตร์ควอนตัม ผลกระทบนี้ประกอบด้วยความจริงที่ว่าอนุภาคขนาดเล็ก (แม่นยำยิ่งขึ้นคือวัตถุขนาดเล็กที่ภายใต้สภาวะที่แตกต่างกันแสดงทั้งคุณสมบัติของอนุภาคและคุณสมบัติของคลื่น) สามารถเจาะผ่านสิ่งที่เรียกว่าสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นได้ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่สมบูรณ์ เป็นไปไม่ได้ใน กลศาสตร์คลาสสิก(โดยการเปรียบเทียบจะเป็นสถานการณ์ต่อไปนี้: ลูกบอลที่โยนไปที่กำแพงจะไปจบลงที่อีกฟากหนึ่งของกำแพงหรือการเคลื่อนไหวคล้ายคลื่นที่ส่งไปยังเชือกที่ผูกกับผนังจะถูกถ่ายโอนไปยังเชือกที่ผูกกับ ผนังอีกด้าน) สาระสำคัญของเอฟเฟกต์อุโมงค์ในกลศาสตร์ควอนตัมมีดังนี้ หากวัตถุขนาดเล็กที่มีพลังงานจำนวนหนึ่งเผชิญหน้ากับพื้นที่ซึ่งมีพลังงานศักย์มากกว่าพลังงานของวัตถุขนาดเล็กนั้น พื้นที่นี้จะเป็นอุปสรรคสำหรับวัตถุนั้น โดยความสูงจะกำหนดโดยความแตกต่างของพลังงาน แต่วัตถุขนาดเล็ก “รั่ว” ผ่านสิ่งกีดขวาง! ความเป็นไปได้นี้มอบให้เขาโดยความสัมพันธ์ความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กที่รู้จักกันดี ซึ่งเขียนขึ้นเพื่อพลังงานและเวลาของการมีปฏิสัมพันธ์ หากอันตรกิริยาระหว่างวัตถุขนาดเล็กกับสิ่งกีดขวางเกิดขึ้นในช่วงเวลาหนึ่ง พลังงานของวัตถุขนาดเล็กนั้นจะมีคุณลักษณะเป็นความไม่แน่นอน ในทางกลับกัน และหากความไม่แน่นอนนี้เรียงลำดับตามความสูงของสิ่งกีดขวาง แล้ว หลังเลิกเป็นอุปสรรคที่ผ่านไม่ได้สำหรับวัตถุขนาดเล็ก มันคือความเร็วของการเจาะทะลุสิ่งกีดขวางที่อาจเกิดขึ้นซึ่งกลายเป็นหัวข้อของการวิจัยโดยนักฟิสิกส์จำนวนหนึ่งซึ่งเชื่อว่ามันสามารถเกินค.

ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2541 การประชุมสัมมนาระดับนานาชาติเกี่ยวกับปัญหาการเคลื่อนที่เหนือแสงจัดขึ้นที่เมืองโคโลญจน์ โดยมีการหารือเกี่ยวกับผลลัพธ์ที่ได้รับในห้องปฏิบัติการ 4 แห่ง - ในเบิร์กลีย์ เวียนนา โคโลญจน์ และฟลอเรนซ์

และในที่สุด ในปี พ.ศ. 2543 มีรายงานเกี่ยวกับการทดลองใหม่สองครั้งซึ่งผลของการแพร่กระจายแสงเหนือปรากฏขึ้น หนึ่งในนั้นแสดงโดย Lijun Wong และเพื่อนร่วมงานของเขา สถาบันวิจัยในเมืองพรินซ์ตัน (สหรัฐอเมริกา) ผลลัพธ์ก็คือพัลส์แสงที่เข้าไปในห้องที่เต็มไปด้วยไอซีเซียมจะเพิ่มความเร็วขึ้น 300 เท่า ปรากฎว่าส่วนหลักของชีพจรออกจากผนังด้านไกลของห้องก่อนที่ชีพจรจะเข้าสู่ห้องผ่านผนังด้านหน้าด้วยซ้ำ สถานการณ์นี้ขัดแย้งไม่เพียงแต่สามัญสำนึกเท่านั้น แต่โดยสาระสำคัญแล้ว ขัดแย้งกับทฤษฎีสัมพัทธภาพด้วย

ข้อความของแอล. หว่องทำให้เกิดการอภิปรายกันอย่างดุเดือดในหมู่นักฟิสิกส์ ซึ่งส่วนใหญ่ไม่มีแนวโน้มที่จะเห็นการละเมิดหลักการสัมพัทธภาพในผลลัพธ์ที่ได้รับ พวกเขาเชื่อว่าความท้าทายคือการอธิบายการทดลองนี้อย่างถูกต้อง

ในการทดลองของแอล. หว่อง ชีพจรแสงที่เข้ามาในห้องที่มีไอซีเซียมมีระยะเวลาประมาณ 3 ไมโครวินาที อะตอมของซีเซียมสามารถดำรงอยู่ในสถานะเชิงกลของควอนตัมที่เป็นไปได้ทั้งหมด 16 สถานะ เรียกว่า "ระดับย่อยของสนามแม่เหล็กไฮเปอร์ไฟน์ของสถานะพื้น" ด้วยการใช้ปั๊มเลเซอร์แบบออปติคอล อะตอมเกือบทั้งหมดถูกนำเข้าสู่สถานะเดียวจากสิบหกสถานะนี้ ซึ่งสอดคล้องกับอุณหภูมิเกือบเป็นศูนย์สัมบูรณ์ในระดับเคลวิน (-273.15 ° C) ความยาวของห้องซีเซียมคือ 6 เซนติเมตร ในสุญญากาศ แสงเดินทางได้ 6 เซนติเมตรใน 0.2 ns ตามที่การวัดแสดงให้เห็น พัลส์แสงผ่านห้องที่มีซีเซียมในเวลาที่น้อยกว่าในสุญญากาศ 62 ns กล่าวอีกนัยหนึ่ง เวลาที่พัลส์เคลื่อนผ่านตัวกลางซีเซียมจะมีเครื่องหมายลบ! อันที่จริง ถ้าเราลบ 62 ns จาก 0.2 ns เราจะได้เวลาที่ "ลบ" "ความล่าช้าเชิงลบ" ในตัวกลางซึ่งเป็นการข้ามเวลาที่ไม่อาจเข้าใจได้นั้นเท่ากับเวลาที่พัลส์จะทำให้ 310 ผ่านห้องในสุญญากาศ ผลที่ตามมาของ "การกลับรายการชั่วคราว" ก็คือชีพจรที่ออกจากห้องสามารถเคลื่อนตัวออกห่างจากห้องได้ 19 เมตร ก่อนที่ชีพจรที่เข้ามาจะไปถึงผนังใกล้ห้อง จะสามารถอธิบายสถานการณ์ที่น่าเหลือเชื่อเช่นนี้ได้อย่างไร (เว้นแต่แน่นอนว่าเราสงสัยในความบริสุทธิ์ของการทดลอง)

เมื่อพิจารณาจากการอภิปรายที่กำลังดำเนินอยู่ ยังไม่พบคำอธิบายที่ชัดเจน แต่ไม่ต้องสงสัยเลยว่าคุณสมบัติการกระจายตัวที่ผิดปกติของตัวกลางมีบทบาทดังนี้ ไอซีเซียมซึ่งประกอบด้วยอะตอมที่ถูกกระตุ้นด้วยแสงเลเซอร์ เป็นตัวกลางที่มีการกระจายตัวผิดปกติ . ให้เราจำสั้น ๆ ว่ามันคืออะไร

