Superluminaalinen liike on liikettä nopeudella , joka ylittää valon nopeuden tyhjiössä . Huolimatta siitä, ettäerityisen suhteellisuusteorianmukaan valon nopeus tyhjössä on suurin saavutettavissa olevasignaalinjaenergiapyrkii äärettömyyteen, kun sen nopeus lähestyy valon nopeutta, esineet joiden liike ei liity tiedonsiirtoon(esimerkiksiaallon,varjontaiauringonsäteenvärähtelyn vaihe), voi olla mielivaltaisen suuri nopeus [1][2] [3] [4] .
In (paikallisesti) inertiavertailu, jonka alkuperä on , harkitse materiaalia pistettä, joka on . Kutsumme tämän pisteen nopeutta superluminaaliksi tällä hetkellä, jos epäyhtälö täyttyy:
missä:
Erityinen suhteellisuusteoria (SRT) asettaa ankarat rajoitukset kappaleiden superluminaalisen liikkeen mahdollisuudelle:
On monia tilanteita (sekä ehdottomasti todellisia että hypoteettisia), jotka eivät täytä tämän määritelmän ehtoja ja joihin ei siksi sovelleta näitä rajoituksia.
Akateemikko V. L. Ginzburg kirjoitti esineiden liikkumisesta superluminaalisella nopeudella : [6]
Se tosiasia, että valon nopeuden ylittävät nopeudet tyhjiössä ovat mahdollisia ja niitä todella esiintyy fysiikassa ja tähtitiedessä, on tietysti ollut hyvin tiedossa jo pitkään.
V. L. Ginzburg ei tietenkään missään tapauksessa puhunut suhteellisuusteorian postulaattien tai johtopäätösten rikkomisesta.
Valopiste (ns. "auringonsäde") tai esimerkiksi giljotiinileikkurien terien leikkauspiste voi vaihtaa asentoa superluminaalisella nopeudella [6] [7] [8] . Tässä tapauksessa informaatiota ja energiaa välitetään kuitenkin suuntaan, joka ei ole sama kuin auringonsäteen liikesuunta (nopeudella, joka on pienempi tai yhtä suuri kuin ), eivätkä yllä mainitut rajoitukset päde [8] [9 ] [10] [11] .
Ajatuskoe 1Yritetään lähettää signaali yhdestä näytön pisteestä, jota pitkin pupu juoksee, toiseen pisteeseen tämän pupun mukana. Tämä ei tietenkään onnistu, koska mitä tahansa teemmekin pupun fotoneilla ensimmäisessä pisteessä, tämä ei voi vaikuttaa (esimerkiksi sammuttaa tai kirkastaa) pupun fotoneja toisessa pisteessä. pass (he, toisin kuin itse pupu, siirtyvät toiseen pisteeseen ei ensimmäisestä, vaan lyhdystä).
Ajatuskoe 2Saksien tapauksessa tilanne on hieman monimutkaisempi. Vaikuttaa siltä, että jos laitamme jotain terien väliin ensimmäisessä kohdassa ja jumittelemme ne, terien leikkauspiste lakkaa liikkumasta ja toisessa pisteessä oleva tarkkailija saa meiltä signaalin , joka tuli hänelle valoa nopeammin . Itse asiassa emme kuitenkaan pysty pysäyttämään terää kohtaan 1 ja pysäyttämään sitä välittömästi kohtaan 2. Lisäksi saksien muodonmuutosaalto, joka voi johtaa mihin tahansa muutoksiin terän liikkeessä pisteen 2 lähellä, etenee saksien materiaalin läpi tässä materiaalissa olevan äänen nopeudella, joka on aina pienempi kuin valon nopeus.
Mielenkiintoista kyllä, valoa nopeampi piste ei esiinny vain käytettäessä pyörivää valonlähdettä kapealla säteellä ja näyttöä erittäin suurella etäisyydellä. Mikä tahansa, erityisesti litteä valoaalto, jolla on enemmän tai vähemmän leveä etuosa , joka putoaa näytölle kulmassa, luo periaatteessa samanlaisen "pupun" (sen vakavuusaste määräytyy kuitenkin aaltorintaman terävyyden mukaan on), ja heijastunut aalto voidaan tulkita Tšerenkovin säteilyksi tulevan aallon kutakin harjaa vastaavista "pisteistä". [6]
Tässä mielessä valopisteen kaltaiset esineet ovat melko fyysisiä [1] . Niiden ero tavallisiin on vain siinä, että ne eivät kuljeta mukanaan energiaa tai informaatiota, eli "pupun" tila jossain vaiheessa ja jossain paikassa ei ole syy sen tilaan tai edes ilmestymiseen myöhemmin toisessa. paikka näytölle.
Klassisessa mekaniikassa [12] aikaa ja avaruutta pidetään absoluuttisena, ja materiaalipisteen nopeus määritellään
missä on materiaalipisteen sädevektori. Siten pyörivässä suorakulmaisessa koordinaatistossa (viite) [13] materiaalipisteen nopeus on [14] :
missä:
Kuten yhtälöstä voidaan nähdä, pyörivään kappaleeseen liittyvässä ei-inertiaalisessa vertailukehyksessä riittävän kaukana olevat kohteet voivat liikkua mielivaltaisen suurella nopeudella, myös valon nopeuden ylittävällä nopeudella [15] : . Tämä ei ole ristiriidassa kappaleessa "Materiaalisen pisteen superluminaalisen nopeuden määritys" sanotun kanssa , koska . Esimerkiksi maan päällä olevan ihmisen päähän liittyvässä koordinaattijärjestelmässä Kuun nopeus normaalilla pään käännöksellä on suurempi kuin valon nopeus tyhjiössä. Tässä järjestelmässä Kuu kuvaa lyhyessä ajassa kääntyessään kaaria, jonka säde on suunnilleen yhtä suuri kuin koordinaattijärjestelmän (pään) origon ja Kuun välinen etäisyys.
Vaihenopeus jossain mielivaltaisesti valitussa suunnassa x ylittää aina vaihenopeuden aaltovektoria pitkin, jos suunta x ei ole sama kuin aaltovektorin suunta. Nimittäin, jos x -akseli muodostaa kulman α aaltovektorin kanssa , niin
Siksi, jos (kuten esimerkiksi sähkömagneettisten aaltojen tapauksessa tyhjiössä), niin se osoittautuu suuremmiksi kuin valon nopeus mille tahansa nollasta poikkeavalle α :lle, joka on pienempi kuin 90 ° (tämä toteutuu usein, kun aallot etenevät aaltoputkissa, tasoaaltojen, joista ne koostuvat, aaltovektorit eivät usein ole samat aaltoputken akselin kanssa). Ja jopa mille tahansa aallolle (jossa on mielivaltaisen pieni loppu ) voidaan periaatteessa valita α niin lähelle suoraa, että vaihenopeus sellaisessa suunnassa on mielivaltaisen suuri, mukaan lukien suurempi kuin c .
Lisäksi vaihenopeus ja aaltovektorin suunta on usein suurempi kuin c . Tämä pätee esimerkiksi massiivisten hiukkasten ( de Broglie waves ) aaltofunktion vaihenopeudelle. Sähkömagneettisten aaltojen vaihenopeus voi olla myös suurempi kuin c : esimerkiksi plasman taitekerroin on pienempi kuin yksikkö. Tällaisten aaltojen vaihenopeudella ei ole nykyaikaisten käsitteiden mukaisesti mitään tekemistä sen signaalin nopeuden kanssa, joka voidaan lähettää tietyllä hiukkasella, vaan se ei vastaa ollenkaan mitään perustavanlaatuisesti havaittavissa olevaa liikettä avaruudessa. Hiukkasten nopeus vastaa tässä tapauksessa ryhmänopeutta , joka massiivisilla hiukkasilla on aina pienempi kuin c .
