توهم حرکت ِ “سریع تر از نور”
توهم حرکت ِ “سریع تر از نور”
هیچ چیز نمی تواند سریع تر از نور حرکت کند. رابرت نمیروف که استاد فیزیک در دانشگاه صنعتی میشیگان است، خود این واقعیت را انکار نمی کند ولی سناریویی را در اندیشه دارد که در آن، چیزی از دید یک بیننده، در حال حرکت سریع تر از سرعت نور به نظر می آید. نمود و نمایش چنین چیزی می تواند گول زننده باشد ولی در این مورد، شاید حتی کاربردهای عملی هم داشته باشد.پایه ی این سناریوی سریع تر از نور نسبتا پیچیده است، اما در نشست انجمن اخترشناسی آمریکا که در روز ۸ ژانویه برگزار شد، نمیروف آن را در چند آزمایش فکری کوتاه توضیح داد. برای نمونه، یک اتاق را با سقفی به بلندی ۵۰ پا (فوت) و دیوارهایی به پهنای ۵۰ متر در ۵۰ متر در نظر بگیرید، فرض کنید در میان اتاق به پشت و با یک نشانگر لیزری در دست دراز کشیده اید به گونه ای که می توانید نقطه ی کوچک لیزر را روی سقف ببینید. اکنون نقطه ی لیزر را از چپ به راست روی سقف جابجا می کنید. برای این کار تنها نیاز به آن دارید که دستتان را چند اینچ تکان دهید، ولی در مدت کوتاهی که دستتان را تکان می دهید، نقطه ی روشن روی سقف ۵۰ پا جابجا می شود. اگر مچ دستتان را سریع حرکت دهید، نقطه ی روشن به سادگی در نیم ثانیه ۵۰ پا ، یعنی با سرعتی هم ارز ۱۱۰ کیلومتر بر ساعت، جابجا می شود.
اکنون این سناریو را به یک مقیاس بسیار بزرگ گسترش دهید و اتاقی را با بلندا و پهنای چندین مایل در نظر بگیرید. نشانگر لیزری را هم با توان بسیار بیشتر تصور کنید. نقطه ی روشنی که بر سقف می افتد می تواند با سرعت صدها کیلومتر بر ساعت جابجا شود. به نظرتان امکان ندارد که در یک اتاق به اندازه ی کافی بزرگ، سرعت نقطه ی روشن روی سقف از دید ما، از سرعت نور هم بیشتر شود؟ نمیروف می گوید این امکان وجود دارد، بدون آنکه هیچ قانون قیزیکی شکسته شود. نسبیت عام اینشتین توهم حرکت سریع تر از نور را برای یک جسم (مانند یک تک فوتون نور) ناشدنی می داند. آزمایش نمیروف این قانون فیزیک را نمی شکند زیرا نشانگر لیزر یک شار از فوتون ها تولید می کند، نه یک تک فوتون. هیچ یک از تک فوتون های درون این شار سریع تر از نور حرکت نمی کنند، بلکه همه با هم می توانند توهم (خطای دید) حرکت سریع تر از نور را پدید آورند.
این بخش نخست از آزمایش ذهنی نمیروف بود، اکنون یک نشانگر لیزر را تصور کنید که یکراست دارد به ژرفای بی پایان فضا می تابد. نقطه ی روشن لیزر را هیچ جا نمی بینید زیرا در واقع در اتاقی هستید که پایانی ندارد. اکنون تصور کنید دارید این نشانگر را همراستا (موازی) با یک دیوار بی پایان می تابانید. اگر مچ دستتان را بچرخانید، باریکه ی لیزر دیگر همراستا با دیوار نخواهد بود و در جایی آن را قطع خواهد کرد. ولی در چه نقطه ای؟ در بی نهایت که نمی تواند باشد زیرا در آن صورت نیاز به زمان بی نهایت هم خواهد بود. ولی درست کنارتان هم نخواهد بود– این نقطه باید جایی میان شما و بی نهایت باشد. ولی به گفته ی نمیروف، اگر یک نقطه ی محدود را برای جایی که نور باید بیفتد برگزینید، باریکه ی لیزر می بایست همیشه درست در آن سوی آن نقطه باشد، یک گام به بی نهایت نزدیک تر. در واقع، نقطه ی نور باید همیشه در یک زمان، دو جا باشد.
