Die jüngste Liste der Top 10 Stories des Space Magazine von 2010 enthielt die Geschichte Schneller als entdeckte Lichtpulsare - was bei weiterer Lektüre deutlich machte, dass das untersuchte Phänomen nicht genau war ziehen um schneller als das Licht.
Dies veranlasste mich jedenfalls, nach verschiedenen Möglichkeiten zu suchen, wie scheinbare Superluminalbewegungen erzeugt werden könnten, teils um mir zu versichern, dass der Grund nicht aus der Relativitätsphysik herausgefallen war, und teils um zu sehen, ob diese Dinge in einfachem Englisch angemessen erklärt werden konnten. Hier geht…
1) Ursache und Wirkung Illusionen
Die Geschichte, die schneller als Lichtpulsar ist, handelt im Wesentlichen von hypothetischen Lichtbooms - die ein bisschen wie ein Schallknall sind, bei dem nicht der Schallknall, sondern die Schallquelle die Schallgeschwindigkeit überschreitet -, sodass einzelne Schallimpulse zu einem verschmelzen einzelne Stoßwelle, die sich mit Schallgeschwindigkeit bewegt.
Ob so etwas wirklich mit Licht von Pulsaren passiert, bleibt umstritten, aber einer der Befürworter des Modells hat die Wirkung in einem Labor demonstriert - siehe diesen Blog-Beitrag von Scientific American.
Sie müssen eine Reihe von Glühbirnen anordnen, die unabhängig voneinander ausgelöst werden. Es ist einfach genug, sie nacheinander abzufeuern - zuerst 1, dann 2, dann 3 usw. - und Sie können die Zeitverzögerung zwischen den einzelnen Abfeuern so lange verringern, bis Sie eine Situation haben, in der die Glühbirne 2 nach der Glühbirne 1 in kürzerer Zeit als die Glühbirne 1 zündet Licht müsste die Entfernung zwischen den Glühbirnen 1 und 2 zurücklegen. Es ist wirklich nur ein Trick - es gibt keinen kausalen Zusammenhang zwischen dem Auslösen der Glühbirnen -, aber es sieht so aus, als ob sich eine Abfolge von Aktionen (zuerst 1, dann 2, dann 3 usw.) bewegt hätte schneller als Licht über die Reihe der Glühbirnen. Diese Illusion ist ein Beispiel für eine scheinbare superluminale Bewegung.
Es gibt eine Reihe möglicher Szenarien, warum eine superluminale mexikanische Welle von Synchrotronstrahlung von verschiedenen Punktquellen um einen schnell rotierenden Neutronenstern innerhalb eines intensiven Magnetfelds ausgehen könnte. Solange die Emanationen dieser Punktquellen nicht kausal miteinander verbunden sind, verstößt dieses Ergebnis nicht gegen die Relativitätsphysik.
2) Licht schneller machen als Licht
Sie können eine scheinbare überluminale Bewegung des Lichts selbst erzeugen, indem Sie seine Wellenlänge manipulieren. Wenn wir ein Photon als Wellenpaket betrachten, kann dieses Wellenpaket linear gestreckt werden, so dass die Vorderkante der Welle schneller an ihrem Ziel ankommt, da sie dem Rest der Welle vorausgeschoben wird - was bedeutet, dass sie sich schneller als Licht ausbreitet .
Die physikalische Natur der „Vorderkante eines Wellenpakets“ ist jedoch nicht klar. Das gesamte Wellenpaket entspricht einem Photon - und die Vorderkante des gestreckten Wellenpakets kann keine signifikanten Informationen enthalten. In der Tat kann es durch Ausdehnen und Dämpfen nicht mehr von Hintergrundgeräuschen zu unterscheiden sein.
Auch dieser Trick erfordert, dass sich das Licht durch ein brechendes Medium bewegt, nicht durch ein Vakuum. Wenn Sie sich für technische Details interessieren, können Sie die Phasengeschwindigkeit oder Gruppengeschwindigkeit schneller als c (Lichtgeschwindigkeit im Vakuum) machen - aber nicht die Signalgeschwindigkeit. In jedem Fall wird die Relativitätsphysik nicht verletzt, da sich Informationen (oder das Photon als vollständige Einheit) nicht schneller als Licht bewegen.
3) Kick aus Gain Media
Sie können eine dramatischere superluminale Bewegung durch ein Verstärkungsmedium imitieren, bei dem die Vorderflanke eines Lichtimpulses die Emission eines neuen Impulses am anderen Ende des Verstärkungsmediums stimuliert - als ob ein Lichtimpuls auf ein Ende einer Newtonschen Wiege und einen neuen Impuls trifft wird vom anderen Ende heraus projiziert. Wenn Sie einen Laboraufbau sehen möchten, versuchen Sie es hier. Obwohl Licht die Lücke superluminal zu überspringen scheint, ist es tatsächlich ein neuer Lichtimpuls, der am anderen Ende auftaucht - und sich immer noch nur mit normaler Lichtgeschwindigkeit bewegt.
4) Die relativistische Jet-Illusion
Wenn eine aktive Galaxie wie M87 einen Strahl überhitzten Plasmas herausdrückt, der sich nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegt - und der Strahl ungefähr auf Ihre Sichtlinie von der Erde ausgerichtet ist -, können Sie sich täuschen lassen, dass sich sein Inhalt schneller bewegt als Licht.
Wenn dieser Strahl 5.000 Lichtjahre lang ist, sollte es mindestens 5.000 Jahre dauern, bis irgendetwas in ihm diese Entfernung von 5.000 Lichtjahren überschreitet. Ein Photon, das von einem Partikel aus Strahlmaterial am Punkt A nahe dem Start des Strahls emittiert wird, wird wirklich 5.000 Jahre brauchen, um Sie zu erreichen. In der Zwischenzeit bewegt sich das Teilchen des Strahlmaterials fast so schnell auf Sie zu wie dieses Photon. Wenn also das Teilchen am Punkt B, einem Punkt nahe der Spitze des Strahls, ein anderes Photon emittiert, erreicht dieses zweite Photon Ihr Auge in weniger als 5.000 Jahren nach dem ersten Photon ab Punkt A. Dies gibt Ihnen den Eindruck, dass das Teilchen durchquerten 5.000 Lichtjahre von den Punkten A nach B in viel weniger als 5.000 Jahren. Aber es ist nur eine optische Täuschung - die Relativitätsphysik bleibt unbeschädigt.
5) Nicht erkennbare Superluminalbewegung
Es ist durchaus möglich, dass sich Objekte jenseits des Horizonts des beobachtbaren Universums schneller als mit Lichtgeschwindigkeit von unserer Position entfernen - als Folge der kumulativen Expansion des Universums, die entfernte Galaxien schneller als nahe Galaxien zu entfernen scheint. Da jedoch Licht von hypothetischen Objekten jenseits des beobachtbaren Horizonts niemals die Erde erreichen wird, ist ihre Existenz durch direkte Beobachtung von der Erde nicht erkennbar - und stellt keine Verletzung der Relativitätsphysik dar.
Und schließlich ist der Begriff der frühen kosmischen Inflation nicht so sehr unerkennbar als theoretisch, der auch eine Erweiterung der Raumzeit und nicht der Bewegung innerhalb der Raumzeit beinhaltet - also auch dort keine Verletzung.
Andere Sachen…
Ich bin mir nicht sicher, ob das oben Gesagte eine vollständige Liste ist, und ich habe andere theoretische Vorschläge wie die Quantenverschränkung und den Alcubierre-Warp-Antrieb bewusst weggelassen. Beides, wenn echtwürde wohl die Relativitätsphysik verletzen - muss also vielleicht mit einem höheren Maß an Skepsis betrachtet werden.
