Возможны ли сверхсветовые скорости?

Для начала краткая история вопроса.

1676 г. - Олаф Ремер доказывает конечность скорости света. Наблюдая за затмениями спутников Юпитера, он приближенно вычисляет скорость света.

1678 г. - Христиан Гюйгенс выдвигает гипотезу, согласно которой свет это волна (колебания) происходящие в веществе, которое он называет эфиром (некая субстанция еще более легкая и всепроникающая, чем воздух).

1704 г. - Исаак Ньютон издает книгу «Оптика, или Трактат об отражениях, преломлениях, изгибаниях и цветах света», в которой большинство оптических явлений объясняется наличием корпускул, они же фотоны или кванты в современной интерпретации.

1849 г. - французский физик Арман Ипполит Луи Физо впервые измеряет скорость света в лабораторных условиях.

Установка Физо.

Физо направлял из источника световой луч в зеркало В, затем этот луч отражался на зеркало А. Одно зеркало было установлено в Сюрен, в доме отца Физо, а другое – на Монмартре в Париже; расстояние между зеркалами составляло приблизительно 8,66 км. Между зеркалами А и В помещалось зубчатое колесо, которое можно было вращать с заданной скоростью (принцип стробоскопа). Зубцы вращавшегося колеса прерывали световой луч, разбивая его на импульсы. Таким образом посылалась цепь коротких вспышек.

Когда зубчатое колесо было неподвижно и находилось в первоначальном положении, наблюдатель мог видеть свет от источника сквозь промежуток между двумя зубцами. Затем колесо приводилось в движение со все возрастающей скоростью, и наступал такой момент, когда световой импульс, пройдя через промежуток между зубцами, возвращался, отразившись от зеркала A, и задерживался зубцом. В этом случае наблюдатель ничего не видел. При дальнейшем ускорении вращения зубчатого колеса свет снова появлялся, становился все ярче и, наконец, достигал максимальной интенсивности. На зубчатом колесе, использованном Физо, было 720 зубцов, а максимальной интенсивности свет достигал при 25 оборотах в секунду. На основании этих данных Физо следующим образом вычислил скорость света. Свет проходит расстояние между зеркалами и обратно за то время, пока колесо повернется от одного промежутка между зубцами до другого, т.е. за 1/25 - 1/720, что составляет 1/18000 секунды. Пройденное расстояние равно удвоенному расстоянию между зеркалами, т.е. 17,32 км. Отсюда скорость света равна 17,32 · 18 000, или около 312 000 км в секунду.

Слабостью этого метода было то, что момент наибольшей яркости света определялся наблюдателем наглаз. Такие субъективные наблюдения недостаточно точны.

1861 г. - Джеймс Клерк Максвелл открывает, что свет - это электромагнитное излучение.

1862 г. - Жан Бернар Леон Фуко видоизменяет опыт Физо применив вместо зубчатого колеса зеркало.

Установка Фуко.

После некоторых усовершенствований Майкельсон использовал это устройство для определения скорости света. В этом устройстве зубчатое колесо заменено вращающимся плоским зеркалом C. Если зеркало C неподвижно или очень медленно поворачивается, свет отражается на полупрозрачное зеркало B по направлению, указанному сплошной линией. Когда зеркало быстро вращается, отраженный луч смещается в положение, обозначенное пунктирной линией. Глядя в окуляр, наблюдатель мог измерить смещение луча. Это измерение давало ему удвоенную величину угла , т.е. угла поворота зеркала за то время, пока луч света шел от C к вогнутому зеркалу A и обратно к C. Зная скорость вращения зеркала C, расстояние от A до C и угол поворота зеркала C за это время, можно было вычислить скорость света.

1878 г. - Майкельсон провел первое измерение скорости света на усовершенствованной им установке Фуко.

Майкельсон отказался от вогнутого зеркала, заменив его плоским зеркалом и линзой , а вращающееся зеркало переместил в другое положение. Этим он добился того, что яркость луча независимо от проходимого им пути не ослаблялась. Майкельсон поместил неподвижное и вращающееся зеркала на расстоянии 150 м. Вращающееся зеркало устанавливалось перед источником света на кирпичном постаменте и приводилось в движение струей воздуха, подаваемой от мехов; при этом скорость вращения зеркала доводилась до 130 оборотов в секунду. Определялась она по колебаниям двух камертонов.

1881 г. - Майкельсон проводит первые опыты по обнаружению неподвижного эфира. В ходе эксперимента обнаруживается, что скорость света не зависит от движения Земли. Опыт показал, что свет вероятно не есть волна, распространяемая в некой неподвижной всепроникающей субстанции (тут на мой взгляд нет ничего удивительного ибо если среда по определению может волнообразно колебаться, то она должна и двигаться).

Схема интерферометра Майкельсона.

Пластинка Р1, покрытая с тыльной стороны тонкой пленкой серебра, отражает часть света (r1) на зеркало M1 и пропускает другую часть (r2) на зеркало M2. Пластинка расположена под углом 45° к лучу A. Пластинка Р2 равна по толщине пластинке Р1 и расположена параллельно ей. Зеркала M1 и M2 находятся под прямым углом друг к другу. Зеркало M2 можно перемещать при помощи специального винта в направлении P2, изменяя длину пути, проходимого лучом r2, а следовательно, и картину интерференции, наблюдаемую в зрительную трубу.

1887 г. - опыт Майкельсона – Морли еще раз показывает независимость скорости света от движения Земли.

