О проекте
Нас блокируют. Что делать?

Зарегистрироваться | Войти через:

Политзеки | Свобода слова | Акции протеста | Украина | Свидетели Иеговы
Читайте нас:
Доступное в России зеркало Граней: https://grani-ru-org.appspot.com/Society/Science/m.47348.html

статья Американские физики спасли теорию Эйнштейна: информация действительно не может передаваться быстрее света

<a href=mailto:borisov@grani.ru class=anons12>Максим Борисов</a>, 17.10.2003
Реклама

Расплывание волнового пакета в диспергирующей среде. Фазовой скоростью принято называть скорость распространения волнового фронта (точки одинаковой фазы, например, максимумы и характеризуют фазовую скорость). А групповая скорость - это скорость распространения огибающей (начала и конца сигнала), то есть модулирующей волны. Рисунок с сайта www.college.ru

Группа американских физиков, не щадя своего времени и средств, помогла торжеству здравого смысла: они доказали, что следствие не может предшествовать своей причине. Эксперименты подтвердили, что недавнее сенсационное исследование, согласно которому свет, казалось, распространялся со скоростью, превышающей его же собственную скорость в вакууме, не противоречит основополагающему для физики понятию причинно-следственной связи.

Согласно Специальной теории относительности Эйнштейна, ни один физический объект не может путешествовать со скоростью, превышающую скорость света в вакууме, обычно обозначаемую как c и примерно равную 300 тысячам км/с. Если бы что-то в этом мире в силах было перегнать световой луч, то это привело бы к возможности наблюдать некое следствие, опережающее по времени то событие, которое послужило его причиной. Вы могли бы, например, прочитать эти слова прежде, чем они были бы написаны.

Эта возможность, казалось, открылась в экспериментах, выполненных три года назад: скорость светового импульса, проходящего через охлажденный газ, состоящий и атомов металла, превысила скорость c. Впрочем, и в то время большинство физиков, конечно, вовсе не опасалось за судьбу теории относительности и причинно-следственных связей. Они объясняли, что в действительности для теории Эйнштейна имеет значение то, насколько быстро мы сможем пересылать информацию, пользуясь тем или иным доступным нам каналом. "Информацией" в данном случае считается любой сигнал, который может как-то реально воздействовать на любой физический объект или систему - например, таковым может служить световой импульс, способный включить некое устройство.

Световой импульс - это пучок световых частиц - фотонов, - которые могут перемещаться с разными скоростями. Этому пучку соответствует некая групповая и фазовая* скорость световой волны, которая вполне может оказаться больше, чем "физическая" скорость отдельных фотонов в среде (впрочем, в квантовой механике это понятие не имеет смысла). Обычно при проходе через прозрачную среду, например, оптическую линзу или стекло окна, скорости всех составляющих частот световых волн пропорционально уменьшаются. Но для некоторых материалов имеются случаи "аномальной дисперсии", при которой скорости некоторого числа компонентов светового импульса увеличиваются вместо замедления. Кое-кто утверждал, что скорость передачи информации может быть связана с подобной "скоростью" и таким образом она способна превысить c, нарушая тем самым причинно-следственную связь. Другие резонно возражали, что скорость передачи информации во всех ситуациях должна быть меньше или хотя бы равна c.

"Большинство людей понимает разницу между групповой скоростью и скоростью, с которой информация может быть передана, - уверяет Артур Догариу (Arthur Dogariu), физик из Научно-исследовательского института фирмы NEC в Принстоне (Нью-Джерси). А Лин Хо (Lene Hau) из Гарвардского университета в Кембридже (штат Массачусетс), который основательно занимался измерением скорости света в сверххолодных газах, соглашается, добавляя: "Важный вопрос: как определять понятие информации?"

Новое исследование, предпринятое Даниэлем Готье (Daniel Gauthier) из Университета Дьюк (Duke University, Дарем, Северная Каролина) и его коллегами, расставило все точки над i. Они изучили, насколько быстро информация может пройти через среду, в которой некоторые скорости светового пучка значительно превышают c.

При передаче информации требуется кодировать сигнал на одном конце канала и считывать этот код на другом конце. Таким образом, для передачи информации сигнал должен как-то меняться - например, свет должен стать более ярким. И максимальная скорость передачи информации при этом соответствует тому самому раннему моменту, когда это изменение вообще может быть обнаружено. Такое обнаружение занимает какое-то конечное время, оно зависит, например, от формы импульса и количества фонового шума. Датчик должен отличить изменение светового потока, которое обозначает приход долгожданной информации от того шума, который возникает из-за случайных колебаний в сигнале, подобных помехам при радиоприеме.

Группа Готье выяснила, что информация, кодируемая в импульсе, путешествующем через газ из атомов калия (среда с "нужным" типом "аномальной дисперсии"), всегда требует для передачи больше времени, нежели информация в импульсе, путешествующем через вакуум при скорости c. Даже если скорость какого-либо компонента световой волны серьезно опережает скорость света, скорость передачи информации никогда не может превышать c, что и требовалось доказать.

Источники:
Detection rescues cause and effect - Nature News Service
Einstein was right, experimenters find - Spaceflight Now
Duke experiments validate relativity theory's light speed limit - Public release Duke University

Иллюстрация:
Расплывание волнового пакета в диспергирующей среде. Фазовой скоростью принято называть скорость распространения волнового фронта (точки одинаковой фазы, например, максимумы и характеризуют фазовую скорость). А групповая скорость - это скорость распространения огибающей (начала и конца сигнала), то есть модулирующей волны. Рисунок с сайта www.college.ru

_________________________________

* - Групповая скорость совпадает с фазовой в случае, если среда не обладает дисперсией.

<a href=mailto:borisov@grani.ru class=anons12>Максим Борисов</a>, 17.10.2003


новость Новости по теме
Фото и Видео

Реклама



Выбор читателей