Опережая скорость света

Превышение скорости света, по-прежнему остается недосягаемым для космических кораблей, однако два новых эксперименты немного проливают свет на проблему предельной скорости в 300 тысяч километров в секунду по эйнштейновской теории относительности. Хотя физики пытались делать попытки ранее, две группы ученых сообщили о попытках сдвинуть эту границу и пересечь границу универсального ограничения скорости. Не волнуйтесь, эти эксперименты действительности не противоречат теории относительности. Но метод, в принципе, может несколько ускорить оптическая связь.

Это как сделать появление импульса света скорее его скорости. Импульс можно рассматривать как своего рода волну электромагнитного излучения, сжатого в пространстве, поэтому если вы сделаете график интенсивности импульса, он будет начинаться с нуля, плавно подниматься вверх к пику, а затем снова упадет до нуля. Но такой пик может также рассматриваться как совокупность волн с диапазоном длин волн, которые непрерывно колеблются вверх-вниз и накладываются друг на друга. В центре импульса, разные волны выстраиваются в одну линию и усиливают друг друга. Кроме того, на переднем и заднем концах импульса разные волны выходят из синхронизации и отменяют друг друга.

Теперь предположим, что вы пропускаете световой импульс через специальный материал, который замедляет некоторые длины волн света, больше чем другие. Это может изменить выравнивание волн в одной линии и менять место, в котором разные волны усиливают друг друга впереди, делая появление пика на шаг впереди, скорости света. Пик может даже выйти с другой стороны материала до его вступления в него. Это не нарушает теории относительности, однако при этом отдельные волны пробегают быстрее скорости света. В общем плане, физики интерпретируют относительности так, что информация не может передаваться быстрее света. И это неизменная скорость световых волн, а не точное положение пика импульса, который определяет конечную скорость, с которой информация может передаваться.

Виталий Ломакин из Университета Калифорнии, Сан-Диего, и его коллеги из Общественного университета Наварры в Памплоне, Испания, положили эту идею на практике, посылая 35-микрометров микроволновые волны сквозь сетчатый слой меди, расположенный между двумя 0,79-мм толщиной дисков тефлона . Как следствие, пик микроволновых импульсов может выйти из другой стороны устройства еще до того, как попасть в металлический сэндвич. Но естественно металл не пропускает много света. Поэтому используют тефлон. Два слоя задерживают направление волн, в то время как металлическая конструкция с отверстиями накапливает сигнал в этих сильных волнах. В то время, как в предыдущих экспериментах можно было получить менее 1% от превышения скорости светового импульса, взаимодействие между металлом и тефлоном позволяет команде отправить 10% сигнала на 100 пикосекунд раньше, что скоро будет описано в журнале Physical Review B. «Это достигается с помощью удивительно тонкой структуры, которая может быть изготовлена легко в широком спектре от микроволновых волн к видимому свету», говорит Ломакин.

Ли Чжан и его коллеги из Шанхайского университета Цзяо Тун в Китае говорят, что они могли сделать так, чтобы пульс проходил по оптическим волокнам, которые уже используются для высокоскоростной передачи данных, даже раньше. Эта команда отправила сигнал инфракрасного света по часовой стрелке через петлю оптического волокна и измеряла его двумя датчиками, один вблизи точки, где свет входило в волокно, а другой через 10 метров. Как правило, сигнал, проходящий сквозь волокно кремния, будет зарегистрирован первый датчик, а затем достигнет второго датчика на 48,6 наносекунд позже. Однако, Чжан и его коллеги сумели так изменить скорость сигнала, чтобы он достиг второго датчика на 221,2 наносекунд раньше, чем он достигнет первого.

В этом эксперименте оптическое волокно играет ту же роль, что и сетчатые пластины. Для ускорения светового сигнала вторая волна света пробегает против часовой стрелки через оптическое волокно. Наличие этого дополнительного света меняет скорость, в которых световые волны разных длин волн сжимаются, изменяя выравнивание волн по одной прямой. Как правило, эта вторая волна накапливает столько светового сигнала, что позволяет получить пик впереди на 1 наносекунду раньше, уменьшив интенсивность пика примерно на 20%. В отличие от этого, исследователям удалось подтолкнуть свет вперед на 211,3 наносекунд, прежде чем потерять много света, сообщают они в статье в Physical Review Letters.

Хотя информация не может путешествовать быстрее скорости света, Чжан утверждает, что связь может получить небольшое преимущество в скорости, с которой регистрируются сигналы. Приемники оптических систем связи также реагируют на пик импульса, а не его переднюю часть. Сжимая пик ближе к краю, можно сэкономить только несколько сотен наносекунд, но Чжан говорит, что однажды это может произвести переворот в мире высокоскоростной фондовой биржи.

«Это может быть правдой, но они еще не сделали эксперимент», говорит Даниэль Готье, специалист по скорости света в университете Дьюка в Дареме, штат Северная Каролина. На основании своих исследований и других, он ожидает, что форма импульса, несущего информацию, будет деформироваться в процессе и искажать ее. Гюнтер Нимц, эксперт в области скорости при Кельнском университете в Германии, согласен, что изменения в форме импульса будут проблематичными, но он предполагает, что имея знания о длины волн в импульсе и материал, в котором они движутся, можно восстановить информацию, регистрируя конец сигнала. Проверка проверка ошибок онлайн.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *