Сверхсветовые и квази-сверхсветовые скорости (обзор)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сверхсветовые и квази-сверхсветовые скорости (обзор)

Одним из фундаментальных положений (постулатов) Специальной теории относительности является постоянство скорости света-то есть скорости распространения электромагнитных волн в вакууме, которую СТО считает пустотой. Кроме того, Эйнштейном был введен посулат (именно, постулат) о невозможности превышения скорости света материальными телами (к ним он относил и электромагнитную волну) и переноса информации со скоростью больше скорости света. Все эти постулаты, так или иначе, соответствовали знаниям конца 19 века. Кроме того, Эйнштейн, по видимому, не имел понятия о процессе переноса информации, и о том, что такое информация вообще, но «великий создатель постулатов» может быть выше этого…

Вначале надо отделить распространение электромагнитной волны от движения материального тела. Преобразования Лоренца описывают движение заряженного материального тела в электрическом или магнитном поле при больших скоростях. Лоренц считал их эмпирическими формулами, но Эйнштейн распостранил эти преобразования на незаряженные тела и на электромагнитные волны и усмотрел в преобразованиях Лоренца «великий вселенский закон», связывающий движение со временем.

Как было сказано выше, постулат о невозможности превышения скорости света материальными телами и электромагнитной волной, введенный Эйнштейном соответствовал экспериментальным результатам конца 19 века. Но уже в начале 20-го века появились свидетельства, опровергающие этот постулат. Тем не менее, околонаучным и коньюктурным пиаром, не имеющим никакого отношения к научной истине, он был превращен в религиозную догму, сомневаться в которой было ересью и могло иметь серьезные последствия для сомневающегося.

Очень коротко о дисперсии, фотоне и скорости света

Вначале, прошу извинить за повторение материала, опубликованного в учебниках.

Надо напомнить, что все существующие виды волн (элекромагнитную пока не рассматриваем), например, акустические и поверхностные, не являются материальными объектами - это искажения некой среды и их скорость распространения зависит от характеристик этой среды и никак не связана с возможной скоростью движения материальных тел в данной среде. Например, скорость распространения акустической волны (скорость звука) в данной среде однозначно зависит от ее параметров согласно формуле:

,

свет электромагнитный волна относительность

где k - константа изоэнтропы данного газа (1,1 - 1,7 для разных газов), R - газовая постоянная данного газа и Т - его температура в К.

Кроме того, скорость звука не складывается со скоростью источника, но складывается со скоростью приемника. Например, на корабле, движущимся относительно системы координат, связанных с морем (ветра нет), наблюдатель стоящий на носу или корме корабля не почувствует изменения тона гудка, идущего от источника, находящегося в середине корабля (эффект Доплера отутствует), но, зато звуковая волна дойдет быстрее до кормы, чем до носа. Если корабль стоит, то таким способом можно измерить скорость ветра. На этом принципе работают ультразвуковые измерители скорости потока газа.

В то же время, материальное тело в воздухе может двигаться с любой скоростью, включая и сверхзвуковые. И никаких ограничений на эту скорость не накладывается. При этом, скорости складываются согласно теории относительности Галилея, то есть, если с некого тела, движущегося со скоростью относительно некой системы координат, выстреливается со скоростью другое тело, то скорости в данной системе координат складываются векторно, то есть скорость второго тела относительно первой системы координат будет равна:

.

Вообще-то, при скоростях близких с звуковой, возникает значительное волновое сопротивление и некоторые теоретики доказывали, что при скорости звука это сопротивление стремиться к бесконечности и сверхзвуковые скорости невозможны. В ответ на это смеялись практики, в частности, артиллеристы, снаряды которых давно летели со сверхзвуковыми скоростями.

Таким образом, движение волны и материального тела - это совершенно разные вещи и описываются совершенно разными законами!

Эйнштейн и его последователи это чувствовали и, чтобы избежать ненужных вопросов, ввели частицу электромагнитной волны «фотон», реанимировав ньютонову корпускулу и объявили электромагнитную волну некой «формой материи», летящей в пространстве сама по себе (в Средние века ее бы назвали «стихией» или «элементом»). Так, что материальное тело и электромагнитная волна были «приведены к общему знаменателю». Тут им удачно подвернулись волны ДеБройля и тут же были проведены аналогии между частицей электроном и квантом (порцией) волны именуемой «фотоном». И, оказадось, что у этих частиц наблюдается «дуализм» - когда надо, они частицы, а когда надо - волны. Тут физики на время успокоились. Но в 60-е годы кому-то пришло в голову: «А чем акустическая волна хуже?». И была придумана квазичастица «фонон», векторно взаимодействующая с «фотоном» в акустооптических взаимодействиях. Сейчас квазичастиц придумано много. Оказывается, что некоторые процессы (особенно, энергетическое взаимодействие) хорошо описываются с помощью фиктивных квазичастиц, но эти «частицы» являются очевидной химерой и не в состоянии описать, в частности, волновые процессы и вот тогда теоретикам приходится обращаться к «волновой сущности» этих «частиц». Интересно, приходило ли в голову теоретикам дуализма то, что заряженная частица (заряд) может вызвавть при движении волну, бегущую впереди заряда и взаимодействующую с ним. Например, дозвуковой самолет вызывает акустическую волну впереди себя, влияющую на движение самолета. Это влияние довольно слабое, чтобы пассажиры ее почувствовали, но вполне измеримое.

В общем, автор данной статьи считает, что «фотон» вне всякого сомнения является квазичастицей, не имеющей никакой массы, ни движения, ни покоя. Это порция (квант) электромагнитной волны, которая материльным телом (формой материи) не является.

Кстати, относительно этого в лагере релятивистов разгорелись споры. Наиболее ортодоксальные из них обвиняли других в непонимании ТО. Они говорили, что эти другие профанируют ОТО, объясняя «гравитационное отклонение фотона», как отклонение тела, имеющего массу, в гравитационном поле. Согласно им, правильное объяснение этого «эффекта» (кстати, много раз фальсифицированного адептами ОТО, начиная с «великого асторнома» Эддингтона и кончая не менее «великим релятивистом» Копейкиным, работающим на кафедре одного из американских университетов) следующее: фотон отклоняется из за искривления пространства вблизи гравитирующего тела. Но позвольте, а где же тогда его масса? Далее, при аннигиляции электрона и позитрона масса исчезает и перходит в энергию согласно пресловутой формуле . Но позвольте, при аннигиляции вылетают два кванта (фотона) гамма излучения, имеющие «по определению» массу. И где же здесь переход «массы в энергию»?

Таким образом, если электромагнитная волна - это волновое возмущение движущееся в некой среде, то ее скорость зависит от параметров этой среды. При этом, движение материального тела в этой среде никак не ограничено скоростью движения волны. Известно, что скорость распространения электромагнитной волны в вакууме зависит от характеристик среды - диэлектрической «проницаемости» вакуума и его магнитной «проницаемости» согласно формуле [1]. При движении электромагнитной волны в некой среде, в подкоренное выражения добавляются коэффициенты диэлектрической и магнитной проницаемости данного вещества:

[2].

Очевидно, что величины и характеризуют изменение характеристик «светоносной» среды в данном теле, наподобие того, как изменение температуры газа влияет на скорость звука в данной среде. Это предположение, кстати, было введено еще Френелем и развито Коши в начале 19 века [1]. Так или иначе, но скорость распространения электромагнитной волны зависит от характеристик среды, в которой она распостраняется. Величина называется коэффициентом преломления волны и, в большенстве случаев и, так как , то скорость распространения электромагнитной волны в среде меньше, чем в вакууме. Этот случай называется нормальной дисперсией. Но, если среда имеет линии поглощения, то закон изменеия коффициента преломления от длины волны нарушается и появляется область длин волн с аномальной дисперсией, где , причем, распостраняющаяся на весь объем данной среды.

В этом случае величина , и, соответственно, .

Сверхсветовое распространение электромагнитной волны

Сверхсветовое распространение электромагнитной волны в средах с аномальной дисперсией

Известно, что при аномальной дисперсии вблизи полос поглощения происходит разрыв зависимости коэффициента преломления от длины волны, напоминающий функцию тангенса. При этом, в области, короче длины волны поглощения, наблюдается уменьшение коэффициента, а в области, выше длины волны поглощения - его возрастание (Рис. 1).

Рис. 1

Эффект аномальной дисперсии был открыт в середине 19 века. В ранних измерениях этого эффекта использовались спектрометры со слабым разрешением и относительно высокотемпературные среды, в следствии чего эффект «смазывался». Но с возрастанием точности спектрометров, а, также при захолаживании среды, обнаружилось, что коэффициент преломления в первой области становится меньше единицы. Это значит, что скорость света в данной среде выше скорости света в вакууме!

Наиболее сильно этот эффект проявляется при сильном захолаживании среды до температур близких к абсолютному нулю, когда практически отсутствует тепловое движение молекул. Таким образом, в области аномальной дисперсии можно получить как очень малые скорости распространения электромагнитной волны, так и очень большие, превышающие «скорость света» в десятки раз. В последние десятилетия этот эффект был многократно подтвержден экспериментально в разных лабораториях мира [2-5, 11, 12]. В частности в работе [4] были получена скорость распространения электормагнитной волны в 310С.

Объяснение этому эффекту может быть следующее:

С большой уверенностью можно предположить, что распространение электромагнитной волны в любой среде (в том числе и в вакууме) является ее переизлучением элементами структуры этой среды. При переизлучении переизлучающий элемент поглощает порцию волны (квант), возбуждается, переизлучает квант и опять переходит в невозбужденное состояние. Очевидно, что этот процесс идет с некоторой задержкой, которая и объясняет конечную скорость распространения волны в среде (в частности, в вакууме). Кроме того, переизлучение атомами и молекулами сопровождается потерями и переизлученный квант имеет большую длину волны, чем поглощенный. В усиливающих средах переизлучение идет с той же длиной волны и поляризацией (этот механизм был, кстати, предложен Эйнштейном). Все эти эффекты, связанные с переизлучением атомами и молекулами описывает «современная» электронная теория дисперсии, которая сводит дисперсию к интерференции падающей волны с переизлученной атомами [1]. Что же переизлучает волну в вакууме, никто не знает (а современная физика и знать не хочет), но это точно не электронные оболочки, которых в вакууме нет.

Теперь, если волна переизлучается некой конденсированной средой (также, и газообразной), то в процесс переизлучения (согласно Френелю) вовлекаются атомы и молекулы данной среды, меняющие (искажающие) свойство переизлучающей среды (коэффициенты «проницаемости» и , зависяшие от плотности среды) - для газов в меньшей степени, для твердых тел - в большей. Это влияние на среду, точнее на ее элементы, при нормальной дисперсии приводит к еще большему запаздыванию переизлучения, причем для плотных сред этот эффект осредненно распространяется на всю среду, хотя может быть пространственно локализован вблизи атомов (в газообразных разряженных средах так, по видимому, и есть). Кстати, зависимость коэффициентов и от плотности дополнительно свидетельствует о локальном действии возмущения для разряженных сред.

