Rychlejší než světlo

Rychlejší než světlo

Pro jiná použití, vidět Rychlejší než rychlost světla (disambiguation) .

Rychlejší než světlo (také superluminální nebo FTL ) komunikace a cestování jsou domnělé šíření informací nebo hmoty rychleji než rychlost světla .

Speciální teorie relativity vyplývá, že pouze částice s nulovou hmotností klidové může cestovat rychlostí světla. Tachyony , částice, jejichž rychlost překračuje rychlost světla, byly předpokládány, ale jejich existence by porušila kauzalitu a fyzikové se shodují, že nemohou existovat. Na druhou stranu to, co někteří fyzici označují jako "zjevné" nebo "efektivní" FTL závisí na hypotéze, že neobvykle zkreslené oblasti časoprostoru mohou hmotě umožnit dosáhnout vzdálených míst na méně čas, než by světlo mohlo v normálním nebo nezkresleném časoprostoru.

Podle současných vědeckých teorií je hmota povinna cestovat rychlostí pomalejší než světlo (také subluminální nebo STL ) s ohledem na lokálně zkreslenou oblast časoprostoru. Zdánlivý FTL není vyloučen obecnou relativitou ; jakákoli zjevná fyzická věrohodnost FTL je však spekulativní. Příklady zjevných návrhů FTL jsou pohon Alcubierre a průchozí červí díra .

Superluminální cestování neinformací

Hlavní článek: Superluminální pohyb

V kontextu tohoto článku je FTL přenos informací nebo hmoty rychlejší než c , konstanta rovnající se rychlosti světla ve vakuu, která je 299 792 458 m / s (podle definice měřiče ) nebo přibližně 186 282 397 mil. za sekundu. To není úplně stejné jako cestovat rychleji než světlo, protože:

• Některé procesy se šíří rychleji než c , ale nemohou přenášet informace (viz příklady v následujících částech).
• V některých materiálech, kde světlo cestuje rychlostí c / n (kde n je index lomu ), mohou jiné částice cestovat rychleji než c / n (ale stále pomaleji než c ), což vede k Čerenkovovu záření (viz fázová rychlost níže ).

Ani jeden z těchto jevů neporušuje speciální relativitu ani nevyvolává problémy s kauzalitou , a proto se ani jeden nekvalifikuje jako FTL, jak je zde popsáno.

V následujících příkladech se může zdát, že určité vlivy cestují rychleji než světlo, ale nepřenášejí energii ani informace rychleji než světlo, takže neporušují speciální relativitu.

Denní pohyb oblohy

Pro pozorovatele vázaného na Zemi objekty na obloze dokončí jednu revoluci kolem Země za jeden den. Proxima Centauri , nejbližší hvězda mimo sluneční soustavu , je vzdálená asi čtyři světelné roky .V tomto referenčním rámci, ve kterém je Proxima Centauri vnímána jako pohybující se v kruhové trajektorii s poloměrem čtyř světelných let, by bylo možné popsat, že má rychlost mnohonásobně větší než c jako rychlost ráfku objektu pohyb v kruhu je součinem poloměru a úhlové rychlosti. Je to možné také na geostatickémpohled, aby objekty, jako jsou komety, změnily svou rychlost od subluminální po superluminální a naopak jednoduše proto, že vzdálenost od Země se mění. Komety mohou mít oběžné dráhy, které je vedou k více než 1000 AU . Obvod kruhu s poloměrem 1 000 AU je větší než jeden světelný den. Jinými slovy, kometa v takové vzdálenosti je v geostatickém, a tedy neinerciálním, rámci superluminální.

Světelné skvrny a stíny

Pokud je laserový paprsek zameten přes vzdálený objekt, lze snadno vytvořit bod laserového světla, který se pohybuje přes objekt rychlostí větší než c .Podobně lze stín promítnutý na vzdálený objekt přimět, aby se přes objekt pohyboval rychleji než c V žádném případě dělá cestování světla ze zdroje k předmětu rychlejší než C , ani jako každá cestovní informace rychleji než světlo.

Zavírací rychlosti

Rychlost, s jakou se dva objekty v pohybu v jednom referenčním rámci přiblíží k sobě, se nazývá vzájemná nebo zavírací rychlost. To se může přiblížit dvojnásobné rychlosti světla, jako v případě dvou částic pohybujících se v blízkosti rychlosti světla v opačných směrech vzhledem k referenčnímu rámci.

Si představit dvě rychle se pohybujících částic k sobě přibližují z opačných stranách urychlovače částic typu urychlovače. Rychlost zavírání by byla rychlost, při které se vzdálenost mezi dvěma částicemi zmenšuje. Z pohledu pozorovatele stojícího v klidu vzhledem k akcelerátoru bude tato rychlost o něco menší než dvojnásobek rychlosti světla.

Speciální relativita to nezakazuje. Říká nám, že je špatné používat galileovskou relativitu k výpočtu rychlosti jedné z částic, jak by ji měřil pozorovatel cestující vedle druhé částice. To znamená, že speciální relativita dává správný vzorec pro přidání rychlosti pro výpočet takové relativní rychlosti .

Je poučné vypočítat relativní rychlost částic pohybujících se v a - v v urychlovači, což odpovídá rychlosti zavírání 2 v > c . Vyjádření rychlostí v jednotkách c , β = v / c :

Správné rychlosti

Pokud kosmická loď cestuje na planetu jeden světelný rok (měřeno v klidovém rámci Země) od Země vysokou rychlostí, doba potřebná k dosažení planety může být kratší než jeden rok, měřeno hodinami cestovatele (i když vždy více než jeden rok, měřeno hodinami na Zemi). Hodnota získaná dělením ujeté vzdálenosti, jak je určeno v zemském rámci, časem, který změřili hodiny cestovatele, je známá jako správná rychlost nebo správná rychlost . Hodnota správné rychlosti není nijak omezena, protože správná rychlost nepředstavuje rychlost měřenou v jediném setrvačném rámci. Světelný signál, který opustil Zemi ve stejnou dobu jako cestovatel, by se vždy dostal do cíle před cestujícím.

Možná vzdálenost od Země

Hlavní článek: Vesmírné cestování pomocí konstantního zrychlení

Jelikož člověk nemusí cestovat rychleji než světlo, lze usoudit, že člověk nikdy nemůže cestovat dále od Země než 40 světelných let, pokud je cestující aktivní ve věku mezi 20 a 60 lety. Cestovatel by pak nikdy nebyl schopen dosáhnout více než jen velmi málo hvězdných systémů, které existují v rozmezí 20-40 světelných let od Země. To je mylný závěr: z důvodu dilatace času může cestující během svých 40 aktivních let cestovat tisíce světelných let. Pokud kosmická loď zrychlí při konstantní hodnotě 1 g (ve svém vlastním měnícím se referenčním rámci), dosáhne po 354 dnech rychlosti trochu pod rychlostí světla (pro pozorovatele na Zemi) a dilatace času cestujícího zvýší životnost na tisíce pozemských let, při pohledu z referenčního systému ZeměSluneční soustava  - ale subjektivní životnost cestovatele se tím nezmění. Pokud by se pak měli vrátit na Zemi, cestovatel by dorazil na Zemi tisíce let do budoucnosti. Jejich cestovní rychlost by nebyla ze Země pozorována jako nadpozemská - ani by se to z pohledu cestovatele nezdálo - ale cestovatel by místo toho zažil délkovou kontrakci vesmíru v jejich směru jízdy. A jako cestovatel se otočí k návratu Země bude zdát zažít mnohem více času, než projíždějící cestující dělá. Takže zatímco cestovní (běžná) rychlost souřadnic nemůže překročit c , jejich správná rychlostnebo vzdálenost uražená od referenčního bodu Země dělená správným časem může být mnohem větší než c . To je vidět v statistického šetření miony , kteří cestují mnohem dále, než c -násobku jejich poločasem (v klidu), pokud cestují v blízkosti c .

Fázové rychlosti nad c

Fázová rychlost z elektromagnetické vlny , při cestování prostřednictvím nosiče, může běžně vyšší než c , vakuum rychlost světla. Například k tomu dochází u většiny brýlí při rentgenových frekvencích. Fázová rychlost vlny však odpovídá rychlosti šíření teoretické jednofrekvenční (čistě monochromatické ) složky vlny na této frekvenci. Taková vlnová složka musí být nekonečná co do rozsahu a konstantní amplitudy (jinak není skutečně jednobarevná), takže nemůže předávat žádné informace. Fázová rychlost nad c tedy neznamená šíření signálůs rychlostí nad c .

Seskupit rychlosti nad c

Rychlost skupiny vlny může překročit c za určitých okolností. V takových případech, které obvykle současně zahrnují rychlé zeslabení intenzity, může maximum obálky pulzu cestovat rychlostí vyšší než c . Ani tato situace však neznamená šíření signálů s rychlostí nad c ,i když může být v pokušení spojit pulzní maxima se signály. Ukázalo se, že druhá asociace je zavádějící, protože informace o příchodu pulzu lze získat dříve, než dorazí maximum pulzu. Například pokud některý mechanismus umožňuje plný přenos přední části pulzu při silném zeslabení maxima pulzu a všeho za ním (zkreslení), maximum pulzu se efektivně posune v čase, zatímco informace o pulzu nepřijde rychleji než c bez tohoto efektu. Rychlost skupiny však může překročit c v některých částech Gaussova paprsku ve vakuu (bez útlumu). difrakcezpůsobí, že se vrchol pulzu šíří rychleji, zatímco celkový výkon ne. 

Univerzální expanze

Univerzální expanze 

Expanze vesmíru způsobí vzdálené galaxie vzdaluje od nás rychleji než je rychlost světla, je-li správné vzdálenosti a kosmologický čas se používá k výpočtu rychlosti těchto galaxií. Nicméně v obecné relativity , rychlost je místní představa, takže rychlost vypočítat pomocí comoving souřadnic nemá žádný jednoduchý vztah k rychlosti vypočítané na místě.  (Viz Srovnání a správné vzdálenostipro diskusi o různých pojmech „rychlosti“ v kosmologii.) Pravidla, která platí pro relativní rychlosti ve speciální relativitě, jako je pravidlo, že relativní rychlosti nemohou vzrůst nad rychlost světla, neplatí pro relativní rychlosti v souřadnicích, které jsou často popisovány z hlediska „rozpínání vesmíru“ mezi galaxiemi. Předpokládá se, že tato míra expanze byla na svém vrcholu během inflační epochy, o které se myslelo, že k ní došlo v malém zlomku sekundy po Velkém třesku (modely naznačují, že období by bylo od asi 10 ⁻³⁶ sekund po Velkém třesku do asi 10 ⁻³³ sekund), kdy se vesmír mohl rychle rozšířit o faktor přibližně 10 ²⁰ až 10³⁰ .

V dalekohledech je vidět mnoho galaxií s červeným počtem posunů 1,4 nebo vyšším. Všichni tito momentálně od nás cestují rychlostí vyšší než je rychlost světla. Protože se Hubbleův parametr s časem snižuje, mohou skutečně existovat případy, kdy galaxie, která od nás ustupuje rychleji než světlo, dokáže emitovat signál, který se k nám nakonec dostane. 

Protože se však rozpínání vesmíru zrychluje , předpokládá se, že většina galaxií nakonec překročí určitý typ horizontu kosmologických událostí, kde jakékoli světlo, které vyzařují za tímto bodem, se k nám nikdy v nekonečné budoucnosti nikdy nedostane, protože světlo nikdy nedosáhne bodu, kde jeho „zvláštní rychlost“ směrem k nám převyšuje rychlost rozpínání od nás (tyto dva pojmy rychlosti jsou také popsány v Comoving a řádné vzdálenosti # Použití správné vzdálenosti). Současná vzdálenost k tomuto horizontu kosmologických událostí je asi 16 miliard světelných let, což znamená, že signál z události, která se děje v současnosti, by se nás nakonec v budoucnosti mohl dostat, kdyby byla událost vzdálena méně než 16 miliard světelných let, ale signál by se k nám nikdy nedostal, kdyby byla událost vzdálená více než 16 miliard světelných let. 

Astronomická pozorování 

Zdánlivý superluminal pohyb je sledován v mnoha rozhlasových galaxiích , blazars , kvasary , a v poslední době i v mikrokvasarů . Účinek byl předpovězen dříve, než jej pozoroval Martin Rees a lze jej vysvětlit jako optickou iluzi způsobenou tím, že se objekt částečně pohybuje ve směru pozorovatele, když předpokládají, že tomu tak není. Tento jev není v rozporu s teorií speciální relativity. Opravené výpočty ukazují, že tyto objekty mají rychlosti blízké rychlosti světla (vzhledem k našemu referenčnímu rámci). Jsou to první příklady velkého množství hmoty pohybující se blízko rychlosti světla. Laboratoře vázané na Zemi dokázaly zrychlit pouze malý počet elementárních částic na takovou rychlost.

Kvantová mechanika 

Určité jevy v kvantové mechanice , jako je kvantové zapletení , mohou působit povrchním dojmem, že umožňují komunikaci informací rychleji než světlo. Podle věty o nekomunikaci tyto jevy neumožňují skutečnou komunikaci; nechali pouze dva pozorovatele na různých místech vidět stejný systém současně, aniž by mohli ovládat to, co vidí. Na kolaps vlnové funkce lze pohlížet jako na epifenomen kvantové dekoherence, což zase není nic jiného než účinek základního vývoje místního času vlnové funkce systému a všehojeho prostředí. Vzhledem k tomu, že základní chování neporušuje místní příčinnou souvislost ani neumožňuje komunikaci FTL, vyplývá z toho, že ani další účinek zhroucení vlnové funkce, ať už skutečný nebo zjevný.

Princip neurčitosti naznačuje, že jednotlivé fotony mohou cestovat na krátké vzdálenosti rychlostí o něco vyšší (nebo pomalejší) než c , dokonce i ve vakuu; tato možnost musí být vzata v úvahu při výčtu Feynmanových diagramů pro interakci částic. V roce 2011 se však ukázalo, že jeden foton nemusí cestovat rychleji než c . V kvantové mechanice virtuální částicemůže cestovat rychleji než světlo, a tento jev souvisí se skutečností, že efekty statického pole (které jsou zprostředkovány virtuálními částicemi v kvantovém vyjádření) mohou cestovat rychleji než světlo (viz výše část o statických polích). Makroskopicky se však tyto fluktuace průměrují, takže fotony cestují po přímkách na dlouhé (tj. Nekvantové) vzdálenosti a pohybují se průměrnou rychlostí světla. To tedy neznamená možnost přenosu informací o superluminu.

V populárním tisku byly zveřejněny různé zprávy o pokusech o přenos světla rychleji než světlo v optice - nejčastěji v kontextu jakéhokoli fenoménu kvantového tunelování . Obvykle se takové zprávy zabývají fázovou rychlostí nebo skupinovou rychlostí rychlejší než vakuová rychlost světla.  však uvedeno výše, superluminální fázovou rychlost nelze použít pro přenos informací rychleji než světlem.

