قد يساعد وهم 'أسرع من الضوء' في كشف النقاب عن الأسرار الكونية

غريب

يمكن أن تساعد تجربة غريبة 'أسرع من الضوء' علماء الفلك على دراسة الأجسام البعيدة مثل NGC 2261 ، وهي سحابة على شكل مروحة من الغاز والغبار يضيءها نجم في قاعدتها. (رصيد الصورة: William Sparks (STScI) و Sylvia Baggett (STScI) وآخرون وفريق Hubble Heritage (AURA / STScI / NASA))



قد تكون التجربة التي تخلق الوهم بأن جسمًا يتحرك بسرعة أكبر من سرعة الضوء أداة واقعية لدراسة الكون ، وفقًا لبحث تم تقديمه هذا الشهر في الاجتماع 225 للجمعية الفلكية الأمريكية في سياتل.



لا شيء يمكن أن يسافر أسرع من سرعة الضوء . روبرت نيميروف ، أستاذ الفيزياء في جامعة ميتشيغان التكنولوجية ، لا يجادل في هذه الحقيقة. لكن لديه فكرة عن سيناريو يكون فيه شيء مايظهرللسفر أسرع من سرعة الضوء للمراقب. قد تكون المظاهر خادعة ، ولكن في هذه الحالة ، قد يكون لها أيضًا تطبيقات عملية.

إن أساس هذا السيناريو الأسرع من الضوء معقد إلى حد ما ، لكن نيميروف أوضح ذلك في عدد قليل من التجارب الفكرية القصيرة خلال مؤتمر صحفي في 8 يناير في اجتماع AAS. [أغرب 10 أشياء في الفضاء]



على سبيل المثال ، تخيل غرفة بسقف بارتفاع 50 قدمًا وعرض جدرانها 50 قدمًا (15 × 15 مترًا). لنفترض أنك تستلقي على ظهرك في منتصف الغرفة بمؤشر ليزر يلمع لأعلى حتى تتمكن من رؤية النقطة الصغيرة على السقف. الآن تقوم بتحريك مؤشر الليزر من اليسار إلى اليمين عبر السقف. للقيام بذلك ، ما عليك سوى تحريك يدك بضع بوصات - ولكن في الوقت القصير الذي يستغرقه القيام بذلك ، فإن نقطة الضوء على السقف تنتقل 50 قدمًا. حرك معصمك بسرعة كبيرة ، وقد ينتقل ضوء الليزر بسهولة بمقدار 50 قدمًا في نصف ثانية - أي ما يعادل 68 ميلاً في الساعة (110 كم / ساعة).

الآن ، قم بتوسيع هذا السيناريو على نطاق أوسع بكثير. تخيل أن الغرفة كانت بطول عدة أميال وعرضها. تخيل أن مؤشر الليزر كان شعاعًا أقوى بكثير من الضوء. يمكن أن تتحرك نقطة الضوء المسقطة على السقف بشكل فعال بسرعة مئات الأميال في الساعة. أليس من الممكن ، في غرفة كبيرة بما فيه الكفاية ، أن نقطة الضوء يمكن أن تبدو وكأنها تتحرك أسرع من سرعة الضوء؟ قال نيميروف إن هذا ممكن ولن يتم كسر أي قوانين فيزيائية.

أينشتاين نظرية النسبية الخاصة يقول إنه من المستحيل أن يبدو جسم (مثل فوتون واحد للضوء) كما لو أنه يسافر أسرع من سرعة الضوء. تجربة Nemiroff لا تكسر هذا القانون الفيزيائي لأن مؤشر الليزر ينتج تيارًا من الفوتونات ، وليس فوتونًا واحدًا. لا يوجد فوتون واحد في التدفق يتحرك بسرعة أكبر من سرعة الضوء ، ولكن بشكل جماعي ، يمكن أن يخلقوا الوهم بسفر أسرع من الضوء.



هناك طريقة أخرى لفهم هذا الوهم وهي تخيل شريط إلكتروني ، مما يخلق الوهم بأن كلمة تتحرك أفقيًا عبر الشاشة. في الواقع ، يتم إنشاء الكلمة من خلال سلسلة من الومضات من العديد من الأضواء الفردية الثابتة. من الناحية النظرية ، سيكون من الممكن أن تتحرك كلمة عبر الشاشة أسرع من سرعة الضوء - لأنه لم يتحرك شيء بالفعل. كل ومضة من الضوء هي حدث منفصل ، وهي تخلق فقط وهم الحركة الجماعية.

هذا هو الجزء الأول من تجربة فكرية نيميروف.

