Перегляд вихідного коду сторінки Надсвітловий рух

{{Якір2|Визначення|'''Надсвітловий рух''' — [[Рух (механіка)|рух]] зі [[Швидкість|швидкістю]], що перевищує [[Швидкість світла|швидкість світла]] у вакуумі.}} Незважаючи на те, що відповідно до [[Спеціальна теорія відносності|спеціальної теорії відносності]] швидкість світла у вакуумі є максимально досяжною швидкістю поширення сигналів, а [[Енергія|енергія]] частинки позитивної маси прямує до нескінченності при наближенні її швидкості до швидкості світла, об'єкти, рух яких не пов'язано з перенесенням інформації (наприклад, [[Фаза (коливання)|фаза коливання]] в хвилі, [[Тінь|тінь]] або сонячний зайчик), можуть мати як завгодно велику швидкість.<ref name=ufn>{{Cite web |url=http://ufn.ru/ru/articles/1996/11/g/ |title=О сверхсветовых «зайчиках» |accessdate=4 листопада 2017 |archive-date=12 вересня 2017 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170912192730/https://ufn.ru/ru/articles/1996/11/g/ }}</ref><ref>{{Cite web |url=http://www.nkj.ru/archive/articles/5459/ |title=Возможна ли сверхсветовая скорость? |accessdate=4 листопада 2017 |archive-date=10 листопада 2017 |archive-url=https://web.archive.org/web/20171110150338/http://www.nkj.ru/archive/articles/5459/ }}</ref><ref>{{Cite web |url=http://www.festivalnauki.ru/statya/9496/chto-bystree-sveta-v-nashem-mire-chast-i |title=Что быстрее света в нашем мире? Часть I |accessdate=4 листопада 2017 |archive-date=29 червня 2020 |archive-url=https://web.archive.org/web/20200629141902/http://www.festivalnauki.ru/statya/9496/chto-bystree-sveta-v-nashem-mire-chast-i }}</ref><ref>{{Cite web |url=http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/8697 |title=О возможности использования рентгеновских сверхсветовых «зайчиков» для проверки изотропии скорости света |accessdate=4 листопада 2017 |archive-date=20 вересня 2017 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170920134618/http://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/8697 }}</ref>.

==Визначення надсвітлової швидкості матеріальної точки==
В (локально) [[Інерційна система відліку|інерційній системі відліку]] з початком <math>O</math> розглянемо матеріальну точку, яка в момент часу <math>t_0</math> знаходиться в <math>O</math>. Швидкість цієї точки ми називаємо ''надсвітловою'' в момент <math>t_0</math>, якщо виконується нерівність:
: <math>v(t_0)> c</math>
де:
* <math>v(t)\equiv\frac{d }{d t}s(t)</math>;
* <math> c</math> — [[швидкість світла]] у вакуумі;
* <math>t</math> — час;
* <math>s(t)</math> — відстань від точки до <math>O</math>, що вимірюється у згаданій системі відліку.
[[Спеціальна теорія відносності]] (СТВ) накладає жорсткі обмеження на можливість надсвітлового руху тіл:
# якщо для розгону тіла з ненульовою масою спокою витрачена кінцева енергія, то тіло не зможе досягти надсвітлової швидкості (див., наприклад, рівняння (9.9)<ref>{{Книга:Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М.: Теория поля|1973}}</ref>);
# якщо всі інерціальні спостерігачі рівноправні (тобто за відсутності зовнішнього поля або викривлення простору), існування частинок (а також хвиль або якихось інших об'єктів, '''здатних переносити інформацію і енергію'''), що рухаються зі надсвітловою швидкістю і взаємодіючих звичайним чином з «досвітловою» матерією (тобто таких, що їх можна за бажанням випускати і приймати), тягне за собою причинні парадокси (такі, наприклад, як надсилання спостерігачем сигналу у власне минуле).

Існує безліч ситуацій (як серед виразно реальних, так і серед гіпотетичних), які не задовольняють умовам даного визначення, і на які, отже, не поширюються зазначені обмеження.