Koska vaihenopeus ei ole muuta kuin matemaattinen suure, joka luonnehtii puhtaasti monokromaattisen aallon vaihetta tietyssä suunnassa [16] , aaltovaiheen liike ei yleensä tapahdu jonkin (syy-yhteyden) liikkeen kanssa. aineellinen esine, eikä sitä voida käyttää tiedon välittämiseen. Useissa erityistapauksissa huolellinen analyysi vahvistaa tämän tosiasian. Tietoa kuljettavan signaalin lähetysnopeus määräytyy pääsääntöisesti ryhmän nopeuden mukaan .
Valon nopeus väliaineessa on aina pienempi kuin valon nopeus tyhjiössä. Siksi fyysiset esineet voivat liikkua väliaineessa nopeudella, joka on suurempi kuin valon nopeus tässä väliaineessa, mutta pienempi kuin valon nopeus tyhjiössä. Näin tapahtuu esimerkiksi ydinreaktorin jäähdytysnesteessä, kun elektronit, jotka gamma-kvantit syrjäyttävät radaltaan, kulkevat veden läpi nopeudella, joka on suurempi kuin valon nopeus vedessä. Tässä tapauksessa Vavilov-Cherenkov-säteilyä syntyy aina [6] .
Yleisessä suhteellisuusteoriassa pistekappaleita kuvataan maailman viivoilla 4-ulotteisessa pseudoeuklidisessa aika-avaruudessa . Siksi yleisesti ottaen ei ole mahdollista - kanonisella tavalla - katsoa kaukaiselle kappaleelle mitään "nopeutta suhteessa tarkkailijaan". Joissakin fyysisesti tärkeissä tapauksissa tämä voidaan kuitenkin tehdä "allokoidun", "ensisijaisen" ajan läsnäolon vuoksi. Erityisesti Friedmannin maailmankaikkeudessa tapahtuman ajan voidaan katsoa olevan vuonna sijaitsevan galaksin oikea aika , joka on kulunut alkuräjähdyksestä .
Sitten kahden galaksin ja (merkitsimme niiden maailmanviivoja) välistä etäisyyttä tällä hetkellä voidaan kutsua pisteiden ja väliseksi etäisyydeksi , mitattuna 3-ulotteisessa Riemannin avaruudessa . Vastaavasti näiden kahden galaksin taantuman nopeutta kutsutaan määräksi
( Eri kuin kohdassa " Materiaalisen pisteen superluminaalisen nopeuden määrittäminen " määritellystä ). Osoittautuu[ selventää ] Universumi laajenee siinä mielessä, että näin määritelty galaksien välinen etäisyys kasvaa ajan myötä. Lisäksi Hubblen lain mukaan kaukaiset galaksit, joiden etäisyys on suurempi kuin ( missä Hubblen vakio on 67,80 ± 0,77 (km/s)/Mpc [17] ), liikkuvat pois toisistaan nopeudella, joka ylittää nopeuden valosta.
Vuonna 1994 Miguel Alcubierre ehdotti erikoisen aika-avaruuskaarevuuden käyttöä superluminaaliseen liikkeeseen. Hänen ehdottamassaan metriikassa [18] tila on tasainen kaikkialla, lukuun ottamatta jonkin kuplan seinämiä, jotka liikkuvat valoa nopeammin ulkoisessa Minkowskin tilassa . Tässä tapauksessa (kuplaseinien epätavallisen geometrian vuoksi) käy ilmi , että kuplan keskustan maailmanviiva pysyy kuitenkin ajanmukaisena. Näin ollen tavallisesta aineesta koostuva lentäjä voi tällaisen kuplan keskellä istuessaan liikkua tietyssä mielessä (koska itse kupla ja sen sisällä oleva tila, eivät siinä olevat esineet) liikkuvat valoa nopeammin [19] .
Useista teoreettisista vaikeuksista, joita tämä ajatus on kohdannut, yksi on se, että kuplan seinämien on myös liikuttava valoa nopeammin, mutta tavallisessa paikallisessa merkityksessä. Näin ollen Alcubierre-kupla on luotava etukäteen - sen liike ei riipu lentäjästä.
Toinen ongelma on tarve luoda tällaiselle moottorille negatiivisen energiatiheyden omaavia avaruusalueita - vastaavasti täynnä " eksoottista ainetta ". Tähän mennessä vain yksi esimerkki tällaisesta aineesta on vahvistettu kokeellisesti - tämä on Casimir-tyhjiö , jonka valmistusta makroskooppisessa mittakaavassa Alcubierre-moottorin luomiseksi harkitsi Charles Ridgley [20] .
Vuonna 2021 Alexey Bobrik ja Gianni Martir yleistivät ajatuksen Alcubierren loimikäytöstä laajempaan aika-avaruusvääristymien luokkaan ja osoittivat, että teoriassa loimikäyttökuori voidaan valmistaa tavallisesta aineesta [21] .
Vuonna 1995 Sergei Krasnikov ehdotti hypoteettista mekanismia superluminaaliselle liikkeelle, joka liittyy aika-avaruuden kaareutumiseen erityisesti luoduissa tunneleissa [22] . Tuloksena oleva rakenne on samanlainen kuin madonreiät , mutta se ei vaadi muutosta tilan topologiassa. Toisin kuin Alcubierre-kupla, Krasnikov-putki sopii ensimmäiseen tutkimusmatkaan kaukaiseen kohteeseen, koska se syntyy (hypoteettisella tekniikalla) tavallisen laivan liikkuessa lähes valon nopeudella. Jatkossa matkustajalla on mahdollisuus palata putken kautta lähtöpisteeseen heti lähtönsä jälkeen [19] [23] .
Kvanttifysiikassa hiukkasten tiloja kuvaavat Hilbert-avaruusvektorit , jotka määrittävät vain todennäköisyyden saada tiettyjä fysikaalisten suureiden arvoja mittausten aikana (kvanttiepävarmuusperiaatteen mukaisesti ). Tunnetuin esitys näistä vektoreista on aaltofunktiot , joiden moduulin neliö määrittää todennäköisyyden tiheyden löytää hiukkanen tietystä paikasta. Osoittautuu, että tämä tiheys voi liikkua nopeammin kuin valon nopeus (esimerkiksi ratkaistaessa ongelma, joka koskee hiukkasen kulkemista energiaesteen läpi ), mutta valonnopeuden ylityksen vaikutus havaitaan vain pienillä etäisyyksillä. Identiteettiperiaatteen nojalla on mahdotonta sanoa, havainnoimmeko samaa hiukkasta vai sen vastasyntynyttä kopiota. Nobel-luennossaan vuonna 2004 Frank Wilczek esitti seuraavan väitteen [24] :
Kuvittele, että hiukkanen liikkuu keskinopeudella, joka on hyvin lähellä valonnopeutta, mutta sen sijainnin epävarmuudella kuin kvanttiteoria vaatii. On selvää, että on olemassa tietty todennäköisyys havaita tämän hiukkasen liikkuvan jonkin verran keskimääräistä nopeammin ja siten valoa nopeammin, mikä on ristiriidassa erityissuhteellisuusteorian kanssa. Ainoa tunnettu tapa ratkaista tämä ristiriita vaatii ajatuksen antihiukkasista. Hyvin karkeasti ottaen vaadittu paikan epävarmuus saavutetaan olettaen, että mittaustoimenpide voi sisältää hiukkasten muodostumista, joista jokainen on erotettavissa alkuperäisestä, eri järjestelyin. Säiltyneiden kvanttilukujen tasapainon säilyttämiseksi lisähiukkasten mukana on oltava sama määrä antihiukkasia. ( Dirac päätyi antihiukkasten ennustukseen johtamansa elegantin relativistisen aaltoyhtälön nerokkaiden tulkintojen ja uudelleentulkintojen avulla, eikä esittämäni heurististen näkökohtien avulla. Näiden päätelmien väistämättömyys ja yleisyys sekä niiden suora suhde kvanttimekaniikan perusperiaatteisiin ja erityissuhteellisuusteoriaan tuli ilmi vasta jälkikäteen).