Hartmanův efekt 

Hartmanův efekt je tunelovací efekt přes bariéru, kde doba tunelování má u velkých bariér tendenci konstantní.  Může to být například mezera mezi dvěma hranoly. Když jsou hranoly v kontaktu, světlo prochází přímo skrz, ale když je mezera, světlo se láme. Existuje nenulová pravděpodobnost, že foton bude spíše tunelovat přes mezeru, než aby sledoval lomenou cestu. U velkých mezer mezi hranoly se doba tunelování blíží konstantě, a tak se zdá, že fotony překročily superluminální rychlost.

Hartmanův efekt však ve skutečnosti nelze použít k narušení relativity přenosem signálů rychleji než c , protože doba tunelování „by neměla být spojena s rychlostí, protože evanescentní vlny se nešíří“. Evanescentní vlny v Hartmanově jevu jsou způsobeny virtuálními částicemi a nešířícím se statickým polem, jak je uvedeno v oddílech výše pro gravitaci a elektromagnetismus.

Casimirův efekt 

Ve fyzice je Casimir-Polderova síla fyzická síla vyvíjená mezi samostatnými objekty v důsledku rezonance vakuové energie v mezilehlém prostoru mezi objekty. To je někdy popsáno v pojmech interakce virtuálních částic s objekty, kvůli matematické formě jednoho možného způsobu výpočtu síly účinku. Protože síla síly rychle klesá se vzdáleností, je měřitelná pouze tehdy, když je vzdálenost mezi objekty extrémně malá. Protože účinek je způsoben virtuálními částicemi zprostředkujícími efekt statického pole, je předmětem komentářů o statických polích diskutovaných výše.

Paradox EPR 

EPR paradox odkazuje na slavnou myšlenkový experiment z Albert Einstein , Boris Podolsky a Nathan Rosen , který byl realizován experimentálně poprvé od Alain Aspect v letech 1981 a 1982 v Aspect experimentu . V tomto experimentu měření stavu jednoho z kvantových systémů zapleteného páru zřejmě okamžitě nutí druhý systém (který může být vzdálený) k měření v doplňkovém stavu. Tímto způsobem však nelze přenášet žádné informace; Odpověď na to, zda měření skutečně ovlivňuje druhý kvantový systém, závisí na interpretaci kvantové mechaniky jeden se přihlásí k odběru.

Experiment provedený v roce 1997 Nicolasem Gisinem prokázal nelokální kvantové korelace mezi částicemi oddělenými více než 10 kilometry. Ale jak již bylo zmíněno dříve, nelokální korelace viděné v zapletení nemohou být ve skutečnosti použity k přenosu klasických informací rychleji než světlo, takže je zachována relativistická kauzalita. Situace je podobná sdílení synchronizovaného převrácení mincí, kdy druhá osoba, která převrátí svoji minci, bude vždy vidět opak toho, co vidí první osoba, ale ani jeden nemá žádný způsob, jak zjistit, zda byl první nebo druhý ploutev, aniž by komunikoval klasicky . Viz věta o žádné komunikacipro další informace. Experiment kvantové fyziky z roku 2008, který také provedl Nicolas Gisin a jeho kolegové, určil, že v jakékoli hypotetické teorii nelokálních skrytých proměnných je rychlost kvantového nelokálního spojení (to, co Einstein nazýval „strašidelnou akcí na dálku“), na nejméně 10 000násobek rychlosti světla. 

Kvantová guma se zpožděnou volbou

Zpožděným volba kvantový guma je verze EPR paradox, ve kterém pozorování (nebo ne) interference po průchodu fotonu přes dvojité štěrbinové experiment závisí na podmínkách pozorování druhého fotonu zapletena s prvním. Charakteristikou tohoto experimentu je, že pozorování druhého fotonu může probíhat později než pozorování prvního fotonu což může budit dojem, že měření pozdějších fotonů „zpětně“ určuje, zda dřívější fotony vykazují interferenci, či nikoli, ačkoli interferenční obrazec lze vidět pouze korelací měření obou členů každého páru, a tak to nemůže být pozorováno, dokud nebyly změřeny oba fotony, což zajišťuje, že experimentátor sledující pouze fotony procházející štěrbinou nezíská informace o ostatních fotonech způsobem FTL nebo zpětně v čase. 

Superluminální komunikace

Komunikace rychlejší než světlo je podle relativity ekvivalentní cestování v čase . To, co měříme jako rychlost světla ve vakuu (nebo blízkém vakuu), je ve skutečnosti základní fyzikální konstanta c . To znamená, že všichni inerciální a pro rychlost souřadnic světla i neinerciální pozorovatelé, bez ohledu na jejich relativní rychlost , budou vždy měřit částice s nulovou hmotností, jako jsou fotony pohybující se ve c ve vakuu. Tento výsledek znamená, že měření času a rychlosti v různých rámcích již nesouvisí jednoduše s konstantními posuny, nýbrž souvisejí s Poincaréovými transformacemi. Tyto transformace mají důležité důsledky:

• Relativistická hybnost masivní částice by se zvyšovala s rychlostí takovým způsobem, že při rychlosti světla by měl objekt nekonečnou hybnost.
• Zrychlení objektu s nenulovou klidovou hmotou na c by vyžadovalo nekonečný čas s jakýmkoli konečným zrychlením nebo nekonečné zrychlení po konečnou dobu.
• Ať tak či onak, takové zrychlení vyžaduje nekonečnou energii.
• Někteří pozorovatelé s relativním pohybem podsvícení nesouhlasí s tím, ke kterému dojde jako první ze dvou událostí, které jsou odděleny vesmírným intervalem . Jinými slovy, jakékoli cestování, které je rychlejší než světlo, bude považováno za cestování v čase v jiných, stejně platných referenčních rámcích, nebo je třeba předpokládat spekulativní hypotézu možných Lorentzových porušení při aktuálně nepozorovaná stupnice (například Planckova stupnice).Proto se každá teorie, která umožňuje „opravdovou“ FTL, musí vyrovnat s cestováním v čase a všemi jeho přidruženými paradoxy ^, nebo jinak, aby převzala Lorentzovu invariantubýt symetrií termodynamické statistické povahy (tedy symetrie narušená v nějakém v současnosti nepozorovaném měřítku).
• Ve speciální relativitě je souřadnici rychlost světla zaručeno, že bude pouze c v inertial ; v neinerciálním rámci může být rychlost souřadnic jiná než c . Obecně platí, že žádný souřadný systém ve velké oblasti zakřiveného časoprostoru není „setrvačný“, takže je přípustné použít globální souřadný systém, kde objekty cestují rychleji než c , ale v místním sousedství libovolného bodu zakřiveného časoprostoru jsme může definovat „lokální setrvačný rámec“ a místní rychlost světla bude v tomto rámci c , s masivními objekty pohybujícími se v tomto místním sousedství, které mají vždy rychlost menší než c v místním setrvačném rámci.

Odůvodnění

Relativní permitivita nebo permeabilita menší než 1

Rychlost světla

souvisí s vakuovou permitivitou ε  a vakuovou permeabilitou μ  . Z tohoto důvodu, a to nejen fázová rychlost , rychlost skupina , a rychlost proudění energie elektromagnetických vln, ale také rychlost z fotonu může být rychlejší než C ve speciálním materiálu, který má konstantní permitivitu nebo propustnost , jehož hodnota je nižší než ve vakuu.

Kazimírské vakuum a kvantové tunelování

Speciální relativita předpokládá, že rychlost světla ve vakuu je v setrvačných rámcích neměnná . To znamená, že to bude stejné z jakéhokoli referenčního rámce pohybujícího se konstantní rychlostí. Rovnice neurčují žádnou konkrétní hodnotu rychlosti světla, což je experimentálně určená veličina pro pevnou jednotku délky. Od roku 1983 je jednotka délky SI ( metr ) definována pomocí rychlosti světla .

Experimentální stanovení bylo provedeno ve vakuu. Vakuum, které známe, však není jediným možným vakuem, které může existovat. S vakuem je spojena energie , která se nazývá jednoduše vakuová energie , kterou lze v určitých případech změnit. Když se sníží vakuová energie, předpokládá se, že samotné světlo bude rychlejší než standardní hodnota c . Toto se nazývá Scharnhorstův efekt . Takové vakuum lze vytvořit spojením dvou dokonale hladkých kovových desek v rozestupu téměř atomového průměru. Říká se tomu kazimírské vakuum. Výpočty naznačují, že světlo v takovém vakuu půjde rychleji o nepatrné množství: foton pohybující se mezi dvěma deskami, které jsou od sebe vzdálené 1 mikrometr, by zvýšil rychlost fotonu pouze o jednu část z 10 ³⁶ . ^V souladu s tím dosud nedošlo k experimentálnímu ověření predikce. Nedávná analýza  tvrdila, že Scharnhorstův efekt nelze použít k odesílání informací zpět v čase s jedinou sadou desek, protože zbytek rámce desek by definoval „preferovaný rámec“ pro signalizaci FTL. Avšak s více páry desek v pohybu ve vztahu k sobě navzájem autoři poznamenali, že nemají žádné argumenty, které by mohly „zaručit úplnou absenci porušení příčinné souvislosti“, a odvolávali se na Hawkingovu spekulativnídomněnka o ochraně chronologie, která naznačuje, že zpětnovazební smyčky virtuálních částic by vytvářely „nekontrolovatelné singularity v renormalizované kvantové stresové energii“ na hranici jakéhokoli potenciálního stroje času, a proto by k plné analýze vyžadoval teorii kvantové gravitace. Jiní autoři argumentují, že Scharnhorstova původní analýza, která, jak se zdálo, ukazuje možnost signálů rychlejší než c , zahrnovala aproximace, které mohou být nesprávné, takže není jasné, zda by tento účinek mohl skutečně zvýšit rychlost signálu.