Вблизи линий поглощения это искажение резко возрастает, при этом появляются области (длины волн) для которых , то есть в этой области длин волн запаздывание уменьшается. Как, и за счет чего это происходит, никто не знает, но это, так или иначе, связано с механизмом резонансного взаимодействия электронных оболочек со средой (вакуумом, техническим вакуумом, эфиром, темной материей - назовите как вам нравится).

Практическое применение

Данный эффект проявляется также в конденсированных средах с искусственно наведенными электромагнитным излучением линиями поглощения, дуплетом контура усиления в специфических материалах, в средах с когерентными осцилляторами, фотоннных структурах, сформированных двумя взаимодействующими оптическими резонаторами (так называемые фотонные кристаллы). Во всех этих средах зарегистрировано сверхсветовое распространение оптических импульсов [18]. Причем, скорость распространения импульса может быть регулируема [18]!

Здесь необходимо обратиться к так называемой «групповой и фазовой» скоростям.

В свое время английский физик Релей перепутал биение двух волн с несколько отличающимися длинами волн с модуляцией некой несущей волны другой волной. Дело в том, что при биении образуется результирующая волна, распространяющаяся сколь угодно долго, но с другой скоростью [1]. При модуляции же некой синусоидальной волны другой синусоидальной волной, имеющей намного меньшую частоту (намного большую длину волны) образуются ТРИ волны - несущая и две боковые (это очень хорошо известно радиотехникам). В не дисперсных средах (например, в вакууме), скорость распространения этих волн одинакова и импульс сохраняет свою форму на любом расстоянии от источника. В дисперсных средах разница в дисперсии для боковых и несущей становится существенной и импульс на некотором расстоянии от источника значительно искажается и становится нераспознаваемым. Кстати, скорость распространения импульса (центра импульса) при на данном участке совпадает со скоростью несущей волны! Этот эффект очень хорошо знаком специалистам, работающим с оптико-волоконными линиями, дисперсными «по определению». Он ограничивает длину или пропускание этих линий. Причем, информация с малой скоростью (в бит в секунду, не путать с физической скоростью распространения импульса) может распространяться на большие расстояния, чем информация имеющая большую скорость [19]. К сожалению, этого не понимают (и не хотят понимать) «большие физики-теоретики», используя релеевскую ошибку (причем, очень грубо) в догматических целях для спасения эйнштейнового «постулата» о «незыблимости» скорости света.

Тем не менее, практики уже пытаются использовать этот эффект для компенсации «размывания импульса», вызванного нормальной дисперсии. Дело в том, что при нормальной дисперсии боковые с меньше и большей длиннами волн «расползаются» в одну сторону, а при аномальной - в другую. При этом, производная для области аномальной дисперсии намного круче, чем для области с нориальной дисперсией. Таким образом, короткий элемент с аномальной дисперсией может скомпенсировать искажения, вызванные длинной линией с нормальной дисперсией. В общем, «собака лает» (имеются в виду физики-теоретики), «а караван идет!».

Сверхсветовое распространение электромагнитной волны в усиливающих средах

В принципе, особенности распространения волны в усиливающих средах [6 - 10, 13 - 15] аналогичны распространению в области аномальной дисперсии, так как этот эффект наблюдается вблизи полос усиления среды. Этот эффект был открыт в начале 60-х, когда начали работать с лазерными усилителями. Впервые этот эффект был открыт в лаборатории Басова в 60-годах [6]. Тогда в стержне лазерного усилителя была измерена скорость распространения импульса намного превышающая «скорость света».

Привожу цитату из [21] (автор данной статьи считает, что анализ «особенностей» или «парадоксов» ТО, приведенных в [21], совершенно замечательный, но автор данной статьи не совсем согласен с теорией, приведенной в [21]): «В 1966 г. Басов с сотрудниками сообщили о результатах исследований временных задержек на движение лазерного импульса в системе генератор-усилитель. Между рубиновым лазером-генератором и парой рубиновых стержней-усилителей было расстояние около 2.5 м. Делительная пластинка делала из одного лазерного импульса два, каждый из которых в итоге попадал на свой фотодетектор, но разница была в том, что один путь проходил сквозь усилитель, а другой - нет. Ну, а сигналы с фотодетекторов подавались на скоростной двухканальный осциллограф. И вот, представьте. При выключенном усилителе, т.е. при отключенных лампах его «накачки», согласовывали задержки в электрических схемах двух каналов так, чтобы на экране осциллографа оба всплеска фототока происходили синхронно. А потом - всего лишь включали усилитель. И - приходили в крайнюю степень изумления. Всплеск фототока от импульса, проходившего через усилитель, теперь опережал во времени другой всплеск, который служил опорным. Изумляла величина этого опережения: она была запредельно велика. Казалось бы: изменения, которые могли сказаться на задержке, делались лишь на протяжении усилителя. Если допустить немыслимую ситуацию, при которой лазерный импульс проходит по включённому усилителю мгновенно, то даже тогда выигрыш во времени составил бы всего 1.6 наносекунды. А осциллограф весело показывает: не 1.6, а целых 9 наносекунд! Кстати, длительность самого-то импульса составляла что-то около трёх наносекунд, т.е. эффект вырисовывался очень уверенно. Впоследствии всё подтвердилось в ряде других лабораторий - с использованием различных лазеров и различных нелинейных ячеек: не только усиливающих, но и поглощающих. Главное - спектральные линии генератора и нелинейной ячейки должны были совпадать. И тогда результат был неизменно превосходен, причём «запредельность» опережения исчислялась уже десятками и сотнями раз…

У теоретиков интерес к этой проблеме как-то сам собой угас. Не корите вы их, не браните - их мучения можно понять. Если задача ставится так: «Каким образом лазерный импульс проходит по нелинейной ячейке быстрее чем мгновенно? или, другими словами, каким образом групповая скорость света может быть больше чем бесконечная?» - тут даже самая буйная фантазия заглохнет. Но зачем же ставить заведомо нерешаемые задачи? Может, здесь дело всё-таки не только в нелинейной ячейке? Вот что заслуживает внимания: во всех подобных экспериментах, «выпадающая» задержка - это как раз то время, за которое лазерный импульс пролетает промежуток от генератора до нелинейной ячейки! Чем меньше протяжённость нелинейной ячейки, тем «запредельнее» оказывается опережение! Самый оглушительный результат был получен с тонкой поглощающей плёнкой!». Комментарии здесь излишни!

