работы В.В. Петрова   Реальная физика   научная библиотека  

Возможна ли сверхсветовая скорость?

Валерий Петров

Аннотация

В статье рассматривается известный опыт Л. Вонга, в котором, как полагают некоторые исследователи, обнаружено движение импульса света со “сверхсветовой скоростью”. Показываются ошибки интерпретаторов, допущенные при объяснении этого опыта. Предлагается объяснение результатов этого опыта, не основанное на современной теории относительности.

Это же элементарно, Ватсон!

Анализ совокупности явлений и опытов, считающихся экспериментальными основаниями теории относительности, показывают, что объяснение каждого из них является, по сути, весьма произвольной интерпретацией фактических результатов, полученных в каком-либо из этих опытов. Не являются исключением так называемые "сверхсветовые" эксперименты конца прошлого века, одним из которых является опыт Л.Вонга, описанный в [1]. Суть этого опыта заключается в следующем. Световой импульс длительностью 3 мкс входил в камеру с парами цезия, возбужденными лазерной накачкой (Рис. 1).

Рис. 1. Схема опыта Вонга

На входе в камеру и на выходе из нее установлены фотоприемники, подключенные к осциллографу, на экране которого можно наблюдать моменты прохождения импульса света через камеру. Длина цезиевой камеры составляла 6 сантиметров. В вакууме свет проходит 6 сантиметров за 0,2 нс. Через камеру же с цезием, как показали выполненные измерения, световой импульс проходил за время, на 62 нс меньшее, чем в вакууме, вследствие чего выходящий из камеры импульс успел удалиться от нее на 19 метров, прежде чем приходящий импульс достиг ближней стенки камеры. Как признает автор публикации, “Судя по развернувшейся дискуссии, точное объяснение еще не найдено, но несомненно, что здесь играют роль необычные дисперсионные свойства среды…” [1]. А теперь посмотрим, что в этом опыте является безусловными фактами, а что – их произвольной интерпретацией.

Известно, что скорость распространения электромагнитных полей в вакууме определяется простым соотношением:

с = (1 / μ0ε0)1/2

где μ0 – магнитная и ε0 – электрическая постоянные.

Как известно, электрическая постоянная ε0 определяется из электростатических измерений, результаты которых зависят от значения, приписываемого магнитной постоянной μ0. Мы не можем произвольно выбрать другие значения для ε0 и μ0. С учетом этого требования существует только одно значение скорости распространения электромагнитных полей в вакууме, которое определяется электрическими и магнитными свойствами вакуума. Подставляя числовые значения электрической и магнитной постоянных, получим числовое значение этой уникальной скорости:

с = (1 / 4π · 10-7· 8,85 · 10-12)1/2 = 3,0 · 108 м/с.

Так как эта скорость определяется исключительно физическими свойствами вакуума, значение скорости распространения в вакууме электромагнитных полей, равное 3,0 · 108 м/с, никакого отношения к теории относительности не имеет, тем более, что в этой теории утверждается всего лишь независимость скорости распространения в вакууме света от состояния движения источника света, и только!

Как установил Физо в 1849 г., скорость света равна скорости распространения электромагнитных полей в вакууме. Впоследствии это обстоятельство послужило основанием для предположения, что свет представляет собой электромагнитные волны, распространяющиеся в особой среде – эфире, заполняющем все мировое пространство. Независимо от того, являются ли световые импульсы – кванты – электромагнитными волнами, обладающими свойствами частиц, или же частицами, обладающими волновыми свойствами, скорость распространения световых импульсов в вакууме определяется тем же соотношением, что и скорость распространения электромагнитных полей, т.е. определяется исключительно электромагнитными свойствами той среды, в которой распространяется свет.

Известно, что скорость света в любой среде – твердых телах, жидкостях и газах – определяется соотношением:

Сс = с / n,

где n – коэффициент преломления для данной среды.

Известно также, что коэффициент преломления известных в настоящее время веществ больше 1, поэтому и только поэтому скорость света в любых веществах всегда меньше 1. И этот факт также не имеет ни малейшего отношения к теории относительности.

Посмотрим теперь, как световой импульс в опыте Вонга входит в камеру и выходит из нее. Как объясняет лауреат Нобелевской премии Р.Фейнман в [2]:

"Наблюдателю кажется, что свет или любая другая электрическая волна распространяется сквозь вещество... Но на самом деле поле создается движением... зарядов... Известно, что любой предмет состоит из атомов, содержащих электроны... поле внешнего источника действует на эти атомы и раскачивает электроны... Электроны, в свою очередь создают поле; их можно рассматривать как новые излучатели".

Таким образом, световой импульс лазера не распространяется сквозь камеру. Он последовательно поглощается и переизлучается сначала электронами атомов стеклянной пластины, закрывающей окно камеры, затем – электронами атомов паров цезия, затем – электронами пластинки, закрывающей выходное окно камеры. В результате, свет излучается электронами атомов внешней стороны этой пластинки. Таким образом, по отношению ко второму фотоприемнику именно эти электроны являются источником света. Как было показано выше, скорость распространения света в данной среде зависит только от коэффициента преломления этой среды. Поэтому скорость света, “выходящего из камеры”, как и скорость света, “входящего в камеру”, совершенно не зависит от скорости движения света внутри камеры, и оказывается равной Сс = с / nв, где nв – коэффициент преломления воздуха, окружающего камеру. В этом нетрудно убедиться, если скорость выходящего из камеры импульса измерить по схеме опыта Физо. Однако экспериментатор не сделал этого, открыв, тем самым, возможность для различных спекуляций вокруг своего опыта. Что же происходит в этом опыте в действительности?

