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Sylvère Maes

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Plus rapide que la lumière (aussi appelé superlumínico), Communication superlumínica et Voyage interestelar se rapportent à la propagation de information ou matière à une vitesse supérieure à c (vitesse de la lumière). Ce concept est part de la science fiction (au moins jusqu'à où la théorie actuelle permet comprendre l'univers), bien que il aussi est sujet d'études scientifiques actuelles.

Sommaire

Terminologie

Voyager plus rapide que la lumière

dans le contexte de cet article, plus rapide que la lumière se rapporte à transmettre information ou matière à une vitesse supérieure à c, qu'est une soutenue équivalente à la vitesse de la lumière en le vide, équivalent à environ 300.000 km/s. Ceci n'est pas égal à voyager plus rapide que la lumière parce que:

  • Quelques procès se propagent à des vitesses majeures à c, mais ne portent pas information (voir la section Apparemment plus rapide que la lumière de ce même article).
  • La lumière voyage à une vitesse donnée par c/n lorsque n'est pas en un vide, mais qu'il voyage en un moyen avec indice de refracción équivalent à n, en provoquant que la lumière se refracte; dans autres matériels une particule il peut voyager plus rapide que la lumière en dit moyen c/n (bien que toujours plus lent que c, ce que provoque Radiation de Cherenkov).

Aucun de ces phénomènes viole la Relativité spéciale ni il crée un problème de causalité, par ce que ils ne qualifient pas comme plus rapides que la lumière.

Possibilité de réalisation

Le voyage ou communication superluminales sont problématiques dans un univers consistant avec la Théorie de la Relativité d'Einstein. Dans un univers hypothétique où les Lois de Newton et les Transformations de Galilée sont exactes, le suivante serait vrai:

  • Les lois de la Physicienne sont les mêmes à n'importe quel cadre de référence, bien que quelques lois ils comprendraient terminologie qu'il implique la vitesse de dit cadre de référence
  • Les quantités mesurées en des différents cadres de référence ils se lient par les Transformations de Galilée, bien que pour quelques quantités la transformation sera plus compliquée que pour autrui
  • Les vitesses ils s'ajoutent de forme linéaire
  • dans un cadre de référence, un point x correspond à la trajectoire x-vt, où le cadre se meut à une vitesse relative (relative au cadre de référence originale) appelé v
  • N'y a pas rien fondamental sur la vitesse d'onde de la lumière
  • Tous les observateurs ils coïncident en

temps *La simultaneidad est un concept bien défini, dans celui qui tous les observateurs ils approuvent en que 2 événements n'importe qui sont simultané

Pourtant, d'accord à la Relativité Spéciale, ce que nous mesurons comme vitesse de la lumière en le vide est en réalité la soutenue physique c. Ceci signifie que tous les observateurs, sans importer son accélération ou vitesse relative, toujours verront que les particules de masse zéro (comme le photon ou le gravitón) voyagent à vitesse c. Ceci signifie que les mesures de temps et vitesse en des divers cadres déjà ne se lient pas par soutenus, mais par les Transformations de Poincaré, ce que à son tour implique que:

  • Pour accélérer un objet de masse diverse à zéro jusqu'à ce que boutique à c se préciserait temps infini avec accélération finita, ou accélération infinie avec temps finito
  • De n'importe quelle façon, telle accélération requiert énergie infinie. Aller au-delà de la lumière dans un espace homogéneo alors requerrait plus que infinie énergie, ce que est une notion irracional
  • Voyager plus rapide que la lumière dans un cadre de référence inercial équivaudrait à voyager vers derrière (ou il avance en dépenant du sens) dans le temps si se remarque depuis un cadre referencial divers, mais également valable

Par ceci, semble qu'il seulement existe un limité nombre de raisons pour justifier le comportement le plus rapide que la lumière:

Option À: Ignorer la Relativité Spéciale

il Est la solution la plus simple, et il est particulièrement populaire en science fiction. Évidence empirique affirme de façon unanime que le univers obéit les lois d'Einstein, et ne les de Newton, lorsque les deux lois entrent en conflit. Pourtant, la relativité générale est uniquement un coup d'oeil approché à la réalité, étant donné qu'est incompatible avec la mécanicienne cuántica.

La relativité spéciale est facilement incorporée dans la théorie cuántica de champs (qu'est ne-gravitacional), bien que seulement applique à un univers plat. En particulier, notre univers en expansion contient des points de énergie que curvan l'espace-temps et même peut contenir une soutenue cosmológica que rejetterait l'hypothèse du univers plat. Mais dans le contexte le plus ample de relativité générale, le changement d'accélération subluminal à superluminal ne semblât pas être possible de réaliser.

Option B: Le vide de Casimir

Les équations d'Einstein sur la relativité spéciale suggèrent que la vitesse de la lumière ne varie pas en des cadres de référence inerciales, ou en d'autres termes, toujours sera la même depuis n'importe quel point où se voie. Les équations ne précisent pas aucune valeur particulière pour la vitesse de la lumière, que s'est plutôt pu déterminer de façon expérimentale.

Cette enquête expérimentale a été menée à terme en le vide. Mais le vide que nous nous connaissons il n'est pas l'unique vide qu'existe. Le vide a une énergie associée à il, appelée énergie de vide, et celle-ci peut être modifiée dans certains cas. Lorsqu'il diminue, la lumière peut obtenir une valeur supérieure à c. Dit vide peut être produit au joindre (jusqu'à des écarts en échelle atomique) 2 plaques métalliques parfaitement lijadas. Ceci s'appelle le Vide de Casimir, et des calculs s'infiere que la lumière rebasará c en dit environnement. Pourtant, ceci ne s'est pas pu vérifier de forme expérimentale par les limitations technologiques actuelles.

Les équations d'Einstein sur la relativité spéciale assument de façon implícita le concept d'homogénéité. L'espace est égal (homogéneo) dans tous côtés. Dans le cas du Vide de Casimir, ceci est clairement violé, donc la valeur de c dedans du vide est divers au du reste de l'univers, ce que change les équations de relativité spéciale. Pourtant, à l'envisager qu'il y a 2 cadres de référence (le vide est un, le reste de l'univers est l'autre), les équations de relativité spéciale déjà ne s'appliquent pas, donc déjà il ne se peut pas assumer qu'il existe homogénéité dans l'univers.

Dit en d'autres termes, le Effet Casimir divise le espace en des divers secteurs homogéneos, chacun desquels suit les règles de la relativité générale à sa façon.

Si bien l'antérieur est, techniquement en parlant, aller plus rapide que la lumière, seulement est vrai lorsqu'il se compare avec des régions de l'espace disociadas du phénomène Casimir. il n'est pas clair si le vide de Casimir est stable sous les lois de mécanicienne cuántica, et si se peut établir communication entre la région de l'espace bas effets de Casimir, et autres régions.

Option C: Desechar la causalité

Une autre approximation serait accepter la relativité spéciale, mais en admettant que quelques mécanismes de la relativité générale, telles comme les trous de gusano, permettraient voyager entre 2 points donnés sans parcourir l'espace j'interviens.

Alors que ceci résout le besoin d'une accélération infinie, encore porte le problème de violer la causalité et générer des courbes de temps fermées. La causalité ne se précise pas en relativité spéciale ni générale, mais il est envisagée une propriété basique de l'univers, que ne peut être obviada. Il est par ceci que beaucoup de scientifiques ils attendent (et ils souhaitent) que la gravité cuántica puisse résoudre ce trou. Une alternative est supposer que si le voyage en le temps fût possible, il ne porterait jamais à occasionner paradoxes. Ceci s'appelle principe d'autoconsistencia de Novikov.

