Kamen temeljac moderne fizike da ništa u Svemiru nije brže od brzine svjetlosti (c). Međutim, Einsteinova teorija specijalne relativnosti dopušta primjere u kojima određeni utjecajipojaviti seputovati brže od svjetlosti bez narušavanja uzročnosti. To su ono što je poznato kao 'fotonski bum', koncept sličan zvučnom bumu, gdje se svjetlosne točke kreću brže odc.
A prema novoj studiji Roberta Nemiroffa, profesora fizike na Tehnološkom sveučilištu Michigan (i sukreatora Astronomska slika dana ), ovaj fenomen može pomoći u osvjetljavanju (bez igre riječi!) kozmosu, pomažući nam da ga mapiramo s većom učinkovitošću.
Razmislite o sljedećem scenariju: ako se laser pređe preko udaljenog objekta – u ovom slučaju Mjeseca – točka laserske svjetlosti će se kretati preko objekta brzinom većom odc. U osnovi, skupljanje fotona ubrzava se iznad brzine svjetlosti dok točka prelazi i površinu i dubinu objekta.
Rezultirajući 'fotonski bum' javlja se u obliku bljeska, koji promatrač vidi kada brzina svjetlosti padne sa superluminalne na ispod brzine svjetlosti. To je omogućeno činjenicom da pjege ne sadrže masu, čime se ne krše temeljni zakoni Specijalne relativnosti.
Slika NGC 2261 (poznata i kao Hubbleova promjenjiva maglica) napravljena svemirskim teleskopom Hubble. Zasluge za sliku: HST/NASA/JPL.
Drugi primjer se redovito događa u prirodi, gdje snopovi svjetlosti iz pulsara prelaze oblake svemirske prašine, stvarajući sferni omotač svjetlosti i zračenja koji se širi brže od c kada siječe površinu. Isto vrijedi i za sjene koje se brzo kreću, gdje brzina može biti mnogo veća i nije ograničena na brzinu svjetlosti ako je površina kutna.
Na sastanku Američkog astronomskog društva u Seattleu u Washingtonu ranije ovog mjeseca, Nemiroff je podijelio kako se ti učinci mogu koristiti za proučavanje svemira.
'Fotonski bumovi se događaju oko nas prilično često', rekao je Nemiroff u a priopćenje za javnost , 'ali uvijek su prekratki da bi ih primijetili. Vani u kozmosu traju dovoljno dugo da ih primjećuju – ali nikome nije palo na pamet da ih traži!”
On tvrdi da bi se superluminalni zahvati mogli koristiti za otkrivanje informacija o 3-dimenzionalnoj geometriji i udaljenosti zvjezdanih tijela poput obližnjih planeta, asteroida u prolazu i udaljenih objekata osvijetljenih pulsarima. Ključno je pronaći načine kako ih generirati ili ih točno promatrati.
Za potrebe svoje studije, Nemiroff je razmotrio dva primjera scenarija. Prvi je uključivao snop koji je prebačen preko raspršenog sfernog objekta - tj. svjetlosnih mrlja koje se kreću preko Mjeseca i pratitelja pulsara. U drugom, snop se prebacuje preko 'raspršljivog planarnog zida ili linearnog filamenta' - u ovom slučaju, Hubbleove promjenjive maglice.
Fotonski udari uzrokovani laserskim zamahom mogli bi ponuditi novu tehniku snimanja za mapiranje asteroida u prolazu. Zasluge: P. Carril / ESA
U prvom slučaju, asteroidi bi se mogli detaljno mapirati pomoću laserske zrake i teleskopa opremljenog kamerom velike brzine. Laser se mogao povući po površini tisućama puta u sekundi i bljeskove zabilježiti. U potonjem, sjene se promatraju kako prolaze između sjajne zvijezde R Monocerotis i reflektirajuće prašine, brzinom tolikom da stvaraju fotonske bumove koji su vidljivi danima ili tjednima.
Ova vrsta tehnike snimanja bitno se razlikuje od izravnih promatranja (koja se oslanjaju na fotografiju objektiva), radara i konvencionalnog lidara. Također se razlikuje od Čerenkovljevog zračenja - elektromagnetskog zračenja koje se emitira kada nabijene čestice prolaze kroz medij brzinom većom od brzine svjetlosti u tom mediju. Primjer je plavi sjaj koji emitira podvodni nuklearni reaktor.
U kombinaciji s drugim pristupima, mogao bi omogućiti znanstvenicima da steknu potpuniju sliku objekata u našem Sunčevom sustavu, pa čak i udaljenih kozmoloških tijela.
Nemiroffova studija prihvaćena je za objavljivanje od strane Publications of the Astronomical Society of Australia, s preliminarnom verzijom dostupnom online na arXiv Astrofizika
Daljnje čitanje:
Priopćenje za javnost Michigan Techa
Robert Nemiroff/Michigan Tech