Известно, что свет излучается лазерами импульсами, длина которых определяется временем излучения. Пусть время излучения импульса равно tи. Тогда длина Lи импульса будет равна

Lи = 3,0 · 108 · tи

Если длина импульса в опыте Вонга больше расстояния между фотоприемниками, то при движении входного импульса рано или поздно импульс одновременно будет находиться в двух фотоприемниках, как это и происходило на самом деле. Когда передний фронт очередного импульса достигает первого фотоприемника, потенциал электрода осциллографа, подключенного к данному фотоприемнику, повышается, тогда как потенциал электрода, подключенного ко второму (выходному) фотоприемнику оказывается равным нулю, поскольку передний фронт того же импульса еще не достиг второго фотоприемника. За время, равное 0,2 нс, в течение которого передний фронт импульса движется ко второму фотоприемнику, на экране осциллографа существует всплеск только от одного фотоприемника, форма которого (но не длительность!) повторяет форму входного импульса.

Когда передний фронт импульса достигает второго фотоприемника, потенциал электрода осциллографа, подключенного ко второму фотоприемнику, повышается и становится равным потенциалу электрода, подключенного к первому фотоприемнику. Так как теперь потенциалы обоих электродов осциллографа равны, изображение сигнала, связанного с первым фотоприемником, на экране осциллографа исчезает. Исчезновение сигнала на экране осциллографа может быть интерпретировано как полное прохождение импульса через первый фотоприемник, тогда как в действительности исчезновение сигнала означает, что входной импульс одновременно находится и в первом, и во втором фотоприемниках.

Когда задний фронт входного импульса уходит из первого фотоприемника, потенциал электрода осциллографа, связанного с этим фотоприемником, становится равным нулю. Так как импульс еще не ушел из второго фотоприемника, его потенциал не равен нулю, поэтому на экране осциллографа возникает изображение импульса, связанное со вторым фотоприемником. Появление этого изображения может быть интерпретировано как выход импульса из камеры, тогда как в действительности его появление означает, что задний фронт импульс ушел из первого фотоприемника.

Время, в течение которого импульс от первого фотоприемника существует на экране осциллографа, равно времени, в течение которого передний фронт этого же импульса достигнет второго фотоприемника. Так как расстояние между фотоприемниками равно 6 см, то время существования импульса от первого фотоприемника оказывается равным 0,2 нс, что и наблюдается в действительности. Точно так же время, в течение которого импульс от второго фотоприемника существует на экране осциллографа, будет равно времени, в течение которого задний фронт импульса пройдет расстояние 6 см, т.е. 0,2 нс, что и наблюдается в действительности. Таким образом, путь 6 см внутри камеры импульс света проходит со скоростью 3,0 · 108 м/с.

Итак, в какой-то момент времени задний фронт импульса проходит второй фотоприемник, и только через 62 нс после этого появляется импульс в первом фотоприемнике. Этот установленный наблюдениями экспериментальный факт интерпретируется так, как будто “Приходящий импульс еще не успел подойти к ближней стенке камеры (т.е. еще не появился в первом фотоприемнике – В.П.), как прошедший сквозь нее (т.е. появившийся во втором фотодетекторе – В.П.) удалился на 19 м” [1].

В действительности, появление всплеска во втором фотоприемнике связано с задним фронтом предыдущего импульса, тогда как появление через 62 нс всплеска в первом фотоприемнике связано с передним фронтом следующего импульса. Тот факт, что следующий импульс появляется в первом фотоприемнике через 62 нс после предыдущего означает всего лишь, что интервал между двумя последовательными излучениями лазером световых импульсов равен 62 нс. В этом можно было убедиться, попеременно отключая один из фотоприемников. При отключенном втором фотоприемнике на экране осциллографа получилась бы полная картина прохождения входных импульсов через первый фотоприемник в виде последовательности коротких импульсов с интервалом 62 нс между ними. При отключенном первом фотоприемнике на экране осциллографа получилась бы полная картина прохождения выходных импульсов через второй фотоприемник в виде последовательности коротких импульсов с интервалом 62 нс между ними.

Таким образом, ничего необычного, требующего для своего объяснения применения теории относительности, в этом опыте не наблюдается. Как заметил Эдгар По, “В глубокомыслии легко перемудрить. Истина не всегда обитает на дне колодца. В насущных вопросах она..., скорее, лежит на поверхности. Мы ищем ее на дне ущелий, а она поджидает нас на горных вершинах... Чрезмерная глубина лишь путает и затемняет мысль”. Что и произошло в данном случае.


Источники информации:

  1. Голубев А, д.т.н. Возможна ли световая скорость? “Наука и жизнь”, № 2, 2001.
  2. Р.Фейнман. Фейнмановские лекции по физике. Москва, “Мир”, 1976.
работы В.В. Петрова   Реальная физика   научная библиотека  

Знаете ли Вы, что в 1974 - 1980 годах профессор Стефан Маринов из г. Грац, Австрия, проделал серию экспериментов, в которых показал, что Земля движется по отношению к некоторой космической системе отсчета со скоростью 360±30 км/с, которая явно имеет какой-то абсолютный статус. Естественно, ему не давали нигде выступать и он вынужден был начать выпуск своего научного журнала "Deutsche Physik", где объяснял открытое им явление. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution