Se on modernin fysiikan kulmakivi, että mikään maailmankaikkeudessa ei ole nopeampaa kuin valon nopeus (C). Einsteinin teoria erityisestä suhteellisuudesta ei kuitenkaan salli tapauksia, joissa tietyt vaikutteet ovat ilmestyä matkustaa valoa nopeammin rikkomatta syy-yhteyttä. Näitä kutsutaan ”fotonisiksi puomiksi”, käsitys, joka on samanlainen kuin äänipuomi, jossa valonpisteet saadaan liikkumaan nopeammin kuin C.
Ja Michiganin teknillisen yliopiston fysiikan professorin (ja Astronomy Picture of the Day -sisällöntuottajan) Robert Nemiroffin uuden tutkimuksen mukaan nämä ilmiöt voivat auttaa loistamaan valon (ei pun!) Kosmossa, auttaen meitä karttaa se tehokkaammin.
Harkitse seuraavaa tilannetta: jos laser pyyhkäistään kaukaisen esineen - tässä tapauksessa Kuun - yli, laservalon piste siirtyy esineen yli nopeudella, joka on suurempi kuin C. Periaatteessa fotonien keräämistä kiihdytetään valonopeuden ohi, kun piste läpikäyttää sekä kohteen pinnan että syvyyden.
Tuloksena oleva ”fotoninen puomi” tapahtuu salaman muodossa, jonka tarkkailija näkee, kun valon nopeus laskee superluminalista valon nopeuden alapuolelle. Sen tekee mahdolliseksi se, että täplät eivät sisällä massaa, eivätkä siten riko erityisen relatiivisuuden perustuslakia.
Toinen esimerkki esiintyy säännöllisesti luonnossa, jossa pulssarin valonsäteet pyyhkäisevät avaruudessa leviävän pölyn pilvien yli ja muodostavat pallomaisen valon ja säteilykuoren, joka laajenee kuin c, kun se leikkaa pinnan. Paljon sama pätee nopeasti liikkuviin varjoihin, joissa nopeus voi olla paljon nopeampi eikä rajoittuva valon nopeuteen, jos pinta on kulmikas.
Aikaisemmin tässä kuussa Washingtonissa, Seattlessa pidetyssä amerikkalaisen tähtitieteellisen seuran kokouksessa Nemiroff kertoi, kuinka näitä vaikutuksia voitaisiin käyttää maailmankaikkeuden tutkimiseen.
"Fotonisia puomia tapahtuu ympärillämme melko usein", sanoi Nemiroff lehdistötiedotteessa, "mutta ne ovat aina liian lyhyitä huomatakseen. Kosmossa he kestävät tarpeeksi kauan huomatakseen - mutta kukaan ei ole ajatellut etsiä niitä! ”
Hänen mukaansa superluminaalisia pyyhkäisyjä voitaisiin käyttää paljastamaan sellaisten tähtikappaleiden, kuten läheisten planeettojen, ohi asteroidien ja pulsaarien valaistujen kolmiulotteisten geometrioiden ja etäisyyksien tiedot. Tärkeintä on löytää tapoja luoda ne tai tarkkailla niitä tarkasti.
Nemiroff tarkasteli tutkimusta varten kahta esimerkki-skenaariota. Ensimmäinen koski säteen pyyhkäistä sirontapallomaisen esineen, toisin sanoen Kuun ja Pulsar-seuralaisten, liikkuvien valopisteiden yli. Toisessa palkki pyyhkäistään ”sironta tasomaisen seinämän tai lineaarisen hehkulangan” - tässä tapauksessa Hubblen muuttuvan udoksen - yli.
Edellisessä tapauksessa asteroidit voitiin kartoittaa yksityiskohtaisesti käyttämällä lasersädettä ja teleskooppia, joka on varustettu nopealla kameralla. Laser voidaan pyyhkäistä pinnan yli tuhansia kertoja sekunnissa ja salamat tallentaa. Viimeksi mainitussa havaitaan varjoja kulkevan kirkkaan R Monocerotis -tähden ja heijastavan pölyn välillä niin nopeudella, että ne luovat fotonisia puomia, jotka ovat näkyviä päiviä tai viikkoja.
Tällainen kuvantamistekniikka on perustavanlaatuisesti erilainen kuin suorat havainnot (jotka tukeutuvat objektiivivalokuvaukseen), tutka ja tavanomainen lidari. Se eroaa myös Cherenkov-säteilystä - sähkömagneettinen säteily, joka lähetetään, kun varautuneet hiukkaset kulkevat väliaineen läpi nopeudella, joka on suurempi kuin valonopeus kyseisessä väliaineessa. Esimerkki on vedenalaisen ydinreaktorin lähettämä sininen hehku.
Yhdistettynä muihin lähestymistapoihin se voisi antaa tutkijoille saada täydellisemmän kuvan aurinkokunnan järjestelmästämme ja jopa kaukaisista kosmologisista kehoista.
Nemiroffin tutkimus hyväksyttiin julkaisemiseen Australian tähtitieteellisen seuran julkaisuissa, ja alustava versio on saatavana verkossa osoitteessa arXiv Astrophysics
Lisätietoja:
Michigan Tech lehdistötiedote
Robert Nemiroff / Michigan Tech