Сверхсветовое распространение электромагнитной волны в свободном пространстве (вакууме)

Эффект распространения электромагнитной волны со скоростью, превышающей «скорость света» была открыта и исследована еще в 30-х годах [19}. Было установлено, что между металлическими пластинами с расстоянием, превышающим () скорость распространения электромагнитной волны превышает «скорость света». Так вот, скорость распространения электромагнитной волны в этом случае будет равна: (3), где - скорость распространения электромагнитной волны в свободном пространстве, то есть . Величина , которая «по определению» равна С названа так «из скромности», так как - это уже ересь, преследуемая «по закону». В некоторых источниках, в частности в русском варианте Wikipedia, приведены рисунки, утверждающие, что такое сверхсветовое распространение связано с «косым» волновым фронтом в волноводах. То есть, если направление распространения волны не совпадает с осью волновода, то скорость волны в направлении волновода будет равна , где - угол между осью волновода и перпендикуляром к волновому фронту. Принимая во внимание, что в формулу (3) не входит угол б, и то, что вектор скорости распространения волны «по определению» перпендикулярен волновому фронту, то подобные «объяснения» свидетельствуют о глубоком непонимании данной персоной, поместившей свои комментарии в Wikipedia [20], физики распространения волны. Так или иначе, этот эффект используется в металлических линзовых антенн (E-plain metal plain lens antennas [29]) при формировании направленности антенны. При этом пользователи не задумываются, какая скорость передается, только «фазовая» или уже «групповая»; линза работает и, соответственно, передает сигнал со всеми скоростями, и «фазовой» и «групповой» (повторяю, эти «скорости» основаны на ошибке Рэлея и используются релятивистскими шарлатанами для дискредитации «теории эфира» и поддержке ТО).

Далее, эффект сверхсветового распространения электромагнитной волны был зарегистрирован в ближней зоне радиоантенны [16].

Несколько отвлекаясь и не вдаваясь в теорию антенн, вообще-то, можно отметить, что ближняя зона передающей антенны, это область весьма интересная. В ней вектора Е и В находятся в противофазе (что, в общем-то, соответствует принципу сохранения энергии), и только потом, в дальней зоне, вектора ( и ) становятся синфазными (и, только тогда, согласно Пойнтингу, волна переносит энергию, иначе вектор Пойнтинга «рассыпается»). Но, тогда очевидным становится нарушение принципа сохранения энергии в электромагнитной волне в дальней зоне (Е и В одновременно приходят в максимум и одновременно обнуляются! Куда же девается энергия?). Современная физика вопрос этот отбросила, объявив эл-маг волну отдельной стихией (извините, «формой материи»). - вот такая, мол, она, особенная. Но пытливый народ не успокаивается. Они воспользовались введенным в свое время Гельмгольцем векторным потенциалом (для векторов В, [22]). Так как этот «векторный потенциал» является по отношению к вектору В интегральной величиной, то он находится в противофазе по отношению к В (и, соответственно, к Е) и туда может быть «перкачена» энергия в момент, когда Е и В обнуляются [23]. Принимая во внимание то, что необходимость введения дополнительной интегральной величины была крайне сомнительна (на совести «большого математика» Гельмгольца), и то, что применение в электромагнетизме этого «потенциала» не позволяет решить элементарные задачи (хотя и претендует на это) и то, что этот «потенциал» нельзя измерить в экспериментах, только пересчетом, то автор данной статьи считает «векторный потенциал» вздорной математической химерой и все физические модели (в том числе, описанные в [23]), использующие этот «потенциал», принципиально неправильными. Так, что вопрос о сохранении энергии в электромагнитной волне остается открытым.

Тут возникает вопрос, а чему равна скорость распространения электрического и магнитного поля?. Не электромагнитной волны, а именно этих полей. «По умолчанию» предполагается, что они распространяются со «скоростью света». Но кто-нибудь это измерял? С электромагнитной волной - понятно (см выше) - это переизлучение с запаздыванием, которое, как раз, и ответственно за величину С.

А если предположить, что, например, электрический потенциал ц распространяется быстрее? Тогда может получиться любопытный эффект: при движении электромагнитной волны между металлическими пластинами в них наводится «бегущий» заряд, поле которого опережает волну. Оно вызывает токи смещения в среде впереди фронта исходной волны и, соответственно, вызывает волну, опережающую исходную. Интерференция этих волн и приводит к феномену увеличения скорости электромагнитной волны в волноводах (между пластинами). Кроме того, так как емкостные антенны (имеющие емкостной импенданс) «по определению» излучают электрическое поле (магнитное поле «прицепляется» к нему дальше), то, если это поле движется «быстрее света», то и излучение антенны в ближней зоне движется «быстрее света», что и наблюдается в экспериментах. Тут надо было бы остановиться на «квази-сверхсветовых» источниках излучения.

