Brže od svetlosti ( superluminalno ili superkauzalno ) putovanje i komunikacija su pretpostavljeno širenje materije ili informacija brže od brzine svetlosti ( c ). Posebna teorija relativnosti podrazumeva da samo čestice sa nultom masom mirovanja (tj. fotoni ) mogu putovati at brzinom svetlosti, i da ništa ne može putovati brže.
Čestice čija brzina prelazi brzinu svetlosti ( tahioni ) su pretpostavljene, ali njihovo postojanje bi narušilo uzročnost i impliciralo bi putovanje kroz vreme . Naučni konsenzus je da oni ne postoje.
Prema svim zapažanjima i aktuelnim naučnim teorijama, materija putuje sporijom od svetlosti ( subluminalnom ) brzinom u odnosu na lokalno iskrivljenu prostorno-vremensku regiju. Spekulativni koncepti brži od svetlosti uključuju Alcubierre pogon , Krasnikov cevi , prelazne crvotočine i kvantno tuneliranje . [1] [2] Neki od ovih predloga pronalaze rupe oko opšte relativnosti, kao što je širenje ili ugovaranje prostora kako bi objekat izgledao kao da putuje veći od c . Takvi predlozi su i dalje široko veruje da su nemogući jer oni i dalje krše trenutna shvatanja uzročnosti, i svi oni zahtevaju maštovite mehanizme za rad (kao što je zahtevanje egzotične materije ). Međutim, s obzirom na to koliko se malo zna o granicama uzročnosti i drugih spekulativnih koncepata vezanih za FTL predloge, fizičari nastavljaju da istražuju i razmatraju ove predloge.
Superluminalno putovanje ne-informacija
U kontekstu ovog članka, “brže od svetlosti” znači prenos informacija ili materije brže od c , konstanta jednaka brzini svetlosti u vakuumu, koja je 299,792,458 m / s (po definiciji metra) [3] ili oko 186,282.397 milja u sekundi. Ovo nije sasvim isto što i putovanje brže od svetlosti, jer:
- Neki procesi se šire brže od c , ali ne mogu da nose informacije (vidi primere u odeljcima koji slede).
- U nekim materijalima gde svetlost putuje brzinom c / n (gde n je indeks prelamanja ) druge čestice mogu putovati brže od c / n (ali i dalje sporije od c ), što dovodi do Čerenkovljevog zračenja (vidi faznu brzinu ispod ).
Nijedan od ovih fenomena ne krši posebnu relativnost ili stvara probleme sa uzročnosti , i stoga se nijedan ne kvalifikuje kao brži od svetlosti kao što je ovde opisano.
U sledećim primerima, određeni uticaji mogu izgledati da putuju brže od svetlosti, ali oni ne prenose energiju ili informacije brže od svetlosti, tako da ne krše posebnu relativnost.
Dnevni pokret neba
Za posmatrača vezanog za Zemlju, objekti na nebu završe jednu revoluciju oko Zemlje u jednom danu. Proxima Centauri , najbliža zvezda izvan Sunčevog sistema , udaljena je oko četiri i po svetlosne godine . [4] U ovom referentnom okviru, u kojem se smatra da se Proxima Centauri kreće kružnom putanjom sa radijusom od četiri svetlosne godine, moglo bi se opisati kao da ima brzinu mnogo puta veću od c jer je brzina oboda objekta koji se kreće u krugu proizvod radijusa i ugaone brzine. [4] Takođe je moguće na geostatičkom pogledu, za objekte kao što su komete da variraju svoju brzinu od subluminalne do superluminalne i obrnuto jednostavno zato što udaljenost od Zemlje varira. Komete mogu imati orbite koje ih odvode na više od 1000 AU. .[5] Obim kruga sa radijusom od 1000 AJ je veći od jednog svetlosnog dana. Drugim rečima, kometa na takvoj udaljenosti je superluminalna u geostatičnom, a samim tim i neinercijalnom okviru.
mrlje i senke Svetlosne
Ako je laserski zrak preplavljen preko udaljenog objekta, tačka laserske svetlosti može lako da se kreće preko objekta brzinom većom od c . [6] Slično tome, senka projektovana na udaljeni objekat može se naterati da se kreće preko objekta brže od c . [6] Ni u jednom slučaju svetlost ne putuje od izvora do objekta brže od c , niti bilo koja informacija putuje brže od svetlosti. [6] [7] [8]
zatvaranja Brzine
Brzina kojom se dva objekta u pokretu u jednom referentnom okviru približavaju se naziva uzajamna brzina ili brzina zatvaranja. Ovo se može približiti dvostrukoj brzini svetlosti, kao u slučaju dve čestice koje putuju blizu brzine svetlosti u suprotnim pravcima u odnosu na referentni okvir.