==Класична фізика==

===Сонячний зайчик, ножиці===

[[Світло]]ва пляма («сонячний зайчик») або, наприклад, точка перетину лез [[Гільйотина|гільйотинних ножиць]] можуть міняти положення з надсвітловою швидкістю<ref>''[[Маковецкий, Пётр Васильевич|Петр Маковецкий]]''. [http://n-t.ru/ri/mk/sk045.htm Смотри в корень!] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20171104185849/http://n-t.ru/ri/mk/sk045.htm |date=4 листопада 2017 }}</ref><ref name="Gibbs">{{cite journal |last=Gibbs |first=Philip |year=1997 |url=http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/FTL.html |title=Is Faster-Than-Light Travel or Communication Possible? |publisher=University of California, Riverside |accessdate=20 серпня 2008 |postscript=<!--None--> |journal= |archive-date=17 листопада 2009 |archive-url=https://www.webcitation.org/5lLRguF0I?url=http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/FTL.html }}</ref> <math>v</math>.
Але при цьому [[інформація]] і [[енергія]] [[Комунікація|передаються]] в напрямку, що не збігається з напрямком руху сонячного зайчика (зі швидкістю, меншою або рівною <math>c</math>), а на <math>v</math> обмеження, згадані вище{{перехід|#Визначення надсвітлової швидкості матеріальної точки|green}}, не поширюються<ref name="Gibbs" /><ref name="Wartheim">{{cite news |title=The Shadow Goes |author=Wertheim, M. |newspaper=New York Times |date=20 червня 2007 |url=https://www.nytimes.com/2007/06/20/opinion/20wertheim.html?_r=1&scp=1&sq='the%20shadow%20goes'&st=cse&oref=slogin |postscript=<!--None--> |accessdate=4 листопада 2017 |archive-date=7 листопада 2017 |archive-url=https://web.archive.org/web/20171107113750/http://www.nytimes.com/2007/06/20/opinion/20wertheim.html?_r=1&scp=1&sq='the%20shadow%20goes'&st=cse&oref=slogin }}</ref><ref>{{cite book |title=Four Decades of Scientific Explanation |first1=Wesley C. |last1=Salmon |publisher=University of Pittsburgh Pre |year=2006 |isbn=0-8229-5926-7 |page=107 |url=https://books.google.com/books?id=FHqOXCd06e8C |accessdate=4 листопада 2017 |archive-date=21 березня 2017 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170321033334/https://books.google.com/books?id=FHqOXCd06e8C }}, [https://books.google.com/books?id=FHqOXCd06e8C&pg=PA107 Extract of page 107] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170320223317/https://books.google.com/books?id=FHqOXCd06e8C&pg=PA107 |date=20 березня 2017 }}</ref><ref>{{cite book |title=The Wonderful World of Relativity: A Precise Guide for the General Reader |first1=Andrew |last1=Steane |publisher=Oxford University Press |year=2012 |isbn=0-19-969461-3 |page=180 |url=https://books.google.com/books?id=4m14K1PpJwMC |accessdate=4 листопада 2017 |archive-date=21 березня 2017 |archive-url=https://web.archive.org/web/20170321051642/https://books.google.com/books?id=4m14K1PpJwMC }}, [https://books.google.com/books?id=4m14K1PpJwMC&pg=PA180 Extract of page 180] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20170320230030/https://books.google.com/books?id=4m14K1PpJwMC&pg=PA180 |date=20 березня 2017 }}</ref>.

{{Hider|
title = ''Уявний експеримент 1'' |
content = 
Спробуємо передати якийсь сигнал з однієї точки екрану, по якому біжить зайчик, в іншу разом з цим зайчиком. Це, очевидно, не вдасться, оскільки, що б ми не робили з фотонами зайчика в першій точці, це ніяк не зможе вплинути (наприклад, погасити або зробити яскравішими) на фотони зайчика в іншій точці, яку він пройде (вони, на відміну від самого зайчика, рухаються до другої точки не від першої, а від ліхтаря).
|hidden=1
}}
{{Hider|
title = ''Уявний експеримент 2'' |
content = 
Дещо складніше справа йде у випадку з ножицями. Здавалося б, якщо ми в першій точці щось вставимо між лезами і заклинимо їх, точка перетину лез перестане рухатися, і спостерігач у другій точці отримає від нас [[сигнал]], що прийшов до нього швидше за світло. Однак насправді ми не зможемо, зупинивши лезо в точці 1, зупинити його відразу і в точці 2. Більш того, хвиля деформації ножиць, яка може привести до яких-небудь змін руху леза поблизу точки 2, поширюється по матеріалу ножиць зі швидкістю звуку в цьому матеріалі, яка завжди менша за швидкість світла.
|hidden=1
}}