Alkuperäinen teksti (englanniksi)[ näytäpiilottaa] Kuvittele, että hiukkanen liikkuu keskimäärin lähes valon nopeudella, mutta sijainnin epävarmuudella, kuten kvanttiteoria edellyttää. Ilmeisesti on olemassa jonkinlainen todennäköisyys, että tämä hiukkanen havaitsee liikkuvan hieman keskimääräistä nopeammin ja siten valoa nopeammin, mitä erityinen suhteellisuusteoria ei salli. Ainoa tunnettu tapa ratkaista tämä jännitys on antihiukkasten idean esittely. Hyvin karkeasti sanottuna vaadittu sijainnin epävarmuus otetaan huomioon sallimalla se mahdollisuus, että mittaustoimenpide voi sisältää useiden hiukkasten muodostumisen, joista jokainen on erotettavissa alkuperäisestä, ja joilla on eri paikat. Säilyttävien kvanttilukujen tasapainon säilyttämiseksi ylimääräisten hiukkasten mukana on oltava sama määrä antihiukkasia. (Dirac joutui ennustamaan antihiukkasten olemassaolon joukon nerokkaita tulkintoja ja uudelleentulkintoja hänen keksimästään elegantista relativistisesta aaltoyhtälöstä, eikä esittämäni heuristisen päättelyn avulla. Hänen päätelmiensä väistämättömyys ja yleisyys, ja niiden suora yhteys kvanttimekaniikan perusperiaatteisiin ja erityissuhteellisuusteoriaan ovat selkeitä vasta jälkikäteen). - Frank WilczekTämä ilmiö on luonteeltaan todennäköisyys , eikä sitä voida käyttää tiedon välittämiseen superluminaalisella nopeudella.
Kvanttikenttäteorian häiriöteoriassa klassisen fysiikan hiukkasten etenemisen kuvauksen analogi on vastaavan kentän levittäjä. Se kuvaa todennäköisyysamplitudia yhdestä pisteestä syntyneen hiukkasen etenemiselle toiseen, jossa se tuhoutuu. Tässä meidän on erotettava kaksi mahdollisuutta:
… sähkömagneettisella säteilyllä on myös [nollasta poikkeava] todennäköisyys amplitudi kulkea nopeammin (tai hitaammin) kuin tavallinen valonnopeus. Näit edellisellä luennolla, että valo ei aina liiku suorissa linjoissa; nyt näet, että se ei aina liiku valonnopeudella! Saattaa tuntua yllättävältä, että fotonilla on [nollasta poikkeava] amplitudi kulkea nopeammin tai hitaammin kuin normaali valonnopeus c
Alkuperäinen teksti (englanniksi)[ näytäpiilottaa] … on myös amplitudi, jolla valo kulkee nopeammin (tai hitaammin) kuin tavanomainen valonnopeus. Huomasit viime luennossa, että valo ei kulje vain suorissa linjoissa; nyt saat selville, että se ei kulje vain valon nopeudella! Saatat yllättyä, että fotonilla on amplitudi kulkea tavallista nopeutta nopeammin tai hitaammin, c — Richard Feynman, 1965 fysiikan Nobel-palkittu.Mutta virtuaalihiukkaset eivät voi välittää tietoa, ja havaitut hiukkaset loppu- ja alkutilassa ovat tavallisia, eivätkä ne myöskään ole vuorovaikutuksessa toistensa kanssa (katso S-matriisi ), joten niiden levittäjät katoavat valokartion ulkopuolelle. Siksi kvanttikenttäteoriassa ei myöskään ole superluminaalisia nopeuksia, joita voitaisiin käyttää superluminaaliseen viestintään.