การกระจายตัวของสารขึ้นอยู่กับดัชนีการหักเหของเฟส (สามัญ) n บนความยาวคลื่นแสง l ด้วยการกระจายตัวแบบปกติ ดัชนีการหักเหของแสงจะเพิ่มขึ้นตามความยาวคลื่นที่ลดลง และในกรณีนี้คือแก้ว น้ำ อากาศ และสารอื่นๆ ทั้งหมดที่โปร่งใสต่อแสง ในสารที่ดูดซับแสงได้อย่างมาก ดัชนีการหักเหของแสงที่มีการเปลี่ยนแปลงของความยาวคลื่นจะกลับกันและชันขึ้นมาก: เมื่อ l ลดลง (ความถี่ที่เพิ่มขึ้น w) ดัชนีการหักเหของแสงจะลดลงอย่างรวดเร็วและในภูมิภาคความยาวคลื่นบางช่วงจะน้อยกว่าความสามัคคี ( ความเร็วเฟส Vf > s ) นี่คือการกระจายตัวที่ผิดปกติ ซึ่งรูปแบบของการแพร่กระจายของแสงในสสารเปลี่ยนแปลงไปอย่างรุนแรง ความเร็วของกลุ่ม Vgr จะมากกว่าความเร็วเฟสของคลื่นและอาจเกินความเร็วแสงในสุญญากาศ (และกลายเป็นลบด้วย) L. Wong ชี้ให้เห็นเหตุการณ์นี้ว่าเป็นเหตุผลที่อยู่เบื้องหลังความเป็นไปได้ในการอธิบายผลการทดลองของเขา อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าเงื่อนไข Vgr > c เป็นทางการอย่างแท้จริง เนื่องจากแนวคิดเรื่องความเร็วของกลุ่มถูกนำมาใช้สำหรับกรณีของการกระจายตัวเล็กน้อย (ปกติ) สำหรับตัวกลางโปร่งใส เมื่อกลุ่มของคลื่นแทบจะไม่เปลี่ยนรูปร่างของมัน ระหว่างการขยายพันธุ์ ในบริเวณที่มีการกระจายตัวผิดปกติ พัลส์แสงจะผิดรูปอย่างรวดเร็ว และแนวคิดเรื่องความเร็วของกลุ่มจะสูญเสียความหมายไป ในกรณีนี้ จะมีการเสนอแนวคิดเกี่ยวกับความเร็วของสัญญาณและความเร็วการแพร่กระจายพลังงาน ซึ่งในสื่อโปร่งใสตรงกับความเร็วของกลุ่ม และในสื่อที่มีการดูดกลืนจะยังคงน้อยกว่าความเร็วแสงในสุญญากาศ แต่สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับการทดลองของ Wong มีดังนี้: พัลส์แสงที่ผ่านตัวกลางที่มีการกระจายตัวผิดปกติ จะไม่เปลี่ยนรูป แต่ยังคงรักษารูปร่างไว้ได้อย่างแน่นอน! และสิ่งนี้สอดคล้องกับสมมติฐานที่ว่าแรงกระตุ้นแพร่กระจายด้วยความเร็วของกลุ่ม แต่ถ้าเป็นเช่นนั้น ปรากฎว่าไม่มีการดูดซับในตัวกลาง แม้ว่าการกระจายตัวของตัวกลางที่ผิดปกติจะเกิดจากการดูดซับอย่างแม่นยำก็ตาม! Wong เองก็ยอมรับว่ายังมีอีกมากที่ยังไม่ชัดเจน แต่ก็เชื่อว่าสิ่งที่เกิดขึ้นในการทดลองของเขาสามารถอธิบายได้อย่างชัดเจนในการประมาณครั้งแรกดังนี้

พัลส์แสงประกอบด้วยองค์ประกอบหลายอย่างที่มีความยาวคลื่น (ความถี่) ต่างกัน รูปภาพแสดงองค์ประกอบ 3 อย่างเหล่านี้ (คลื่น 1-3) ณ จุดหนึ่ง คลื่นทั้งสามอยู่ในเฟส (จุดสูงสุดตรงกัน); ที่นี่พวกเขารวมตัวกัน เสริมกำลังกัน และสร้างแรงกระตุ้น เมื่อพวกมันแพร่กระจายในอวกาศมากขึ้น คลื่นก็จะลดน้อยลงและด้วยเหตุนี้จึง "ยกเลิก" ซึ่งกันและกัน

ในบริเวณที่มีการกระจายตัวผิดปกติ (ภายในเซลล์ซีเซียม) คลื่นที่สั้นกว่า (คลื่น 1) จะยาวขึ้น ในทางกลับกัน คลื่นที่ยาวที่สุดในสามคลื่น (คลื่น 3) จะกลายเป็นคลื่นที่สั้นที่สุด

ระยะของคลื่นจึงเปลี่ยนแปลงตามไปด้วย เมื่อคลื่นผ่านเซลล์ซีเซียมแล้ว หน้าคลื่นก็จะกลับมาอีกครั้ง หลังจากผ่านการมอดูเลตเฟสที่ผิดปกติในสารที่มีการกระจายตัวผิดปกติ คลื่นทั้งสามที่เป็นปัญหาก็พบว่าตัวเองอยู่ในเฟสอีกครั้ง ณ จุดหนึ่ง ที่นี่พวกมันรวมกันอีกครั้งและสร้างพัลส์ที่มีรูปร่างเดียวกันกับที่เข้าสู่ตัวกลางซีเซียม