«Квази-сверхсветовые» источники излучения

В свое время (в конце 30-х годов) Черенков открыл феномен сверхсветового движения частиц в среде. То есть эффекты, сопровождающие движение заряженных тел со скоростями, превышающими скорость распространения электромагнитной волны в данной среде (). При движении в таких средах заряд тормозится и испускает излучение, названное черенковским. Поначалу, физики испугались, так как было зарегистрировано «сверхсветовое» движение, а этого не может быть, так как запрещено Эйнштейном. Но потом, разобравшись, они успокоились, так как «сверхсветовые» скорости зарядов в среде не превышали С. Потом, даже некоторые ортодоксальные релятивисты (например, академики И.М. Франк и В.Л. Гинзбург [26]) баловались (математически) с такими «квази-сверхсветовыми» скоростями. А чего бы не поиграться, ведь никаких нарушений «фундаментальных теорий» не наблюдается. Но радовались они, по видимому, рано, так как в процессе экспериментов были обнаружены некоторые интересные эффекты.

Вопрос: Как можно получить «квази-сверхсветовые» скорости? Ответ: «да это довольно просто, и не обязательно иметь заряды, двигающиеся с «квази-сверхсветовой» скоростью в среде с n > 1». Для этого необходимо получить нечто вроде солнечного зайчика, движущегося по некой поверхности (экрану) со скоростью больше «скорости света». Скорость зайчика (при отражении от зеркала) определяется по формуле , где щ - угловая скорость вращения зеркала (зеркало удваивает угловую скорость), r - расстояние между зеркалом и зайчиком. При достаточных величинах щ и r, скорость его движения по экрану может превысить С. Так как зайчик - вещь не материальная, то никаких нарушений «великих законов» нет. Если экран покрыт материалом, в котором свет наводит заряд, то на экране появляется бегущий заряд. Очевидно, что этот заряд, на самом деле, не бежит, а появляется в освещенных местах, то есть, как «бегущие огни». Вместо луча видимого света лучше использовать луч ультрафиолетового лазера, вызывающего ионизацию у многих материалов; а еще лучше - использовать электронный луч, сканируемый, например, электрическим полем (как в трубке осциллографа). Казалось бы, ну и что? Зайчик как зайчик, и какие тут могут быть эффекты? Оказывается, что есть. При экспериментах с такими «зайчиками» упомянутый движущийся «виртуальный» заряд вызывает излучение Черенкова [24 - 28]. Это излучение достигает частоты порядка 10 терагерц (30 микрон - дальний ИК), зависит от скорости «зайчика» и энергии луча и хорошо регулируется. То есть, получается, что движущийся «виртуальный» заряд вызывает тот же эффект, что и реальный заряд в случае Черенкова! Причем в работе [27] черенковское излучение получается на границе двух диэлектрических сред, в то время как в других работах отмечено излучение в вакууме.

В работе [28] используется импульсный источник (не вращающийся) со сферическим фронтом излучения. Согласно авторам, он вызывает появление бегущего фронта электрического заряда. Предположим, что это так, но тогда точки на поверхности экрана с максимальным зарядом совпадают с точками максимума напряженности поля в падающей волне, которые могут являться исходными точками ЕМ излучения. Тогда сложение этих волн должно давать фронт ЕМ волны, направленный в точности под углом отражения, что и наблюдается в эксперименте [28]. В общем, этот эксперимент не имеет отношения к «квазисверхсветовым источникам», а больше относится к наведению ЕМ волны импульсными коротковолновыми пучками (что, в общем-то, тоже является интересным физическим эффектом).

В работе [30] астрофизики изучали результаты наблюдения быстро вращающегося пульсара, чье излучение вызывало появление сверхсветового «зайчика» в магнитосфере пульсара. В ней дается обзор характеристик черенковского излучения от квази-сверхсветовых источников и приводится подтверждение таких же характеристик черенковского излучения у пульсаров. При этом, если движение «зайчика» - ускоренное, то черенковское излучение такого источника имеет очень специфические особенности, «не встречающиеся у других источников излучения: излучение состоит из набора пучков, которые сходятся (Г.И.!) по законам от и , состоя из сильно сфокусированных пакетов излучения, которые постоянно рассеиваются и снова собираются, не дифрагируя и не распадаются как обычные пучки излучения. Напряженность поля в каждом пакете уменьшается, как вместо при увеличении расстояния от источника» (перевод Г.И.). Однако!

Так или иначе, но бегущий, как «бегущие огни» заряд (или ионизированный фронт) вызывает черенковское излучение под «черенковским углом» , где - угол между направлением излучения и нормалю. Очевидно, что если скорость распространения электрического поля больше «скорости света», то, согласно современной электродинамике, никаких эффектов (кроме, пожалуй, конуса Маха) наблюдаться не будет; и, соответственно, никакого черенковского излучения нет! Ну появляется электрическое поле в разных местах (как «бегущие огни»), соотнесенно (согласно Максвеллу) изменяется в данной точке магнитное поле (появляется, если его там нет), но электромагнитная волна там не возникнет.

Для вращающегося относительно цилиндрического экрана источника все, вроде, понятно: электромагнитная волна наводит заряд в точках, совпадающих с максимумами модуля вектора Е в волне. То есть, напряженность электрического поля смещает заряды на экране и на нем последовательно появятся положительные и отрицательные заряженные области в точках, разделенных расстоянием . Соответственно, длина волны бегущего зарядного фронта будет равна . Причем направление смещения зарядов должно зависить от поляризации падающей волны. Если вектор Е направлен поперек движения зайчика, то заряды смещаются поперек направления движения, и, соответственно, для вектора Е, ориентированного вдоль пути, заряды, также, смещаются вдоль пути. Таким образом, по пути движения луча (между образовавшимися зарядами) начинает течь ток, вызвающий появление магнитного поля. Получается, что линия движения луча становится магнитной антенной (с индуктивным импендансом), излучающей электромагнитную волну. Этот механизм должен работать для металлической и диэлектрической поверхностей. В последнем случае на поверхности появляются токи смещения. В частности, механизм возникновения электромагнитного излучения на границе двух диэлектрических сред (то есть, на поверхности диэлектрика) был предложен еще И.М. Франком в 1942-м году. Правда, надо отметить, что описанный выше механизм «наведения электромагнитного поля» (надо оговориться - при ) сильно напоминает тревиальное отражение от металла и диэлектрика.