Zamislite dve čestice koje se brzo kreću približavaju jedna drugoj sa suprotnih strana akceleratora čestica tipa sudarača. Brzina zatvaranja bi bila brzina kojom se rastojanje između dve čestice smanjuje. Sa stanovišta posmatrača koji stoji u mirovanju u odnosu na akcelerator, ova stopa će biti nešto manja od dvostruke brzine svetlosti.
Posebna relativnost to ne zabranjuje. To nam govori da je pogrešno koristiti Galilejevu relativnost za izračunavanje brzine jedne od čestica, kao što bi se merilo posmatračem koji putuje zajedno sa drugom česticom. To jest, posebna relativnost daje tačnu formulu za dodavanje brzine za izračunavanje takve relativne brzine .
Poučno je izračunati relativnu brzinu čestica koje se kreću na v i − v u okviru akceleratora, što odgovara brzini zatvaranja od 2 v > c . Izražavajući brzine u jedinicama c , β = v / c : {\displaystyle \beta _{\text{rel}}={\frac {\beta +\beta }{1+\beta ^{2}}}={\frac {2\beta }{1+\beta ^{2}}}\leq 1.} 
Odgovarajuće brzine
Ako svemirski brod putuje na planetu jednu svetlosnu godinu (mereno u Zemljinom okviru za odmor) daleko od Zemlje velikom brzinom, vreme potrebno da se stigne do te planete može biti manje od jedne godine mereno satom putnika (iako će uvek biti više od jedne godine mereno satom na Zemlji). Vrednost dobijena deljenjem pređene udaljenosti, kao što je određeno u Zemljinom okviru, sa vremenom uzetim, mereno satom putnika, poznata je kao odgovarajuća brzina ili odgovarajuća brzina . Ne postoji ograničenje vrednosti odgovarajuće brzine jer odgovarajuća brzina ne predstavlja brzinu merenu u jednom inercijalnom okviru. Svetlosni signal koji je napustio Zemlju u isto vreme kada bi putnik uvek stigao do odredišta pre nego što bi putnik.
Fazne brzine iznad c
Fazna brzina elektromagnetnog talasa electromagnetic wave, kada putuje kroz medijum, može rutinski premašiti c , vakuumsku brzinu svetlosti. Na primer, ovo se dešava u većini naočara na rendgenskih zraka frekvencijama [9] Međutim, fazna brzina talasa odgovara brzini širenja teoretske jednofrekventne (čisto monohromatske ) komponente talasa na toj frekvenciji. Takva talasna komponenta mora biti beskonačna u obimu i konstantne amplitude (inače nije istinski monohromatska), i tako ne može da prenese bilo kakvu informaciju. [10] Tako fazna brzina iznad c ne podrazumeva širenje signala signals sa brzinom iznad c . [11]
Grupne brzine iznad c
Grupna brzina talasa takođe može premašiti c u nekim okolnostima. [12] [13] U takvim slučajevima, koji obično u isto vreme uključuju brzo slabljenje intenziteta, maksimum koverte impulsa može putovati brzinom iznad c . Međutim, čak i ova situacija ne podrazumeva širenje signala signals sa brzinom iznad c , [14] iako neko može biti u iskušenju da poveže maksimum pulsa sa signalima. Pokazalo se da je ova druga asocijacija pogrešna, jer se informacije o dolasku impulsa mogu dobiti pre nego što stigne maksimum pulsa. Na primer, ako neki mehanizam omogućava potpuni prenos vodećeg dela impulsa dok snažno umanjuje maksimum pulsa i sve iza (distorzija), maksimum impulsa se efektivno pomera napred u vremenu, dok informacije o pulsu ne dolaze brže od c bez ovog efekta. [15] Međutim, brzina grupe može da pređe c u nekim delovima Gaussovog snopa u vakuumu (bez slabljenja). Difrakcija uzrokuje da se vrh impulsa širi brže, dok ukupna snaga ne. [16]
Kosmička ekspanzija
Prema Hubbleovom zakonu , širenje univerzuma uzrokuje da se udaljene galaksije povlače od nas brže od brzine svetlosti. Međutim, brzina recesije povezana sa Hubbleovim zakonom , definisana kao stopa povećanja odgovarajuće udaljenosti po intervalu kosmološkog vremena , nije brzina u relativističkom smislu. Štaviše, u opštoj relativnosti , brzina je lokalni pojam, a ne postoji čak ni jedinstvena definicija za relativnu brzinu kosmološki udaljenog objekta. [17] Brže od svetlosti kosmološke brzine recesije su u potpunosti koordinirani efekat.