โดยทั่วไปในอากาศ และในความเป็นจริงในตัวกลางโปร่งใสใดๆ ที่มีการกระจายตัวตามปกติ พัลส์แสงไม่สามารถรักษารูปร่างของมันได้อย่างแม่นยำเมื่อแพร่กระจายไปในระยะไกล กล่าวคือ ส่วนประกอบทั้งหมดไม่สามารถแบ่งเฟสได้ที่จุดที่ห่างไกลตามเส้นทางการแพร่กระจาย และภายใต้สภาวะปกติ ชีพจรแสงจะปรากฏขึ้นที่จุดที่ห่างไกลเช่นนั้นหลังจากผ่านไประยะหนึ่ง อย่างไรก็ตาม เนื่องจากคุณสมบัติที่ผิดปกติของตัวกลางที่ใช้ในการทดลอง ชีพจรที่จุดระยะไกลจึงถูกแบ่งเฟสในลักษณะเดียวกับเมื่อเข้าสู่ตัวกลางนี้ ดังนั้นพัลส์แสงจึงมีพฤติกรรมราวกับว่ามีการหน่วงเวลาเป็นลบระหว่างทางไปยังจุดที่ห่างไกลนั่นคือมันจะมาถึงไม่ช้า แต่เร็วกว่าที่มันจะผ่านตัวกลาง!

นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่มีแนวโน้มที่จะเชื่อมโยงผลลัพธ์นี้กับการปรากฏตัวของสารตั้งต้นที่มีความเข้มต่ำในตัวกลางที่กระจายตัวของห้อง ความจริงก็คือในระหว่างการสลายตัวสเปกตรัมของพัลส์สเปกตรัมประกอบด้วยส่วนประกอบของความถี่สูงโดยพลการโดยมีแอมพลิจูดเล็ก ๆ เล็กน้อยซึ่งเรียกว่าสารตั้งต้นที่เรียกว่าซึ่งอยู่ข้างหน้า "ส่วนหลัก" ของพัลส์ ธรรมชาติของการก่อตั้งและรูปร่างของสารตั้งต้นขึ้นอยู่กับกฎการกระจายตัวในสิ่งแวดล้อม ด้วยเหตุนี้ ลำดับเหตุการณ์ในการทดลองของหว่องจึงเสนอให้ตีความได้ดังนี้ คลื่นที่เข้ามา "ยืด" ลางสังหรณ์ไปข้างหน้าเข้าหากล้อง ก่อนที่จุดสูงสุดของคลื่นที่เข้ามาจะกระทบกับผนังที่อยู่ใกล้ห้องนั้น สารตั้งต้นจะเริ่มการปรากฏตัวของพัลส์ในห้อง ซึ่งไปถึงผนังที่อยู่ไกลและสะท้อนจากมัน ก่อตัวเป็น "คลื่นย้อนกลับ" คลื่นนี้แพร่กระจายเร็วกว่า c 300 เท่า ไปถึงกำแพงใกล้และพบกับคลื่นที่เข้ามา ยอดของคลื่นลูกหนึ่งบรรจบกับรางน้ำของอีกคลื่นหนึ่ง ดังนั้นพวกมันจึงทำลายกันและเป็นผลให้ไม่เหลืออะไรเลย ปรากฎว่าคลื่นที่เข้ามา "ชำระหนี้" ให้กับอะตอมของซีเซียม ซึ่ง "ให้" พลังงานแก่อะตอมที่ปลายอีกด้านของห้อง ใครก็ตามที่ดูเฉพาะจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการทดลองจะเห็นเพียงพัลส์แสงที่ "กระโดด" ไปข้างหน้าทันเวลา และเคลื่อนที่เร็วกว่าค.

แอล. หว่องเชื่อว่าการทดลองของเขาไม่สอดคล้องกับทฤษฎีสัมพัทธภาพ เขาเชื่อว่าข้อความเกี่ยวกับความไม่สามารถบรรลุได้ของความเร็วเหนือแสงนั้นใช้ได้กับวัตถุที่มีมวลนิ่งเท่านั้น แสงสามารถแสดงได้ทั้งในรูปของคลื่น ซึ่งโดยทั่วไปแล้วแนวคิดเรื่องมวลไม่สามารถใช้ได้ หรือในรูปของโฟตอนที่มีมวลนิ่ง ดังที่ทราบกันดีว่ามีค่าเท่ากับศูนย์ ดังนั้นความเร็วแสงในสุญญากาศตามหว่องจึงไม่ใช่ขีดจำกัด อย่างไรก็ตาม Wong ยอมรับว่าผลกระทบที่เขาค้นพบไม่ได้ทำให้สามารถส่งข้อมูลด้วยความเร็วที่มากกว่า c ได้