Досить цікаво, що «зайчик», що рухався швидше за світло, виникає не тільки тоді, коли використовується обертове джерело світла з вузьким променем і екран на дуже великій відстані. Будь-яка, зокрема [[плоска хвиля|плоска]], світлова хвиля з більш-менш широким [[Фронт хвилі| фронтом]], падаючи на екран під кутом, в принципі, створює подібного «зайчика» (ступінь його вираженості, втім, визначається тим, наскільки різким є фронт хвилі), а відображену хвилю можна інтерпретувати як [[Черенковське випромінювання]] від «зайчиків», відповідних до кожного гребеня падаючої хвилі. 

У цьому сенсі такі об'єкти, як світловий «зайчик», цілком фізичні. Їх відмінність від звичайних полягає лише в тому, що вони не [[Перенесення інформації|переносять]] енергію або інформацію з собою, тобто стан «зайчика» в якийсь момент і в якомусь місці не є причиною його стану або взагалі появи потім в іншому місці екрана.

===Неінерціальні системи відліку===
В [[теоретична механіка|класичній механіці]]<ref>Класична механіка використовується і в даний час для опису матеріальних тіл, що рухаються зі швидкостями істотно меншими швидкості світла і розташованими поза істотними викривленнями простору-часу.</ref> час і простір вважаються абсолютними, а швидкість матеріальної точки визначається як
: <math>\vec V = \dot{\vec r} = \frac{d \vec r(t)}{dt}</math>
де <math>\vec r</math> — радіус-вектор матеріальної точки. Так, в обертовій системі координат (відліку)<ref>{{Cite web |url=http://edu.ioffe.ru/register/?doc=physica2%2Flect24.tex |title=Лекция № 24 по теоретической механике |accessdate=6 червня 2019 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20081009094856/http://edu.ioffe.ru/register/?doc=physica2%2Flect24.tex |archivedate=9 жовтня 2008 |deadurl=yes }}</ref>швидкість матеріальної точки дорівнює<ref>Данное уравнение теоретической механики из раздела «[[кинематика точки]]»</ref>:

: <math>\vec V = \dot{ \vec r_H} - [~\vec \Omega \times \vec r~] </math>
де:
* <math>\vec r_H</math> — радіус-вектор в необертовій системі координат;
* <math>\vec \Omega</math> — вектор кутової швидкості обертання системи координат.
Як видно з рівняння, в ''неінерціальній'' системі відліку, яка пов'язана з обертовим тілом, досить віддалені об'єкти можуть рухатися з як завгодно великою швидкістю, в тому числі зі швидкістю, що перевищує швидкість світла<ref>{{Cite web |url=http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/FTL.html#14 |title=FTL |accessdate=4 листопада 2017 |archive-date=17 листопада 2009 |archive-url=https://www.webcitation.org/5lLRguF0I?url=http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/FTL.html#14 }}</ref>: <math> |\vec V| > c </math>. Це не вступає в протиріччя зі сказаним в розділі «Визначення надсвітлової швидкості матеріальної точки»{{перехід|#Визначення надсвітлової швидкості матеріальної точки|green}}, так як
<math> | \vec V | \neq v </math>.
Наприклад, для системи координат, пов'язаної з головою людини, що знаходиться на Землі, швидкість руху [[Місяць | Місяця]] при звичайному повороті голови буде більшою за швидкість світла у вакуумі. У цій системі при повороті за невеликий час Місяць опише дугу з радіусом, приблизно рівним відстані між початком системи координат (головою) і Місяцем.

===Рух зі швидкістю, що перевищує швидкість світла в середовищі===
: ''Такий рух не є надсвітловим рухом (див. [[Надсвітловий рух#Визначення|визначення терміна]]).''
[[Файл:TrigaReactorCore.jpeg|right|thumb|200px|Випромінювання [[Черенковське випромінювання|Вавілова — Черенкова]] в охолоджуючій рідині ядерного реактора]]
Швидкість світла в середовищі завжди нижча за швидкість світла у вакуумі. Тому фізичні об'єкти можуть рухатися в середовищі зі швидкістю більшою за швидкість світла в середовищі, але меншою від швидкості світла у вакуумі. Так відбувається, наприклад, в охолоджуючій рідині ядерного реактора, коли через воду проходять електрони, вибиті гамма-квантами зі своїх орбіт, зі швидкістю більшою за швидкість світла у воді. При цьому завжди виникає [[Черенковське випромінювання|випромінювання Вавілова - Черенкова]].