Fyzici Günter Nimtz a Alfons Stahlhofen z kolínské univerzity tvrdí, že experimentálně narušili relativitu přenosem fotonů rychleji než rychlostí světla. Říká se, že provedli experiment, ve kterém mikrovlnné fotony - relativně nízkoenergetické balíčky světla - cestovaly „okamžitě“ mezi dvojicí hranolů, které byly od sebe vzdáleny až 3 stopy (1 m). Jejich experiment zahrnoval optický jev známý jako „evanescentní režimy“ a tvrdí, že jelikož evanescentní režimy mají imaginární vlnové číslo, představují „matematickou analogii“ s kvantovým tunelováním .Nimtz také tvrdil, že „evanescentní módy nejsou Maxwellovými rovnicemi plně popsatelné a je třeba brát v úvahu kvantovou mechaniku.“ “ Jiní vědci, jako Herbert G. Winful a Robert Helling, tvrdili, že ve skutečnosti není o Nimtzových experimentech nic kvantově-mechanického a že výsledky lze plně předpovědět pomocí rovnic klasického elektromagnetismu (Maxwellovy rovnice). 

Nimtz pro časopis New Scientist řekl: „Prozatím je to jediné porušení speciální relativity, o kterém vím.“ Jiní fyzici však tvrdí, že tento jev neumožňuje přenos informací rychleji než světlo. Aephraim Steinberg, odborník na kvantovou optiku na univerzitě v Torontu v Kanadě, používá analogii vlaku, který jede z Chicaga do New Yorku, ale na každé stanici při každé zastávce vysadil vlaky z ocasu, takže střed věků - zmenšující se hlavní vlak se pohybuje vpřed na každé zastávce; tímto způsobem rychlost středu vlaku překračuje rychlost kteréhokoli z jednotlivých vozů.

Winful tvrdí, že analogie vlaku je variantou „přetvářejícího se argumentu“ pro superluminální rychlosti tunelování, ale dále tvrdí, že tento argument není ve skutečnosti podporován experimenty nebo simulacemi, které ve skutečnosti ukazují, že vysílaný puls má stejnou délku a tvar jako dopadající pulz. Namísto toho Winful tvrdí, že skupinové zpoždění v tunelování není ve skutečnosti časem přechodu pro puls (jehož prostorová délka musí být větší než délka bariéry, aby jeho spektrum bylo dostatečně úzké, aby umožnilo tunelování), ale je životnost energie uložené ve stojaté vlněkterý se tvoří uvnitř bariéry. Jelikož akumulovaná energie v bariéře je menší než energie uložená v bezbariérové ​​oblasti stejné délky v důsledku destruktivního rušení, je skupinové zpoždění pro únik energie z oblasti bariéry kratší, než by bylo ve volném prostoru, což podle Winful je vysvětlení pro zjevně superluminální tunelování.

Řada autorů publikovala práce, které popírají Nimtzovo tvrzení, že jeho experimenty porušují Einsteinovu kauzalitu, a v literatuře existuje mnoho dalších článků, které diskutují o tom, proč se o kvantovém tunelování nenarušuje příčinná souvislost.

Později to tvrdili Eckle a kol. že tunelování částic skutečně nastává v nulovém reálném čase. Jejich testy zahrnovaly tunelovací elektrony, kde skupina tvrdila, že relativistická predikce tunelového času by měla být 500–600 attosekund ( attosekunda je jedna pětina (10 ⁻¹⁸ ) sekundy). Všechno, co bylo možné měřit, bylo 24 attosekund, což je limit přesnosti testu. Jiní fyzici se však opět domnívají, že tunelovací experimenty, při nichž se zdá, že částice stráví uvnitř bariéry anomálně krátkou dobu, jsou ve skutečnosti plně kompatibilní s relativitou, i když panuje neshoda ohledně toho, zda vysvětlení zahrnuje přetvoření vlnového paketu nebo jiné efekty. 

Vzdejte se (absolutní) relativity

Kvůli silné empirické podpoře speciální relativity musí být jakékoli její úpravy nutně docela jemné a obtížně měřitelné. Nejznámějším pokusem je dvojnásobně speciální teorie relativity , která předpokládá, že Planckova délka je ve všech referenčních rámcích stejná a je spojena s dílem Giovanniho Amelina-Camelie a João Magueijo .Existují spekulativní teorie, které tvrdí, že setrvačnost je vytvářena kombinovanou hmotou vesmíru (např. Machův princip ), což znamená, že by mohl být preferován zbytek vesmíru.konvenčními měřeními přírodního zákona. Pokud by se to potvrdilo, znamenalo by to, že speciální relativita je přiblížením obecnější teorii, ale protože relevantní srovnání by (podle definice) bylo mimo pozorovatelný vesmír , je obtížné si představit (mnohem méně konstruktivní) experimenty k testování této hypotézy. Navzdory této obtížnosti byly takové experimenty navrženy. 