“ข้อมูลนี้อยู่ในขอบนำของชีพจรอยู่แล้ว” พี. มิลอนนี นักฟิสิกส์จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอส อลามอส ในสหรัฐอเมริกากล่าว “และมันสามารถให้ความรู้สึกว่าส่งข้อมูลได้เร็วกว่าแสง แม้กระทั่งในขณะที่คุณก็ตาม” ไม่ได้ส่งมัน”

นักฟิสิกส์ส่วนใหญ่เชื่อเช่นนั้น งานใหม่ไม่กระทบกระเทือนอย่างรุนแรงต่อหลักการพื้นฐาน แต่นักฟิสิกส์บางคนไม่เชื่อว่าปัญหาได้รับการแก้ไขแล้ว ศาสตราจารย์ A. Ranfagni จากกลุ่มวิจัยชาวอิตาลีที่ทำการทดลองที่น่าสนใจอีกครั้งในปี 2000 เชื่อว่าคำถามนี้ยังคงเปิดอยู่ การทดลองนี้ดำเนินการโดย Daniel Mugnai, Anedio Ranfagni และ Rocco Ruggeri ค้นพบว่าคลื่นวิทยุขนาดเซนติเมตรใน อากาศธรรมดาแพร่กระจายด้วยความเร็วเกิน c 25%

เพื่อสรุปเราสามารถพูดได้ดังต่อไปนี้

ได้ผล ปีที่ผ่านมาแสดงว่าภายใต้เงื่อนไขบางประการ ความเร็วเหนือแสงสามารถเกิดขึ้นได้จริง แต่อะไรกันแน่ที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือแสง? ทฤษฎีสัมพัทธภาพดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ห้ามมิให้ความเร็วดังกล่าวสำหรับวัตถุและสัญญาณที่ส่งข้อมูล อย่างไรก็ตาม นักวิจัยบางคนพยายามอย่างต่อเนื่องที่จะสาธิตการเอาชนะกำแพงกั้นแสงสำหรับสัญญาณโดยเฉพาะ เหตุผลก็คือความจริงที่ว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษไม่มีเหตุผลทางคณิตศาสตร์ที่เข้มงวด (ตามสมการของแมกซ์เวลล์สำหรับ สนามแม่เหล็กไฟฟ้า) ความเป็นไปไม่ได้ที่จะส่งสัญญาณด้วยความเร็วที่มากกว่า c ความเป็นไปไม่ได้ใน STR ดังกล่าวได้ถูกสร้างขึ้นแล้ว อาจกล่าวได้ว่าในทางคณิตศาสตร์ล้วนๆ โดยอิงจากสูตรของไอน์สไตน์ในการบวกความเร็ว แต่สิ่งนี้ได้รับการยืนยันโดยพื้นฐานโดยหลักการของความเป็นเหตุเป็นผล ไอน์สไตน์เองเมื่อพิจารณาถึงปัญหาของการส่งสัญญาณซูเปอร์ลูมินัลเขียนว่าในกรณีนี้ "... เราถูกบังคับให้พิจารณาที่เป็นไปได้เกี่ยวกับกลไกการส่งสัญญาณซึ่งการกระทำที่สำเร็จนั้นเกิดขึ้นก่อนสาเหตุ แต่ถึงแม้ว่าสิ่งนี้จะเป็นผลมาจากจุดที่สมเหตุสมผลก็ตาม ในความเห็นของฉัน ไม่มีความขัดแย้งใดๆ เลย อย่างไรก็ตาม มันขัดแย้งกับธรรมชาติของประสบการณ์ทั้งหมดของเรามาก จนดูเหมือนว่าความเป็นไปไม่ได้ของสมมติฐาน V > c จะได้รับการพิสูจน์อย่างเพียงพอแล้ว" หลักการของความเป็นเหตุเป็นผลเป็นรากฐานที่สำคัญของความเป็นไปไม่ได้ของการส่งสัญญาณเหนือแสง และเห็นได้ชัดว่า การค้นหาสัญญาณเหนือแสงทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้นจะสะดุดก้อนหินนี้ ไม่ว่านักทดลองจะต้องการตรวจจับสัญญาณดังกล่าวมากเพียงใด เพราะนั่นคือธรรมชาติของโลกของเรา