الآن ، تخيل تسليط مؤشر ليزر مباشرة في الفضاء اللامتناهي. لا ترى نقطة الليزر مسقطة في أي مكان لأنه لا يوجد حد لهذه الغرفة. الآن ، تخيل أنك تضيء الضوء الموازي لجدار لانهائي. أدر معصمك بحيث يتقاطع مؤشر الليزر مع الحائط. في أي نقطة يتقاطع مؤشر الليزر مع الجدار؟ لا يمكن أن يكون في اللانهاية ، لأن ذلك سيستغرق وقتًا لانهائيًا. لكنه أيضًا لا يمكن أن يكون بجانبك - يجب أن يكون في مرحلة ما بينك وبين اللانهاية.



لكن وفقًا لـ Nemiroff ، إذا اخترت نقطة محدودة حيث يجب أن يكون الضوء ، فيجب أن يكون الشعاع دائمًا وراء تلك النقطة مباشرةً ، على بعد خطوة واحدة من اللانهاية. في الواقع ، يجب أن تكون بقعة الضوء دائمًا في مكانين في وقت واحد.

نظرًا لأن الفوتون يجب أن يكون في مكانين في وقت واحد ، أوضح نيميروف ، يحدث شيء غريب جدًا: تظهر نقطتان من الضوء على الحائط ، تتحركان في اتجاهين متعاكسين - واحدة بعيدًا عنك والأخرى نحوك. تتحرك إحدى نقاط الضوء بشكل أبطأ من سرعة الضوء ، بينما تبدو النقطة الأخرى وكأنها تتحرك بشكل أسرع. (كما هو الحال مع مؤشر الليزر المسقط على السقف ، هذا وهم. إنه ليس فوتونًا واحدًا يسافر أسرع من سرعة الضوء.) هذا يخلق دفقة من الضوء ، والتي يسميها نيميروف 'الطفرة الضوئية' لأنها متشابهة لدوي اختراق الصوت الذي يحدث عندما يكون الجسم يتجاوز سرعة الصوت ويتجاوز الموجات الصوتية.

قدم Nemiroff التفاصيل الفنية لهذا السيناريو في ورقة متاحة الآن على موقع ما قبل الطباعة arXiv.org.

في الورقة ، يجادل نيميروف بأن هذه الطفرات الضوئية موجودة في الطبيعة. بدلاً من مؤشر الليزر ، يمكن إنشاء هذه الطفرات الضوئية بواسطة مصادر ضوئية ساطعة أخرى مثل النجوم النابضة ، وهي النجوم المنهارة التي تخلق أشعة ساطعة وثابتة من الضوء.

'تحدث الطفرات الضوئية من حولنا كثيرًا ، لكنها دائمًا ما تكون قصيرة جدًا بحيث لا يمكن ملاحظتها ،' نيميروف قال في بيان من جامعة ميتشيغان التكنولوجية. 'في الكون ، لقد استمروا لفترة طويلة بما يكفي لملاحظة - لكن لم يفكر أحد في البحث عنها!'

أضافت روزان دي ستيفانو من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية في البيان: 'المفهوم ، على الرغم من عدم إثباته في الممارسة العملية ، مثير للاهتمام للغاية'

قال نيميروف إنه بدلاً من الجدار اللامتناهي ، فإن الطفرة الضوئية ستظهر عندما يتحرك شعاع من الضوء عبر سطح كروي مع خطوط عميقة ، مثل قمر الأرض. ووفقًا للبيان ، فإن 'تفاصيل التأثير تتوقف على التفاعل بين الوقت الذي يستغرقه شعاع ضوئي كاسح لعبور كائن ما والوقت الذي يستغرقه شعاع الضوء لاجتياز عمق الجسم.' لذلك ، إذا القمر كانت مجرد قرص مسطح ، فلا يمكن إنشاء طفرة ضوئية عبرها.

يمكن أن يكشف قياس الطفرة الضوئية عن معلومات حول الكائن الذي يظهر عليه. وفقًا لبيان Michigan Tech ، يمكن أن ينتقل شعاع ضوئي عبر سطح كويكب 'آلاف المرات في الثانية ، مع كل عملية اكتساح تؤدي إلى انفجار ضوئي غير مؤذٍ ولكنه مؤكد'. بعد ذلك ، سيتم استخدام كل طفرة 'للكشف عن حجم وخصائص سطح' الكويكب. [ الصور: الكويكبات في الفضاء السحيق ]

وفقًا لنيميروف ، يمكن رؤية الطفرات الضوئية في NGC 2261 ، المعروف أيضًا باسم سديم هابل المتغير: سحابة من الغاز والغبار على شكل مروحة يضيءها نجم واحد في قاعدتها. ووفقًا للبيان ، فإن الظلال الناتجة عن ضوء النجم الذي يمر بين سحب الغاز وينعكس عن الغبار يمكن أن `` تخلق طفرات ضوئية مرئية حتى لأيام أو أسابيع ''.

اتبع كالا كوفيلد @كالاكوفيلد . تابعنا تضمين التغريدة و موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك و + Google . المقالة الأصلية بتاريخ موقع demokratija.eu .