==Загальна теорія відносності==

=== [[Розширення Всесвіту]] ===
В [[ЗТВ]] точкові тіла описуються [[Світлова лінія|світловими лініями]] в 4-вимірному викривленому [[Псевдоевклідів простір|псевдоевклідовому]] [[Простір-час|просторі-часі]]. Тому, власне кажучи, немає можливості приписати - канонічним чином - віддаленому тілу якусь «швидкість щодо спостерігача». Однак в деяких фізично важливих випадках зробити це все ж можна завдяки наявності «виділеного», «кращого» часу. Зокрема, у фрідмановському всесвіті часом <math>\tau</math> в подію <math>p</math> можна вважати власне час [[Галактика|галактики]], що знаходиться в <math>p</math>, що минув з моменту [[Великий вибух|Великого вибуху]].

Тоді відстанню <math>l</math> в момент <math>\tau_0</math> між двома галактиками <math>\gamma_1(\tau)</math> і <math>\gamma_2(\tau)</math> (ми позначили через <math>\gamma_{1,2}</math> їхні світлові лінії) можна назвати відстань між точками <math>\gamma_1(\tau_0)</math> і <math>\gamma_2(\tau_0)</math>, виміряну в 3-мірному рімановому просторі <math>\tau=\tau_0</math>. Відповідно, швидкістю розбігання цих двох галактик назвемо величину
: <math>U(\tau)\equiv\frac{d }{d \tau}l(\tau)</math>
[[Розширення Всесвіту|Всесвіт розширюється]] в тому сенсі, що так певна відстань між галактиками зростає з часом. Більш того, згідно з [[Закон Габбла|закону Габбла]], віддалені галактики, що перебувають на відстані більше <math>c/H</math> (де <math>H</math> — [[стала Габбла]], рівна {{nobr|67,80 ± 0,77 (км/с)/Мпк}}<ref>{{cite journal |author=P. A. R. Ade ''et al''. (Planck Collaboration) |title=Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific results |journal=[[Astronomy and Astrophysics]] |volume=1303 |pages=5062 |url=http://www.sciops.esa.int/index.php?project=PLANCK&page=Planck_Published_Papers |date=22 березня 2013 |arxiv=1303.5062 |bibcode=2013arXiv1303.5062P |doi=10.1051/0004-6361/201321529 |displayauthors=30 |accessdate=4 листопада 2017 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20130323234553/http://www.sciops.esa.int/index.php?project=PLANCK&page=Planck_Published_Papers |archivedate=23 березня 2013 |deadurl=yes }}</ref>), віддаляються одна від одної за швидкістю <math>U</math>, яка перевищує швидкість світла.

==Гіпотези==
===Надсвітлові частинки===
{{main|Тахіони}}

Гіпотетичні частинки тахіони, в разі їх існування, можуть рухатися швидше за світло. Вони не можуть передавати інформацію, інакше це суперечило б [[Принцип причинності|принципу причинності]].

У тлумаченні спеціальної теорії відносності, якщо вважати енергію і імпульс речовими числами, тахіон описується уявною масою. Швидкість тахіона не може бути менше швидкості світла, оскільки при цьому енергія б нескінченно збільшувалася.

Слід розрізняти тахіони (рухаються завжди швидше за світло і є або просто чисто класичними частинками, або досить специфічним типом збуджень тахіонного поля) і тахіонні поля (так само гіпотетичні). Справа в тому, що тахіонне поле (інші типи його порушень), в принципі, може переносити енергію і інформацію, проте, наскільки відомо, ці типи збуджень поширюються вже не швидше світла.