Другой механизм, вызывающий появление электромагнитного излучения при движении «зайчика» - это ионизация поверхности материала экрана. Ионизация, в частности, может быть получена на цезиевом катоде видимым или УФ излучением, а на других материалах - пучком рентгеновского излучения. Тогда в точках с максимальной напряженностью электрического поля ионизируются атомы цезия, начинается электронная эмиссия и это место на экране заряжается положительно. При движении «зайчика» ионизированный фронт движется со скоростью «зайчика», хотя, не надо забывать о падающей электромагнитной волне (УФ и рентген - это тоже ЭМ волна). В общем, картина (физическая модель) получается такая же, как при движении фронта падающей ЭМ волны по металлическому (или диэлектрическому) экрану. При этом по пути движения «зайчика» возникают токи, направленные вдоль траектории «зайчика». Все, вроде бы, понятно (на уровне физической модели), если бы не одно но. Если скорость движения фронта превышает С, то ток не должен «успевать» за зарядами (см. принцип «запаздывающих потенциалов»). Это, конечно, если скорость распространения электрического поля превышает С. Тогда, конечно, никаких токов не будет и, никакого электромагнитного излучения, соответственно. А оно наблюдается. Что же получается? Выходит, что поле наведенного заряда распостраняется быстрее скорости движения «зайчика» и, соответственно, «скорости света» С. Причем существенно быстрее. В то же время известно, что скорость распространения импульса тока по проводнику (линии) всегда меньше С. Это связано с тем, что процесс прохождения сигнала по линии является фактически переизлучением - отрезок линии (провода) имеет идуктивность и емкость относительно земли и является линией задержки. В данном же случае «зайчик» «подгоняет» фронт заряда. Если же предположить, что на коротких расстояниях ток распространяется со скоростью распространения электрического поля, и то, что электрическое поле распространяется быстрее «скорости света», тогда возможен ток, распространяющийся быстрее «скорости света».

При движении же луча по плоскому экрану получается несколько другая картина:

Представим, что луч из источника О вращается с угловой скоростью щ. Тогда скорость движения «зайчика по экрану будет равна , где R - расстояние от источника до экрана. Скорость будет неравномерной и, в данном случае, «зайчик» будет ускоряться.

Представим теперь, что из вращающегося источника О посылается импульс узконаправленного излучения. Тогда условием достижения фронтом точки с на экране будет является или , в противном случае фронт волны в радиальном направлении не будет успевать за движением точки по экрану и, вроде, никакого излучения не должно быть.

В общем, все это странно, изучение этого эффекта продолжается, но, так или иначе, бегущий со сверхсветовой скоростью заряд (или ионизированный фронт) вызывает черенковское излучение под «черенковским углом».

Сверхсветовое движение материальных тел

Весь вышеупомянутый материал был посвящен сверхсветовому движению электромагнитной волны, которая, как было уже сказано, материальным телом не является. Теперь рассмотрим возможность сверхсветового движения материального тела.

Квази-сверхсветовое движение джета квазаров

Впервые эффект видимого сверхсветового движения материи джета (струи ионизированного газа, радиально выброшенного квазаром) был обнаружен у квазара 3С279. Измеренное поперечная составляющая скорости движения джета, выброшенного из квазара составила порядка 10 световых скоростей [31].

Вначале релятивисты заволновались, а потом успокоились. Оказалось, что это «оптический обман». К сожалению, это оказалось именно так. На рис. 1 представлена схема, поясняющая этот феномен. Предположим, что Земля расположена на линии вектора скорости джета, распостраняющегося со световой скоростью С. Тогда скорость элементов джета будет равна скорости распространения волны С, и излучение из любой точки джета придет одновременно. И скорость движения элементов джета будет казаться равной бесконечности (если, конечно, знать координаты этих элементов). Но такой случай (когда вектор скорости джета совпадает с направлением на Землю) случается редко. Чаще, вектор скорости и направление отличаются на некоторый угол ц. Данная ситуация проиллюстрирована на рис. 1. Джет выбрасывается из источника С. Предполагается, что скорость джета V ? C.

Из рисунка видно, что световая волна и элементы джета движутся практически с одной скоростью и точка С смещается в положение B за то же время, за которое точка A смещается в положение D. Тогда формула для кажущейся поперечной скорости будет: , и может существенно превышать С.

К сожалению, как было отмечено выше, это всего лишь «оптический обман».

