Den nylige listen over Space Magazine's Top 10 Stories of 2010 inkluderte historien Raskere enn Light Pulsars Discovered - som ved videre lesning gjorde det klart at fenomenet som ble studert ikke var nøyaktig flytting raskere enn lys.
Uansett, dette fikk meg til å slå opp forskjellige måter som tilsynelatende superluminal bevegelse kan genereres, delvis for å forsikre meg om at bunnen ikke hadde falt ut av relativitetsfysikken, og delvis å se om disse tingene kunne forklares tilstrekkelig på vanlig engelsk. Her går…
1) Årsak og virkning illusjoner
Den raskere enn lyspulsarhistorien handler egentlig om hypotetiske lysbommer - som er litt som en sonisk bom, der det ikke er lydbommen, men lydkilden, som overskrider lydens hastighet - slik at individuelle lydpulser smelter sammen for å danne en enkelt sjokkbølge som beveger seg med lydens hastighet.
Hvorvidt noe slikt virkelig skjer med lys fra pulsarer forblir et debattpunkt, men en av modellens talsmenn har demonstrert effekten i et laboratorium - se dette Scientific American blogginnlegget.
Det du gjør er å ordne en linje med lyspærer som utløses uavhengig. Det er enkelt å få dem til å skyte av i rekkefølge - først 1, deretter 2, deretter 3 osv. - og du kan fortsette å redusere tidsforsinkelsen mellom hver avskyting til du har en situasjon hvor pære 2 skyter av etter pære 1 på kortere tid enn lys trenger å reise avstanden mellom pærer 1 og 2. Det er bare et triks - det er ingen årsakssammenheng mellom pærene som skyter ut - men det ser ut som om en rekke handlinger (først 1, deretter 2, deretter 3 osv.) flyttet raskere enn lys på tvers av lyspærene. Denne illusjonen er et eksempel på tilsynelatende superluminal bevegelse.
Det finnes en rekke mulige scenarier for hvorfor en superluminal meksikansk bølge av synkrotronstråling kan komme fra forskjellige punktkilder rundt en raskt roterende nøytronstjerne i et intenst magnetfelt. Så lenge emanasjonene fra disse punktkildene ikke er årsakssammenhenger, bryter dette utfallet ikke relativitetsfysikken.
2) Å lage lys raskere enn lys
Du kan produsere en tilsynelatende superluminal bevegelse av lys selv ved å manipulere dens bølgelengde. Hvis vi betrakter et foton som en bølgepakke, kan den bølgepakken strekkes lineært slik at forkanten av bølgen kommer raskere frem til bestemmelsesstedet, siden den skyves foran resten av bølgen - noe som betyr at den beveger seg raskere enn lys .
Imidlertid er den fysiske naturen til "forkanten på en bølgepakke" ikke klar. Hele bølgepakken tilsvarer ett foton - og forkanten på den utstrakte bølgepakken kan ikke inneholde noen vesentlig informasjon. Ved å bli strukket og dempet kan det faktisk skille seg fra bakgrunnsstøy.
Også dette trikset krever at lyset beveger seg gjennom et brytningsmedium, ikke et vakuum. Hvis du er opptatt av de tekniske detaljene, kan du gjøre faserhastighet eller gruppehastighet raskere enn c (lysets hastighet i vakuum) - men ikke signalhastighet. I alle fall, siden informasjon (eller fotonet som en komplett enhet) ikke beveger seg raskere enn lys, blir ikke relativitetsfysikken krenket.
3) Få et kick ut av gevinstmedier
Du kan etterligne mer dramatisk superluminal bevegelse gjennom et forsterkningsmedium der forkanten på en lyspuls stimulerer utslippet av en ny puls i enden av forsterkningsmediet - som om en lyspuls treffer den ene enden av en Newtons vugge og ny puls blir projisert ut fra andre enden. Hvis du vil se et laboratorieoppsett, kan du prøve her. Selv om lys ser ut til å hoppe gapet superluminalt, er det faktisk en ny lyspuls som dukker opp i den andre enden - og fremdeles bare beveger seg med standard lyshastighet.
4) Den relativistiske jet illusjonen
Hvis en aktiv galakse, som M87, skyver ut en stråle med overopphetet plasma som beveger seg nær lysets hastighet - og strålen er omtrent på linje med synslinjen din fra Jorden - kan du lure til å tro at innholdet beveger seg raskere enn lys.
Hvis den strålen er 5000 lysår lang, bør det ta minst 5000 år for noe i den å krysse den avstanden på 5000 lysår. Et foton som sendes ut av en partikkel med jetmateriale på punkt A i nærheten av starten av jet, vil virkelig ta 5000 år å nå deg. Men i mellomtiden fortsetter partikkelen av jetmateriale å bevege seg mot deg nesten like raskt som det fotonet. Så når partikkelen avgir et annet foton ved punkt B, et punkt nær spissen av strålen - det andre fotonet vil nå øyet ditt på mye mindre enn 5000 år etter det første fotonet, fra punkt A. Dette vil gi deg inntrykk av at partikkel krysset 5000 lysår fra punkt A til B på mye mindre enn 5000 år. Men det er bare en optisk illusjon - relativitetsfysikken forblir uutnyttet.
5) Uvitende superluminal bevegelse
Det er fullt mulig at objekter utenfor horisonten i det observerbare universet beveger seg vekk fra vår posisjon raskere enn lysets hastighet - som en konsekvens av universets kumulative ekspansjon, noe som gjør at fjerne galakser ser ut til å bevege seg raskere enn nære galakser. Men siden lys fra hypotetiske objekter utenfor den observerbare horisonten aldri vil nå Jorden, er deres eksistens ukjennelig ved direkte observasjon fra Jorden - og representerer ikke et brudd på relativitetsfysikken.
Og til slutt, ikke så mye ukjent som teoretisk, er forestillingen om tidlig kosmisk inflasjon, som også innebærer en utvidelse av rom-tid snarere enn bevegelse innen rom-tid - så ingen krenkelse der heller.
Andre ting…
Jeg er ikke sikker på at det ovennevnte er en uttømmende liste, og jeg har bevisst utelatt andre teoretiske forslag som kvanteforvikling og Alcubierre-varpen. En av disse, hvis ekte, ville uten tvil krenke relativitetsfysikken - så kanskje må vurderes med et høyere skepsisnivå.
