Astronomi

Bazı galaksiler ışık hızından daha hızlı mı çarpışır?

Bazı galaksiler ışık hızından daha hızlı mı çarpışır?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Bazı galaksiler birbirinden ışık hızından daha hızlı genişliyorsa, ışık hızından daha hızlı mı çarpışırlar?

Güncelleme 1:

  • Sanırım sorum şu, galaksilerin birbirine doğru hareket edebileceği maksimum hız/hız nedir?
  • Galaksilerin çarpışması ne kadar sürer?

Bu örneği kullanırsanız harika olur. Galaksi A: 3.000 ışıkyılı çap Galaxy B: 300.000 ışıkyılı çap

Galaksi A, Galaksi B ile çarpışırsa, çarpışmadaki hız ne olur? Zamanın ve mesafenin ne olacağı hakkında hiçbir fikrim yok.


Bazı galaksiler birbirinden ışık hızından daha hızlı genişliyorsa, ışık hızından daha hızlı mı çarpışırlar?

Kısa cevap "hayır" dır.

Genişletilmesi uzak Evrenin görünür hızlarda ışıktan daha hızlı olması, uzayın genişlemesinden kaynaklanmaktadır. Ancak bu genişlemenin hızı, gözlemcinin ve nesnenin ne kadar uzakta olduğuna bağlıdır. Eğer uzay-zamanın genişlemesi nedeniyle bizden ışık hızından daha hızlı bir şekilde uzaklaştığını gördüğümüz A ve B iki nesnesi varsa, o zaman bu, değil nesnelerin birbirlerini nasıl görecekleri. Birbirlerine yakın olacaklar, bu nedenle referans çerçevelerinden uzay-zamanın genişlemesi ihmal edilebilir (tıpkı bizim ve "yerel" galaksilerimiz için olduğu gibi).

Gelecekteki bir zamanda, evrenin "küçük" mesafelerde daha da hızlı genişleyebileceğini düşünüyoruz, ancak bu durumda iki nesne çarpışamaz. Bir kez çarpışabildiklerinde, evrenin genişlemesinin etkileri onları ışıktan daha hızlı hareket ettirmeyecek kadar yakındırlar. Nesneler bir kez ışıktan daha hızlı uzaklaştığında çarpışamazlar (tüm evren büzülmeye başlamadıkça).

Birbirlerinden ışıktan daha hızlı genişliyorlarsa (uzay-zamanın genişlemesi nedeniyle), çarpışmaları için bir yol yoktur. Işıktan daha hızlı uzaklaştıkları noktaya ulaşmışsa, hiçbir çekim uzay-zamanın genişlemesinin üstesinden gelemez. Bunu yapmak için tüm evrenin sözleşmeye başlaması gerekir.

Yani sizinle çarpışacaksa, bir cisim size göre ışıktan daha hızlı hareket edemez.

Galaksilerin çarpışması ne kadar sürer?

Bu, birbirlerine ne kadar hızlı yaklaştıklarına bağlıdır. Teoride ışıktan daha hızlı yaklaşamazlar, bu nedenle üst sınır (basitçe) mesafenin ışık hızına bölümüdür.

Daha gerçekçi bir örnek, birbirine göreli 300 km/s hızla yaklaşan Andromeda ve Samanyolu olabilir. Andromeda yaklaşık 2,5 milyon ışıkyılı uzaklıkta ve mevcut tahminler yaklaşık 4,5 milyar yıl içinde bir çarpışma için, yani bu ışık hızından çok, çok daha yavaş hareket ediyor.


Bazı galaksilerin bizden ışık hızından daha hızlı uzaklaştığını biliyoruz ve bunu kırmızıya kaymayı ölçerek biliyoruz, ama bu nasıl mümkün olabilir?

Aşağıdaki makaleler iyi açıklamalar sunar:

Özetle, Hubble Yasası: $v = H(t)D$, burada $v$ durgunluk hızı, $D$ mesafe ve $H(t)$ belirli bir zamanda Hubble "sabiti"dir, şunu gerektirir: belirli bir mesafenin ötesindeki hız, ışık hızından daha büyüktür. Eğer seyahat eden bir fotonun bulunduğu yerdeki durgunluk hızı, uzak bir galaksiden gelen fotonun seyahat ettiği süre boyunca ışık hızından daha büyük olsaydı, fotonu asla gözlemleyemezdik. Bizden ışıktan daha hızlı uzaklaşan bir galaksiden yayılan bir foton, başlangıçta bizden de uzaklaşıyor. Bununla birlikte, foton sonunda bizden durgunluğun ltc$ olduğu bir uzay-zaman bölgesine ulaşabilir. Bu durumda foton bize ulaşabilir. Kırmızıya kayma ve hız arasındaki kesin ilişki, kozmolojik modele bağlıdır, ancak yukarıdaki referanslara göre, kırmızıya kayması şundan büyük olan galaksiler:

3 bizden ışıktan daha hızlı uzaklaştılar ve uzaklaşıyorlar.

2c'de uzaklaşıyorlarsa, galaksinin ışığı nasıl olur? hatta bize ulaş?

Sadece galaksiden gelen fotonlar, durgunluk hızının ltc$ olduğu bir uzay-zaman bölgesine ulaşırsa.

Işıktan daha hızlı bir şey için "kırmızıya kaymayı" nasıl ölçeriz?

Kırmızıya kayma, ışığın dalga boyundaki değişiklik olarak ölçülür, ancak sonuçları özel görelilik kullanarak (tüm kırmızı kaymalar için $v<c$ ile sonuçlanacak) yorumlamak yerine, sonuçlar kozmolojik bir model bağlamında yorumlanır ve genel görelilik.

Hubble küresinin ötesinden gelen ışık (durgunluk hızının ışık hızına eşit olduğu yer) bize her gün ulaşır.

Bu gerçek için iyi bir meslekten olmayanın açıklamasını yapacak kadar iyi bir fizikçi değilim, ancak koordinatları birlikte düşünmek yardımcı olabilir: Bu, koordinat ızgarasının boşlukla genişlediği, yani uygun mesafe olsa bile, özel bir koordinat sistemidir. galaksiler arasındaki mesafe artacak, koordinatları değişmeyecek.

Bu koordinat sisteminde, ışık Hubble küresinde donmaz (beklenebileceği gibi), ancak uygun mesafedeki herhangi bir değişiklikten bağımsız olarak, yayıcıdan nihai gözlemciye istikrarlı bir şekilde hareket eder.

Sürekli olarak bize doğru hareket, aslında kozmik olay ufkunun ötesinden yayılan ışık için de geçerli olmalıdır (aslında gözlemsel evreni sınırlayan şey) - ışığın bize ulaşması sonsuzdan daha uzun bir zaman alır)

Kırmızıya kayma ile ilgili sorunuzun ikinci kısmına gelince: Bu, durgunluk hızlarına değil, ışık yolu boyunca paralel taşımayla hesaplanan göreli hızlara bağlıdır (ve olay ufkuna ulaşana kadar $c$'ın altında kalmalıdır) .

Ben yerçekimi veya kozmoloji uzmanı değilim. Yine de (detaylar olmadan) biliyorum ki A. Peres, evrenin tarihi boyunca ışık hızının aynı olmadığını kanıtladı. referans

Int. J. Mod. Fizik D, 12, 1751 (2003). DOI: 10.1142/S0218271803004043

International Journal of Modern Physics D (Yerçekimi Astrofizik ve Kozmoloji)

Cilt 12, Sayı 09, Ekim 2003

TEMEL SABİTLERİN DEĞİŞKENLİĞİ

ASHER PERES, Bu makale, Yerçekimi Araştırma Vakfı'nın 2003 Deneme Yarışmasında "mansiyon ödülü" aldı.

Sadece ışıktan daha hızlı geri çekilmiyorlar.

Durgunluk hızları, özel görelilikteki hız gibi tanımlanır. Eğer A, B, . Z'nin tümü bir doğru üzerinde birbirinden uzaklaşıyor ve A ve C, Newton'un göreli hızının makul bir yaklaşıklık olması için yeterince küçük olan $v$ hızıyla B'den uzaklaşıyor ve B ve D aynı anda C'den uzaklaşıyor. hız, vb., o zaman A ve Z'nin bağıl hızları tanım gereği $25v$'dır. $v=0.05c$ ise, bağıl hız 1.25c$ iken, $dx/dt$ göreli hız .85c$'dır. Hiçbir şey ışıktan hızlı gitmiyor. Hızlardan bahsederken $c$ hızının özel bir anlamı yoktur.

Bütün bunlar aynı zamanda kozmolojik durgunluk hızları için de geçerlidir. Onları ışık hızıyla karşılaştırmanın bir anlamı yok çünkü ışık hızını temsil eden hiçbir değer olmayacak şekilde tanımlandılar – kesinlikle $c$ değil.

Bence insanlar, bir çizgide yeterince galaksiniz varsa, hepsi birbirinden uzaklaşıyorsa, zorunlu sonunda gerçekten ışıktan daha hızlı hareket ettikleri bir noktaya gelirler, ancak bu doğru değildir. Yine, özel görelilikte bile doğru değildir. Galaksiler aynı noktadayken senkronize olan birlikte hareket eden metre çubukları ve saatler tarafından ölçüldüğü gibi, herhangi bir zamanda birbirinden aynı uzaklıkta olan 26 satırının sonuna sorunsuz bir şekilde bin galaksi daha ekleyebilirsiniz. Sınırsız sayıda oda var "sadece $c$". Sınırsız yer olmasının uzunluk daralması nedeniyle olduğunu söyleyebilirsiniz, ancak bunun tamamen simetrik bir durum olduğunu unutmayın: Lorentz artışı ile herhangi bir galaksiyi merkeze koyabilirsiniz.

Gerçek kozmolojide, isterseniz, en azından uzamsal eğrilik pozitif değilse, uzak galaksileri aslında uzunluk kısalmış olarak düşünebilirsiniz. Herhangi bir negatif eğri FLRW evrenini, özel göreli oyuncak modeline benzeyen bir şekilde Minkowski uzayına uyumlu bir şekilde yerleştirebilirsiniz. Minkowski benzeri koordinatlarda, ışık $|dx/dt|=c$'da hareket eder, tüm galaksiler $|dx/dt|<c$'a sahiptir ve hızları $c$'a yakın olanlar Lorentz sözleşmelidir.

ΛCDM kozmolojisinde, kozmolojik bir ufkunuz vardır ve ufku geçtikten sonra bir galaksiden asla başka bir sinyal almayacaksınız. Bu hala, fiziksel olarak anlamlı bir anlamda ışıktan daha hızlı geri çekildiği anlamına gelmiyor. Uyumlu gömmelerde, ufuk ortaya çıkar çünkü evren sonlu bir uyumlu zamanda sona erer (bunu büyük patlama ufku probleminin bir zamanı tersine çevirir). Ufkun doğru ve doğru açıklamasının bu olduğunu söylemiyorum, ama bir doğru açıklama. Bir galaksinin bir ışık huzmesini geçeceği kesinlikle söz konusu değildir, bu nedenle bu satırlardaki herhangi bir açıklama doğru değildir.

Kabul edilen cevap, ışığın genişlemeyi aşma yeteneğinin bu açıklamasını sunar:

Bizden ışıktan daha hızlı uzaklaşan bir galaksiden yayılan bir foton, başlangıçta bizden de uzaklaşıyor. Bununla birlikte, foton sonunda bizden durgunluğun ltc$ olduğu bir uzay-zaman bölgesine ulaşabilir. Bu durumda foton bize ulaşabilir.

Bu doğru bir açıklamadır. Aynı zamanda, toplam mesafeyi kozmolojide ölçüldüğü gibi, yerel hareketli saatlere göre eşzamanlı olan zamanlarda yerel hareket eden metre çubukları tarafından ölçülen mesafelerin toplamı olarak ölçerseniz, özel göreli durumun doğru bir açıklamasıdır. Bu şekilde etkin bir şekilde tanımlanan koordinat sistemi, uzay ve zamanın tersine çevrildiği Rindler koordinatlarına benzer. Rindler koordinatlarında, uzay-zaman Minkowski olmasına rağmen yerçekimsel bir kırmızıya kayma vardır. Bu yarı kozmolojik koordinatlarda, uzay-zaman Minkowski olsa bile "genişleyen uzay" ve kozmolojik kırmızıya kayma vardır.


Galaksilerin Bizden Işık Hızından Daha Hızlı Uzaklaşması Nasıl Mümkün Olabilir?

Albert Einstein'a göre ışık hızı, ötesinde hiçbir şeyin daha hızlı hareket edemeyeceği mutlak bir sabittir. Peki, bu kozmik hız sınırını hiçbir şeyin geçemeyeceği varsayılıyorsa, galaksiler nasıl ışık hızından daha hızlı seyahat edebilir?

Ben küçük bir çelişkiler dünyasıyım. “Işığın kendisi bile bir kara delikten kaçamaz” ve ardından “kara delikler Evrendeki en parlak nesnelerdir”. Ayrıca “hiçbir şey ışık hızından daha hızlı gidemez” demiştim. Sonra "galaksiler bizden ışık hızından daha hızlı uzaklaşıyor" gibi bir şey söyleyeceğim. Bu listede birkaç öğeden daha fazlası var ve en iyi ihtimalle kafa karıştırıcı. Teşekkürler Evren!

Öyleyse, hiçbir şey ışıktan daha hızlı seyahat edemezken, galaksiler nasıl ışık hızından daha hızlı seyahat edebilir? Evrenin genişlemesi hakkında konuştuğumda, çarpık hızlı galaksiler ortaya çıkıyor. Belki de karanlık enerji ivmesi ya da HER ŞEY ışık hızından daha hızlı genişlediğinde Evrenin en erken şişme dönemidir.

Genişleyen Evrenimizi hayal edin. Galaksilerin kozmik jetsam gibi fırladığı belirli bir yerden gelen bir patlama değil. Uzayın genişlemesidir. Merkez yok ve Evren hiçbir şeye genişlemiyor.

Bunun Evrenimizin genişlemesi için son derece basitleştirilmiş bir model olduğunu öne sürdüm. Ne yazık ki, aynı zamanda çok uygun. İstediğim zaman çocuklarımdan çalabilirim.

Buradaki düğüm olduğunuzu ve oyuncak genişledikçe diğer tüm düğümlerin sizden uzaklaştığını hayal edin. Ve başka bir düğüme geçerseniz, diğer tüm düğümlerin sizden uzaklaştığını görürdünüz.

İşte ilginç kısım, buradaki bu düğümler, yakınlardan iki kat daha uzakta, sizden daha hızlı uzaklaşıyor gibi görünüyor. Düğüm ne kadar uzaktaysa, sizden o kadar hızlı uzaklaşıyormuş gibi görünür.

Bu, bizim ve uzak bir galaksi arasındaki her megaparsek mesafe için, onları ayıran hızın saniyede yaklaşık 71 kilometre arttığı fikri, acayip arkadaşımız Hubble Sabiti.

2 parsek ile ayrılan galaksiler, hızlarını saniyede 142 kilometre artıracak. Maratonu koşarsanız, 4.200 megaparsek uzağa çıktığınızda, iki galaksi birbirinin ışık hızından daha hızlı uzaklaştığını görecek. Ama ne kadar büyük dır-dir bu ve Evren'den daha mı büyük?

Şimdiye kadarki ilk ışık, kozmik mikrodalga arka plan radyasyonu, bizden her yönden 46 milyar ışıkyılı uzaklıkta. Hesabını yaptım ve 4.200 megaparsek 13,7 milyar ışıkyılından biraz fazla. Nesnelerin birbirinden 4200 megaparsekten daha uzak olması için dağlar kadar yer var.

Görebildiğimiz Evrenin çoğu zaten ışık hızından daha hızlı bir şekilde uzaklaşıyor. Öyleyse, ışık hızından daha hızlı hareket eden herhangi bir galaksiden gelen ışığı görmek nasıl mümkün olabilir? Kozmik Mikrodalga Arka Plan Radyasyonunu nasıl görebiliriz?


Işık Hızından Daha Yavaş

Bir sonraki büyük parçacık grubu (bildiğimiz kadarıyla, bozon olmayanların tümü) ışık hızından daha yavaş hareket eder. Görelilik bize, bu parçacıkları ışık hızına ulaşacak kadar hızlı hızlandırmanın fiziksel olarak imkansız olduğunu söyler. Bu neden? Aslında bazı temel matematiksel kavramlara denk geliyor.

Bu nesneler kütle içerdiğinden, görelilik bize nesnenin hızına bağlı olarak kinetik enerjisi denkleminin denklem tarafından belirlendiğini söyler:

Yukarıdaki denklemde çok şey oluyor, o yüzden bu değişkenleri açalım:

  • y görelilikte tekrar tekrar ortaya çıkan bir ölçek faktörü olan Lorentz faktörüdür. Nesneler hareket ederken kütle, uzunluk ve zaman gibi farklı miktarlardaki değişimi gösterir. Dan beri y = 1 / / karekökü (1 - v 2 /c 2), gösterilen iki denklemin farklı görünmesine neden olan budur.
  • m0 belirli bir referans çerçevesinde 0 hıza sahip olduğunda elde edilen nesnenin kalan kütlesidir.
  • c ışığın boşluktaki hızıdır.
  • v cismin hareket ettiği hızdır. Göreceli etkiler, yalnızca çok yüksek değerler için fark edilir derecede önemlidir. v, bu yüzden bu etkiler Einstein ortaya çıkmadan çok önce göz ardı edilebilirdi.

Değişkeni içeren paydaya dikkat edin v (hız için). Hız, ışık hızına yaklaştıkça (c), bu v 2 /c 2 terim 1'e daha da yakınlaşacak. bu, paydanın değerinin ("1'in karekökü - v 2 /c 2 ") giderek 0'a yaklaşacaktır.

Payda küçüldükçe, enerjinin kendisi giderek büyür ve sonsuza yaklaşır. Bu nedenle, bir parçacığı neredeyse ışık hızına yaklaştırmaya çalıştığınızda, bunu yapmak için daha fazla enerji gerekir. Aslında ışık hızına hızlanmak sonsuz miktarda enerji gerektirir ki bu imkansızdır.

Bu mantıkla, ışık hızından daha yavaş hareket eden hiçbir parçacık ışık hızına asla ulaşamaz (ya da daha doğrusu ışık hızından daha hızlı gidemez).


Konu: Galaksilerin ışık hızından daha hızlı uzaklaştığını görebilir miyiz?

Bence ışık hızından daha büyük bir hıza sahip olan bu galaksiler aslında "gözlemlenebilir evren"in ötesindeler ve bu nedenle onları gerçekten göremiyoruz çünkü ışıkları asla bize ulaşmayacak - en azından ana bilime göre.

İşte sonunda "anlamak" için onu ölümüne dövmeme müsamaha gösteren "George'un anlamasına yardım et" dizisi.

Karınca metaforu, karıncanın genişlettiği lastik banttan daha yavaş hareket ettiği galaksiyi temsil edecek şekilde kullanıldı.

Evet, şimdi gördüğümüz fotonları yaydıklarında ışıktan daha hızlı uzaklaşan ve içinde bulunduğumuz çağda hala devam eden galaksileri görebiliyoruz.
Lineweaver & amp Davis'in Bilimsel amerikalı Makale, The Big Bang Hakkında Yanlış Kavramlar (440KB pdf), bunun nasıl çalıştığına dair oldukça net bir açıklama sunuyor.

Hepsi - Bu ifadeyi [yanlış bir şekilde yayınlayan bendim] ] başka bir iş parçacığında. Yaptığım yanlış anlaşılmayı şimdi anlıyorum. Söylemem gereken şey, 'şimdi bu galaksilerden ayrılan ışık asla Dünya'ya ulaşamayacak çünkü kaynak bizden ışık hızından daha hızlı bir şekilde uzaklaşıyor ve şu anda gördüğümüz ışık, galaksiden uzaklaşmadığı zaman yayılıyor. ışık hızından daha hızlıyız.' Karışıklık için özür dilerim.

Açıklığa kavuşturmak için, mevcut düşünceye göre, söz konusu galaksileri terk eden fotonların, bizden hızlı bir şekilde uzaklaşmayan uzayı geçebileceklerini ve bu nedenle sonunda ışık hızından daha düşük bir hızda uzaklaşan uzaya ulaşacaklarını ve dolayısıyla sonunda bize ulaşacaklarını anlıyorum. , bizden ışık hızından daha hızlı uzaklaşan galaksileri görebiliriz. Çok mantıklı görünmüyor ve teoriden başka bir şey olduğundan emin değilim ama kavramı anlıyorum. Sadece buna katılıp katılmadığımdan emin değilim.

Mevcut en iyi modelimizi içeren bir dizi genişleyen uzay modeli için aslında matematiksel olarak kaçınılmazdır.

Solucanın emekleme hızından daha büyük olan sabit bir hızla uzunluğu artan elastik bir ip boyunca sürünen solucanın basit analojisi için, 1/2 + 1/3 + 1/4 + serisinin ispatına gelir. 1/n asla yakınsak değildir.

(BTW: Yukarıda alıntıladığım #5 numaralı gönderinin, farklı şeyler söylediklerinden, hemen önceki #4 numaralı gönderiyi geçersiz kıldığını düşünüyorum.)

. (BTW: Yukarıda alıntıladığım #5 numaralı gönderinin, farklı şeyler söylediklerinden, hemen önceki #4 numaralı gönderiyi geçersiz kıldığını düşünüyorum.)

4. mesaj, mantıklı olarak başlangıçta söylemeye çalıştığım şeydi.

5 numaralı mesaj, mevcut teoriyi anladığımı söylüyor, sadece onunla aynı fikirde değilim.

Bu tartışmanın daha önce burada "ant ve ip" benzetmesiyle yapıldığını biliyorum, ancak bu yazı, böyle bir revizyon nedeniyle şu anda gönderiyi anlamanın zor olacağı uyarısıyla revize edildi ve bu nedenle yazının tamamını okumadım. Çok fazla zamanınızı almıyorsa bu benzetmeyi daha detaylı açıklayabilir misiniz?


İçindekiler

Bu makale bağlamında, FTL, bilgi veya maddenin daha hızlı iletilmesidir. c, 299.792.458 m/s (metre [7] tanımına göre) veya saniyede yaklaşık 186.282.397 mil olan vakumdaki ışığın hızına eşit bir sabit. Bu, ışıktan hızlı seyahat etmekle tamamen aynı değildir, çünkü:

  • Bazı işlemler daha hızlı yayılır c, ancak bilgi taşıyamaz (hemen aşağıdaki bölümlerdeki örneklere bakın).
  • Işığın hızla hareket ettiği bazı maddelerde c/n (nerede n kırılma indisidir) diğer parçacıklar daha hızlı hareket edebilir c/n (ama yine de daha yavaş c), Cherenkov radyasyonuna yol açar (aşağıdaki faz hızına bakın).

Bu fenomenlerin hiçbiri özel göreliliği ihlal etmez veya nedensellik ile ilgili sorunlar yaratmaz ve bu nedenle hiçbiri olarak nitelendirilemez. FTL burada açıklandığı gibi.

Aşağıdaki örneklerde, belirli etkiler ışıktan daha hızlı hareket ediyor gibi görünebilir, ancak bunlar enerjiyi veya bilgiyi ışıktan daha hızlı iletmezler, bu nedenle özel göreliliği ihlal etmezler.

Günlük gökyüzü hareketi Düzenle

Dünyaya bağlı bir gözlemci için, gökyüzündeki nesneler bir günde Dünya'nın etrafındaki bir turunu tamamlar. Güneş Sistemi dışındaki en yakın yıldız olan Proxima Centauri, yaklaşık dört ışıkyılı uzaklıktadır. [8] Proxima Centauri'nin yarıçapı dört ışıkyılı olan dairesel bir yörüngede hareket ettiğinin algılandığı bu referans çerçevesinde, Proxima Centauri'nin, yörüngesinden kat kat daha büyük bir hıza sahip olduğu tanımlanabilir. c Bir daire içinde hareket eden bir cismin kenar hızı, yarıçap ve açısal hızın bir ürünüdür. [8] Jeostatik bir görünümde, kuyruklu yıldızlar gibi nesnelerin hızlarını subluminalden superluminal'e değiştirmeleri ve bunun tersi de mümkündür, çünkü Dünya'dan uzaklık değişir. Kuyruklu yıldızların, onları 1000 AU'dan fazla uzağa götüren yörüngeleri olabilir. [9] Yarıçapı 1000 AU olan bir dairenin çevresi bir ışık gününden büyüktür. Başka bir deyişle, böyle bir mesafedeki bir kuyruklu yıldız, bir jeostatik ve bu nedenle eylemsiz olmayan bir çerçevede süperluminaldir.

Işık noktaları ve gölgeler Düzenle

Bir lazer ışını uzaktaki bir nesne üzerinden süpürülürse, lazer ışığının noktası, nesnenin üzerinden daha büyük bir hızla hareket etmek için kolaylıkla yapılabilir. c. [10] Benzer şekilde, uzaktaki bir nesneye yansıtılan bir gölge, nesne üzerinde olduğundan daha hızlı hareket ettirilebilir. c. [10] Her iki durumda da ışık kaynaktan nesneye daha hızlı gitmez. c, ne de herhangi bir bilgi ışıktan hızlı seyahat etmez. [10] [11] [12]

Kapanış hızları Düzenle

Tek bir referans çerçevesinde hareket halindeki iki nesnenin birbirine yaklaşma hızına karşılıklı veya kapanma hızı denir. Bu, referans çerçevesine göre zıt yönlerde ışık hızına yakın bir hızla hareket eden iki parçacığın durumunda olduğu gibi, ışık hızının iki katına yaklaşabilir.

Çarpıştırıcı tipi bir parçacık hızlandırıcının karşıt taraflarından birbirine yaklaşan iki hızlı hareket eden parçacığı hayal edin. Kapanma hızı, iki parçacık arasındaki mesafenin azalma hızı olacaktır. Hızlandırıcıya göre hareketsiz duran bir gözlemcinin bakış açısından, bu hız ışık hızının iki katından biraz daha az olacaktır.

Özel görelilik bunu yasaklamaz. Parçacıklardan birinin hızını hesaplamak için, diğer parçacığın yanında hareket eden bir gözlemci tarafından ölçüleceği gibi, Galilean göreliliğini kullanmanın yanlış olduğunu söyler. Yani, özel görelilik, bu tür göreli hızı hesaplamak için doğru hız-toplama formülünü verir.

Hareket eden parçacıkların göreli hızlarını hesaplamak öğreticidir. v ve -v 2'nin kapanma hızına karşılık gelen hızlandırıcı çerçevesindev > c. Birim cinsinden hızları ifade etmek c, β = v/c:

Uygun hızlar Düzenle

Bir uzay gemisi, Dünya'dan bir ışıkyılı uzaklıkta (Dünya'nın durgun çerçevesinde ölçüldüğü gibi) bir gezegene yüksek hızda seyahat ederse, o gezegene ulaşmak için geçen süre, yolcunun saatiyle ölçüldüğünde bir yıldan az olabilir. Dünyadaki bir saatle ölçüldüğü gibi her zaman bir yıldan fazla olmalıdır). Dünya çerçevesinde belirlenen katedilen mesafenin, yolcunun saati tarafından ölçülen, alınan zamana bölünmesiyle elde edilen değer, uygun hız veya uygun hız olarak bilinir. Uygun bir hız, tek bir atalet çerçevesinde ölçülen bir hızı temsil etmediğinden, uygun bir hızın değerinde bir sınır yoktur. Gezginle aynı anda Dünya'yı terk eden bir ışık sinyali, her zaman yolcudan önce hedefe varırdı.

Dünya'dan olası uzaklık Düzenleme

Işıktan daha hızlı seyahat edilemeyebileceğinden, gezgin 20 ila 60 yaşları arasında aktifse, bir insanın Dünya'dan asla 40 ışıkyılından daha uzağa seyahat edemeyeceği sonucuna varılabilir. Dünya'dan 20-40 ışıkyılı sınırı içinde var olan çok az yıldız sisteminden daha fazla. Bu yanlış bir sonuçtur: zaman genişlemesi nedeniyle, gezgin 40 aktif yılı boyunca binlerce ışıkyılı seyahat edebilir. Uzay gemisi sabit bir 1 g'da (kendi değişen referans çerçevesinde) hızlanıyorsa, 354 gün sonra ışık hızının biraz altında hızlara ulaşacak (Dünyadaki bir gözlemci için) ve zaman genişlemesi yolcunun hızını artıracaktır. Güneş Sistemi'nin referans sisteminden bakıldığında yaşam süresinin binlerce Dünya yılına kadar uzandığı görülüyor, ancak yolcunun öznel ömrü bu nedenle değişmeyecek. O zaman Dünya'ya dönecek olsalardı, gezgin binlerce yıl sonra Dünya'ya gelecekti. Seyahat hızları Dünya'dan ışıküstü olarak gözlemlenmeyecekti – bu nedenle de yolcunun bakış açısından öyle görünmeyecekti – ama yolcu bunun yerine seyahat yönünde evrenin bir uzunluk daralmasını deneyimleyecekti. Gezgin rotasını değiştirdikten sonra, Dünya, yolcudan çok daha fazla zaman geçişi deneyimliyor gibi görünecek. Böylece yolcunun (sıradan) koordinat hızı aşılamazken c, uygun hızları veya Dünya'nın referans noktasından katedilen mesafenin uygun zamana bölünmesinden çok daha büyük olabilir. c. Bu, muonlardan çok daha uzaklara seyahat eden müonların istatistiksel çalışmalarında görülmektedir. c yakın bir yere seyahat ediyorsanız, yarı ömürlerinin (dinlenme halinde) katı c. [13]

Yukarıdaki faz hızları c Düzenle

Elektromanyetik bir dalganın faz hızı, bir ortamdan geçerken rutin olarak aşabilir. c, ışığın vakum hızı. Örneğin, bu çoğu gözlükte X-ışını frekanslarında meydana gelir. [14] Bununla birlikte, bir dalganın faz hızı, o frekansta dalganın teorik tek frekanslı (tamamen monokromatik) bileşeninin yayılma hızına karşılık gelir. Böyle bir dalga bileşeni, sonsuz boyutta ve sabit genlikte olmalıdır (aksi halde gerçekten tek renkli değildir) ve bu nedenle herhangi bir bilgi iletemez. [15] Böylece yukarıda bir faz hızı c üzerindeki bir hızla sinyallerin yayılımını ima etmez. c. [16]

Yukarıdaki grup hızları c Düzenle

Bir dalganın grup hızı da aşabilir c bazı durumlarda. [17] [18] Tipik olarak aynı zamanda yoğunluğun hızlı bir şekilde azaltılmasını içeren bu gibi durumlarda, bir darbe zarfının maksimumu, yukarıdaki bir hızla hareket edebilir. c. Ancak bu durum bile sinyallerin hızının üstünde bir hızla yayıldığı anlamına gelmez. c, [19] nabız maksimumunu sinyallerle ilişkilendirmek cazip gelse de. İkinci ilişkinin yanıltıcı olduğu gösterilmiştir, çünkü bir darbenin gelişiyle ilgili bilgi, darbe maksimumu ulaşmadan önce elde edilebilir. Örneğin, bir mekanizma, darbe maksimumunu ve arkasındaki her şeyi (bozulma) güçlü bir şekilde azaltırken bir darbenin önde gelen kısmının tam iletimine izin veriyorsa, darbe maksimum değeri etkin bir şekilde zamanda ileriye kaydırılırken, darbe hakkındaki bilgi daha hızlı gelmez. daha c bu etki olmadan. [20] Bununla birlikte, grup hızı aşabilir c Gauss huzmesinin bazı kısımlarında vakumda (zayıflama olmadan). Kırınım, darbenin tepe noktasının daha hızlı yayılmasına neden olurken, genel güç bunu yapmaz. [21]

Evrensel genişleme Düzenle

Bu galaksilerin hızlarını hesaplamak için uygun mesafe ve kozmolojik zaman kullanılırsa, evrenin genişlemesi uzak galaksilerin bizden ışık hızından daha hızlı uzaklaşmasına neden olur. Bununla birlikte, genel görelilikte hız yerel bir kavramdır, bu nedenle birlikte hareket eden koordinatlar kullanılarak hesaplanan hızın, yerel olarak hesaplanan hız ile basit bir ilişkisi yoktur. [25] (Kozmolojideki farklı 'hız' kavramlarının bir tartışması için bkz. Birlikte hareket etme ve uygun mesafeler.) Göreli hızların ışık hızını geçemeyeceği kuralı gibi, özel görelilikteki göreli hızlara uygulanan kurallar, genellikle galaksiler arasındaki "uzay genişlemesi" olarak tanımlanan, birlikte hareket eden koordinatlardaki göreli hızlar için geçerlidir. Bu genişleme hızının, Büyük Patlama'dan sonraki saniyenin çok küçük bir bölümünde meydana geldiği düşünülen şişirme çağında zirvede olduğu düşünülmektedir (modeller, dönemin Büyük Patlama'dan sonra yaklaşık 10 -36 saniye olacağını öne sürmektedir). 10 −33 saniye), evrenin hızla yaklaşık 10 20 ila 10 30 oranında genişlemiş olabileceği zaman. [26]

1.4 veya daha yüksek kırmızıya kayma sayılarına sahip teleskoplarda görülebilen birçok gökada vardır. Bunların hepsi şu anda bizden ışık hızından daha yüksek hızlarda uzaklaşıyor. Hubble parametresi zamanla azaldığından, bizden ışıktan daha hızlı uzaklaşan bir galaksinin sonunda bize ulaşan bir sinyal yaymayı başardığı durumlar olabilir. [27] [28] [29]

Bununla birlikte, evrenin genişlemesi hızlandığı için, çoğu galaksinin, o noktadan sonra yaydıkları herhangi bir ışığın sonsuz gelecekte hiçbir zaman bize asla ulaşamayacağı bir tür kozmolojik olay ufkunu geçeceği tahmin edilmektedir. 30] çünkü ışık asla bize doğru "özgün hızının" bizden uzaktaki genişleme hızını aştığı bir noktaya ulaşmaz (bu iki hız kavramı Comoving ve uygun mesafeler#Uygun mesafenin kullanımları bölümünde de tartışılmaktadır). Bu kozmolojik olay ufkuna olan mevcut mesafe yaklaşık 16 milyar ışıkyılı, yani şu anda meydana gelen bir olaydan gelen bir sinyal, olay 16 milyar ışıkyılı uzaklıkta olsaydı, gelecekte bize ulaşabilecekti, ancak olay 16 milyar ışıkyılı uzaklıkta olsaydı sinyal bize asla ulaşamazdı. [28]

Astronomik gözlemler Düzenle

Birçok radyo galaksisinde, blazarlarda, kuasarlarda ve son zamanlarda mikrokuasarlarda görünür süperlüminal hareket gözlenir. Etki, Martin Rees tarafından gözlemlenmeden önce tahmin edilmişti. açıklama gerekli ] ve kısmen gözlemci yönünde hareket eden cismin neden olduğu optik bir yanılsama olarak açıklanabilir, [31] hız hesaplamaları öyle olmadığını varsaydığında. Bu fenomen, özel görelilik teorisiyle çelişmez. Düzeltilmiş hesaplamalar, bu nesnelerin ışık hızına yakın hızlara sahip olduğunu göstermektedir (referans çerçevemize göre). Işık hızına yakın bir hızla hareket eden büyük miktarda kütlenin ilk örnekleridir. [32] Dünyaya bağlı laboratuvarlar, yalnızca az sayıda temel parçacığı bu hızlara çıkarabildi.

Kuantum mekaniği Düzenle

Kuantum mekaniğindeki kuantum dolaşıklığı gibi belirli fenomenler, bilgi iletişiminin ışıktan daha hızlı olmasına izin veren yüzeysel bir izlenim verebilir. İletişimsizlik teoremine göre, bu fenomenler gerçek iletişime izin vermezler, sadece farklı yerlerdeki iki gözlemcinin aynı sistemi aynı anda görmelerine izin verirler, her ikisinin de gördüklerini kontrol etme yolu yoktur. Dalga fonksiyonunun çökmesi, bir sistemin dalga fonksiyonunun altta yatan yerel zaman evriminin bir etkisinden başka bir şey olmayan kuantum uyumsuzluğunun bir epifenomeni olarak görülebilir. herşey onun çevresinden. Altta yatan davranış yerel nedenselliği ihlal etmediği veya FTL iletişimine izin vermediği için, gerçek olsun veya olmasın dalga fonksiyonunun ek etkisinin de çökmediği sonucu çıkar. veya belirgin.

Belirsizlik ilkesi, tek tek fotonların, kısa mesafeler için, normalden biraz daha hızlı (veya daha yavaş) hızlarda seyahat edebileceği anlamına gelir. c, boşlukta bile, parçacık etkileşimi için Feynman diyagramları sıralanırken bu olasılık dikkate alınmalıdır. [33] Bununla birlikte, 2011'de tek bir fotonun daha hızlı hareket edemeyeceği gösterildi. c. [34] Kuantum mekaniğinde, sanal parçacıklar ışıktan daha hızlı hareket edebilir ve bu fenomen, statik alan etkilerinin (kuantum terimleriyle sanal parçacıkların aracılık ettiği) ışıktan daha hızlı hareket edebilmesiyle ilgilidir (yukarıdaki statik alanlar bölümüne bakınız). ). Bununla birlikte, makroskopik olarak bu dalgalanmaların ortalaması alınır, böylece fotonlar uzun (yani kuantum olmayan) mesafelerde düz çizgiler halinde seyahat ederler ve ortalama olarak ışık hızında hareket ederler. Bu nedenle, bu, süperluminal bilgi iletimi olasılığını ima etmez.

Optikte ışıktan daha hızlı iletimle ilgili popüler basında çeşitli raporlar var - çoğu zaman bir tür kuantum tünelleme fenomeni bağlamında. Usually, such reports deal with a phase velocity or group velocity faster than the vacuum velocity of light. [35] [36] However, as stated above, a superluminal phase velocity cannot be used for faster-than-light transmission of information. [37] [38]

Hartman effect Edit

The Hartman effect is the tunneling effect through a barrier where the tunneling time tends to a constant for large barriers. [39] [40] This could, for instance, be the gap between two prisms. When the prisms are in contact, the light passes straight through, but when there is a gap, the light is refracted. There is a non-zero probability that the photon will tunnel across the gap rather than follow the refracted path. For large gaps between the prisms the tunnelling time approaches a constant and thus the photons appear to have crossed with a superluminal speed. [41]

However, the Hartman effect cannot actually be used to violate relativity by transmitting signals faster than c, because the tunnelling time "should not be linked to a velocity since evanescent waves do not propagate". [42] The evanescent waves in the Hartman effect are due to virtual particles and a non-propagating static field, as mentioned in the sections above for gravity and electromagnetism.

Casimir effect Edit

In physics, the Casimir–Polder force is a physical force exerted between separate objects due to resonance of vacuum energy in the intervening space between the objects. This is sometimes described in terms of virtual particles interacting with the objects, owing to the mathematical form of one possible way of calculating the strength of the effect. Because the strength of the force falls off rapidly with distance, it is only measurable when the distance between the objects is extremely small. Because the effect is due to virtual particles mediating a static field effect, it is subject to the comments about static fields discussed above.

EPR paradox Edit

The EPR paradox refers to a famous thought experiment of Albert Einstein, Boris Podolsky and Nathan Rosen that was realized experimentally for the first time by Alain Aspect in 1981 and 1982 in the Aspect experiment. In this experiment, the measurement of the state of one of the quantum systems of an entangled pair apparently instantaneously forces the other system (which may be distant) to be measured in the complementary state. However, no information can be transmitted this way the answer to whether or not the measurement actually affects the other quantum system comes down to which interpretation of quantum mechanics one subscribes to.

An experiment performed in 1997 by Nicolas Gisin has demonstrated non-local quantum correlations between particles separated by over 10 kilometers. [43] But as noted earlier, the non-local correlations seen in entanglement cannot actually be used to transmit classical information faster than light, so that relativistic causality is preserved. The situation is akin to sharing a synchronized coin flip, where the second person to flip their coin will always see the opposite of what the first person sees, but neither has any way of knowing whether they were the first or second flipper, without communicating classically. See No-communication theorem for further information. A 2008 quantum physics experiment also performed by Nicolas Gisin and his colleagues has determined that in any hypothetical non-local hidden-variable theory, the speed of the quantum non-local connection (what Einstein called "spooky action at a distance") is at least 10,000 times the speed of light. [44]

Delayed choice quantum eraser Edit

The delayed-choice quantum eraser is a version of the EPR paradox in which the observation (or not) of interference after the passage of a photon through a double slit experiment depends on the conditions of observation of a second photon entangled with the first. The characteristic of this experiment is that the observation of the second photon can take place at a later time than the observation of the first photon, [45] which may give the impression that the measurement of the later photons "retroactively" determines whether the earlier photons show interference or not, although the interference pattern can only be seen by correlating the measurements of both members of every pair and so it can't be observed until both photons have been measured, ensuring that an experimenter watching only the photons going through the slit does not obtain information about the other photons in an FTL or backwards-in-time manner. [46] [47]

Faster-than-light communication is, according to relativity, equivalent to time travel. What we measure as the speed of light in vacuum (or near vacuum) is actually the fundamental physical constant c. This means that all inertial and, for the coordinate speed of light, non-inertial observers, regardless of their relative velocity, will always measure zero-mass particles such as photons traveling at c in vacuum. This result means that measurements of time and velocity in different frames are no longer related simply by constant shifts, but are instead related by Poincaré transformations. These transformations have important implications:

  • The relativistic momentum of a massive particle would increase with speed in such a way that at the speed of light an object would have infinite momentum.
  • To accelerate an object of non-zero rest mass to c would require infinite time with any finite acceleration, or infinite acceleration for a finite amount of time.
  • Either way, such acceleration requires infinite energy.
  • Some observers with sub-light relative motion will disagree about which occurs first of any two events that are separated by a space-like interval. [48] In other words, any travel that is faster-than-light will be seen as traveling backwards in time in some other, equally valid, frames of reference, [49] or need to assume the speculative hypothesis of possible Lorentz violations at a presently unobserved scale (for instance the Planck scale). [kaynak belirtilmeli] Therefore, any theory which permits "true" FTL also has to cope with time travel and all its associated paradoxes, [50] or else to assume the Lorentz invariance to be a symmetry of thermodynamical statistical nature (hence a symmetry broken at some presently unobserved scale).
  • In special relativity the coordinate speed of light is only guaranteed to be c in an inertial frame in a non-inertial frame the coordinate speed may be different from c. [51] In general relativity no coordinate system on a large region of curved spacetime is "inertial", so it is permissible to use a global coordinate system where objects travel faster than c, but in the local neighborhood of any point in curved spacetime we can define a "local inertial frame" and the local speed of light will be c in this frame, [52] with massive objects moving through this local neighborhood always having a speed less than c in the local inertial frame.

Casimir vacuum and quantum tunnelling Edit

Special relativity postulates that the speed of light in vacuum is invariant in inertial frames. That is, it will be the same from any frame of reference moving at a constant speed. The equations do not specify any particular value for the speed of light, which is an experimentally determined quantity for a fixed unit of length. Since 1983, the SI unit of length (the meter) has been defined using the speed of light.

The experimental determination has been made in vacuum. However, the vacuum we know is not the only possible vacuum which can exist. The vacuum has energy associated with it, called simply the vacuum energy, which could perhaps be altered in certain cases. [53] When vacuum energy is lowered, light itself has been predicted to go faster than the standard value c. This is known as the Scharnhorst effect. Such a vacuum can be produced by bringing two perfectly smooth metal plates together at near atomic diameter spacing. It is called a Casimir vacuum. Calculations imply that light will go faster in such a vacuum by a minuscule amount: a photon traveling between two plates that are 1 micrometer apart would increase the photon's speed by only about one part in 10 36 . [54] Accordingly, there has as yet been no experimental verification of the prediction. A recent analysis [55] argued that the Scharnhorst effect cannot be used to send information backwards in time with a single set of plates since the plates' rest frame would define a "preferred frame" for FTL signalling. However, with multiple pairs of plates in motion relative to one another the authors noted that they had no arguments that could "guarantee the total absence of causality violations", and invoked Hawking's speculative chronology protection conjecture which suggests that feedback loops of virtual particles would create "uncontrollable singularities in the renormalized quantum stress-energy" on the boundary of any potential time machine, and thus would require a theory of quantum gravity to fully analyze. Other authors argue that Scharnhorst's original analysis, which seemed to show the possibility of faster-than-c signals, involved approximations which may be incorrect, so that it is not clear whether this effect could actually increase signal speed at all. [56]

The physicists Günter Nimtz and Alfons Stahlhofen, of the University of Cologne, claim to have violated relativity experimentally by transmitting photons faster than the speed of light. [41] They say they have conducted an experiment in which microwave photons — relatively low-energy packets of light — travelled "instantaneously" between a pair of prisms that had been moved up to 3 ft (1 m) apart. Their experiment involved an optical phenomenon known as "evanescent modes", and they claim that since evanescent modes have an imaginary wave number, they represent a "mathematical analogy" to quantum tunnelling. [41] Nimtz has also claimed that "evanescent modes are not fully describable by the Maxwell equations and quantum mechanics have to be taken into consideration." [57] Other scientists such as Herbert G. Winful and Robert Helling have argued that in fact there is nothing quantum-mechanical about Nimtz's experiments, and that the results can be fully predicted by the equations of classical electromagnetism (Maxwell's equations). [58] [59]

Nimtz told New Scientist magazine: "For the time being, this is the only violation of special relativity that I know of." However, other physicists say that this phenomenon does not allow information to be transmitted faster than light. Aephraim Steinberg, a quantum optics expert at the University of Toronto, Canada, uses the analogy of a train traveling from Chicago to New York, but dropping off train cars from the tail at each station along the way, so that the center of the ever-shrinking main train moves forward at each stop in this way, the speed of the center of the train exceeds the speed of any of the individual cars. [60]

Winful argues that the train analogy is a variant of the "reshaping argument" for superluminal tunneling velocities, but he goes on to say that this argument is not actually supported by experiment or simulations, which actually show that the transmitted pulse has the same length and shape as the incident pulse. [58] Instead, Winful argues that the group delay in tunneling is not actually the transit time for the pulse (whose spatial length must be greater than the barrier length in order for its spectrum to be narrow enough to allow tunneling), but is instead the lifetime of the energy stored in a standing wave which forms inside the barrier. Since the stored energy in the barrier is less than the energy stored in a barrier-free region of the same length due to destructive interference, the group delay for the energy to escape the barrier region is shorter than it would be in free space, which according to Winful is the explanation for apparently superluminal tunneling. [61] [62]

A number of authors have published papers disputing Nimtz's claim that Einstein causality is violated by his experiments, and there are many other papers in the literature discussing why quantum tunneling is not thought to violate causality. [63]

It was later claimed by Eckle et al. that particle tunneling does indeed occur in zero real time. [64] Their tests involved tunneling electrons, where the group argued a relativistic prediction for tunneling time should be 500–600 attoseconds (an attosecond is one quintillionth (10 −18 ) of a second). All that could be measured was 24 attoseconds, which is the limit of the test accuracy. Again, though, other physicists believe that tunneling experiments in which particles appear to spend anomalously short times inside the barrier are in fact fully compatible with relativity, although there is disagreement about whether the explanation involves reshaping of the wave packet or other effects. [61] [62] [65]

Give up (absolute) relativity Edit

Because of the strong empirical support for special relativity, any modifications to it must necessarily be quite subtle and difficult to measure. The best-known attempt is doubly special relativity, which posits that the Planck length is also the same in all reference frames, and is associated with the work of Giovanni Amelino-Camelia and João Magueijo. [66] [67] There are speculative theories that claim inertia is produced by the combined mass of the universe (e.g., Mach's principle), which implies that the rest frame of the universe might be preferred by conventional measurements of natural law. If confirmed, this would imply special relativity is an approximation to a more general theory, but since the relevant comparison would (by definition) be outside the observable universe, it is difficult to imagine (much less construct) experiments to test this hypothesis. Despite this difficulty, such experiments have been proposed. [68]

Spacetime distortion Edit

Although the theory of special relativity forbids objects to have a relative velocity greater than light speed, and general relativity reduces to special relativity in a local sense (in small regions of spacetime where curvature is negligible), general relativity does allow the space between distant objects to expand in such a way that they have a "recession velocity" which exceeds the speed of light, and it is thought that galaxies which are at a distance of more than about 14 billion light-years from us today have a recession velocity which is faster than light. [69] Miguel Alcubierre theorized that it would be possible to create a warp drive, in which a ship would be enclosed in a "warp bubble" where the space at the front of the bubble is rapidly contracting and the space at the back is rapidly expanding, with the result that the bubble can reach a distant destination much faster than a light beam moving outside the bubble, but without objects inside the bubble locally traveling faster than light. [70] However, several objections raised against the Alcubierre drive appear to rule out the possibility of actually using it in any practical fashion. Another possibility predicted by general relativity is the traversable wormhole, which could create a shortcut between arbitrarily distant points in space. As with the Alcubierre drive, travelers moving through the wormhole would not yerel olarak move faster than light travelling through the wormhole alongside them, but they would be able to reach their destination (and return to their starting location) faster than light traveling outside the wormhole.

Gerald Cleaver and Richard Obousy, a professor and student of Baylor University, theorized that manipulating the extra spatial dimensions of string theory around a spaceship with an extremely large amount of energy would create a "bubble" that could cause the ship to travel faster than the speed of light. To create this bubble, the physicists believe manipulating the 10th spatial dimension would alter the dark energy in three large spatial dimensions: height, width and length. Cleaver said positive dark energy is currently responsible for speeding up the expansion rate of our universe as time moves on. [71]

Lorentz symmetry violation Edit

The possibility that Lorentz symmetry may be violated has been seriously considered in the last two decades, particularly after the development of a realistic effective field theory that describes this possible violation, the so-called Standard-Model Extension. [72] [73] [74] This general framework has allowed experimental searches by ultra-high energy cosmic-ray experiments [75] and a wide variety of experiments in gravity, electrons, protons, neutrons, neutrinos, mesons, and photons. [76] The breaking of rotation and boost invariance causes direction dependence in the theory as well as unconventional energy dependence that introduces novel effects, including Lorentz-violating neutrino oscillations and modifications to the dispersion relations of different particle species, which naturally could make particles move faster than light.

In some models of broken Lorentz symmetry, it is postulated that the symmetry is still built into the most fundamental laws of physics, but that spontaneous symmetry breaking of Lorentz invariance [77] shortly after the Big Bang could have left a "relic field" throughout the universe which causes particles to behave differently depending on their velocity relative to the field [78] however, there are also some models where Lorentz symmetry is broken in a more fundamental way. If Lorentz symmetry can cease to be a fundamental symmetry at the Planck scale or at some other fundamental scale, it is conceivable that particles with a critical speed different from the speed of light be the ultimate constituents of matter.

In current models of Lorentz symmetry violation, the phenomenological parameters are expected to be energy-dependent. Therefore, as widely recognized, [79] [80] existing low-energy bounds cannot be applied to high-energy phenomena however, many searches for Lorentz violation at high energies have been carried out using the Standard-Model Extension. [76] Lorentz symmetry violation is expected to become stronger as one gets closer to the fundamental scale.

Superfluid theories of physical vacuum Edit

In this approach the physical vacuum is viewed as a quantum superfluid which is essentially non-relativistic whereas Lorentz symmetry is not an exact symmetry of nature but rather the approximate description valid only for the small fluctuations of the superfluid background. [81] Within the framework of the approach a theory was proposed in which the physical vacuum is conjectured to be a quantum Bose liquid whose ground-state wavefunction is described by the logarithmic Schrödinger equation. It was shown that the relativistic gravitational interaction arises as the small-amplitude collective excitation mode [82] whereas relativistic elementary particles can be described by the particle-like modes in the limit of low momenta. [83] The important fact is that at very high velocities the behavior of the particle-like modes becomes distinct from the relativistic one - they can reach the speed of light limit at finite energy also, faster-than-light propagation is possible without requiring moving objects to have imaginary mass. [84] [85]

MINOS experiment Edit

In 2007 the MINOS collaboration reported results measuring the flight-time of 3 GeV neutrinos yielding a speed exceeding that of light by 1.8-sigma significance. [86] However, those measurements were considered to be statistically consistent with neutrinos traveling at the speed of light. [87] After the detectors for the project were upgraded in 2012, MINOS corrected their initial result and found agreement with the speed of light. Further measurements are going to be conducted. [88]

OPERA neutrino anomaly Edit

On September 22, 2011, a preprint [89] from the OPERA Collaboration indicated detection of 17 and 28 GeV muon neutrinos, sent 730 kilometers (454 miles) from CERN near Geneva, Switzerland to the Gran Sasso National Laboratory in Italy, traveling faster than light by a relative amount of 2.48 × 10 −5 (approximately 1 in 40,000), a statistic with 6.0-sigma significance. [90] On 17 November 2011, a second follow-up experiment by OPERA scientists confirmed their initial results. [91] [92] However, scientists were skeptical about the results of these experiments, the significance of which was disputed. [93] In March 2012, the ICARUS collaboration failed to reproduce the OPERA results with their equipment, detecting neutrino travel time from CERN to the Gran Sasso National Laboratory indistinguishable from the speed of light. [94] Later the OPERA team reported two flaws in their equipment set-up that had caused errors far outside their original confidence interval: a fiber optic cable attached improperly, which caused the apparently faster-than-light measurements, and a clock oscillator ticking too fast. [95]

In special relativity, it is impossible to accelerate an object için the speed of light, or for a massive object to move de the speed of light. However, it might be possible for an object to exist which her zaman moves faster than light. The hypothetical elementary particles with this property are called tachyons or tachyonic particles. Attempts to quantize them failed to produce faster-than-light particles, and instead illustrated that their presence leads to an instability. [96] [97]

Various theorists have suggested that the neutrino might have a tachyonic nature, [98] [99] [100] [101] while others have disputed the possibility. [102]

General relativity was developed after special relativity to include concepts like gravity. It maintains the principle that no object can accelerate to the speed of light in the reference frame of any coincident observer. [ kaynak belirtilmeli ] However, it permits distortions in spacetime that allow an object to move faster than light from the point of view of a distant observer. [ kaynak belirtilmeli ] One such distortion is the Alcubierre drive, which can be thought of as producing a ripple in spacetime that carries an object along with it. Another possible system is the wormhole, which connects two distant locations as though by a shortcut. Both distortions would need to create a very strong curvature in a highly localized region of space-time and their gravity fields would be immense. To counteract the unstable nature, and prevent the distortions from collapsing under their own 'weight', one would need to introduce hypothetical exotic matter or negative energy.

General relativity also recognizes that any means of faster-than-light travel could also be used for time travel. This raises problems with causality. Many physicists believe that the above phenomena are impossible and that future theories of gravity will prohibit them. One theory states that stable wormholes are possible, but that any attempt to use a network of wormholes to violate causality would result in their decay. [ kaynak belirtilmeli ] In string theory, Eric G. Gimon and Petr Hořava have argued [103] that in a supersymmetric five-dimensional Gödel universe, quantum corrections to general relativity effectively cut off regions of spacetime with causality-violating closed timelike curves. In particular, in the quantum theory a smeared supertube is present that cuts the spacetime in such a way that, although in the full spacetime a closed timelike curve passed through every point, no complete curves exist on the interior region bounded by the tube.


Warp Drive Technology

Many science fiction fans, especially "Star Trek" fans, are well aware of warp drive technology. But it is nowhere near what we are technologically able to do today. However, recently a team of engineers proposed what could be a first proposal for a physical warp drive, breaking the laws of physics.

In theory, warp drives are supposed to morph, bend, and change the shape of the space-time continuum in order to exaggerate differences in distance and time, under the right conditions, this should allow space travelers to travel past the speed of light and move across distances in an instant.

More than a century ago a Mexican theoretical physicist proposed a spacecraft that would be powered by an Alcubierre drive in order to achieve faster than light travel. However, the design required an abundant amount of negative energy in one place that wasn't possible according to physics.

In the study published in the journal Classical and Quantum Gravity, entitled "Introducing physical warp drives" engineers looked into the plausibility of several other classes of warp drives. But the model has its own set of limitations.

For a warp drive to be able to generate enough negative energy, it needs a huge amount of matter. According to the Alcubierre estimations, a warp drive travelling 100-meters would require the mass of the entire visible universe to work.


Introducing Warp Drive Or Faster-Than-Light Space Travel

If we ever want to explore space or even travel seamlessly between stars, then we certainly need much faster transport, something that moves even faster than light. But so far, this has only been possible in sci-fi stories. But isn't fiction based on certain ounces of reality?

Star Trek fans know that characters here use warp drive technology to speed across galaxies and stars. But warp drive is still possible only on paper and practical enactments have been restricted to fiction only. However, back in March, researchers claimed to have overcome some of the major challenges in the theory of warp drives bringing it closer to reality.


When space expanded faster-than-light

Artist’s illustration of cosmic inflation via scienceblogs.com

From its orbit 930,000 miles (1.5 million km) above Earth, the Planck satellite spent more than four years detecting the cosmic microwave background – a fossil from the Big Bang that fills every part of the sky and offers a glimpse of what the universe looked like in its infancy. Planck’s observations of this relic radiation shed light on everything from the evolution of the universe to the nature of dark matter. In early February 2015, Planck released new maps of the cosmic microwave background supporting the theory of cosmic inflation, the idea that, in the moments following the Big Bang, space expanded faster than the speed of light, growing from smaller than a proton to an enormity that defies comprehension. Kelen Tuttle of the Kavli Foundation recently spoke with Dr. George Efstathiou, director of the Kavli Institute for Cosmology at the University of Cambridge and one of the leaders of the Planck mission, to understand Planck’s latest results and their implications for the theory of inflation. You’ll find an edited transcript of that interview below.

In addition, Kavli will offer a live webcast on February 18, 2015 with Efstathiou and two other prominent scientists on the subject of cosmic inflation. Love cosmology? Submit a question for the upcoming webcast at [email protected] or on Twitter use the hashtag #KavliLive.

George Efstathiou

THE KAVLI FOUNDATION: In 2013 and now this year, Planck provided very strong experimental evidence supporting the theory that the universe went through a mindbogglingly rapid expansion in its very first moments. Can you elaborate on the latest findings and why they’re important?

GEORGE EFSTATHIOU: Inflation – the theory that the early universe expanded incredibly rapidly in its first moments – makes a number of generic predictions. For example, the geometry of the universe should be very close to flat, and this should be reflected in fluctuations we see in the cosmic microwave background light. With the first Planck data, which we released in 2013, we verified some aspects of this model to pretty high precision by looking at the temperature of the cosmic microwave background across the sky. With the 2015 release, we improved the precision of those temperature measurements and also added accurate measurements of a twisting pattern in the cosmic microwave background called polarization. These polarization measurements are really important in telling us what the fabric of space was like in the early universe.

You see, there are several possibilities. For example, in some models motivated by higher-dimensional theories such as string theory, “cosmic strings” can be produced in the early universe, and these would generate a different type of fluctuation pattern. We see no evidence for cosmic strings or other types of cosmic defect. What we found is that everything is consistent – with a very high precision – with simple inflationary models. So, for example, we now can say that the universe is spatially flat to a precision of about half a percent. That’s a substantial improvement over what we knew before Planck.

The European Space Agency’s Planck space telescope was launched in 2009. During its four-year mission, it observed variations in the cosmic microwave background across the entire sky. The first all-sky map was released in March 2013 and the second, more detailed, map was released in February 2015. The mission’s successes include determining that the universe is slightly older than thought mapping the early universe’s subtle fluctuations in temperature and polarization, which eventually gave rise to the structure we see today and confirming that 26 percent of the universe comprises dark matter. Image via ESA

TKF: You’ve called the theory of cosmic inflation a cartoon of a theory. What did you mean by that?

EFSTATHIOU: We don’t yet understand the fundamental physics that drove inflation, and we certainly don’t understand the details of how it worked. The simplest model of inflation requires that the early universe contained what’s called a scalar field. This field permeates all of space and is responsible for causing space to expand faster than the speed of light. And, as with all quantum fields, it contains quantum fluctuations. It’s those tiny quantum fluctuations that, once they were stretched in size during inflation, generated the structure that we see across the Universe today – all of the galaxies and stars and planets. That’s a simple model of inflation.
Now, what is that field exactly? We don’t know. There are many theories out there, but really they’re all just guesses. That’s why I called it a cartoon of a theory – because we don’t understand how inflation works in any fundamental sense. What we need is better experimental data that tells us what the early universe looked like and hopefully this will point us toward a fundamental theory of inflation.

TKF: Does that mean the next steps are experimental as opposed to theoretical?

EFSTATHIOU: That is a very interesting question. In my mind, real progress will require experiments, because the very early universe involves energy scales so much higher than anything we’ve been able to test in laboratory experiments here on Earth. When you make such a very big leap, you don’t really know what things look like. That leaves open lots and lots of possibilities. For example, the extra dimensions predicted by string theory are hidden from us – so we don’t experience them. They must be very small and “compactified” in some way – but how, we don’t know. So from the theory point of view, there are just too many options right now. Also, in cosmology, we’re talking about highly dynamic situations. Everything is changing very rapidly and that’s also difficult to analyze theoretically. There’s always the possibility that some tremendous new theoretical insight will narrow down the options.

But I think that we need to do experiments – if we can – that narrow down the options experimentally. If we detected gravitational waves, which are ripples in the curvature of space-time, that measurement would narrow down the options a lot. It would tell us the energy scale of inflation. What’s more, any detectable level of gravitational waves would establish an empirical link with quantum gravity. Quantum gravity, which would align the force of gravity with the principles of quantum mechanics, is a very important experimental target, one that is possible to reach with high precision experiments. I think that would be the most likely experimental development that could actually make contact with physics at the very high energy scales of the early universe.

This map, captured by ESA’s Planck space telescope, reveals the Milky Way galaxy. Gas appears in yellow, radiation in blue and green, and several types of dust are shown in red. Image via ESA/NASA/JPL-Caltech

TKF: One of the most publicized new revelations from Planck is evidence the first stars in the universe started to shine about 550 million years after the Big Bang – which means they are younger by about 100 million years than previously thought. How could we have gotten this so wrong?

EFSTATHIOU: You know, I’m not so keen on claiming this as a great scientific achievement by Planck – but it is interesting. To explain why, I need to give you a little background. At the end of inflation, we know that the universe became very, very hot. Since then, as the universe expanded, it cooled down. And when the universe was 400,000 years old, the temperature was low enough that electrons and protons could combine to form neutral hydrogen. So at that time, the universe was neutral and pretty uniform.

We can see quasars – very bright compact regions at the centers of distant galaxies – that existed back when the universe was about 840 million years old. That’s really very young compared to its 13.8 billion years today. Back then, if the universe had been filled with neutral hydrogen, that hydrogen would have absorbed quasar light at short wavelengths and we wouldn’t be able to see it in our measurements today. So because we can see this light from these quasars, we know that when the universe was 840 million years old, it was no longer neutral. Sometime between the Universe being 400,000 years old and 840 million years old, energy must have been injected into the gas to change this. So the question is, where did that energy come from?

Well, it must be that stars formed and started to release energy. Now, looking at the deepest images from the Hubble Space Telescope, we can see some of these very early stars. But from the stars we see, it wouldn’t be possible to release enough energy to ionize the hydrogen by the time the universe was 420 million years old – as was suggested by previous measurements of the cosmic microwave background made with the Wilkinson Microwave Anisotrophy Probe – or WMAP – satellite. Now, with the Planck measurements, we’re saying that it happened a bit later, at 560 million years. That difference of about 140 million years may not sound like a lot, but it now brings all of our observations into alignment.

This is a very, very difficult measurement to make – it’s a very small signal hidden behind a lot of contamination from our own Milky Way. You have to dig out the real signal from all this noise. With Planck, we were for the first time able to make this measurement using the Planck data in two different ways. Why I’m not so keen on it as a real highlight from Planck is that there’s absolutely nothing wrong with the previous measurements. The WMAP observations are perfectly fine, but if you take their maps, and correct for contamination by the Milky Way, then you get the same answers as the Planck results. So everything is consistent in the end.

The Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2 (BICEP2) experiment, shown here in the foreground, studies the cosmic microwave background from the South Pole, where cold, dry air allows for clear observations of the sky. In March 2014, the BICEP2 team announced that they had seen evidence of gravitational waves, offering what seemed to be “smoking gun” evidence of inflation. Although a Planck-BICEP2 joint analysis has since shown that dust in the Milky Way had mimicked the signal expected from gravitational waves, future experiments may yet discover these long-sought waves. The project was funded by $2.3 million from W. M. Keck Foundation, as well as funding from the National Science Foundation, the Gordon and Betty Moore Foundation, the James and Nelly Kilroy Foundation and the Barzan Foundation.
Image via Steffen Richter, Harvard University

TKF: The Planck results are also helping us understand dark matter, the mysterious substance that makes up 20 percent of the universe yet has yet to be well understood. What exactly have we learned about dark matter from Planck?

EFSTATHIOU: What do we know? Really, we’re still a long way from understanding dark matter. The leading candidate is a type of particle predicted by supersymmetry. That theory predicts a partner particle for each particle that we already know. But if that theory is true, supersymmetric particles should appear in collisions at the Large Hadron Collider. So far, they haven’t. So dark matter is still unknown.

Planck has detected no signal of dark matter. Supersymmetry predicts that dark matter particles should occasionally interact with other dark matter particles and produce a flash of energy – a process called annihilation. But we don’t see it. That’s really not all that surprising. It’s easy to hide. So that’s something that future cosmic microwave background experiments might be able to see. But we haven’t seen any signs of annihilating dark matter from Planck.

We have looked also very carefully at neutrinos – tiny, ubiquitous particles we know come in three types. As far as well can tell, there are no other types of neutrinos that could help account for some of the dark matter. People are also still trying to determine the mass of these three neutrinos. We know from other experiments the least mass that these three particles could have. Planck has now set a limit on the most mass that they could possibly have. We’re narrowing down the options, and will hopefully soon learn their exact mass. Neutrinos are some of the most mysterious particles in the universe, so this would be an important step toward understanding them.
Some theorists have also suggested that dark matter and dark energy could interact in some way. As far as we can tell, dark energy is completely constant – so there’s no evidence that it interacts with dark matter.

TKF: We would be remiss if we didn’t talk a bit more about gravitational waves. Last March, another experimental team called BICEP2 announced that they had seen evidence of gravitational waves in their observations of the very early universe. Then, just a few weeks ago, joint analysis of that data carried out by members of both Planck and BICEP2 revealed that unidentified gas and dust had contaminated the data, and that gravitational waves remain undiscovered. What does this mean for future hopes of discovering gravitational waves?

EFSTATHIOU: When the BICEP2 team announced their result, I was really shocked. The signal they detected was really big. We had already done an analysis based on the Planck 2013 data, and we had set a limit on how big the signal could be. And BICEP2’s measurements were about twice as big as that. So if BICEP2 really had detected gravitational waves, there would need to be some really strange and unexpected physics at work for us to get such different results.

The BICEP2 group knows what it’s doing – these guys are as good as any group in the world. And they’ve been working on various versions of this experiment for 7 or 8 years. So from the experimental side, the data is beautiful. They clearly detected something.

That something could have been gravitational waves, or it could have been intervening dust that confused their data. The BICEP2 experiment looks at a very small field of view, and Planck’s signal to noise is not very big. So we arranged to collaborate. Essentially, we improved the signal to noise on dust by cross-correlating their maps with ours. That showed that, as of yet, we still have no statistically significant evidence of gravitational waves. That resolves the conflict with the original Planck results. And, in the big picture, that’s a good thing. No really strange physics is needed to reconcile the two experiments.
So now we’re in a situation where we have a limit on the size of a gravitational wave signal, and that number is consistent with the Planck results. It doesn’t rule out gravitational waves by any means. If you look at the joint analysis, you see that there’s plenty of room for gravitational waves to be lurking there, just below the level we’ve set by combining the BICEP2 and Planck data. If that’s true, it shouldn’t take a very long time to dig it out. So there could be a very important development coming.


Videoyu izle: Čo by sa stalo, ak by sme dokázali letieť rýchlosťou svetla? (Ağustos 2022).