Kvanttiteorian epäpaikallisuusominaisuus aiheuttaa korrelaatioiden olemassaolon alkuperäisen järjestelmän kietoutuneiden osajärjestelmien tilojen välillä riippumatta siitä, kuinka kaukana ne ovat. Siksi on mahdollista määrittää välittömästi kvanttitila yhdessä paikassa millä tahansa etäisyydellä mittaamalla siihen sotkeutunut tila toisessa paikassa ja vastaavasti sen lähetys äärettömällä nopeudella - kvanttiteleportaatio . Kuitenkin kvanttitilan virheettömään mittaukseen tarvitaan klassista tietoa mittausperustasta, joka on välitettävä klassista viestintäkanavaa pitkin luonnollisesti nopeudella, joka ei ylitä valon nopeutta (katso tarkemmin pääartikkeli ). Vaikka sopiva perusta yhdelle mittaukselle voidaan arvata, superluminaaliseen viestintään ja useiden kvanttitilojen virheettömään teleportaatioon, tällaista lähestymistapaa ei voida käyttää. Näin ollen kvanttiteleportaatio on mahdotonta valonnopeutta suuremmalla nopeudella. Kvanttiepälokalisuuden ilmiö ei ole ristiriidassa SRT :n kausaalisuuden periaatteen kanssa .
Hypoteettiset hiukkastakyonit [ 28] voivat liikkua valoa nopeammin, jos niitä on olemassa. He eivät voi välittää tietoa, muuten heidän läsnäolonsa olisi vastoin kausaalisuuden periaatetta .
Erityisen suhteellisuusteorian tulkinnassa , jos katsomme energiaa ja liikemäärää todellisina lukuina , takyonia kuvataan kuvitteellisella massalla. Takyonin nopeus ei voi olla pienempi kuin valon nopeus, koska tässä tapauksessa energia kasvaisi äärettömästi.
Lorentzin muunnokset euklidisessa aika-avaruudessa kuvitteellisella aika-akselilla X 0 = icT kohdassa V > c muuttavat hiukkasen sitä vastaavaksi antihiukkaseksi, joka liikkuu alivalon nopeudella 2 /V [29] . Kun V > c, vaihenopeudesta tulee ryhmänopeus, pienempi kuin valon nopeus; tämä hypoteesi poistaa syy-yhteyden rikkomisen ongelman.
On tarpeen erottaa takyonit (aina liikkuvat nopeammin kuin valo ja edustavat joko yksinkertaisesti puhtaasti klassisia hiukkasia tai melko spesifistä takyonikentän virityksen tyyppiä) ja takyonikentät (yhtä hypoteettiset). Tosiasia on, että takyonikenttä (muut sen viritystyypit) voi periaatteessa kuljettaa energiaa ja tietoa, mutta sikäli kuin tiedetään, tämän tyyppiset viritteet eivät enää etene valoa nopeammin.
Tämä huomautus on paikallaan, koska tavallisesti sanankäytössä he eivät tee eroa kentän ja vastaavan partikkelin välillä (koska tavallisille - ei takyon -kentille/partikkeleille ei ole vakavia syitä tällaiseen erotteluun, koska tavallisilla partikkeleilla ei ole kuvitteellista energiasektorilla, ja kentillä ei ole epävakautta; vaikka epävakausalue olisikin, sen lisäksi on yleensä myös stabiilin / välinpitämättömän tasapainon pisteitä - "kondensaatio" - katso Tachyonin kondensaatio ).
Joissakin[ mitä? ] merkkijonoteorian muunnelmissa hiukkasten massaspektriin ilmestyy takyoni. Tällaiset mallit kuitenkin pääsääntöisesti tunnustetaan ei-fyysisiksi, mikä on perusta vastaavan teorian muuttamiselle. Siitä huolimatta, jopa muutoksen jälkeen tällaiset teoriat voivat edelleen sisältää "takyonin" kuvauksessaan ja joitain takyonikentän sisältävien teorioiden ominaisuuksia.
Teoreettisesti tarkasteltiin myös superluminaalisten nopeuksien mahdollisuutta joissakin neutriinoissa [30] .
Aaltojen nopeus riippuu väliaineen ominaisuuksista, jossa ne etenevät. Erityinen suhteellisuusteoria väittää, että massiivinen kappale on mahdotonta kiihdyttää valon nopeuden ylittävään nopeuteen tyhjiössä. Samaan aikaan teoria ei oleta mitään erityistä arvoa valonnopeudelle. Se mitataan kokeellisesti ja voi vaihdella alipaineen ominaisuuksien mukaan . Tyhjiössä, jonka energia on pienempi kuin tavallisen fyysisen tyhjiön energia , valon nopeuden tulisi teoriassa olla suurempi [31] [32] ja suurin sallittu signaalinsiirtonopeus määräytyy negatiivisen energian suurimman mahdollisen tiheyden mukaan [31] . ] . Yksi esimerkki tällaisesta tyhjiöstä on Casimir-tyhjiö , joka tulee havaittavaksi ohuissa rakoissa ja kapillaareissa, joiden koko (halkaisija) on alle 10 nanometriä (noin sata kertaa tyypillisen atomin koko ). Vaikutus selittyy virtuaalihiukkasten määrän vähenemisellä Casimir-tyhjiössä, jotka oletettavasti jatkuvan väliaineen hiukkasten tavoin hidastavat valon etenemistä. Klaus Scharnhorstin tekemät laskelmat osoittavat, että valon nopeus Casimir-tyhjiössä ylittää tavallisen tyhjiön nopeudella 1 × 10 -24 1 nm:n raolla. Osoitettiin myös, että valonnopeuden ylittäminen Casimir-tyhjiössä ei riko kausaalisuuden periaatetta [31] . Valonnopeuden ylittämistä Casimir-tyhjiössä verrattuna valonnopeuteen tavallisessa tyhjiössä ei ole vielä kokeellisesti vahvistettu tämän vaikutuksen mittaamisen äärimmäisen monimutkaisuuden vuoksi [31] .
Nykyfysiikassa on hypoteeseja, joiden mukaan valon nopeus tyhjiössä ei ole vakio ja sen arvo voi muuttua ajan myötä [33] [34] [35] . Tämän hypoteesin yleisimmässä versiossa oletetaan, että universumimme elämän alkuvaiheessa vakion (valon nopeuden) arvo oli paljon suurempi kuin nyt. Näin ollen aiemmin aine saattoi liikkua nopeudella, joka ylitti merkittävästi nykyajan valonnopeuden. Nämä hypoteesit ovat kuitenkin edelleen täynnä sisäisiä ristiriitoja ja vaativat useimpien modernin fysiikan osien syvempää tarkistamista päästäkseen eroon tästä. [36]
Superbradyon ( englanniksi superbradyon ) on hypoteettinen alkuainehiukkanen , joka voi liikkua valon nopeuden ylittävällä nopeudella , mutta toisin kuin takyoneilla , niillä voi olla positiivisia todellisia massan ja energian arvoja . Superbradyonit voivat olla uudenlaisia olemassa olevia hiukkasia, jotka itse asiassa liikkuvat valoa nopeammin ja pystyvät välittämään tietoa superluminaalisilla nopeuksilla, mikä rikkoo kausaalisuuden periaatetta .
Espanjalainen fyysikko Luis Gonzalez-Mestres ehdotti termin "superbradion " [37] ja niiden olemassaolon mahdollisuutta [38] [39] vastanimeksi termille " bradion " (tardion). CERN Courier [40] ja The New York Times [ 41] tunnustivat vuonna 2002 González-Mestresin työn merkityksen Lorentzin symmetrian rikkomisesta . Jo vuonna 1997 Sidney Coleman ja Sheldon Glashow lainasivat hänen töitään [42] .
Toisin kuin takyonit, joita kuvataan erityissuhteellisuusteorian avulla, superbradyonit rikkovat selvästi Lorentzin invarianssia . Ne ovat samanlaisia kuin tavalliset hiukkaset (bradyonit), mutta niillä on suurempi kriittinen nopeus tyhjiössä . Superbradyonien kriittinen nopeus voi olla huomattavasti suurempi kuin valon nopeus . Tämä tarkoittaa, että standardi Lorentzin symmetria ei ole perussymmetria, vaan vain sen matalaenergiaraja. [43]
Superbradyonin energia ja liikemäärä:
missä
González-Mestresin mukaan superbradyonit voivat olla aineen pääaineosia Planckin rajalla ja sen ulkopuolella .