แต่ถึงกระนั้น ลองจินตนาการว่าคณิตศาสตร์ของสัมพัทธภาพจะยังคงทำงานที่ความเร็วเหนือแสง ซึ่งหมายความว่าตามทฤษฎีแล้ว เรายังสามารถค้นหาได้ว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากวัตถุมีความเร็วเกินความเร็วแสง

ลองจินตนาการถึงสอง ยานอวกาศมุ่งหน้าจากโลกไปยังดาวฤกษ์ที่อยู่ห่างจากโลกของเรา 100 ปีแสง เรือลำแรกออกจากโลกด้วยความเร็วแสง 50% ดังนั้นการเดินทางจึงจะใช้เวลา 200 ปีจึงจะเสร็จสมบูรณ์ เรือลำที่สองซึ่งติดตั้งระบบขับเคลื่อนวาร์ปสมมุติ จะเดินทางด้วยความเร็วแสง 200% แต่หลังจากลำแรก 100 ปี อะไรจะเกิดขึ้น?

ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ คำตอบที่ถูกต้องขึ้นอยู่กับมุมมองของผู้สังเกตการณ์เป็นส่วนใหญ่ จากพื้นโลก ดูเหมือนว่าเรือลำแรกได้เดินทางเป็นระยะทางพอสมควรแล้ว ก่อนที่จะถูกเรือลำที่สองแซงหน้า ซึ่งเคลื่อนที่เร็วกว่าสี่เท่า แต่จากมุมมองของผู้คนบนเรือลำแรกทุกอย่างแตกต่างออกไปเล็กน้อย

เรือหมายเลข 2 เคลื่อนที่เร็วกว่าแสง ซึ่งหมายความว่ามันสามารถแซงหน้าแสงที่มันปล่อยออกมาได้ด้วยซ้ำ ซึ่งส่งผลให้เกิด “คลื่นแสง” ชนิดหนึ่ง (คล้ายกับคลื่นเสียง แต่แทนที่จะเกิดการสั่นสะเทือนของอากาศ กลับกลายเป็นคลื่นแสงที่สั่นสะเทือน) ซึ่งทำให้เกิดเอฟเฟกต์ที่น่าสนใจหลายประการ จำได้ว่าแสงจากเรือ #2 เคลื่อนที่ช้ากว่าตัวเรือเอง ผลลัพธ์ที่ได้จะเพิ่มเป็นสองเท่าทางสายตา กล่าวอีกนัยหนึ่ง อันดับแรกลูกเรือของเรือหมายเลข 1 จะเห็นว่าเรือลำที่สองปรากฏอยู่ข้างๆ พวกเขาราวกับไม่มีที่ไหนเลย จากนั้นแสงจากเรือลำที่สองจะไปถึงลำแรกด้วยความล่าช้าเล็กน้อย และผลลัพธ์จะเป็นสำเนาที่มองเห็นได้ซึ่งจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกันโดยมีความล่าช้าเล็กน้อย

สิ่งที่คล้ายกันสามารถเห็นได้ใน เกมส์คอมพิวเตอร์อันเป็นผลมาจากความล้มเหลวของระบบ เอ็นจิ้นจะโหลดโมเดลและอัลกอริธึมที่จุดสิ้นสุดของการเคลื่อนไหวเร็วกว่าที่แอนิเมชั่นการเคลื่อนไหวจะสิ้นสุดลง ทำให้เกิดเทคหลายครั้ง นี่อาจเป็นเหตุผลว่าทำไมจิตสำนึกของเราจึงไม่รับรู้ถึงแง่มุมสมมุติของจักรวาลที่วัตถุเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเหนือแสง - บางทีนี่อาจเป็นสิ่งที่ดีที่สุด

ป.ล. ... แต่ในตัวอย่างสุดท้าย ฉันไม่เข้าใจอะไรบางอย่าง เหตุใดตำแหน่งที่แท้จริงของเรือจึงสัมพันธ์กับ "แสงที่ปล่อยออกมา" แม้ว่าพวกเขาจะเห็นเขาผิดที่ แต่ในความเป็นจริงเขาจะแซงเรือลำแรกได้!

แหล่งที่มา