Postoje mnoge galaksije vidljive u teleskopima sa brojevima crvenog pomaka od 1,4 ili više. Sve ovo ima kosmološke brzine recesije veće od brzine svetlosti. Pošto se Hubble parametar smanjuje s vremenom, zapravo mogu postojati slučajevi u kojima galaksija koja se udaljava od nas brže od svetlosti uspeva da emituje signal koji na kraju stigne do nas. [18] [19] [20]
Međutim, pošto se širenje univerzuma ubrzava , predviđa se da će većina galaksija na kraju preći neku vrstu kosmološkog horizonta događaja gde bilo koja svetlost koju emituju pored te tačke nikada neće moći da nas dopre u bilo koje vreme u beskonačnoj budućnosti, [21] jer svetlost nikada ne dostiže tačku u kojoj njena “neobična brzina” prema nama prelazi brzinu ekspanzije daleko od nas (ova dva pojma brzine su takođe diskutovana u Comoving and proper distances#Uses of the proper distance ). Trenutna udaljenost do ovog kosmološkog horizonta događaja je oko 16 milijardi svetlosnih godina, što znači da bi signal iz događaja koji se dešava u ovom trenutku mogao da stigne do nas u budućnosti ako je događaj udaljen manje od 16 milijardi svetlosnih godina, ali signal nikada ne bi stigao do nas ako je događaj udaljen više od 16 milijardi svetlosnih godina. [19]
Astronomska posmatranja
Prividno superluminalno kretanje je primećeno u mnogim radio galaksijama , blazara , kvazara , a nedavno i u mikrokvazarima . Efekat je predviđen pre nego što ga je primetio Martin Rees [ potrebno pojašnjenje ] i može se objasniti kao optička iluzija izazvana objektom koji se delimično kreće u pravcu posmatrača, [22] kada proračuni brzine pretpostavljaju da ne. Fenomen nije u suprotnosti sa teorijom specijalne relativnosti . Ispravljeni proračuni pokazuju da ovi objekti imaju brzine blizu brzine svetlosti (u odnosu na naš referentni okvir). Oni su prvi primeri velikih količina mase koja se kreće brzinom blizu brzine svetlosti. [23] Laboratorije vezane za Zemlju uspele su da ubrzaju samo mali broj elementarnih čestica do takvih brzina.
Kvantna mehanika
Određene pojave u kvantnoj mehanici , kao što je kvantna isprepletenost , mogu dati površan utisak da omogućavaju komunikaciju informacija brže od svetlosti. Prema teoremi o ne-komunikaciji ovi fenomeni ne dozvoljavaju istinsku komunikaciju; oni samo dozvoljavaju dva posmatrača na različitim lokacijama da vide isti sistem istovremeno, bez ikakvog načina da kontrolišu ono što bilo koji vidi. Kolaps talasne funkcije može se posmatrati kao epifenomen kvantne dekoherencije, što zauzvrat nije ništa drugo do efekat osnovne lokalne vremenske evolucije talasne funkcije sistema i celog njegovog okruženja. Pošto osnovno ponašanje ne krši lokalnu uzročnost ili dozvoljava FTL komunikaciju, iz toga sledi da ni dodatni efekat talasne funkcije kolapsa, bilo stvaran ili prividan.
Princip neizvesnosti podrazumeva da pojedinačni fotoni mogu putovati na kratkim udaljenostima pri brzinama nešto bržim (ili sporijim) od c , čak i u vakuumu; ova mogućnost mora biti uzeta u obzir prilikom nabrajanja Fejnmanovih dijagrama za interakciju čestica. [24] Međutim, 2011. godine pokazano je da jedan foton ne može putovati brže od c . [25] U kvantnoj mehanici, virtuelne čestice mogu putovati brže od svetlosti, a ovaj fenomen je povezan sa činjenicom da efekti statičkog polja (koji su posredovani virtuelnim česticama u kvantnom smislu) mogu putovati brže od svetlosti (vidi odeljak o statičkim poljima iznad). Međutim, makroskopski ove fluktuacije u proseku, tako da fotoni putuju u pravim linijama na dugim (tj. Ne-kvantnim) udaljenostima, i oni putuju brzinom svetlosti u proseku. Prema tome, to ne podrazumeva mogućnost superluminalnog prenosa informacija.