Časoprostorové zkreslení

Ačkoli teorie speciální relativity zakazuje objektům mít relativní rychlost větší než rychlost světla a obecná relativita klesá na speciální relativitu v místním smyslu (v malých oblastech časoprostoru, kde je zakřivení zanedbatelné), obecná relativita umožňuje prostor mezi vzdálenými objekty expandovat takovým způsobem, že mají „ recesní rychlost “, která překračuje rychlost světla, a předpokládá se, že galaxie, které jsou dnes od nás vzdáleny více než 14 miliard světelných let, mají recesní rychlost, která je rychlejší než světlo.  Miguel Alcubierre se domníval, že by bylo možné vytvořit warp pohon, ve kterém by byla loď uzavřena v „warp bublině“, kde se prostor v přední části bubliny rychle smršťuje a prostor v zadní části se rychle rozšiřuje, takže bublina může dosáhnout vzdáleného cíle mnohem rychleji než světelný paprsek pohybující se mimo bublinu, ale aniž by objekty uvnitř bubliny místně cestovaly rychleji než světlo. Zdá se však, že několik námtek vznesených proti pohonu Alcubierre vylučuje možnost jeho skutečného využití jakýmkoli praktickým způsobem. Další možností předpovídanou obecnou relativitou je průchozí červí díra , která by mohla vytvořit zástupce mezi libovolně vzdálenými body ve vesmíru. Stejně jako u pohonu Alcubierre by cestující pohybující se červí dírou nebyli místněpohybovat se rychleji než světlo cestující červí dírou vedle nich, ale byli by schopni dosáhnout svého cíle (a vrátit se na výchozí místo) rychleji než světlo cestující mimo červí díru.

Gerald Cleaver a Richard Obousy, profesor a student univerzity v Bayloru, se domnívali, že manipulace s extra prostorovými rozměry teorie strun kolem vesmírné lodi s extrémně velkým množstvím energie vytvoří „bublinu“, která by mohla způsobit, že loď bude cestovat rychleji než rychlost světla. K vytvoření této bubliny se fyzici domnívají, že manipulace s 10. prostorovou dimenzí by změnila temnou energii ve třech velkých prostorových dimenzích: výšce, šířce a délce. Cleaver uvedl, že pozitivní temná energie je v současné době zodpovědná za zrychlení rychlosti expanze našeho vesmíru s postupujícím časem.

Porušení symetrie Lorentz 

Možnost, že může dojít k porušení Lorentzovy symetrie, byla v posledních dvou desetiletích vážně zvažována, zejména po vývoji realistické efektivní teorie pole, která toto možné porušení popisuje, tzv. Standard-Model Extension . Tento obecný rámec umožňoval experimentální vyhledávání pomocí experimentů kosmického záření s ultra vysokou energií  a širokou škálu experimentů v gravitaci, elektronech, protonech, neutronech, neutrinech, mezonech a fotonech. Prolomení rotace a posílení invariance způsobí v teorii závislost na směru i nekonvenční závislost na energii, která přináší nové efekty, včetně Lorentzových rušivých neutrinových oscilacía úpravy disperzních vztahů různých druhů částic, které by přirozeně mohly způsobit pohyb částic rychleji než světlo.

V některých modelech porušené Lorentzovy symetrie se předpokládá, že symetrie je stále zabudována do nejzákladnějších zákonů fyziky, ale že spontánní porušení symetrie Lorentzovy invariance  krátce poté, co Velký třesk mohl po celou dobu zanechat „reliktní pole“ vesmír, který způsobuje, že se částice chovají odlišně v závislosti na jejich rychlosti vzhledem k poli; existují však i některé modely, kde je Lorentzova symetrie narušena zásadnějším způsobem. Pokud Lorentzova symetrie může přestat být základní symetrií v Planckově měřítku nebo v nějakém jiném základním měřítku, je možné, že konečnými složkami hmoty jsou částice s kritickou rychlostí odlišnou od rychlosti světla.

V současných modelech narušení Lorentzovy symetrie se očekává, že fenomenologické parametry budou energeticky závislé. Proto, jak je všeobecně známo, stávající nízkoenergetické hranice nelze použít na jevy s vysokou energií; mnoho hledání Lorentzova narušení při vysokých energiích však bylo provedeno pomocí rozšíření o standardní model . Očekává se, že narušení Lorentzovy symetrie bude silnější, jakmile se člověk přiblíží k základní stupnici.

Supratekuté teorie fyzického vakua

V tomto přístupu se na fyzické vakuum pohlíží jako na kvantový superfluid, který je v zásadě nerelativistický, zatímco Lorentzova symetrie není přesnou symetrií přírody, ale spíše přibližným popisem platným pouze pro malé fluktuace supratekutého pozadí. V rámci tohoto přístupu byla navržena teorie, ve které se fyzikální vakuum předpokládá jako kvantová Boseova kapalina, jejíž vlnová funkce v základním stavu je popsána logaritmickou Schrödingerovou rovnicí . Ukázalo se, že relativistická gravitační interakce vzniká jako kolektivní buzení s malou amplitudourežim , zatímco relativistické elementární částice lze popsat částicovitými režimy v limitu nízké hybnosti. Důležitým faktem je, že při velmi vysokých rychlostech se chování režimů podobných částic odlišuje od relativistického - mohou dosáhnout rychlosti světelného limitu při konečné energii; je také možné šíření rychleji než světlo, aniž by bylo nutné mít imaginární hmotu pohybujících se objektů .

