Сверхсветовые скорости в природе
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
»ьшой, объект полностью теряет размер в направлении движения и время на нем останавливается. Поэтому никакое материальное тело не может достичь скорости света. Такой скоростью обладает только сам свет!
Принцип причинности - один из самых общих физических принципов, устанавливающий допустимые пределы влияния событий друг на друга.
В классической физике это утверждение означает, что любое событие произошедшее в момент времени может повлиять на событие произошедшее в момент времени только при условии: . Таким образом классическая физика допускает произвольно большую скорость переноса взаимодействий.
При учёте релятивистских эффектов принцип причинности (ПП) должен быть модифицирован, поскольку время становится относительным - взаимное расположение событий во времени может зависеть от выбранной системы отсчёта. В специальной теории относительности ПП утверждает, что любое событие произошедшее в точке пространства-времени может повлиять на событие произошедшее в точке пространства-времени только при условии: и где - предельная скорость распространения взаимодействий, равная, согласно современным представлениям, скорости света в вакууме. Иными словами, интервал между событиями A и B должен быть времени-подобен (событие A предшествует событию B в любой системе отсчёта). Таким образом, событие B причинно связано с событием A (являясь его следствием), только если оно находится в области абсолютно будущих событий светового конуса с вершиной в событии A - такое определение принципа причинности переходит без изменений и в общую теорию относительности. Если два события A и В разделены пространственноподобным интервалом (то есть ни одно из них не находится внутри светового конуса с вершиной в другом событии), то их последовательность может быть изменена на противоположную простым выбором системы отсчёта (СО): если в одной СО , то в другой СО может оказаться, что . Это не противоречит принципу причинности, потому что ни одно из этих событий не может влиять на другое.
Важно отметить, что даже при отсутствии причинного влияния одного события A на другое B эти события могут быть скоррелированными причинным влиянием на них третьего события C, находящегося в пересечении областей абсолютного прошлого для А и B: при этом интервалы СА и СВ времени подобны, АВ - пространственноподобен. Так, фазовая скорость электромагнитной волны может превышать скорость света в вакууме, в результате чего колебания поля в точках пространства-времени, разделённых пространственноподобным интервалом, оказываются скоррелированными. В квантовой механике состояния квантовых систем, разделённых пространственноподобным интервалом, также не обязаны быть независимыми (см. Парадокс Эйнштейна - Подольского - Розена). Однако эти примеры не противоречат ПП, поскольку подобные эффекты невозможно использовать для сверхсветовой передачи взаимодействия. Можно сказать, что ПП запрещает передачу информации со сверхсветовой скоростью.
Принцип причинности - эмпирически установленный принцип, универсальность которого неопровержима на сегодняшний день.
2. Простое сверхсветовое движение
.1 Солнечный зайчик, тени, ножницы
Солнечный зайчик или, например, точка пересечения лезвий гильотинных ножниц может изменять положение со сверхсветовой скоростью . Однако при этом информация и энергия передаются в направлении, не совпадающем с направлением движения зайчика (со скоростью меньшей или равной ), а на ограничения, упомянутые в разделе Определение сверхсветовой скорости материальной точки, не распространяются.
Довольно интересно, что зайчик, движущийся быстрее света, возникает не только тогда, когда используется вращающийся источник света с узким лучом и экран на очень большом расстоянии. Любая, в частности плоская, световая волна с более или менее широким фронтом, падая на экран под углом в принципе создает подобный зайчик (степень его выраженности, впрочем, определяется тем, насколько резким является фронт волны), а отраженную волну можно интерпретировать как черенковское излучение от зайчиков, соответствующих каждому гребню падающей волны.
В этом смысле такие объекты, как световой зайчик, вполне физичны. Их отличие от обычных только в том, что они не переносят энергию или информацию с собой, то есть состояние зайчика в какой-то момент и в каком-то месте не является причиной его состояния или вообще появления затем в другом месте экрана.
Уместно подчеркнуть, что „сверхсветовой запрет теории относительности накладывается только на движение материальных тел и передачу сигналов. Во многих ситуациях возможно движение с любой скоростью, но это будет движение не материальных объектов и не сигналов. Например, представим себе две лежащие в одной плоскости достаточно длинные линейки, одна из которых расположена горизонтально, а другая пересекает её под малым углом. Если первую линейку двигать вниз (в направлении, указанном стрелкой) с большой скоростью, точку пересечения линеек можно заставить бежать сколь угодно быстро, но эта точка - не материальное тело. Другой пример: если взять фонарик (или, скажем, лазер, дающий узкий луч) и быстро описать им в воздухе дугу, то линейная скорость светового зайчика будет увеличиваться с расстоянием и на достаточно большом удалении превысит с. Световое пятно переместится между точками А и В со сверхсветовой скоростью, но это не будет передачей сигнала из А в В, так как такой световой з