ديكلا أورين (ترجمة)
الرابط المباشر لهذه الصفحة: https://www.hayadan.org.il/lightspeedlimit.html
لمعالجة الجدل الذي أثير لأول مرة في عام 1910 تقريبًا، قام اثنان من الفيزيائيين بمساعدة أحد المهندسين بإجراء تجارب أعادت التحقق من صحة حدود النسبية الخاصة لسرعة الضوء.
وفي مقال نشر في العدد السادس عشر من أكتوبر من مجلة نيتشر، توصل الباحثون الثلاثة: دانييل غوتييه ومايكل ستانر من جامعة ديوك ومارك نيفيلد من جامعة أريزونا، إلى النتائج التي توصلوا إليها من خلال تطبيق نظرية المعلومات على تجارب الليزر. نظرية المعلومات هي نظرية إحصائية تتناول حدود وكفاءة معالجة المعلومات.
وفي هذه العملية، قام الباحثون بتوثيق المواقف التجريبية التي بدا فيها أن حد سرعة الضوء الصادر يتجاوز حد النسبية الخاصة. وذلك حتى قاموا بتقليل الوقت الذي يستغرقونه لمعرفة النتائج بشكل موثوق.
اقترح ألبرت أينشتاين في النظرية النسبية الخاصة منذ عام 1905 أنه لا يمكن لأي شيء أن يتجاوز سرعة الضوء في الفراغ - حوالي ثلاثمائة ألف كيلومتر في الثانية. ومع ذلك، فقد سارع بعض المنظرين إلى تحدي هذا الحد لسرعة الضوء، كما يقول غوتييه، أستاذ الفيزياء المشارك في جامعة ديوك.
وقال غوتييه إن حسابات هؤلاء المنظرين تشير إلى أن بعض المكونات الموجودة في شعاع الضوء يمكن أن تنتقل بسرعة أكبر من سرعة الضوء أثناء مرورها عبر أنواع مختلفة من الوسائط الشفافة. وطرحت الحسابات مشكلة للنسبية الخاصة نفسها، التي تؤكد أن أي جسم يتجاوز حاجز سرعة الضوء سيصل إلى وجهته قبل مغادرته، وبالتالي ينتهك مبدأ أسبقية السبب والنتيجة.
ولحل المشكلة، اتفق العلماء في أوائل القرن العشرين على "إعادة صياغة" نظرية أينشتاين بالنص على أن سرعة المعلومات، التي يحملها شعاع الضوء، لا يمكن أن تتجاوز سرعة الضوء في الفراغ، كما كتب الباحثون في الفراغ. مقالتهم.
كانت الفكرة العامة هي أن الجزء الذي يحمل المعلومات التي تصل أولاً من الحزمة فقط هو الذي يجب أن يتوافق مع الحدود التي وضعتها النسبية الخاصة. وبهذه الطريقة يمكن الحفاظ على مبدأ أن السبب يسبق النتيجة.
قال ستينر، وهو طالب دراسات عليا في جامعة غوتييه وأول مؤلف يوقع المقال في مجلة Nature: "لقد اعتقد المنظرون الأوائل أن المعلومات هي عامل ينتقل بين السبب والنتيجة".
وقد أعيد طرح مسألة سرعة الضوء في السنوات الأخيرة في التجارب التي تم تجهيزها بأجهزة ليزر وكاشفات متقدمة. تضمنت تجاربهم قياسات لأشعة الضوء التي تتحرك عبر ما أسموه "وسط الضوء السريع" الذي يتكون من غازات من الذرات المثارة بواسطة الليزر.
وكتب الباحثون أن هذه التجارب أعادت طرح إمكانية وجود سرعة أكبر من سرعة الضوء، على سبيل المثال "قد تخرج ذروة شعاع الضوء من المادة البصرية قبل المرور عبر المدخل".
وأوضح غوتييه أن العلماء عرفوا منذ فترة طويلة أن الضوء يتكون من عدة ترددات. كما أشار المقال في مجلة Nature، في شعاع معين من الضوء، يمكنك أن ترى عند كل تردد أنه يتكون من تموج منفصل. يمكن القول أن كل تموج ينتقل عبر وسط الضوء بسرعة مختلفة قليلاً.
عادة عندما يتحرك الضوء عبر مثل هذا الوسط، عدسة بصرية أو نافذة زجاجية على سبيل المثال، تنخفض سرعة جميع هذه المكونات بشكل مميز. وعلى الرغم من ذلك، توجد في بعض المواد حالات "تشتت غير طبيعي" تكتسب فيها بعض مكونات شعاع الضوء سرعة بدلاً من أن تتناقص.
وفي هذه الحالات الخاصة، رأى بعض المنظرين في بداية القرن العشرين إمكانية انتهاك حد سرعة الضوء في النظرية النسبية الخاصة، عندما يتم العثور على بعض مكونات الشعاع أمامه.
وقال غوتييه إن هذه القضية أثيرت مرة أخرى في السنوات الأخيرة من قبل المنظرين المعاصرين، الذين أعادوا النظر في ديناميكيات شعاع الضوء، وكذلك من خلال التجارب.