از آنجایی که فوتون باید همزمان در دو جا باشد، به گفته ی نمیروف چیزی بسیار شگرف و غریب رخ می دهد: دو نقطه ی نور بر روی دیوار پدیدار می شوند که دارند رو به دو سوی مخالف حرکت می کنند– یکی از شما دور می شود و دیگری رو به شما می آید. یک نقطه سرعتش بسیار کمتر از سرعت نور است و دیگری به نظر می رسد سریع تر از نور حرکت می کند. (این هم مانند آزمایش لیزر روی سقف، یک خطای دیداری است. این یک تک فوتون نیست که سریع تر از نور جابجا شود.) این فورانی از نور پدید می آورد، چیزی که نیمروف آن را یک “انفجار نوری” (photonic boom) می نامد زیرا همانند انفجار صوتی (sonic boom) است که در پی شکستن دیوار صوتی رخ می دهد، یعنی زمانی که چیزی سریع تر از صدا حرکت کنند و از امواج صدا جلو بیفتد. [*] نمیروف در پژوهش خود چنین استدلال می کند که این انفجارهای فوتونی در طبیعت وجود دارند و می توانند به جای نشانگر لیزری، با چشمه های نوری دیگری مانند تپ اخترها رخ دهند. تپ اخترها ستارگان رُمبیده و بسیار چگالی‌اند که باریکه های نوری پایدار و بسیار درخشان پدید می آورند.
نمیروف در بیانیه ای از دانشگاه صنعتی میشیگان گفت: «انفجارهای فوتونی بارها و بارها پیرامون ما رخ می دهند، ولی همیشه کوتاه تر از آنند که متوجهشان بشویم. اما در اعماق کیهان به اندازه ی کافی طول می کشند که ما متوجه شویم– هرچند که هیچ کس تاکنون به فکر جستجوی آن ها نبوده.» رُزانه دی استفانو از مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونین به گفته های نمیروف می افزاید: «این پنداشت کلی گرچه در عمل ثابت نشده، ولی بسیار فریبنده و جذاب است.» به گفته ی نمیروف، یک انفجار فوتونی می تواند به جای یک دیوار بی پایان، زمانی دیده شود که باریکه ای از نور بر روی یک سطح کروی با خطوط ژرفا، مانند کره ی ماه جابجا شود. چنان چه او می گوید: «جزئیات این پدیده بر پایه ی تاثیر دوسویه ایست که میان “زمانی که طول می کشد تا یک باریکه ی نور از روی جسمی بگذرد” و “زمانی که طول می کشد تا ژرفای جسم را بپیماید” برقرار است.» بنابراین اگر ماه تنها یک صفحه ی صاف و هموار بود، انفجار فوتونی نمی توانست روی آن پدید آید.
با اندازه گیری یک انفجار فوتونی می توانیم به آگاهی هایی درباره ی جسمی که انفجار روی آن پدید آمده دست یابیم. بر پایه ی بیانیه ی دانشگاه میشیگان، یک باریکه ی نور می تواند “هزاران بار در ثانیه” از روی سطح یک سیارک بگذرد و آن را بروبَد به گونه ای که “در هر بار گذر، یک انفجار فوتونی بی ضرر ولی گویا پدید آورد.” هر یک از انفجارها سپس می توانند برای “آشکار کردن اندازه و ویژگی های سطحی” سیارک به کار روند. به گفته ی نمیروف، انفجارهای فوتونی را باید بتوان در سحابی NGC ۲۲۶۱ هم دید. بر پایه ی بیانیه ی دانشگاه، سایه هایی که در اثر گذر نور این ستاره از میان ابرهای گازی و بازتاب آن از روی ابر غبار پدید آمده، «انفجارهای فوتونی‌ای به وجود آورده اند که تا چند روز یا چند هفته هم دیده می شوند.» جزئیات این پژوهش در arxiv منتشر شده است.
*توجه کنید که انفجار فوتونی با تابش چرنکوف تفاوت دارد. تابش چرنکوف زمانی پدید می آید که سرعت جسمی در یک محیط ویژه، از سرعت نور در آن محیط بیشتر شود، ولی در انفجار فوتونی، هیچ چیزی واقعا سریع تر از نور حرکت نکرده. (سرعت نور در مواد گوناگون تفاوت دارد)
منبع : هوپا
