Podstawą współczesnej fizyki jest to, że we Wszechświecie nic nie jest szybsze niż prędkość światła (do). Jednak teoria szczególnej teorii względności Einsteina dopuszcza przypadki, w których pewne wpływy zjawić się podróżować szybciej niż światło bez naruszania przyczynowości. Są to tak zwane „boomy fotoniczne”, koncepcja podobna do boomu dźwiękowego, w którym plamy światła poruszają się szybciej niż do.
Według nowego badania Roberta Nemiroffa, profesora fizyki z Michigan Technological University (i współtwórcy Astronomy Picture of the Day), zjawiska te mogą pomóc zabłysnąć światłem (bez gry słów!) W kosmosie, pomagając nam mapować z większą wydajnością.
Rozważmy następujący scenariusz: jeśli laser zostanie przeciągnięty przez odległy obiekt - w tym przypadku Księżyc - plamka światła laserowego porusza się po obiekcie z prędkością większą niż do. Zasadniczo gromadzenie fotonów jest przyspieszane z prędkością przekraczającą prędkość światła, gdy punkt przemierza zarówno powierzchnię, jak i głębokość obiektu.
Powstały „wysięg fotoniczny” występuje w postaci błysku, który jest obserwowany przez obserwatora, gdy prędkość światła spada z superluminalnej do poniżej prędkości światła. Jest to możliwe dzięki temu, że plamy nie zawierają masy, nie naruszając w ten sposób podstawowych praw szczególnej teorii względności.
Kolejny przykład występuje regularnie w naturze, gdzie wiązki światła z pulsara przesuwają się po chmurach pyłu kosmicznego, tworząc kulistą powłokę światła i promieniowania, które rozszerza się szybciej niż c, gdy przecina powierzchnię. Podobnie jest w przypadku szybko poruszających się cieni, w których prędkość może być znacznie większa i nie jest ograniczona do prędkości światła, jeśli powierzchnia jest kątowa.
Na spotkaniu American Astronomical Society w Seattle w Waszyngtonie na początku tego miesiąca Nemiroff opowiedział, w jaki sposób można wykorzystać te efekty do badania wszechświata.
„Boomy fotoniczne zdarzają się wokół nas dość często”, powiedział Nemiroff w komunikacie prasowym, „ale zawsze są zbyt krótkie, aby to zauważyć. W kosmosie trwają wystarczająco długo, aby to zauważyć - ale nikt nie pomyślał, aby ich szukać! ”
Twierdzi, że superluminalne przemiatania mogą być wykorzystane do ujawnienia informacji o trójwymiarowej geometrii i odległości ciał gwiazdowych, takich jak pobliskie planety, przelatujące asteroidy i odległe obiekty oświetlone pulsarami. Kluczem jest znalezienie sposobów ich wygenerowania lub dokładnej obserwacji.
Na potrzeby swoich badań Nemiroff rozważył dwa przykładowe scenariusze. Pierwszy polegał na przesunięciu wiązki na rozpraszający się obiekt sferyczny - tj. Plamki światła poruszające się po Księżycu i towarzyszy pulsara. W drugim wiązka jest przesuwana przez „rozpraszającą płaską ścianę lub liniowe włókno” - w tym przypadku Mgławicę Zmienną Hubble'a.
W pierwszym przypadku asteroidy można szczegółowo odwzorować za pomocą wiązki laserowej i teleskopu wyposażonego w szybką kamerę. Laser może być przesuwany po powierzchni tysiące razy na sekundę, a błyski rejestrowane. W tym ostatnim obserwowane są cienie przechodzące między jasną gwiazdą R Monocerotis i odbijającym pyłem, z prędkościami tak dużymi, że tworzą fotoniczne boomy, które są widoczne przez kilka dni lub tygodni.
Ten rodzaj techniki obrazowania zasadniczo różni się od bezpośrednich obserwacji (które opierają się na fotografii obiektywu), radaru i konwencjonalnego lidaru. Różni się także od promieniowania Czerenkowa - promieniowanie elektromagnetyczne emitowane, gdy naładowane cząstki przechodzą przez ośrodek z prędkością większą niż prędkość światła w tym ośrodku. Przykładem jest niebieski blask emitowany przez podwodny reaktor jądrowy.
W połączeniu z innymi podejściami może pozwolić naukowcom uzyskać pełniejszy obraz obiektów w naszym Układzie Słonecznym, a nawet odległych ciał kosmologicznych.
Badanie Nemiroffa zaakceptowane do publikacji przez Publications of Astronomical Society of Australia, ze wstępną wersją dostępną online w arXiv Astrophysics
Dalsza lektura:
Komunikat prasowy Michigan Tech
Robert Nemiroff / Michigan Tech