U popularnoj štampi bilo je raznih izveštaja o eksperimentima o prenosu bržem od svetlosti u optici — najčešće u kontekstu neke vrste fenomena kvantnog tuneliranja . Obično se takvi izveštaji bave faznom brzinom ili grupnom brzinom bržom od brzine vakuuma svetlosti. [26] [27] Međutim, kao što je gore navedeno, superluminalna fazna brzina se ne može koristiti za prenos informacija brži od svetlosti [28] [29]
Hartmanov efekat
Vikipedija: Vikipedija Hartman effect
Hartmanov efekat je efekat tuneliranja kroz barijeru gde vreme tuneliranja teži konstanti za velike barijere. [30] [31] To bi, na primer, mogao biti jaz između dve prizme. Kada su prizme u kontaktu, svetlost prolazi ravno, ali kada postoji praznina, svetlost se lomi. Postoji verovatnoća različita od nule da će foton tunel preko praznine, a ne da prati prelomljenu putanju.
Međutim, tvrdi se da se Hartmanov efekat zapravo ne može koristiti za kršenje relativnosti prenosom signala brže od c , takođe i zato što vreme tuneliranja “ne bi trebalo da bude povezano sa brzinom jer prolazni talasi ne šire”. [32] Prolazni talasi u Hartmanovom efektu su posledica virtuelnih čestica i statičkog polja koje se ne širi, kao što je pomenuto u gornjim odeljcima za gravitaciju i elektromagnetizam.
Kazimirov efekat
U fizici, Casimir-Polder sila je fizička sila koja se vrši između odvojenih objekata zbog rezonancije vakuumske energije u prostoru između objekata. Ovo se ponekad opisuje u smislu virtuelnih čestica u interakciji sa objektima, zahvaljujući matematičkom obliku jednog mogućeg načina izračunavanja jačine efekta. Budući da snaga sile brzo opada sa udaljenošću, ona je merljiva samo kada je rastojanje između objekata izuzetno malo. Pošto je efekat posledica virtuelnih čestica koje posreduju efekat statičkog polja, podložan je komentarima o statičkim poljima o kojima smo gore govorili.
EPR paradoks
EPR paradoks se odnosi na čuveni misaoni eksperiment Alberta Ajnštajna , Borisa Podolskog i Nejtana Rosena koji je eksperimentalno realizovao po prvi put Alain Aspect 1981. i 1982. godine u eksperimentu Aspekt . U ovom eksperimentu, dva merenja zamršenog stanja su u korelaciji čak i kada su merenja udaljena od izvora i jedno od drugog. Međutim, nijedna informacija se ne može preneti na ovaj način; Odgovor na pitanje da li merenje zapravo utiče na drugi kvantni sistem svodi se na to na koju interpretaciju kvantne mehanike se pretplatite.
Eksperiment koji je 1997. godine izveo Nicolas Gisin pokazao je kvantne korelacije između čestica razdvojenih preko 10 kilometara. [33] Ali, kao što je ranije pomenuto, ne-lokalne korelacije viđene u isprepletenosti ne mogu se zapravo koristiti za prenos klasičnih informacija brže od svetlosti, tako da je relativistička uzročnost sačuvana. Situacija je slična deljenju sinhronizovanog bacanja novčića, gde će druga osoba koja baci svoj novčić uvek videti suprotno od onoga što prva osoba vidi, ali ni jedna nema načina da zna da li su bili prva ili druga peraja, bez klasične komunikacije. Pogledajte Ne-komunikacijska teorema za više informacija. Eksperiment kvantne fizike iz 2008. godine koji su takođe izveli Nicolas Gisin i njegove kolege utvrdio je da je u bilo kojoj hipotetičkoj ne-lokalnoj teoriji skrivene promenljive , brzina kvantne ne-lokalne veze (ono što je Ajnštajn nazvao “sablasnom akcijom na daljinu”) najmanje 10.000 puta veća od brzine svetlosti. [34]
Kvantna gumica sa odloženim izborom
Kvantna gumica sa odloženim izborom je verzija EPR paradoksa u kojoj posmatranje (ili ne) interferencije nakon prolaska fotona kroz eksperiment sa dvostrukim prorezom zavisi od uslova posmatranja drugog fotona upletenog sa prvim. Karakteristika ovog eksperimenta je da se posmatranje drugog fotona može odvijati kasnije od posmatranja prvog fotona, što može dati utisak da merenje kasnijih fotona “retroaktivno” određuje da li raniji fotoni pokazuju smetnje ili ne, iako se obrazac interferencije može videti samo korelacijom merenja oba člana svakog para i tako se ne može posmatrati dok se ne izmere oba fotona, osiguravajući da eksperimentator koji gleda samo fotone koji prolaze kroz prorez ne dobije informacije o drugim fotonima u brži od svetlosti ili unazad u vremenu način.
Superluminalna komunikacija
Vikipedija: Superluminalna komunikacija
Komunikacija brža od svetlosti je, prema relativnosti, ekvivalentna putovanju kroz vreme . Ono što merimo kao brzinu svetlosti u vakuumu (ili blizu vakuuma) je zapravo osnovna fizička konstanta c . To znači da će svi inercijalni i, za koordinatnu brzinu svetlosti, ne-inercijalni posmatrači, bez obzira na njihovu relativnu brzinu , uvek meriti čestice nulte mase, kao što su fotoni koji putuju na c u vakuumu. Ovaj rezultat znači da merenja vremena i brzine u različitim okvirima više nisu povezana jednostavno konstantnim pomacima, već su umesto toga povezana Poincaréovim transformacijama . Ove transformacije imaju važne implikacije:
- Relativistički impuls masivne massive čestice bi se povećavao brzinom na takav način da bi pri brzini svetlosti objekat imao beskonačan moment.
- Da bi se ubrzao objekat mase mirovanja različitog od nule do c bilo bi potrebno beskonačno vreme sa bilo kojim konačnim ubrzanjem ili beskonačnim ubrzanjem za konačan vremenski period.
- U svakom slučaju, takvo ubrzanje zahteva beskonačnu energiju.
- Neki posmatrači sa relativnim kretanjem ispod svetlosti neće se složiti oko toga koji se prvo dešava od bilo koja dva događaja koji su razdvojeni intervalom nalik prostoru . [38] Drugim rečima, svako putovanje koje je brže od svetlosti će se posmatrati kao putovanje unazad u vremenu u nekom drugom, jednako validnom, referentnom okviru, [39] ili treba pretpostaviti spekulativnu hipotezu o mogućim Lorentzovim povredama na trenutno neprimećenoj skali (na primer Plankova skala). [ potreban citat ] Stoga, svaka teorija koja dozvoljava “pravi” FTL takođe mora da se nosi sa putovanjem kroz vreme i svim njegovim povezanim paradoksima, [40] ili da pretpostavi da je Lorentzova invarijantnost simetrija termodinamičke statističke prirode (otuda simetrija slomljena na nekoj trenutno neprimećenoj skali).
- U posebnoj relativnosti koordinatna brzina svetlosti je garantovano samo c u inercijalnom okviru ; u ne-inercijalnom okviru koordinatna brzina može biti drugačija od c . [41] U opštoj relativnosti nijedan koordinatni sistem na velikom regionu zakrivljenog prostor-vremena nije “inercijalan”, tako da je dozvoljeno koristiti globalni koordinatni sistem gde objekti putuju brže od c , ali u lokalnom susedstvu bilo koje tačke u zakrivljenom prostor-vremenu možemo definisati “lokalni inercijalni okvir” i lokalna brzina svetlosti će biti c u ovom okviru, [42] sa masivnim objektima koji se kreću kroz ovaj lokalni kvart uvek imaju brzinu manju od C u lokalnom inercijalnom okviru.
Obrazloženja
Casimir vakuum i kvantno tuneliranje
Posebna relativnost postulira da je brzina svetlosti u vakuumu invarijantna u inercijalnim okvirima . To jest, to će biti isto iz bilo kog referentnog okvira koji se kreće konstantnom brzinom. Jednačine ne navode nikakvu određenu vrednost za brzinu svetlosti, što je eksperimentalno određena količina za fiksnu jedinicu dužine. Od 1983. godine, SI SI jedinica dužine ( metar ) je definisana korišćenjem brzine svetlosti .