Option D: Desechar la relativité absolue

En raison du fort soutien des trouvailles empiriques vers la relativité spéciale, n'importe quelle modification à celle-ci doit être très subtil et difficile de mesurer. La tentative la plus connue est la relativité doblemente spéciale, que pose que la longueur de Planck est la même à n'importe quel cadre de référence. Ce concept s'associe avec le travail de Giovanni Amelino-Camelia et Joãou Magueijo.

Une conséquence de cette théorie est avoir une vitesse de la lumière variable, où la vitesse des photons change d'accord à la énergie, et même quelques particules de masse zéro ils pourraient excéder c. Si bien évidence récente met des serieux doutes sur cette théorie, quelques scientifiques ils encore l'envisagent viable. Pourtant, encore si il fût certaine, cette théorie continue à être peu de claire sur si il permettrait que l'information excédât c, et de toute manière, semblât ne permettre que particules avec masse diverse de zéro puissent voyager plus rapide que la lumière.

Ils existent des théories spéculatives qu'ils disent que l'inertie se produit par la masse combinée de l'univers (le Principe de Mach, par exemple), ce que implique que l'univers quieto (en opposition au mouvement inercial des autres choses qu'y a en il) est "préféré" pour mener à terme mesures communes des lois de la nature (en d'autres termes, que les lois semblent être comme ils sont parce que nous les mesurons dans le contexte du cadre de référence choisi, dans ce cas, l'univers).

Si ceci se confirme, il impliquerait que la relativité spéciale est une approximation à une théorie une plus générale, mais comme par définition, cette confirmation se donnerait uniquement en dehors de l'univers observable, est difficile (par le mettre de quelque façon) imaginer, et beaucoup plus difficile bâtir des expériences que comprueben cette hypothèse.

Option Et: Aller à un lieu où la relativité spéciale n'applique pas

Une option très populaire en des films, jeux, séries et romans de science fiction il est assumer l'existence de quelque autre "lieu" (qu'usualmente se dénomme hiperespacio), à celui que se peut accéder depuis notre univers, et en lequel les lois de la physicienne et relativité ils sont distorsionadas, manipulées ou même n'existent pas, ce que facilite le transport rapide entre des points distants du univers sans besoin d'user beaucoup de énergie ou impulsion pour telle fin.

Pour remporter ce voyage, souvent s'assume qu'en l'hiperespacio n'applique pas la relativité spéciale, ou que ce que en notre univers ils sont 2 lieux très lointains, en cet autre lieu peuvent parfaitement être des sites très prochains.

Lamentablement, cet exposé encore n'a pas été proposé de forme serieuse par aucune branche de la science, bien que par ailleurs s'est non plus pu écarter son existence de forme théoriquement concluante.

Option F: Aller plus rapide sans accélérer

Souvent s'assume de forme implícita, que pour accélérer quelque chose au-delà de c, d'abord se doit de passer par c (quelque chose ainsi que dire que pour aller à 100km/h, d'abord y a qu'aller à 99km/h), en trouvant le problème de préciser infinie énergie. L'énergie nécessaire pour accélérer arrive à former une asíntota au se rapprocher à la vitesse de la lumière.

De forme semblable à l'idée des trous de gusano, peut exister un méthode pour changer de vitesse de forme instantanée (ou soyez, sans accélérer). Alors, un objet en allant à plus que c seulement pourrait préciser énergie comparable à la d'un objet que va à moins que c. Le problème réside en comment "convaincre" aux particules (et en étant humain que les "pilote") à se mouvoir plus rapide que la lumière sans accélérer.

Option G: Tissu Espace-Temps

Contraire à la croyance populaire, Einstein n'a jamais dit qu'il était impossible excéder la vitesse de la lumière, mais que ceci a été inferido de ses équations. Pourtant, il n'a pas eu des objections en acceptant que le tissu espace-temps peut aller plus rapide que la lumière.