===Ефект Шарнгорста===
{{main|Ефект Шарнгорста}}

==Надсвітловий рух у фантастиці==
* [[Двигун викривлення]]
* [[Гіперпростір]]
* [[Нуль-перехід]]
* [[Телепортація]]

== Див. також ==
* [[Принцип причинності]]
* [[Спеціальна теорія відносності]]

==Примітки==
{{reflist}}

==Посилання==
* Надсвітлові [[Астрономічне радіоджерело|радіоджерела]]:
** ''Улановский Л. Э.'' Возможны ли скорости выше скорости света? «Земля и Вселенная», 1973, № 6, с. 36-38.
** [http://m.iopscience.iop.org/0143-0807/24/2/360 ''Falla D. F. et al.'', Superluminal light echoes in astronomy]
** [http://iopscience.iop.org/0031-9120/32/1/016;jsessionid=3885ACEC7A990F148BE154D3FD36FA63.c2 ''Laing R. A.'', Faster than light: superluminal motion and light echoes]
** [http://xxx.lanl.gov/pdf/astro-ph/0407478  ''Michal Chodorowski.'' Superluminal apparent motions in distant radio sources (англ)]
** [http://xxx.lanl.gov/pdf/astro-ph/0102083 ''Z. Q. Shen, D. R. Jiang, S. Kameno, Y. J. Chen.'' Superluminal motion in a compact steep spectrum radio source 3C 138]{{ref-en}}
* Викривлення метрики:
** [http://wmpt.narod.ru/theory/other/warp/warp.htm ''Miguel Alcubierre'' Пространственный движитель: сверхбыстрое перемещение в пределах Общей Теории Относительности (1994)]
** [http://arxiv.org/PS_cache/gr-qc/pdf/0603/0603060.pdf ''С. В. Красников.'' Сверхсветовые перемещения в (полу)классической ОТО]{{Недоступне посилання|date=липень 2019 |bot=InternetArchiveBot }}
** [http://www.sff.net/people/brian_a_hopkins/ftl.htm ''Brian A. Hopkins.'' FTL Travel:The Realities of an SF Cliche]{{ref-en}}
* Оптика:
** [http://www.eleceng.adelaide.edu.au/personal/dabbott/publications/PIE_withayachumnankul2010.pdf Withayachumnankul, W. et al. «A systemized view of superluminal wave propagation», ''Proceedings of the IEEE'', Vol. 98, No. 10, pp. 1775—1786, 2010.]
** [http://arxiv.org/pdf/physics/0012060.pdf ''A. Dogariu, A. Kuzmich, and L. J. Wang'' Transparent Anomalous Dispersion and Superluminal Light Pulse Propagation at a Negative Group Velocity]{{ref-en}}
** [http://xxx.lanl.gov/pdf/quant-ph/0601085.pdf ''Herbert G. Winful.'' The meaning of group delay in barrier tunneling: A re-examination of superluminal group velocities]{{ref-en}}
* Надсвітлові частинки:
** [http://www.veinik.ru/science/602/1/161.html ''Барашенков В. С.'' Антимир скоростей. Тахионы. («Химия и жизнь», 1975, № 3, стр. 11-16.)]
** [http://xxx.lanl.gov/pdf/hep-th/0201077.pdf ''Guang-jiong Ni'' There might be superluminal particles in nature]
** [http://xxx.lanl.gov/pdf/astro-ph/0407603.pdf ''Luis Gonzalez-Mestres'' Superluminal Particles, Cosmology and Cosmic-Ray Physics]
* Теоретична фізика
** [http://xxx.lanl.gov/pdf/gr-qc/0603024.pdf ''Daniela Mugnai'' Superluminal behavior and the Minkowski space-time]
** [http://xxx.lanl.gov/pdf/quant-ph/0507121.pdf ''Edward Gerjuoy, Andrew M. Sessler'' Popper’s Experiment and Superluminal Communication]
** [http://xxx.lanl.gov/pdf/quant-ph/0301100.pdf ''Giovanni Andrea Fantasia'' Superluminality in Quantum Theory]
* Науково-популярні статті:
** [http://astrogalaxy.ru/339.html ''А.Голубев'' Возможна ли сверхсветовая скорость? (Наука и жизнь, № 2, 2001)]
** [http://www.znanie-sila.ru/people/issue_92.html ''В. С. Барашенков'' И снова: свет быстрее света («ЗС» № 4/1997)]
** [http://www.utro.ru/articles/2008/08/22/761916.shtml Преодолеть скорость света стало возможным]
** [http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0905/0905.4146v4.pdf Superbradyons and some possible dark matter signatures]

[[Категорія:Теорія відносності]]
[[Категория:Вигадані технології]]
[[Категория:Швидкість]]
[[Категорія:Міжзоряна подорож]]