Сверхсветовое движение

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Сверхсветовое движение — это движение со скоростью выше скорости света. Многие варианты сверхсветового движения не представляются возможными, поскольку Специальная теория относительности исключает возможность сверхсветовой скорости передачи информации. В общем случае невозможно разогнать материальное тело до скорости, превышающей скорость света в вакууме относительно инерциальной системы отсчёта.

В то же время есть способы сверхсветового движения, не противоречащие нынешним физическим теориям. Ни один из этих способов нельзя использовать для сверхсветового сообщения и таким образом нарушить принцип причинности в СТО.

[править] Способы сверхсветового движения

[править] Солнечный зайчик

«Солнечный зайчик» или, например, точка пересечения лезвий ножниц может двигаться со сверхсветовой скоростью, а гильотина может даже резать с такой скоростью, так как энергия будет передаваться перпендикулярно разрезу со скоростью намного меньшей. Если «солнечный зайчик» сформирован потоком заряженных частиц, возникает черенковское излучение^[1]. Информация и энергия при этом не передаются быстрее света.

[править] Относительное движение

[править] Движение быстрее скорости света в среде

Скорость света в сплошной среде может быть ниже скорости света в вакууме. Частицы, обладающие массой, могут двигаться с любой скоростью ниже скорости света в вакууме, включая скорости, превышающие скорость света в данной среде. При этом возникает черенковское излучение.

[править] Подвижная метрика

Общая теория относительности исключает движение массивных тел только с локальной скоростью, то есть, скоростью относительно метрики, превышающей скорость света. Но сама метрика может двигаться. Обычно подвижная метрика возникает в случае фреймдраггинга, когда подвижное массивное тело увлекает в движение окружающее пространство^[2]^[3]. В некоторых случаях метрика сама может двигаться со сверхсветовой скоростью. Например, в окрестностях вращающейся чёрной дыры, в пределах эргосферы метрика движется со скоростью, превышающей скорость света ^[4]^[5]. Это означает, что внутри эргосферы тело может двигаться со скоростью, превышающей скорость света относительно внешних объектов^[6]^[7]

[править] Система отсчёта, связанная с вращающимся телом

В системе отсчёта, связанной с вращающимся телом, удалённые объекты могут двигаться со сверхсветовой скоростью ^[8]. Например, Альфа Центавра, в системе отсчёта, связанной с Землёй, движется со скоростью, более чем в 9600 раз превышающей скорость света, «проходя» расстояние около 26 световых лет в сутки. Этот парадокс обычно обходят в ОТО, запрещая распространять систему отсчёта вращающегося тела на расстояние, превышающее $r = c / ω$ , где $ω$ — угловая скорость, от оси вращения тела. В то же время, с учётом принципа Маха, данное явление может быть объяснено в терминах подвижной метрики, так как ОТО запрещает только движение массивных тел с локальной скоростью, превышающей скорость света. Это явление не может быть использовано для сверхсветовой связи и не ведёт к нарушению принципа причинности.

[править] Расширение Вселенной

Из-за расширения Вселенной астрономические объекты удаляются друг от друга. Согласно закону Хаббла, удалённые галактики, находящиеся на расстоянии $c / H$ , где $H$ — постоянная Хаббла, удаляются друг от друга со скоростью, превышающей скорость света. Хотя их локальная скорость не превышает скорости света, скорость взаимного разбегания даже локально неподвижных удалённых объектов может превышать скорость света. Возраст Вселенной оценивается в примерно четырнадцать миллиардов лет, но отдалённость некоторых астрономических объектов достигает двухсот миллиардов световых лет. Обычно этот парадокс обходят в ОТО, запрещая распространять систему отсчёта на космологические расстояния, хотя явление может быть объяснено в терминах подвижной метрики. Расширение Вселенной невозможно использовать для ускорения межзвёздных путешествий и не позволяет нарушать принцип причинности в ОТО.