Eksperimentalno određivanje je napravljeno u vakuumu. Međutim, vakuum koji poznajemo nije jedini mogući vakuum koji može postojati. Vakuum ima energiju povezanu sa njom, nazvanu jednostavno vakuum energija , koja bi se možda mogla promeniti u određenim slučajevima. [43] Kada se energija vakuuma smanji, predviđa se da će sama svetlost ići brže od standardne vrednosti c . Ovo je poznato kao Scharnhorst efekat . Takav vakuum može se proizvesti dovođenjem dve savršeno glatke metalne ploče zajedno u blizini atomskog prečnika razmaka. Zove se Casimir vakuum . Proračuni ukazuju na to da će svetlost ići brže u takvom vakuumu za neznatnu količinu: foton koji putuje između dve ploče koje su udaljene 1 mikrometar povećao bi brzinu fotona za samo oko jedan deo u 10 36 . [44] Shodno tome, još uvek nije bilo eksperimentalne verifikacije predviđanja. Nedavna analiza [45] tvrdio je da se Scharnhorst efekat ne može koristiti za slanje informacija unazad u vremenu sa jednim setom ploča, jer bi okvir za odmor ploča definisao “preferirani okvir ” za FTL signalizaciju. Međutim, sa više parova ploča u pokretu u odnosu jedni na druge, autori su primetili da nemaju argumenata koji bi mogli “garantovati potpuno odsustvo povreda uzročnosti”, i pozvali se na Havkingovu spekulativnu hronologiju zaštite pretpostavku koja sugeriše da će povratne petlje virtuelnih čestica stvoriti “nekontrolisane singularnosti u renormalizovanoj kvantnoj stres-energiji” na granici bilo koje potencijalne vremenske mašine, i na taj način bi bila potrebna teorija kvantne gravitacije za potpunu analizu. Drugi autori tvrde da je Scharnhorstova originalna analiza, koja je izgledala kao da pokazuje mogućnost signala bržih od c , uključivala aproksimacije koje mogu biti netačne, tako da nije jasno da li bi ovaj efekat uopšte mogao povećati brzinu signala. [46]
Kasnije je tvrdio Eckle et al. To tuneliranje čestica se zaista dešava u nultom realnom vremenu. [47] Njihovi testovi su uključivali tuneliranje elektrona, gde je grupa tvrdila da relativističko predviđanje za vreme tuneliranja treba da bude 500–600 attosekundi ( attosekunda je jedan kvintilionti (10 -18 ) sekunde). Sve što se moglo izmeriti bilo je 24 attosekunde, što je granica tačnosti testa. Opet, ipak, drugi fizičari veruju da su eksperimenti tuneliranja u kojima se čini da čestice troše anomalno kratko vreme unutar barijere u stvari u potpunosti kompatibilni sa relativnošću, iako postoji neslaganje oko toga da li objašnjenje uključuje preoblikovanje talasnog paketa ili druge efekte. [48] [49] [50]
Odustani od (apsolutne) relativnosti
Zbog snažne empirijske podrške za specijalnu relativnost , bilo kakve modifikacije na nju moraju nužno biti prilično suptilne i teško izmeriti. Najpoznatiji pokušaj je dvostruko posebna relativnost , koja pretpostavlja da je Plankova dužina Planck length takođe ista u svim referentnim okvirima, i povezana je sa radom Giovannija Amelino-Camelia i Joao Magueijo . [51] [52] Postoje spekulativne teorije koje tvrde da inerciju proizvodi kombinovana masa univerzuma (npr. Machov princip ), što implicira da bi ostatak okvira univerzuma mogao biti preferred preferiran konvencionalnim merenjima prirodnog zakona. Ako se potvrdi, to bi značilo da je posebna relativnost aproksimacija opštijoj teoriji, ali pošto bi relevantno poređenje (po definiciji) bilo izvan posmatranog univerzuma , teško je zamisliti (a još manje konstruisati) eksperimente za testiranje ove hipoteze. Uprkos ovim poteškoćama, takvi eksperimenti su predloženi. [53]
Prostor-vremenska distorzija
Iako teorija specijalne relativnosti zabranjuje objektima da imaju relativnu brzinu veću od brzine svetlosti, a opšta relativnost se svodi na posebnu relativnost u lokalnom smislu (u malim regionima prostor-vremena gde je zakrivljenost zanemarljiva), opšta relativnost dozvoljava prostor između udaljenih objekata da se proširi na takav način da imaju ” brzinu recesije” koji prevazilazi brzinu svetlosti, a smatra se da galaksije koje su na udaljenosti većoj od oko 14 milijardi svetlosnih godina od nas danas imaju brzinu recesije koja je brža od svetlosti. [54] Miguel Alcubierre je teoretizovao da bi bilo moguće stvoriti varp pogon , u kojem bi brod bio zatvoren u “varp balon” gde se prostor na prednjoj strani balona brzo skuplja, a prostor pozadi se brzo širi, sa rezultatom da mehur može stići do dalekog odredišta mnogo brže od svetlosnog snopa koji se kreće izvan balona, ali bez objekata unutar balona koji lokalno putuju brže od svetlosti. [55] Međutim, nekoliko prigovora protiv Alcubierre pogona izgleda da isključuje mogućnost da se zapravo koristi na bilo koji praktičan način. Druga mogućnost koju predviđa opšta relativnost je prelazna crvotočina , koja bi mogla da stvori prečicu između proizvoljno udaljenih tačaka u prostoru. Kao i kod Alcubierre pogona, putnici koji se kreću kroz crvotočinu ne bi se lokalno kretali brže od svetlosti koja putuje kroz crvotočinu pored njih, ali bi mogli da stignu do svog odredišta (i vrate se na početnu lokaciju) brže od svetlosti koja putuje izvan crvotočine.
Gerald Cleaver i Richard Obousi, profesor i student Univerziteta Baylor , teoretizirali su da bi manipulisanje dodatnim prostornim dimenzijama teorije struna oko svemirskog broda sa izuzetno velikom količinom energije stvorilo “balon” koji bi mogao da izazove da brod putuje brže od brzine svetlosti. Da bi stvorili ovaj balon, fizičari veruju da bi manipulisanje 10. prostornom dimenzijom promenilo tamnu energiju dark energy u tri velike prostorne dimenzije: visinu, širinu i dužinu. Cleaver je rekao da je pozitivna tamna energija trenutno odgovorna za ubrzavanje stope širenja našeg univerzuma kako vreme prolazi. [56]
Lorentzove simetrije Kršenje
Glavni članci: Moderne pretrage za Lorentz kršenje i Standard-Model Extension
Mogućnost da Lorentzova simetrija može biti prekršena ozbiljno je razmatrana u poslednje dve decenije, posebno nakon razvoja realne efektivne teorije polja koja opisuje ovu moguću povredu, takozvani Standard-Model Ektension . [57] [58] [59] Ovaj opšti okvir je omogućio eksperimentalna pretraživanja ultra-visoke energije kosmičkih zraka eksperimenata [60] i širok spektar eksperimenata u gravitaciji, elektrona, protona, neutrona, neutrina, mezona i fotona. [61] Razbijanje rotacije i podsticaj invarijantnosti izaziva zavisnost pravca u teoriji, kao i nekonvencionalnu energetsku zavisnost koja uvodi nove efekte, uključujući Lorentz-kršeći oscilacije neutrina i modifikacije odnosa disperzije različitih vrsta čestica, što bi prirodno moglo da učini da se čestice kreću brže od svetlosti.
U nekim modelima slomljene Lorentzove simetrije, pretpostavlja se da je simetrija i dalje ugrađena u najosnovnije zakone fizike, ali da spontano razbijanje simetrije Lorentzove invarijantnosti [62] ubrzo nakon Velikog praska mogao je ostaviti “reliktno polje” širom univerzuma što uzrokuje da se čestice ponašaju drugačije u zavisnosti od njihove brzine u odnosu na polje; [63] međutim, postoje i neki modeli u kojima je Lorentzova simetrija prekinuta na fundamentalniji način. Ako Lorentzova simetrija može prestati da bude fundamentalna simetrija na Plankovoj skali ili na nekoj drugoj fundamentalnoj skali, moguće je da čestice sa kritičnom brzinom različitom od brzine svetlosti budu krajnji sastojci materije.
U trenutnim modelima kršenja Lorentzove simetrije, očekuje se da će fenomenološki parametri biti energetski zavisni. Stoga, kao što je široko priznato, [64] [65] postojeće niskoenergetske granice ne mogu se primeniti na visokoenergetske fenomene; međutim, mnoge potrage za Lorentzovim kršenjem pri visokim energijama su izvršene korišćenjem Standard-Model Ektension . [61] Očekuje se da će kršenje Lorentzove simetrije postati jače kako se približava osnovnoj skali.
Superfluidne teorije fizičkog vakuuma
Vikipedija: Superfluid vakuum teorija
U ovom pristupu, fizički vakuum se posmatra kao kvantna supertečnost koja je u suštini nerelativistička, dok Lorentzova simetrija nije tačna simetrija prirode, već približan opis koji važi samo za male fluktuacije superfluidne pozadine. [66] U okviru pristupa, predložena je teorija u kojoj se pretpostavlja da je fizički vakuum kvantna Bose tečnost osnovnog stanja čija je talasna funkcija is described by the opisana logaritamskom Schrödingerovom jednačinom . Pokazano je da relativistička gravitaciona interakcija nastaje kao kolektivni režim pobude male amplitude collective excitation[67] dok relativističke elementarne čestice mogu biti opisane česticama nalik modovima u granici niskog momenta. [68] Važna činjenica je da se pri veoma velikim brzinama ponašanje čestica sličnih modova razlikuje od relativističkog – oni mogu dostići granicu brzine svetlosti pri konačnoj energiji; takođe, širenje brže od svetlosti je moguće bez potrebe da pokretni objekti imaju imaginarnu masu . [69] [70]
FTL neutrino rezultati leta
MINOS eksperiment
Vikipedija: MONOS