1900 г. - Макс Планк предложил свою квантовую гипотезу, согласно которой электромагнитное излучение состоит из неделимых порций, энергия которых пропорциональна частоте излучения (до этого электромагнитное излучение (свет) считалось непрерывным, эта теория положила начало объединению волновой и корпускулярной теории света).

1905 г. - Альберт Эйнштейн публикует свою специальную теорию относительности.

1907 г. - Роза и Дорси измеряют скорость света с помощью электромагнитных постоянных

1915 г. - Альберт Эйнштейн публикует общую теорию относительности

1924 г. - Луи де Бройль распространяет дуальную (волна либо частица) природу не только на свет, но и на всю существующую материю.

1925 г. - Дэйтон Миллер повторяет опыт Майкельсона – Морли и объявляет, что он обнаружил изменение скорости света, в зависимости от направления движения Земли, подтверждающее теорию неподвижного эфира и он даже был удостоен нескольких наград за это открытие, но проведенная в 1955 г. экспертиза его работы (Robert S. Shankland, S. W. McCuskey, F. C. Leone, G. Kuerti) показала, что наиболее вероятно причиной обнаруженных им явлений были суточные и годичные изменения температуры установки, то есть, его результаты были признаны ошибочными.

1966 г. - Мартин Рис теоретически обосновывает условия при которых в космосе могут наблюдаться иллюзорные сверхсветовые источники.

1967 г. - Дж.Фейнберг выдвигает гипотезу существования частиц, обладающих сверхсветовой скоростью в рамках СТО, т.н. тахионов.

1970 г. - астрономы находят первые спектрально сверхсветовые источники, предсказанные Мартином Рисом - квазары 3С 279 и 3С 273

1970 г. - Летохов пишет и защищает дисертацию по лазерным импульсам. Теория Басова и Летохова обьясняет и эксперементально показывает движение со сверхсветовой скоростью гребня лазерного импульса.

1983 г. - Повышать точность измерения скорости света перестали, т.к. на Генеральной конференции мер и весов было принято следующее определение метра в системе единиц СИ (Система Интернациональная): "Метр есть расстояние, проходимое светом в вакууме за время в 1/299 792 458 секунды".

2000 г. - Лиджун Вонг сообщает о результатах эксперимента, в ходе которого скорость света была превышена в 300 раз.

2000 г. - эксперимент, проведенный Даниэлом Мугнаи, Анедио Ранфагни и Рокко Руггери, обнаружил, что радиоволны сантиметрового диапазона в обычном воздухе распространяются со скоростью, превышающей с на 25%

Движение квантов света в веществе и сверхсветовые скорости

С тех пор как научились мерить скорость света, на повестку дня встал вопрос о независимости скорости света от движения источника. Изначальной гипотезой, объясняющей этот факт, была теория неподвижного эфира, но Майкельсон опровергает эту теорию в 1878 г. Затем приходит теория Эйнштейна, где эта независимость ввергается в один из постулатов и становиться свойством пространства. Однако практически одновременно с Эйнштейном Макс Планк предлагает свою квантовую гипотезу света. Представления Планка изначально не получили широкого распространения, тем более не удивительно, что большая часть математического аппарата, описывающего квантовое движение света появилась после теории Луи де Бройля (1924 г) в тени все более невероятных достижений математического аппарата СТО (деление ядер, атомная энергия итп.).

Однако привожу Вам объяснение каким образом в свете квантовой теории происходит движение света в веществе: "кванты света движутся между атомами вещества со скоростью света в вакууме, по ходу движения они поглощаются атомами вещества, это переводит атомы на более высокий энергетический уровень, через некоторое время атомы возвращаются в нормальное состояние, испуская опять квант света. Коэффициент преломления в веществе зависит от этой задержки в поглощении-испускании квантов света..."

Теперь посмотрите каким образом измеряется свет приборами Майкельсона, Фуко итд. Первое что бросается в глаза - если источник света движется, С ПОМОЩЬЮ ЭТИХ ПРИБОРОВ НЕЛЬЗЯ ИЗМЕРИТЬ ЗАВИСИМОСТЬ СКОРОСТИ СВЕТА ОТ ДВИЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА. Действительно, допустим источник света движется и выпущенный им квант света движется со сверхсветовой скоростью. Если измерение происходит в воздухе, выпущенный квант тут же поглощается атомами воздуха и испускается вновь из обладающего уже другой скоростью источника, но теперь уже не со сверхсветовой скоростью, избыток энергии переходит в избыток частоты нового кванта. Если измерение происходит в вакууме и если движущейся источник тоже находятся в вакууме, то свет на своем пути должен пройти через полупрозрачные зеркала, линзы, а также через обычные зеркала (посмотрите внимательнее на схемы опытов, представленные вверху), что приводит к такому же эффекту - кванты поглощается, а меряем мы уже кванты выпущенные из той среды, через которую лежит их путь. Современные приборы в этом смысле не отличаются от своих древних аналогов.

Итак каким образом экспериментально можно доказать наличие сверхсветовой скорости? Я предлагаю следующую схему опыта:

Желающие опровергнуть Эйнштейна, ровно как и его сторонники могут попробовать провести эксперимент самостоятельно. Для этого Вам понадобятся следующее оборудование:

- в качестве источника света и фотоприемника лучше всего подойдут профессиональные безотражательные лазерные дальномеры

- вакуумная камера

- линейный ускоритель .