Det er en hjørnestein i moderne fysikk at ingenting i universet er raskere enn lysets hastighet (c). Einsteins teori om spesiell relativitet tillater imidlertid tilfeller der visse påvirkninger vises å reise raskere enn lys uten å krenke årsakssammenheng. Dette er det som kalles “fotoniske bommer”, et konsept som ligner på en lydbom, der lysflekker får beveget seg raskere c.
Og i følge en ny studie av Robert Nemiroff, en fysikkprofessor ved Michigan Technological University (og medskaper av Astronomy Picture of the Day), kan dette fenomenet bidra til å skinne et lys (ingen ordspill!) På kosmos, og hjelpe oss med å kartlegge det med større effektivitet.
Tenk på følgende scenario: Hvis en laser feies over et fjernt objekt - i dette tilfellet Månen - vil stedet for laserlys bevege seg over objektet med en hastighet større enn c. I utgangspunktet akselereres samlingen av fotoner forbi lysets hastighet når stedet krysser både overflaten og dybden på objektet.
Den resulterende "fotoniske bom" oppstår i form av en blits, som blir sett av observatøren når hastigheten på lyset synker fra superluminal til under lysets hastighet. Det muliggjøres ved at flekkene ikke inneholder masse, og dermed ikke bryter de grunnleggende lovene om spesiell relativitet.
Et annet eksempel forekommer regelmessig i naturen, der lysstråler fra en pulsar sveiper over skyer av rombåret støv, og skaper et sfærisk skall og lysstråling som ekspanderer raskere enn c når det skjærer en overflate. Mye det samme er tilfelle med raske skygger, der hastigheten kan være mye raskere og ikke begrenset til lysets hastighet hvis overflaten er kantet.
På et møte i American Astronomical Society i Seattle, Washington tidligere denne måneden, delte Nemiroff hvordan disse effektene kunne brukes til å studere universet.
"Photonic bommer skjer rundt oss ganske ofte," sa Nemiroff i en pressemelding, "men de er alltid for korte til å legge merke til. Ute i kosmos varer de lenge nok til å legge merke til - men ingen har tenkt å se etter dem! ”
Superluminal feier, hevder han, kan brukes til å avsløre informasjon om den tredimensjonale geometrien og avstanden til stjernekroppene som planeter i nærheten, passerende asteroider og fjerne objekter som er opplyst av pulsarer. Nøkkelen er å finne måter å generere dem eller observere dem nøyaktig.
I forbindelse med studien vurderte Nemiroff to eksempler på scenarier. Den første involverte en bjelke som ble feid over en spredende sfærisk gjenstand - dvs. lysflekker som beveger seg over månen og pulsar-ledsagere. I det andre feies strålen over en "spredt plan vegg eller lineær glødetråd" - i dette tilfellet Hubbles Variable Nebula.
I det tidligere tilfellet kan asteroider kartlegges i detalj ved hjelp av en laserstråle og et teleskop utstyrt med et høyhastighets kamera. Laseren kan feies over overflaten tusenvis av ganger i sekundet og blinkene ble registrert. I sistnevnte blir skygger observert som passerer mellom den lyse stjernen R Monocerotis og reflekterer støv, i hastigheter så store at de skaper fotoniske bommer som er synlige i dager eller uker.
Denne typen bildeteknikk er grunnleggende forskjellig fra direkte observasjoner (som er avhengig av linsefotografering), radar og konvensjonell lidar. Det er også forskjellig fra Cherenkov-stråling - elektromagnetisk stråling som avgis når ladede partikler passerer gjennom et medium med en hastighet som er større enn lysets hastighet i det mediet. Et eksempel på dette er den blå gløden som slippes ut av en atomvannsreaktor.
Kombinert med de andre tilnærmingene, kan det tillate forskere å få et mer fullstendig bilde av objekter i solsystemet vårt, og til og med fjerne kosmologiske kropper.
Nemiroffs studie ble akseptert for publisering av Publications of the Astronomical Society of Australia, med en foreløpig versjon tilgjengelig online på arXiv Astrophysics
Videre lesning:
Pressemelding fra Michigan Tech
Robert Nemiroff / Michigan Tech