Возможность сверхсветового движения материальных тел

Преобразования Лоренца относятся к движущимся заряженнм частицам; заряд взаимодействует со средой (одной из структур эфира) и вызывает указанные эффекты. Большинство электрически нейтральных частиц (например, нейтрон), электрически нейтральных атомов и молекул являются фактически квази-нейтральными, то есть комбинацией заряженных частиц и к ним, соответственно, применимы преобразования Лоренца. Это должно быть в случае, если дискрет среды (если он, конечно, есть) намного меньше размеров частиц и расстояний между ними. Так как закон Кулон справедлив и в микромире, то, по видимому, это так и есть. То есть дискрет (элемент) электрического поля (или структуры эфира, за него ответственной) намного меньше размеров частиц и расстояний между ними. В то же время существуют частицы, не содержащие заряда. Например, нейтрино и «фотон». Правда некоторые скептики говорят, что эта частица является фикцией, придуманной для установления энергетического баланса в атомных реакциях, а физики измеряют что-то другое. Кроме того, «фотон», как было указано выше, является квзи-частицей, квантом электромагнитной волны, и, соответственно, не может рассматриваться как частица. Кстати, только эти две «частицы» не участвуют в электромагнитных взаимодействиях, что дополнительно свидетельствует об их фиктивности. Это значит, что все нейтральные «элементарные частицы» являются электрически квази-нейтральными, то есть комбинацией неких заряженных частиц. Выходит что электрически-нейтральных частиц не существует. Тогда получается, что при относительном движении через некую среду на положительно и отрицательно заряженные компоненты частицы начинает действовать динамическая сила магнитного взаимодействия движущихся зарядов, которые при этом становятся токами, причем текущим в противоположных направлениях, то есть, отталкивающихся. Этот случай рассмотрен в работе [32]. Очень похожее решение есть у Ландау, Лифшиц «Теория поля» [33] стр. 130, но в работе [32] предполагается, что ни потенциал ц, ни напряженность электрического поля Е не имеют «релятивистского коэффициента», то есть и . Кстати, это предполагалось в «доэйнштеновские» времена и, как более раннее, является приоритетным при рассмотрении («не вводи лишних сущностей»). Тогда выходит, что сила, действующая на систему из двух одинаковых, параллельно движущихся зарядов будет равна (закон Кулона), где величина выглядит как «релятивистская длина». Выражение это - модифицированное уравнение Кулона - получено из классических уравнений Максвелла и не имеет никакого отношения к СТО. Выходит, что приписываемый СТО «релятивистский коэффициент» есть просто следствие взаимодействия электрического поля и магнитного поля, появляющегося при движении зарядов (они становятся токами, оставаясь зарядами). Кстати, у Ландау «по умолчанию» предполагается, что поле не движется с зарядами (а иначе относительная скорость зарядов равна 0 и никакого магнитного поля нет). Согласно «релятивистской логике», этот эффект видит только «неподвижный наблюдатель», а вот движущийся заряд это не видит. Тогда получается, что если этот «наблюдатель» движется относительно зарядов, то он «увидит», что их силовое взаимодействие изменилось.

Какой-то релятивистский идиот попробовал провести такой «эксперимент». Получился, естественно, отрицательный результат. Кстати, приведенная выше формула легко объясняет измеряемое изменение длины волны движущегося атома (молекулы). Этот эффект объяснен в статье [34]. То есть, при движении зарядов кулонова сила притяжения (отталкивания) УМЕНЬШАЕТСЯ, что, согласно модели гармонического осциллятор, вызывет изменение (уменьшение) частоты колебаний. Тогда отношение частоты излучения движущихся и неподвижных ионов (атомов, молекул) будет равно: и, соответственно, , что полностью совпадает с «предсказаниями» СТО и измерениями:

Тогда получается, что при скорости движения, равной скорости света, системы зарядов распадаются? То есть выходит, что полностью ионизируются атомы и положительные заряды отталкиваются от отрицательных? Естественно, осциллятор при этом не работает и излучения не будет, вместо этого будут наблюдаться потоки положительно и отрицательно заряженных частиц, отталкивающихся друг от друга. Так как ядра атомов связывает не столько кулоновы силы, сколько внутриатомные взаимодействия, то протоны и нейтроны сохранятся и атомные ядра - тоже, но электроны, связанные с ядром кулоновыми силами, покинут атомы. Как это наблюдать, автор, к сожалению, не знает. Но надо отметить, что излучение в видимом (и УФ) диапазоне от сверхсветовой струи материи наблюдаться не будет, так как электронные оболочки будут разрушены. Единственно, что может свидетельствовать о наличии такой струи, это может быть гамма (рентгеновское) излучение, вызванное внутриатомными переходами в атомах струи и тормозным механизмом (в том числе возможным черенковским излучением).

Могут возразить: предложенный вариант - пессимистический, выходит, что сверхсветовые скорсти человечеству недоступны?. Ответ оптимистический - так как тонкая структура эфира полностью экранируется любым материальным телом, то необходимо на поверхности объекта, движущегося со сверхсветовой скоростью, приложить магнитное поле в противоположном направлении и компенсировать лоренцеву силу. Тогда оболочка данного объекта не разрушится.

Заключение

Один из основных «постулатов» СТО - невозможность превышения «скорости света» - многократно опровергнут экспериментально. Естественно, что эти экспериментальные результаты полность уничтожают «философию СТО» и саму СТО, и только бывшие студенты - нынешние «физики - теоретики», зубрившие в свое время учебник [33], могут с убежденностью религиозных фанатиков утверждать, что «белое - это черное» и наоборот. Призываю - думайте не учебником, а головой…… Примеров в истории науки предостаточно.

Литература

1. Г.С. Ландсберг, «Оптика», Наука, Москва, 1976

2. Chiao, R.Y. in Amazing Light, a Volume Dedicated to C.H. Townes on His Eightieth Birthday (ed. Chiao, R.Y.) 91-108 (Springer, New York, 1996).