تابعت مجموعة غوتييه تجربة نُشرت عام 2000 في مجلة Nature. في التجربة، تم إنشاء حالات خاصة من التشتت غير الطبيعي عن طريق تسليط نبضات من ليزرين على غاز من الذرات. وهكذا تم إنشاء شعاع ضوئي كان أسرع من سرعة الضوء ويتضمن أيضًا نطاقًا ضيقًا من الترددات.
ونتيجة لهذه المناورات، تم اكتشاف أدلة تشير إلى أن الجزء الأكبر من الشعاع كان يتحرك بسرعات أكبر من سرعة الضوء، وليس فقط عدد قليل من التموجات. لكن غوتييه قال إن تصميم التجربة أثار صعوبات أمام فريق جامعة ديوك في محاولة تحديد ما إذا كانت المعلومات تنتقل أيضًا بسرعات تتجاوز حد سرعة الضوء في النسبية الخاصة.
ولهذا السبب قام غوتييه وستينر بإجراء تجربة باستخدام جهازي ليزر خاصين بهما، مما جعل التمييز في سرعة المعلومات أسهل. لقد فعلوا ذلك عن طريق تسليط كل نبضة ليزر على خلية مختلفة حيث تم العثور على ذرات البوتاسيوم.
سمح لهم التصميم الجديد للتجربة بتنسيق وضبط ترددات نبضتي الليزر لإنشاء نبضة متقدمة بشكل ملحوظ. كما تمكنوا من توجيه أشعة الليزر بحيث يتصرف الضوء كما لو كان يتحرك في الفراغ.
وقال غوتييه إنه عندما تم توجيه أشعة الليزر إلى تسريع الشعاع، أظهرت النتائج أن الضوء كان يتحرك بسرعة تتجاوز سرعة الضوء. ونتيجة لذلك، كان من السهل مقارنة الاختلافات المفترضة بين الضوء السريع والضوء العادي.
لتحديد ما إذا كانت قواعد النسبية الخاصة المتعلقة بأولوية السبب والنتيجة قد تم انتهاكها بالفعل، تعاون غوتييه، وهو أيضًا عضو في مركز فيتزباتريك للضوئيات والاتصالات الموجود في كلية برات للهندسة الدقيقة، وستينر مع نيفيلد، خبير في الهندسة وعلوم المعلومات في مركز العلوم البصرية بجامعة أريزونا.
في الأساس، قامت الدراسة بتشفير المعلومات في أشعة الضوء ومقارنة سرعة نقل المعلومات في الضوء السريع والضوء "المشرق".
كشفت المقارنة أن المعلومات لا تنتقل فعليًا بشكل أسرع من الحد الأقصى للسرعة في الضوء السريع. وفي الواقع، فإن المعلومات الموجودة في الضوء السريع تصل بشكل أبطأ قليلاً مما لو كانت تنتقل بسرعة الضوء مثل الضوء الذي ينتقل في "الفراغ".
وهذا يعني أنه على الرغم من أن ذروة الشعاع كانت أسرع من سرعة الضوء، إلا أن سرعة إرسال المعلومات لم تكن بالتأكيد أسرع من سرعة الضوء.
استنتاج المؤلفين في مقالهم في الطبيعة "ملاحظاتنا تتفق مع السببية النسبية، وهي تساعد في حل الخلافات المحيطة بتشتت الضوء بشكل أسرع من سرعة الضوء".
كشف ينقذ السبب والنتيجة
للحصول على معلومات على موقع الطبيعة:
كانوا يعرفون الفيزياء الفلكية
https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~593782931~~~60&SiteName=hayadan
تعليقات 2
من المقال:
"ونتيجة لهذه المناورات، تم اكتشاف أدلة تشير إلى أن الجزء الأكبر من الشعاع كان يتحرك بسرعة أكبر من سرعة الضوء، وليس فقط عدد قليل من التموجات."
لا أرى كيف يمكن أن يوجد هذا.
إذا كان هذا صحيحًا، فسنحصل على أكثر من سرعة واحدة لكل شعاع ضوئي. الضوء البطيء والضوء السريع كما هو مكتوب بالفعل في المقال.
ومع ذلك، فإن هذا كان سيسمح لنا بمعرفة مسافة مصدر الإشعاع الكهرومغناطيسي دون معرفة مسبقة بقوة المصدر، بغض النظر عن نقل المعلومات، وذلك باستخدام طريقة "المزرعة والانفجار" المعروفة جيدًا من حرب التحرير، والتي من شأنها أن تمكن العديد من التقنيات التي لا وجود لها في الواقع العملي.
من المحتمل أن يكون القصد هو أن التموج يمكن أن يتجاوز سرعة الضوء للحظات ثم يتقارب مرة أخرى، بحيث يبدو عمليًا كما لو أنه يتحرك بالفعل بشكل أبطأ من الضوء، كما هو موضح بالفعل في المقالة.