Il recente elenco delle 10 migliori storie del 2010 di Space Magazine includeva la storia Faster than Light Pulsars Discovered - che su ulteriori letture chiariva che il fenomeno in fase di studio non era esattamente in movimento più veloce della luce.
Comunque, questo mi ha spinto a cercare modi diversi in cui si potesse generare un apparente movimento superluminale, in parte per rassicurarmi sul fatto che il fondo non era caduto dalla fisica della relatività e in parte per vedere se queste cose potevano essere adeguatamente spiegate in un inglese semplice. Ecco qui…
1) Illusioni di causa ed effetto
La storia della pulsar più veloce della luce si basa essenzialmente su ipotetici boom della luce - che sono un po 'come i boom sonici, in cui non è il boom sonico, ma la sorgente sonora, che supera la velocità del suono - in modo che i singoli impulsi sonori si fondano per formare un singola onda d'urto che si muove alla velocità del suono.
Ora, se qualcosa del genere accade davvero con la luce delle pulsar rimane un punto di discussione, ma uno dei sostenitori del modello ha dimostrato l'effetto in un laboratorio - vedi questo post sul blog di Scientific American.
Quello che fai è organizzare una linea di lampadine che vengono attivate in modo indipendente. È abbastanza facile farli sparare in sequenza - prima 1, poi 2, quindi 3 ecc. - e puoi continuare a ridurre il ritardo tra ogni sparo fino a quando non si verifica una situazione in cui la lampadina 2 si spegne dopo la lampadina 1 in meno tempo di la luce dovrebbe percorrere la distanza tra le lampadine 1 e 2. In realtà è solo un trucco - non esiste alcuna connessione causale tra le lampadine che si accendono - ma sembra che si sia mossa una sequenza di azioni (prima 1, poi 2, quindi 3 ecc.) più veloce della luce attraverso la fila di lampadine. Questa illusione è un esempio di apparente movimento superluminale.
Esistono diversi scenari possibili sul perché un'onda messicana superluminale di radiazione di sincrotrone potrebbe emanare da diverse fonti puntuali attorno a una stella di neutroni in rapida rotazione all'interno di un intenso campo magnetico. Finché le emanazioni da queste fonti puntuali non sono causalmente connesse, questo risultato non viola la fisica della relatività.
2) Rendere la luce più veloce della luce
Puoi produrre un apparente movimento superluminale della luce stessa manipolando la sua lunghezza d'onda. Se consideriamo un fotone come un pacchetto d'onda, quel pacchetto d'onda può essere allungato linearmente in modo che il bordo d'onda dell'onda arrivi a destinazione più velocemente, poiché viene spinto in avanti rispetto al resto dell'onda, il che significa che viaggia più veloce della luce .
Tuttavia, la natura fisica del "fronte di un pacchetto di onde" non è chiara. L'intero pacchetto d'onda equivale a un fotone - e il bordo anteriore del pacchetto d'onda allungato non può contenere alcuna informazione significativa. In effetti, essendo allungato e attenuato, può diventare indistinguibile dal rumore di fondo.
Anche questo trucco richiede che la luce si muova attraverso un mezzo di rifrazione, non un vuoto. Se sei appassionato di dettagli tecnici, puoi rendere la velocità di fase o la velocità di gruppo più veloce di c (la velocità della luce nel vuoto) - ma non la velocità del segnale. In ogni caso, poiché l'informazione (o il fotone come unità completa) non si muove più velocemente della luce, la fisica della relatività non viene violata.
3) Ottenere un calcio di guadagno media
Puoi imitare un movimento superluminale più drammatico attraverso un mezzo di guadagno in cui il bordo anteriore di un impulso luminoso stimola l'emissione di un nuovo impulso all'estremità opposta del mezzo di guadagno - come se un impulso luminoso colpisse un'estremità della Culla di Newton e un nuovo impulso viene proiettato dall'altra parte. Se vuoi vedere una configurazione di laboratorio, prova qui. Anche se la luce sembra saltare il divario in modo superluminale, in realtà è un nuovo impulso di luce che emerge dall'altra parte - e si sta ancora muovendo alla normale velocità della luce.
4) L'illusione relativistica del jet
Se una galassia attiva, come M87, sta spingendo fuori un getto di plasma surriscaldato che si muove vicino alla velocità della luce - e il getto è approssimativamente allineato con il tuo campo visivo dalla Terra - puoi farti ingannare pensando che il suo contenuto si sta muovendo più velocemente della luce.
Se quel getto ha una durata di 5.000 anni luce, dovrebbero essere necessari almeno 5.000 anni affinché qualsiasi cosa al suo interno attraversi quella distanza di 5.000 anni luce. Un fotone emesso da una particella di materiale a getto nel punto A vicino all'inizio del getto impiegherà davvero 5.000 anni per raggiungerti. Ma nel frattempo, la particella del materiale del getto continua a muoversi verso di te quasi altrettanto velocemente di quel fotone. Quindi quando la particella emette un altro fotone nel punto B, un punto vicino alla punta del getto - quel secondo fotone raggiungerà il tuo occhio in molto meno di 5.000 anni dopo il primo fotone, dal punto A. Questo ti darà l'impressione che il le particelle hanno attraversato 5.000 anni luce dai punti A a B in molto meno di 5.000 anni. Ma è solo un'illusione ottica: la fisica della relatività rimane immacolata.
5) Moto superluminale inconoscibile
È del tutto possibile che gli oggetti oltre l'orizzonte dell'universo osservabile si stiano allontanando dalla nostra posizione più velocemente della velocità della luce - come conseguenza dell'espansione cumulativa dell'universo, che fa sembrare che le galassie distanti si allontanino più velocemente delle galassie vicine. Ma poiché la luce proveniente da oggetti ipotetici oltre l'orizzonte osservabile non raggiungerà mai la Terra, la loro esistenza è inconoscibile dall'osservazione diretta dalla Terra - e non rappresenta una violazione della fisica della relatività.
Infine, non tanto inconoscibile quanto teorico è la nozione di inflazione cosmica precoce, che comporta anche un'espansione dello spazio-tempo piuttosto che il movimento nello spazio-tempo - quindi nessuna violazione.
Altre cose…
Non sono sicuro che quanto sopra sia un elenco esaustivo e ho deliberatamente tralasciato altre proposte teoriche come l'entanglement quantistico e la spinta di curvatura di Alcubierre. Uno di questi, se vero, violerebbe senza dubbio la fisica della relatività, quindi forse dovrebbe essere considerato con un livello più alto di scetticismo.