S'hipotetiza qu'en étant créé l'univers, le tissu espace-temps voyageait plus rapide que la lumière. Par ende, si pussions manipuler dit tissu, nous pourrions excéder la vitesse de la lumière. Miguel Alcubierre avec sa métrique teoriza qu'est possible "combar" l'espace-temps encogiéndolo face à un même, et en le développant derrière un. Malencontreusement, tel combamiento préciserait l'émission de énergie négative (voyez-vous énergie du vide) , que ne s'est pas découvert ou créé encore.

Taquiones

Article principal: Taquión

En relativité spéciale, bien que est impossible accélérer un objet jusqu'à la vitesse de la lumière, ou pour des objets avec masse diverse de zéro le pouvoir voyager à telle vitesse, n'est pas impossible qu'existe un objet qu'il toujours voyage plus rapide que la lumière. Ces particules hypothétiques s'appellent taquiones, et son existence n'a pas été essayée ni refutada.

Si bien telles particules n'ont jamais été remarquées, sont des présents en des nombreuses théories de la physicienne:

  • Ils apparaissent dans le modèle standard d'interaction dans la physicienne de particules

En chacun de ces exemples, un voit que les taquiones peut-être ne soient pas conçus autant comme une particule, mais comme une "déstabilisation" de la théorie.

Relativité générale

La relativité générale s'a développé avec postériorité à la théorie spéciale de la relativité pour comprendre en elle concepts tels comme la gravité. Il maintient, tel comme celle-ci, l'impossibilité des objets d'accélérer à la vitesse de la lumière dedans du cadre de référence de n'importe quel observateur local. Pourtant, il admet distorsiones dans le espace-temps tels qui permettraient à un objet se mouvoir plus rapide que la vitesse de la lumière, du point de vue d'un observateur distant. Le moteur de Alcubierre se profite de de une de ces distorsiones, en produisant une rupture en forme d'onde dans l'espace-temps, en lui permettant à la particule la surfer, c'est-à-dire, se mouvoir avec elle et profiter de sa vitesse, sans besoin d'accélérer par soi même à la vitesse de la lumière. Une autre forme théorique de se profiter de de ce type de distorsiones est en usant un trou de gusano, que relierait deux points distants dans l'espace de telle forme qu'ils restassent reliés par un raccourci. Les deux formes requerraient la création d'une curvatura extrême dans une région très spécifique de l'espace-temps, avec ce que le champ gravitacional généré en tel site serait inconmensurable, en générant forces de marée de telle grandeur qu'ils détruiraient n'importe quel objet le suffisamment près. Pour contrarrestar la nature instable de tels champs et prévenir que les distorsiones bloquez sous son propre 'poids', serait nécessaire introduire en ils matière exótica ou énergie négative.

La relativité générale especula pour peu que n'importe quelle technicienne usée pour voyager plus rapide que la lumière, aussi permettrait voyager dans le temps. Et comme conséquence, serait possible, bien que théoriquement, violer le principe de causalité. Beaucoup de physiciens affirment que les phénomènes décrits plus en dessus sont, en fait, impossibles, et que les futures théories de la gravité (voir TGU ou Théorie de la Grande Unification), interdiraient des telles violations. Une théorie conclut que l'existence de trous de gusano stables est possible, bien que n'importe quelle tentative d'user un réseau d'ils pour violer le principe de causalité résulterait dans son éffondrement. Dans la théorie de cordes ou supercuerdas, Eric Gimon et Petr Hořava[1] disputent si dans un univers de Gödel supersimétrico de cinq dimensions, les corrections cuánticas à la théorie générale de la relativité effectivement séparent de l'espace-temps à ces régions qu'ils contiennent curvaciones temporelles violatrices du principe de causalité. En particulier pour la théorie cuántica, existe un supertubo imperfecto que coupe l'espace-temps connu de telle forme qu'empêche l'existence d'une courbe fermée dans l'intérieur du même.