Výsledky letu FTL Neutrino 

MINOS experiment

V roce 2007 spolupráce MINOS vykázala výsledky měření doby letu 3 GeV neutrin, čímž byla získána rychlost převyšující rychlost světla o 1,8-sigma význam. Tato měření však byla považována za statisticky konzistentní s neutriny cestujícími rychlostí světla. Poté, co byly detektory projektu v roce 2012 upgradovány, společnost MINOS opravila jejich původní výsledek a našla shodu s rychlostí světla. Budou provedena další měření.

OPERA anomálie neutrin

Dne 22. září 2011 předtisk z OPERA Collaboration naznačil detekci 17 a 28 GeV muonových neutrin, zaslaných 730 kilometrů (454 mil) z CERNu poblíž švýcarské Ženevy do národní laboratoře Gran Sasso v Itálii, přičemž cestoval rychleji než světlo o relativní množství 2,48 × 10 ⁻⁵ (přibližně 1 ze 40 000), statistika s významností 6,0 sigma.  Dne 17. listopadu 2011 potvrdil svůj původní výsledek druhý následný experiment vědců OPERA. Vědci však byli skeptičtí ohledně výsledků těchto experimentů, jejichž význam byl sporný.V březnu 2012 se spolupráci ICARUS nepodařilo reprodukovat výsledky OPERA pomocí jejich zařízení, které detekovaly dobu cestování neutrin z CERNu do Národní laboratoře Gran Sasso, nerozeznatelnou od rychlosti světla. Později tým OPERA ohlásil dvě chyby v nastavení zařízení, které způsobily chyby daleko za jejich původním intervalem spolehlivosti : nesprávně připojený kabel z optických vláken , který způsobil zjevně rychlejší měření než světlo, a hodinový oscilátor tikal příliš rychle.

Tachyony

Ve speciální relativitě, to je nemožné zrychlit objekt k rychlosti světla, nebo pro masivní objekt pohybovat při rychlosti světla. Je však možné, že existuje objekt, který se vždy pohybuje rychleji než světlo. Hypotetické elementární částice s touto vlastností se nazývají tachyony nebo tachyonické částice. Pokusy o jejich kvantifikaci nedokázaly produkovat částice rychleji než světlo a místo toho ukázaly, že jejich přítomnost vede k nestabilitě.

Různí teoretici navrhli, že neutrino může mít tachyonickou povahu, zatímco jiní tuto možnost zpochybňovali.

Exotická hmota

Mechanické rovnice popisující hypotetickou exotickou hmotu, která má zápornou hmotnost , zápornou hybnost , podtlak a zápornou kinetickou energii, jsou:

S ohledem na  a , vztah energie a hybnosti částice odpovídá následujícímu disperznímu vztahu :

vlny, která se může šířit v metamateriálu se záporným indexem . Tlak radiačního tlaku v metamateriálu je záporný a negativní lom , inverzní Dopplerův jev a reverzní Čerenkovův efekt znamenají, že hybnost je také záporná. Vlnu v metamateriálu se záporným indexem lze tedy použít k testování teorie exotické hmoty a záporné hmotnosti . Například rychlost se rovná

To znamená, že taková vlna může za určitých podmínek prolomit světelnou bariéru .

Obecná relativita

Obecná relativita byla vyvinuta po speciální relativitě, aby zahrnovala pojmy jako gravitace . Zachovává zásadu, že žádný objekt nemůže zrychlit na rychlost světla v referenčním rámci jakéhokoli náhodného pozorovatele. Nicméně, to umožňuje zkreslení v časoprostoru, která umožňují objektu pohybovat se rychleji než světlo z pohledu vzdáleného pozorovatele.  Jedním z takových zkreslení je Alcubierrova mechanika , o které lze uvažovat jako o vlnění v časoprostoru, které nese objekt spolu s ním. Dalším možným systémem ječerví díra , která zkratkou spojuje dvě vzdálená místa. Obě zkreslení by musela vytvořit velmi silné zakřivení ve vysoce lokalizované oblasti časoprostoru a jejich gravitační pole by byla obrovská. Aby bylo možné vyrovnat se s nestabilní povahou a zabránit tomu, aby se zkreslení zhroutila pod jejich vlastní „váhou“, bylo by nutné zavést hypotetickou exotickou hmotu nebo negativní energii.

Obecná teorie relativity také uznává, že veškeré prostředky rychleji než světlo cesty by mohly být také použity pro cestování v čase . To vyvolává problémy s kauzalitou . Mnoho fyziků věří, že výše uvedené jevy jsou nemožné a že budoucí gravitační teorie je zakáží. Jedna teorie uvádí, že jsou možné stabilní červí díry, ale jakýkoli pokus o použití sítě červích děr k porušení kauzality by vedl k jejich rozpadu. V teorie strun , Eric G. Gimon a Petr Hořava argumentovali , který v supersymmetric pěti-dimenzionální Gödel vesmírKvantové opravy obecné relativity účinně odřízly oblasti časoprostoru uzavřenými časovými křivkami, které narušují kauzality. Zejména v kvantové teorii je přítomna rozmazaná supertrubice, která řeže časoprostor takovým způsobem, že ačkoliv v celém časoprostoru uzavřená časová křivka prošla každým bodem, na vnitřní oblasti ohraničené trubicí neexistují žádné úplné křivky.