3. Garrett, C.G.B. & McCumber, D.E. Propagation of a gaussian light pulse through an anomalous dispersion medium. Phys. Rev. A 1, 305-313 (1970). | Article | ISI |

4. Chu, S. & Wong, S. Linear pulse propagation in an absorbing medium. Phys. Rev. Lett. 48, 738 - 741 (1982). | Article | ISI | ChemPort |

5. Akulshin, A.M., Barreiro, S. & Lezama, A. Steep anomalous dispersion in coherently prepared Rb vapor. Phys. Rev. Lett. 83, 4277 - 4280 (1999). | Article | ISI | ChemPort |

6. Basov, N.G., Ambartsumyan, R.V., Zuev, V.S., Kryukov, P.G. & Letokhov, V.S. Nonlinear amplification of light pulses. Sov. Phys. JETP 23, 16 - 22 (1966). | ISI |

7. Casperson, L. & Yariv, A. Pulse propagation in a high-gain medium. Phys. Rev. Lett. 26, 293 - 295 (1971). | Article | ISI |

8. Icsevgi, A. & Lamb, W.E. Propagation of light pulses in a laser amplifier. Phys. Rev. 185, 517 - 545 (1969). | Article | ISI | ChemPort |

9. Picholle, E., Montes, C., Leycuras, C., Legrand, O. & Botineau, J. Observation of dissipative superluminous solitons in a Brillouin fiber ring laser. Phys. Rev. Lett. 66, 1454-1457 (1991). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |

10. Fisher, D.L. & Tajima, T. Superluminous laser pulse in an active medium. Phys. Rev. Lett. 71, 4338 - 4341 (1993). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |

11. Chiao, R.Y. Superluminal (but causal) propagation of wave packets in transparent media with inverted atomic populations. Phys. Rev. A 48, R34-R37 (1993). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |

12. Bolda, E.L., Chiao, R.Y. & Garrison, J.C. Two theorems for the group velocity in dispersive media. Phys. Rev. A 48, 3890 - 3894 (1993). | Article | PubMed | ISI |

13. Steinberg, A.M. & Chiao, R.Y. Dispersionless, highly superluminal propagation in a medium with a gain doublet. Phys. Rev. A 49, 2071-2075 (1994). | Article | PubMed | ISI |

14. Mitchell, M.W. & Chiao, R.Y. Causality and negative group delays in a simple bandpass amplifier. Am. J. Phys. 66, 14-19 (1998). | ISI |

15. Bolda, E., Garrison, J.C. & Chiao, R.Y. Optical pulse propagation at negative group velocities due to a nearby gain line. Phys. Rev. A 49, 2938-2947 (1994). | Article | PubMed | ISI | ChemPort |

16. Z.Y. Wang, et al., «On Superluminal Propagation of Electromagnetic Wave in Nondispersive Media», School of Optics/CREOL, University of Central Florida, Orlando FL32816 USA

17. 2. Stenner, M.D., et al, «The Speed of Information in a Fast-light Optical Medium». Nature, VOL 425, October 16^th, 2003.

18. Sasikanth Manipatruni, Po Dong, Quinfan Hu, and Michael Lipson, «Tunable superluminal propagation on a silicon microchip», Optics Letter, Vol. 33, No 24, Dec. 15, 2008.

19. L.J. Chu, W. l. Barrow, «Electromagnetic Waves in Hollow Metal Tubes of Rectangular Cross Section», Proc. IRE. 26, 1520-1555, December, 1938.

20. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0% A1% D0% B2% D0% B5% D1% 80% D1% 85% D1% 81% D0% B2% D0% B5% D1% 82% D0% BE % D0% B2% D0% BE % D0% B5_%D0% B4% D0% B2% D0% B8% D0% B6% D0% B5% D0% BD % D0% B8% D0% B5

21. О.Х. Деревенский, «Фиговые листки Теории Относительности»

22. А. Анго, «Математика для электро- и радиоинженеров», Наука, Москва, 1965.

23. З.И. Докторвич, «Несостоятельность теории электромагнетизма и выход из сложившегося тупика», http://prometheus.al.ru/phisik/doktorovich.htm.

24. D. Hashimshony, A. Zigler, «Conversion of Electrostatic to Electromagnetic Waves by Superluminous Ionization Front», Physical Review Letters, Volume 89, Number 13, 26 March 2001.

25. Г.В. Малыкин, «О возможности использования рентгеновских сверхсветовых «зайчиков» для проверки изотропии скорости света», Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 10.

26. В.Л. Гинзбург, ЖЭТФ, 1972, том 61, вып. 1.

27. К.А. Барсуков, В.Н. Попов, «О сверхсветовых «зайчиках»», Успехи физических наук, том 166, номер 11, 1996.

28. V.A. Bessarab, A.A. Gorbunov, S.P. Martynenko, N.A. Prudkov, «IEEE Trans. Plasma Sci., 2004, vol. 32, №3, p 1 - 4.

29. John D. Kraus, «Antennas», Second Edition, pp. 565 - 573, 685 - 687.

30. Houshang Ardavan, Arzhang Ardavan, Joseph Fasel, John Middleditch, Mario Perez, Andrea Schmidt, John Singleton, «A new mechanism for generating broadband pulsar-like polarization», Institute of Astronomy, University of Cambridge - UK. Clarendon Laboratory, Oxford University - UK. Los Alamos National Laboratory - USA

31. 3C279: Evidence for a Non-Superrelativistic Model Author(s): William A. Dent Source: Science, New Series, Vol. 175, No. 4026 (Mar. 10, 1972), pp. 1105-1106 Published by: American Association for the Advancement of Scienсe.

32. «Силовое взаимодействие движущихся зарядов или откуда появился коэффициент в», Геннадий Ивченков, http://new-idea.kulichki.net/? mode=physics&pn=12б

33. Ландау, Лифшиц, «Теория поля», Том II, издание седьмое, 1988, стр. 128 - 130

34. «Еще раз о о силовом взаимодействии движущихся зарядов или самое точное «подтверждение» СТО», Геннадий Ивченков, http://new-idea.kulichki.net/? mode=physics&pn=11.

Размещено на Allbest.ru