Tähän mennessä ei ole löydetty ilmiöitä, jotka voisivat vahvistaa superbradionien olemassaolon, mutta jos superbradyoneja voi esiintyä universumissamme vapaina hiukkasina, ne voivat säteillä spontaanisti "tavallisia" hiukkasia, joista tulee superenergeettisten kosmisten säteiden lähteitä ja lakkaa säteilemästä nopeudellaan tulee pienemmäksi tai yhtä suureksi kuin valon nopeus. Täten maailmankaikkeus voi sisältää monia sellaisia superluminaalisia hiukkasia, joiden nopeus on lähellä valon nopeutta. Superbradyonit voivat myös tarjota uuden lähestymistavan inflaatioon , pimeään aineeseen ja pimeään energiaan [44] [45] .
23.9.2011 OPERA - yhteistyö ilmoitti Euroopan ydintutkimusjärjestön (CERN) konferenssissa, että Gran Sasson (Italia) maanalaisessa laboratoriossa tehdyssä kokeessa saatiin tietoa, jonka mukaan subatominen neutriinohiukkanen voi liikkua nopeudella, joka ylittää valonnopeuden 25 ppm (0,0025 %) [46] . 16 111 tapahtuman [46] tilastollinen käsittely ilmaisimessa, joka liittyy 731 278 metriä [46] CERNistä Gran Sassoon lentävien myonineutriinojen rekisteröintiin, osoittaa, että suhteellisuusteorian [47] vastaisesti neutriinojen keskiarvo 28,2 GeV [46] energia kulkee tämän matkan 61,1 nanosekuntia [46] valoa nopeammin. Kirjoittajien arvioima tilastollinen ja systemaattinen virhe on 6 kertaa pienempi kuin tämä arvo. Näin ollen neutriinon nopeus tietyllä energialla ylitti valon nopeuden tyhjiössä noin 7,5 km/s . Neutriinon nopeuden energiariippuvuutta ei löydetty kokeen tarkkuudella [48] .
Toukokuussa 2012 OPERA suoritti sarjan ohjauskokeita ja päätyi lopulliseen johtopäätökseen, että syy virheelliseen superluminaalisen nopeuden oletukseen oli tekninen vika (kierretty optisen kaapelin liitin johti liialliseen viiveeseen aikasynkronointipiireissä GPS:n ja asennus) [49] [50] [ 51] [52] .
Tietojen uudelleentarkastaminen tarkkuuskokeessa keväällä 2012 johti yhteistyön siihen tulokseen, että neutrinon nopeus voi poiketa valon nopeudesta enintään
(90 % :n luottamusväli ) [53] .Maaliskuussa 2012 samassa tunnelissa suoritettiin riippumattomia mittauksia, eikä superluminaalisia neutrinonopeuksia havaittu [54] . Seitsemän neutrinotapahtumaa rekisteröitiin 31. lokakuuta, 1., 2. ja 4. marraskuuta. ICARUS -yhteistyön analyysin mukaan näiden seitsemän tapahtuman keskimääräinen poikkeama oli vain +0,3 ns lasketusta valon saapumisesta [55] . ICARUS on varustettu OPERAsta riippumattomalla ajanottotyökalulla [56] .
Kvanttihäiriöiden vaikutuksia hyödyntäviä menetelmiä tutkitaan aktiivisesti kvanttijärjestelmien optisten ominaisuuksien säätelemiseksi [57] . Vuonna 1999 Harvardin yliopiston suorittamissa kokeissa valopulssien etenemisnopeus pystyttiin hidastamaan 17 m/s ultrakylmässä natriumkaasussa lisäämällä atomitiheyttä [58] . Vuonna 2003, Venäjän tiedeakatemian Siperian sivuliikkeen automaatio- ja elektrometriainstituutin ja Ukrainan kansallisen tiedeakatemian fysiikan instituutin yhteistyössä , jossa käytettiin kahden aallon vuorovaikutuksen vaikutusta valotaitehilassa , oli mahdollista hidastaa valopulssit 0,025 cm/s:iin [59] . Vuonna 2005 KAIST onnistui hidastamaan valopulssien nopeutta käyttämällä stimuloitua Mandelstam-Brillouin-sirontaa [60] .