De recente lijst van de Top 10 Verhalen van Space Magazine van 2010 bevatte het verhaal Sneller dan Light Pulsars Discovered - dat bij verder lezen duidelijk maakte dat het onderzochte fenomeen niet precies was in beweging Sneller dan het licht.
Hoe dan ook, dit zette me ertoe aan om verschillende manieren op te zoeken waarop schijnbare superluminale beweging zou kunnen worden gegenereerd, deels om mezelf ervan te verzekeren dat de bodem niet uit de relativiteitsfysica was gevallen en deels om te zien of deze dingen adequaat konden worden uitgelegd in gewoon Engels. Hier gaat…
1) Oorzaken en gevolgen illusies
Het sneller dan licht pulsar-verhaal gaat in wezen over hypothetische lichtbomen - die een beetje lijken op een geluidssignaal, waarbij niet de geluidssignaal, maar de geluidsbron de geluidssnelheid overschrijdt - zodat individuele geluidspulsen samenvloeien tot een enkele schokgolf die met de snelheid van het geluid beweegt.
Of zoiets nu echt gebeurt met licht van pulsars blijft een punt van discussie, maar een van de voorstanders van het model heeft het effect in een laboratorium aangetoond - zie deze Scientific American-blogpost.
Wat u doet, is een lijn met lampen aansturen die onafhankelijk worden geactiveerd. Het is gemakkelijk genoeg om ze achter elkaar af te laten gaan - eerst 1, dan 2, dan 3 enz. - en je kunt de tijdsvertraging tussen het afvuren blijven verkorten totdat je een situatie hebt waarin lamp 2 na lamp 1 in minder tijd afgaat dan licht zou de afstand tussen lampen 1 en 2 moeten overbruggen. Het is eigenlijk maar een truc - er is geen oorzakelijk verband tussen het branden van de bollen - maar het lijkt erop dat een reeks acties (eerst 1, daarna 2, daarna 3 enz.) is verplaatst sneller dan licht over de rij bollen. Deze illusie is een voorbeeld van schijnbare superluminale beweging.
Er zijn een aantal mogelijke scenario's waarom een superluminale Mexicaanse golf van synchrotronstraling uit verschillende puntbronnen zou kunnen komen rond een snel roterende neutronenster binnen een intens magnetisch veld. Zolang de emanaties van deze puntbronnen niet causaal verbonden zijn, is deze uitkomst niet in strijd met de relativiteitsfysica.
2) Licht sneller maken dan licht
Je kunt zelf een schijnbare superluminale beweging van licht produceren door de golflengte te manipuleren. Als we een foton beschouwen als een golfpakket, kan dat golfpakket lineair worden uitgerekt, zodat de voorrand van de golf sneller op zijn bestemming aankomt, omdat hij voor de rest van de golf wordt geduwd - wat betekent dat hij sneller reist dan licht .
De fysieke aard van ‘de voorrand van een golfpakket’ is echter niet duidelijk. Het hele golfpakket is gelijk aan één foton - en de voorrand van het uitgerekte golfpakket kan geen significante informatie bevatten. Door uitgerekt en verzwakt te zijn, kan het zelfs niet meer worden onderscheiden van achtergrondgeluiden.
Ook vereist deze truc dat het licht door een brekend medium beweegt, niet door een vacuüm. Als je de technische details wilt, kun je de fasesnelheid of groepssnelheid sneller maken dan c (de lichtsnelheid in een vacuüm) - maar niet de signaalsnelheid. In ieder geval, aangezien informatie (of het foton als een complete eenheid) niet sneller beweegt dan licht, wordt de relativiteitsfysica niet geschonden.
3) Een kick krijgen van gain-media
U kunt meer dramatische superluminale beweging nabootsen door een versterkingsmedium waarbij de voorrand van een lichtpuls de emissie van een nieuwe puls aan het uiteinde van het versterkingsmedium stimuleert - alsof een lichtpuls het ene uiteinde van een Newton's Cradle en een nieuwe puls raakt wordt vanaf het andere uiteinde geprojecteerd. Als je een laboratoriumopstelling wilt zien, probeer dan hier. Hoewel het licht superluminaal lijkt te springen, is het in feite een nieuwe lichtpuls die aan de andere kant opkomt - en nog steeds beweegt met de standaard lichtsnelheid.
4) De relativistische straalillusie
Als een actief sterrenstelsel, zoals M87, een straal superverwarmd plasma naar buiten duwt die zich dichtbij de lichtsnelheid beweegt - en de straal is ruwweg uitgelijnd met uw gezichtslijn vanaf de aarde - dan kunt u voor de gek houden door te denken dat de inhoud sneller beweegt dan licht.
Als die straal 5.000 lichtjaar lang is, zou het minstens 5.000 jaar moeten duren voordat alles erin die afstand van 5.000 lichtjaar heeft overschreden. Een foton dat wordt uitgezonden door een deeltje van jetmateriaal op punt A bij het begin van de jet, zal echt 5000 jaar nodig hebben om je te bereiken. Maar ondertussen blijft het deeltje van jetmateriaal bijna net zo snel naar je toe bewegen als dat foton. Dus wanneer het deeltje een ander foton afgeeft op punt B, een punt nabij de punt van de straal - bereikt dat tweede foton je oog in veel minder dan 5.000 jaar na het eerste foton, vanaf punt A. Dit geeft je de indruk dat de deeltje passeerde 5000 lichtjaar van punten A naar B in veel minder dan 5.000 jaar. Maar het is slechts een optische illusie: de fysica van de relativiteitstheorie blijft onbezoedeld.
5) Onkenbare superluminale beweging
Het is heel goed mogelijk dat objecten voorbij de horizon van het waarneembare heelal sneller van onze positie weg bewegen dan de lichtsnelheid - als gevolg van de cumulatieve uitdijing van het heelal, waardoor verre sterrenstelsels sneller lijken weg te bewegen dan nabije sterrenstelsels. Maar aangezien licht van hypothetische objecten voorbij de waarneembare horizon de aarde nooit zal bereiken, is hun bestaan onkenbaar door directe waarneming vanaf de aarde - en vertegenwoordigt het geen schending van de relativiteitsfysica.
En tot slot, niet zozeer onkenbaar als theoretisch is het idee van vroege kosmische inflatie, die ook een uitbreiding van de ruimtetijd inhoudt in plaats van beweging binnen de ruimtetijd - dus ook daar geen inbreuk.
Andere dingen…
Ik weet niet zeker of het bovenstaande een uitputtende lijst is en ik heb opzettelijk andere theoretische voorstellen weggelaten, zoals kwantumverstrengeling en de Alcubierre-warp-drive. Elk van deze, als echt, zou aantoonbaar de relativiteitsfysica schenden - dus misschien moet er met een hoger scepticisme naar worden gekeken.
