Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2004 № 10
ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
А есть ли «световой барьер»?
Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) сообщили, что ими получены данные о непостоянстве скорости света. Если эти результаты будут подтверждены другими исследователями, то все существующие сегодня представления о картине мироздания, в том числе и знаменитая теория относительности Альберта Эйнштейна, будут поставлены под сомнение.
Вообще-то подкоп под теорию относительности — мы об этом не раз писали — ведется уже не первое десятилетие. То в одной стране, то в другой физики обнаруживают ее несоответствие результатам экспериментов. Однако до сих пор теоретики находили возможность объяснять полученные результаты в рамках теории и ее следствий.
Сейчас объяснения нужны тем более, поскольку результаты экспериментов могут, как сказано, иметь далеко идущие последствия.
В физике вот уже несколько десятилетий существует так называемая постоянная альфа, равная немного загадочному числу 1/137. Эта константа связана с другими мировыми константами — зарядом электрона и постоянной Планка, но главное — она обратно пропорциональна скорости света.
Между тем, еще сто лет тому назад Альберт Эйнштейн, разрабатывая специальную теорию относительности, выдвинул постулат: скорость света неизменна при любых условиях и равна приблизительно 300 000 км/с.
Впоследствии значение световой константы неоднократно уточнялось, но никто не покушался на нее саму. И вот физики, проанализировав еще и еще раз свои расчеты, пришли к неожиданному выводу: заряд электрона и постоянная Планка — весьма надежные константы, так что весть об изменении альфы в сущности есть заявление об изменении скорости света в вакууме.
Если это так, если скорость света меняется, значит, неверна как сама теория относительности, так и все наши представления о картине мира, построенные с ее учетом.
* * *
Изменения же константы альфа обнаружили физией Стив Ламоро и Джастин Торгерсон из Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) при тщательном анализе удивительного объекта — природного ядерного реактора в местечке Окло (Габон, Западная Африка). В свое время французы, которым требовался уран для собственной атомной бомбы, обнаружили месторождение этого металла в своей африканской колонии. Причем, когда в Окло начали добывать урановую руду, ее анализ показал: она будто бы уже побывала на переработке, поскольку в разных слоях имелись различные изотопы урана.
Одно время даже бытовала версия, будто в Африке некие пришельцы перерабатывали уран еще 2 млрд. лет тому назад. Однако тщательный анализ не подтвердил этой гипотезы — «реактор» оказался чисто природного происхождения.
Дело в том, что однажды сильное землетрясение перетряхнуло пласты с урановой рудой так, что они оказались в непосредственной близости друг от друга. Началась цепная реакция, не приведшая к взрыву только потому, что в тех же пластах имелась вода, выступившая в роли замедлителя процесса. В итоге реактор исправно действовал, по крайней мере, на протяжении сотни тысяч лет, «наработал» несколько видов радиоактивных изотопов и постепенно заглох, выработав свой ресурс.
Некоторые исследователи, кстати, полагают, что именно радиоактивное излучение реактора в Окло привело к серии тех мутаций, которые позволили местным обезьянам превратиться в первых человекообразных. Однако насколько верна эта гипотеза, предстоит еще разбираться.
Нас же в данном случае интересует другое. Когда ученые стали анализировать результаты деятельности этого природного реактора, среди прочего выяснилось, что, судя по распределению изотопов в ядерных превращениях — а их за время работы «реактора» в Окло накопилось множество, — константа за сотни тысяч лет уменьшилась. А скорость света, получается, соответственно возросла.
Изменения в значении альфы, правда, весьма незначительны, они отмечаются лишь в 8-м знаке после запятой. Однако для физиков главное — принцип. Кроме того, в некоторых случаях точность их расчетов достигает 15-го и даже 16-го знака.
Таким образом, сейчас скорость света вроде бы больше, чем в далеком прошлом. Хотя многие ученые считают, что на основании этих расчетов еще рано пересматривать основы физики, некоторые из них уже сейчас пытаются использовать полученные данные для объяснения парадоксов нашей Вселенной. Например, температура в огромных участках космоса приблизительно одинакова, что означает возможность обмена между ними энергией. При «небольшой» скорости света это маловероятно, а вот более высокая скорость позволяет уже реально произвести такой обмен.
Далее, некоторое время назад в мире было произведено два эксперимента, результаты которых указывают на возможность существования «сверхсветовых» скоростей.
В одном исследовании, проводимом в Италии, ученые распространяли электромагнитные волны с длиной волны от дециметров до миллиметров через воздух, отражая их последовательно от ряда зеркал. При этом в ряде случаев получалось, что волна на выходе оказывалась раньше, чем ей положено при скорости в 300 000 км/с.
В другом опыте, проведенном экспериментаторами Нью-Джерси, лазерный импульс, приближающийся к окну входа газонаполненной ячейки, вдруг оказывался на выходе еще до того, как входил в ячейку. Это уже не мгновенная телепортация, а даже нарушение закона причинности. И понадобилось немало труда, чтобы хоть как-то объяснить наблюдаемые феномены.
* * *
Вся хитрость состоит в том, что световой импульс в данном случае представляет собой суммарный ансамбль волн различной частоты, говорят теоретики. Поэтому следует различать разовую скорость отдельной волны-компоненты и так называемую групповую скорость импульса в целом. Когда такой ансамбль попадает в среду, где волны разной частоты преломляются по-разному, с ним могут происходить интересные превращения.
В частности, манипулируя отдельными компонентами светового импульса, его скорость можно замедлить. Именно такой эксперимент провели в 1999 году гарвардские физики, доведя скорость света всего лишь до 17 м/с. При желании можно и увеличить скорость светового импульса до, казалось бы, сверхсветовых величин.
При некоторых маневрах можно не только сохранить форму исходного импульса света, но и сместить его по времени таким образом, что, как говорят сами экспериментаторы, «казалось, пик импульса покидает оптическую ячейку до того, как в нее вошел».
Однако, как утверждает руководитель работ Л.Ванг, это «лишь разновидность логической ошибки». На самом деле, «полученная в эксперименте групповая скорость светового потока была отрицательна», то есть имела противоположное направление! Отсюда и ощущение, что импульс покинул камеру за одну 62-миллиардную долю секунды до входа в нее.
* * *
Более того, как считает, например, ведущий научный сотрудник ФИАНа профессор В.Быков, теория относительности запрещает не все сверхсветовые движения, а лишь те, в которых проявляются причинно-следственные связи. Например, если положение и скорость того или иного тела являются причиной его появления в другой точке. Такие движения тел, согласно теории относительности, невозможны со сверхсветовой скоростью. А к ним, кстати, относятся все процессы, связанные с переносом информации и энергии.
Но имеются и движения другого рода. Скажем, если вы пускаете с помощью зеркала солнечный «зайчик» по стене соседнего дома, то теория относительности не запрещает вам перемещать этот зайчик со сверхсветовой скоростью. Все, как говорится, в ваших руках. Другое дело, сможете ли вы физически перемещать зеркало так, чтобы зайчик метался по стене быстрее света.
Ну, а если говорить серьезно, то проявления подобных «зайчиковых» эффектов имеют место как в природе, так и в экспериментах физиков. Теория их изложена в работах В.Гинзбурга, Б.Болотовского и других теоретиков. Особенно ярко подобные эффекты проявляются в активных средах, где происходит усиление тех или иных свойств светового луча. В частности, подобные эффекты наблюдались несколько лет назад в экспериментах российских физиков.
* * *
Тем не менее, нашлись и исследователи, которые не верят в подобные объяснения. Они вновь вспоминают о тахионах — загадочных частицах, которым еще лет пятнадцать тому назад приписывалось умение двигаться со сверхсветовыми скоростями. Тогда вроде бы нашли ошибки в эксперименте, существование этих частиц оказалось под вопросом. Ну а что покажут дальнейшие исследования нынешнего феномена?..
Ведь если возможно движение со скоростью, большей чем с = 300 000 км/с, это даст не только возможность перемещаться по Вселенной с большими скоростями, чем позволяет теория относительности. Кроме всего прочего, сдвиг «светового барьера» вполне может означать, что в некоторых случаях возможно и обратное течение времени. То есть, говоря проще, опять-таки появляется принципиальная возможность осуществлять перемещения по времени не только из прошлого в настоящего, а из настоящее в будущее, но и в противоположном направлении.
