Это краеугольный камень современной физики, что во Вселенной нет ничего быстрее скорости света (с). Тем не менее, теория специальной теории относительности Эйнштейна допускает случаи, когда определенные влияния появиться путешествовать быстрее света без нарушения причинности. Это то, что известно как «фотонные боны», концепция, похожая на звуковой бум, когда световые пятна движутся быстрее, чем с.
И согласно новому исследованию Роберта Немироффа, профессора физики в Мичиганском технологическом университете (и соавтора Астрономической картины дня), этот феномен может помочь пролить свет (не каламбур!) На космос, помогая нам составить карту это с большей эффективностью.
Рассмотрим следующий сценарий: если лазер пронесся по удаленному объекту - в данном случае Луне - пятно лазерного света будет перемещаться по объекту со скоростью, превышающей с, По сути, коллекция фотонов ускоряется за скорость света, поскольку пятно проходит как поверхность, так и глубину объекта.
Результирующий «фотонный бум» происходит в форме вспышки, которую наблюдатель видит, когда скорость света падает со сверхсветовой до скорости света ниже. Это стало возможным благодаря тому, что пятна не содержат массы, что не нарушает основных законов специальной теории относительности.
Другой пример регулярно встречается в природе, когда лучи света от пульсара проникают сквозь облака космической пыли, создавая сферическую оболочку света и излучение, которое расширяется быстрее, чем с, когда оно пересекает поверхность. То же самое можно сказать и о быстро движущихся тенях, где скорость может быть намного выше и не ограничиваться скоростью света, если поверхность угловая.
В начале этого месяца на заседании Американского астрономического общества в Сиэтле, штат Вашингтон, Немирофф рассказал, как эти эффекты могут быть использованы для изучения Вселенной.
«Фотонные удары случаются вокруг нас довольно часто, - сказал Немиров в пресс-релизе, - но они всегда слишком кратки, чтобы их замечать. В космосе они длятся достаточно долго, чтобы заметить - но никто не думал их искать! »
Сверхсветовые развертки, утверждает он, могут быть использованы для раскрытия информации о трехмерной геометрии и расстоянии звездных тел, таких как близлежащие планеты, проходящие астероиды и далекие объекты, освещаемые пульсарами. Ключ в том, чтобы найти способы их генерировать или точно их соблюдать.
Для целей своего исследования Немиров рассмотрел два примера сценария. Первая включала луч, проникающий через рассеивающий сферический объект - то есть пятна света, движущиеся через Луну, и спутники пульсара. Во втором луч проходит через «рассеивающую плоскую стенку или линейную нить» - в данном случае переменную туманность Хаббла.
В первом случае астероиды можно было детально отобразить, используя лазерный луч и телескоп с высокоскоростной камерой. Лазер мог проходить по поверхности тысячи раз в секунду, и вспышки регистрировались. В последнем случае наблюдаются тени, проходящие между яркой звездой R Monocerotis и отражающей пылью со скоростями, настолько большими, что они создают фотонные вспышки, которые видны в течение нескольких дней или недель.
Техника визуализации такого рода принципиально отличается от прямых наблюдений (которые основаны на фотографировании в объективах), радара и обычного лидара. Он также отличается от черенковского излучения - электромагнитного излучения, испускаемого, когда заряженные частицы проходят через среду со скоростью, превышающей скорость света в этой среде. В качестве примера можно привести голубое свечение, излучаемое подводным ядерным реактором.
В сочетании с другими подходами это может позволить ученым получить более полную картину объектов в нашей Солнечной системе и даже отдаленных космологических тел.
Исследование Nemiroff, принятое к публикации Публикациями Астрономического Общества Австралии, с предварительной версией, доступной онлайн на arXiv Astrophysics
Дальнейшее чтение:
Мичиганский технический пресс-релиз
Роберт Немирофф / Мичиган Тех