En mécanicienne cuántica

En mécanicienne cuántica, arrive un ensemble d'événements que font critique à la supposition de c comme vitesse maximale absolue et insuperable; certains phénomènes donnent l'impression d'impliquer une propagation instantanée.

Effet Hartman

Un photon ou un électron en traversant par le effet tunnel une barrière cuántica peut manifester un temps de traversée plus brève que ce requis par la lumière dans une distance équivalente, ces temps sont évalués moyennant l'observation de la cime du colis d'ondes correspondant , avant et après la barrière. En ayant en compte l'épaisseur de la barrière de tunnel, la cime du colis d'ondes est réduite et il semble obtenir une vitesse superlumínica . Ce phénomène se dénomme effet Hartman ou effet Hartman-Fletcher.

Effet Casimir

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Le effet Casimir est un phénomène observable à très de petite échelle, pourtant est mensurable par sa pression sur des plaques conductrices, telle pression sur ces plaques conductrices est exercée par l'appelé vide cuántico (voyez-vous: énergie du vide) placé entre des telles plaques; la pression peut être positive ou négative selon la geometría du dispositif. Dans la théorie cuántica de champs le vide cuántico est supposé comme le lieu de création et aniquilación de nombreuse particules virtuelles. L'existence de conditions en principe différents pour le vide extérieur et l'intérieur aux plaques implique alors une différence d'énergie entre les deux laquelle est la cause des différences de la pression mesurée sur les plaques.

Les particules virtuelles sont par définition externes à son lit de masse, ce que signifie que les mêmes ne satisfont pas déjà Et2 = p2c2 + m2c4, et sont par définition inobservables individuellement bien que son effet collectif soyez mensurable comme arrive dans l'effet casimir et en toutes les corrections cuánticas aux observables classiques de la cuántica de champs.

Paradoxe EPR

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Il se peut aussi citer l'expérience hipotetizada par Einstein, Podolsky et Rosen (paradoxe EPR) que semble y avoir été concrétisée experimentalmente par Alain Aspect en 1981 et 1982. Dans ce cas, la mesure de l'état d'un des systèmes cuánticos entrelazados d'une paire d'ils impose à l'autre système (d'une autre mesure) un état complémentaire . À partir de cela fonctionne ce que il s'est donné en appeler une "teleportación cuántica" . Entre les avances les plus importantes dans cette question se peuvent citer les de l'équipe dirigée par l'autrichien Rainer Blatt dans la Université d'Innsbruck et de l'estdounidense David Wineland du National Institute of Standards and Technology, en Boulder, Colorado),[2] Ils auraient réalisé la teletrasportación ou teleportación cuántica d'un átomo complet de matière bariónica (ionest de calcio en le premier des expériences et de berilo dans la seconde). Ceci permettrait très des nombreuses applications en informaticienne cuántica concernientes au paradoxe EPR. Pour sa part le prix "Sciences" de la ville de Genève a été donnée par ses hallazagos au professeur Nicolas Gisin en novembre de 2006 par ses travaux à ce sujet (Gisin affirme y avoir surpassé la vitesse c), bien que telle affirmation est encore douteuse.

Expérience de Marlan Scully

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L'expérience de Marlan Orvil Scully[3] aussi réalisée par B.G.Englent Et H.Walther, Motif par ce que se lui appelle aussi Expérience ESW, est une variante du paradoxe EPR en laquelle l'observation, ou ne, d'un patron de interférence après du passage d'un photon à travers une hendidura de Young dépend des conditions d'observation d'un deuxième photon correlativo au premier . La particularité de cette expérience est en que l'observation du deuxième photon peut avoir lieu dans un futur "lointain" en relation à l'observation du premier photon ce que donne l'impression de que l'observation du premier photon "il informe" sur un événement qu'a lieu dans le futur.