[править] Принцип неопределённости

В соответствеии с квантовым принципом неопределённости, релятивистски движущаяся частица с некоторой вероятностью может быть обнаружена в любой точке на некотором интервале вдоль направления движения. Это означает, что наблюдаемая скорость частицы может варьировать в некоторых пределах, и даже превышать скорость света. Это явление можно объяснить также обнаружением виртуальной частицы несколько впереди распространяющейся частицы и последующей аннигиляцией её виртуального партнёра и первоначальной частицы. Любопытно, что именно этот мысленный эксперимент натолкнул Поля Дирака на мысль о существовании античастиц. Это явление носит вероятностный характер и не может быть использовано для передачи информации со сверхсветовой скоростью.

[править] Квантовая нелокальность

Свойство нелокальности квантовой теории постулирует возможность мгновенной передачи квантового состояния на любые расстояния. Тем не менее, для безошибочного измерения квантового состояния необходима классическая информация о подходящем для измерения базисе, которая должна быть передана по классическому каналу связи. Для осуществления квантовой телепортации требуется классический канал сообщения. Хотя подходящий базис для единичного измерения можно угадать, для сверхсветовой связи и безошибочной телепортации ряда квантовых состояний такой подход использовать невозможно. Таким образом, телепортация невозможна со скоростью, превышающей скорость света. Явление квантовой нелокальности не противоречит принципу причинности в СТО.

[править] Вакуум Казимира

Скорость волн зависит от свойств среды, в которой они распространяются. Специальная теория относительности утверждает, что разогнать массивное тело до скорости, превышающей скорость света в вакууме невозможно. В то же время теория не постулирует какое-то конкретное значение для скорости света. Она измеряется экспериментальным путём и может различаться в зависимости от свойств вакуума. Для вакуума, энергия которого меньше энергии обычного физического вакуума, скорость света теоретически должна быть выше. Одним из примеров такого вакуума является вакуум Казимира, возникающий в тонких щелях и капиллярах размером (диаметром) до десятка нанометров (примерно в сто раз больше размеров типичного атома). Этот эффект можно также объяснить уменьшением количества виртуальных частиц в вакууме Казимира, которые подобно частицам сплошной среды замедляют распространение света. Вычисления, сделанные Шарнхорстом говорят о превышении скорости света в вакууме Казимира по сравнению с обычным вакуумом на 1/10²⁴ для щели шириной 1 нм. Превышение скорости света в вакууме Казимира по сравнению со скоростью света в обычном вакууме экспериментально пока не подверждено из-за черезвычайной сложности измерения данного эффекта.

[править] Тахионы

Гипотетические частицы тахионы, в случае их существования, могут двигаться быстрее света. Они не могут передавать информацию, иначе их наличие противоречило бы принципу причинности. В толковании специальной теории относительности, если считать энергию и импульс действительными числами, тахион описывается мнимой массой. Скорость тахиона не может быть меньше скорости света, поскольку при этом энергия бы бесконечно увеличивалась.

В некоторых вариантах теории струн, в спектре масс частиц появляется тахион. Однако такие модели, как правило, признаются нефизичными, что является основанием для модификации соответствующей теории.

Это незавершённая статья по физике.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её.

[править] Сверхсветовое движение в фантастике

[править] Примечания

↑ http://ufn.ioc.ac.ru/ufn05/ufn05_9/Russian/r059c.pdf
↑ http://64.233.183.104/search?q=cache:GjOCeYJLy44J:csep10.phys.utk.edu/astr162/lect/blackhole/blackhole.html+black+hole+frame-dragging&hl=ru&gl=ru&ct=clnk&cd=5
↑ ftp://ftp.hq.nasa.gov/pub/pao/pressrel/1997/97-258.txt FIRST OBSERVATION OF SPACE-TIME DISTORTION BY BLACK HOLES
↑ http://arxiv.org/PS_cache/astro-ph/pdf/0211/0211141.pdf Komissarov S.S. ON THE NATURE OF THE BLANDFORD-ZNAJEK MECHANISM
↑ http://64.233.183.104/search?q=cache:61_45e9bxQIJ:www.astro.cornell.edu/academics/courses/astro201/ergosphere.htm+Ergosphere+%22speed+of+light%22&hl=ru&gl=ru&ct=clnk&cd=2 A Rotating Black Hole
↑ Everything you need to know about BLACK HOLES
↑ Komissarov S.S. Electrodynamics of black hole magnetospheres
↑ http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/FTL.html#14

[править] Ссылки

Категории: Незавершённые статьи по физике | Физика