U 2007 . godini MINOS saradnja je objavila rezultate merenja vremena leta 3 GeV neutrina dajući brzinu veću od brzine svetlosti od 1,8-sigma značaja. [71] Međutim, ta merenja su smatrana statistički konzistentnim sa neutrinima koji putuju brzinom svetlosti. [72] Nakon što su detektori za projekat nadograđeni 2012. godine, MINOS je ispravio svoj početni rezultat i pronašao saglasnost sa brzinom svetlosti. Dalja merenja će biti sprovedena. [73]
Neutrino u operi Anomalija
Vikipedija: Anomalija neutrina brža od svetlosti
Dana 22. septembra 2011. godine, preprint [74] iz kolaboracije OPERA ukazao je na detekciju 17 i 28 GeV mionskih neutrina, poslatih 730 kilometara (454 milja) iz CERN-a u blizini Ženeve, Švajcarska u Nacionalnu laboratoriju Gran Sasso u Italiji, putujući brže od svetlosti za relativnu količinu od 2,48 × 10 -5 (približno 1 u 40.000), statistika sa 6.0-sigma značajem. [75] Dana 17. novembra 2011. godine, drugi eksperiment naučnika OPERA potvrdio je njihove početne rezultate. [76] [77] Međutim, naučnici su bili skeptični u vezi sa rezultatima ovih eksperimenata, čiji je značaj bio sporan. [78] U martu 2012. godine, ICARUS kolaboracija nije uspela da reprodukuje rezultate OPERA sa svojom opremom, otkrivajući vreme putovanja neutrina od CERN-a do Nacionalne laboratorije Gran Sasso koje se ne razlikuje od brzine svetlosti. [79] Kasnije je tim OPERA prijavio dve greške u svojoj opremi koja je izazvala greške daleko izvan njihovog prvobitnog intervala poverenja : optički kabl nepravilno pričvršćen, što je izazvalo očigledno brže od svetlosti merenja, i sat oscilator otkucava prebrzo. [80]
Tahioni
Vikipedija: Tahion Tachyon
U posebnoj relativnosti, nemoguće je ubrzati objekat brzinom svetlosti, ili da se masivni objekat kreće at brzinom svetlosti. Međutim, možda je moguće da postoji objekat koji se uvek kreće brže od svetlosti. Hipotetičke elementarne čestice sa ovim svojstvom nazivaju se tahioni ili tahionske čestice. Pokušaji da ih kvantifikuju nisu uspeli da proizvedu čestice brže od svetlosti, i umesto toga ilustruju da njihovo prisustvo dovodi do nestabilnosti.
Razni teoretičari su sugerisali da neutrino može imati tahionsku prirodu, dok su drugi osporavali tu mogućnost.
Opšta relativnost
Opšta relativnost je razvijena nakon posebne relativnosti da uključi koncepte kao što su gravitacija . On održava princip da nijedan objekat ne može ubrzati do brzine svetlosti u referentnom okviru bilo kog slučajnog posmatrača. [ potreban citat ] Međutim, dozvoljava distorzije u prostorvremenu koje omogućavaju objektu da se kreće brže od svetlosti sa stanovišta udaljenog posmatrača.
Jedna takva distorzija je Alcubierre pogon , koji se može smatrati kao stvaranje talasanja u prostorvremenu koji nosi objekat zajedno sa sobom. Drugi mogući sistem je crvotočina , koja povezuje dve udaljene lokacije kao prečicom. Obe distorzije bi trebalo da stvore veoma jaku zakrivljenost u visoko lokalizovanom regionu prostor-vremena i njihova gravitaciona polja bi bila ogromna. Da bi se suprotstavili nestabilnoj prirodi i sprečili da se distorzije uruše pod sopstvenom “težinom”, trebalo bi uvesti hipotetičku egzotičnu materiju ili negativnu energiju.
Opšta relativnost takođe priznaje da se svako sredstvo putovanja brže od svetlosti travel može koristiti i za putovanje kroz vreme . Ovo postavlja probleme sa uzročnosti . Mnogi fizičari veruju da su gore navedeni fenomeni nemogući i da će ih buduće teorije gravitacije zabraniti. Jedna teorija kaže da su stabilne crvotočine moguće, ali da bi svaki pokušaj da se koristi mreža crvotočina za kršenje uzročnosti rezultirao njihovim propadanjem. U teoriji struna , Eric G. Gimon i Petr Hořava su tvrdili da u supersimetričnom petodimenzionalnom Godel univerzumu , kvantne korekcije opšte relativnosti efikasno odsecaju regione prostor-vremena sa zatvorenim vremenskim krivuljama koje krše uzročnost. Konkretno, u kvantnoj teoriji prisutna je razmazana supercev koja seče prostorvreme na takav način da, iako je u punom prostorvremenu zatvorena vremenska kriva prošla kroz svaku tačku, ne postoje potpune krive na unutrašnjem području omeđenom cevi.