Apparemment plus rapide que la lumière

Mouvement relatif

Un observateur peut conclure incorrectamente que deux objets se sont en mouvant plus vite que la vitesse de la lumière, si de façon erronée somme les deux vitesses d'accord avec les postulados de la physique newtoniana.

Par exemple, si nous prenons deux particules accélérées placées chacune dans un bout d'un accélérateur de particules circulaire ou sincrotrón, apparaîtraient pour un observateur immobile en ce qui concerne le même, ainsi que pour n'importe qui qu'ajoutât les vitesses de ce conforme les postulados de la physique Newtoniana, comme en se mouvant à peine par en dessous du double de la vitesse de la lumière. Pourtant, si l'observateur connaît la théorie spéciale de la relativité et il compose les vitesses conforme celle-ci, conclura correctement que:

Pour deux particules en se mouvant à β et − β respectivement, où

\beta = v/c \,\!

Et

-\beta = -v/c \,\!,

Alors du point de vue de l'observateur, la vitesse relative Δβ (en usant la vitesse de la lumière c comme unité) résulte

\Delta\beta = { \beta - (-\beta) \over 1 + \beta ^2 } = { 2\beta \over 1 + \beta^2 },

qu'est moindre que la vitesse de la lumière.

Vitesse de phase supérieure à c

La vitesse de phase d'une onde peut, dans quelques circonstances spéciales, excéder la vitesse de la lumière en le vide[1]. Pourtant, ceci n'implique pas que le signal se propage à une vitesse supérieure à c. Dans bien des milieux optiques, l'indice de refracción est majeur que la somme de toutes les longueurs d'onde, en maintenant ainsi la vitesse de phase par en dessous de la vitesse de la lumière.

Vitesse de groupe supérieur à c

D'autre part, la vitesse de groupe d'une onde (par exemple un rayon de lumière), peut surpasser facilement la vitesse de la lumière. Dans ces cas, dans ceux qui il typiquement se produit une rapide atenuación de la intensité, le maximum de la envolvente d'un pouls peut voyager à une vitesse supérieure à c. Pourtant, même pas cette situation implique une propagation de signal par sur c, encore en se voyant un tenté à associer pouls maximal avec signal. Cette association s'est essayée trompeuse, basiquement parce que l'information reçue à l'arriver un pouls il se peut obtenir plutôt qu'il arrive le pouls maximal.

En 2000 la revue Nature il a publié un compte rendu des résultats d'une expérience, de Lijun J. Wang et son équipe de l'Institut de Recherche NEC en Princeton (New Jersey), que montrait que la vitesse la lumière en forme de colis ou pouls peut, en des conditions très spéciales, dépasser 310 fois sa vitesse de phase limite de 300.000 kilomètres par seconde, établi dans la théorie de la relativité spéciale d'Einstein.[4] Convient éclaircir que dit résultat ne viole pas la causalité physique, puisque la vitesse de groupe ne correspond pas à la vitesse de propagation réelle des photons, qu'ils toujours se meuvent à une vitesse égale à c:

  1. REDIRECT Personnel:Notes au pied

Selon l'explication de l'équipe qu'a mené à terme l'expérience, les pouls superlumínicos sont le résultat de mécanismes classiques d'interférence dus à la nature ondulatoria de la lumière et ne se transmet pas information quelque (signal) à vitesse supérieure à c.

Références

  1. ↑ Modèle:Cite web
  2. ↑ expériences publiées en Nature 17 juin de 2006.
  3. ↑ Marlan Ou. Scully et Yoon-Ho Kim, R. Yu, S.P. Kulik, Et Et.H. Shih: À Delayed Choice Quantum Eraser at Physical Review Letters | volume = 84, an 2000, pages 1—5 et arxiv = quant-ph | allez = 9903047
  4. ↑ Un rayon surpasse 310 fois la vitesse de la lumière dans une expérience en EE UU El País, 20/07/2000

Voyez-vous aussi

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