Fizycy dokonali niemożliwego i złamali barierę prędkości światła

W laboratorium naukowców udało się właśnie dokonać niemożliwego – zaobserwować obiekt poruszający się szybciej niż światło. To fascynujące zjawisko, które wydaje się łamać fundamentalne prawa fizyki, jest w rzeczywistości wyrafinowaną optyczną iluzją, otwierającą drzwi do nowych odkryć.

Zespół badaczy wykorzystał nowoczesne techniki obrazowania elektromagnetycznego do rejestracji niezwykłego zjawiska – ruchu nadświetlnego, czyli pozornej prędkości przekraczającej prędkość światła w próżni. Nie jest to naruszenie teorii względności Einsteina, lecz raczej intrygująca konsekwencja złożonych interakcji między światłem, prędkością i naszą percepcją.

Kluczem do tego zjawiska okazało się promieniowanie synchrotronowe wytwarzane w specjalistycznym akceleratorze cząstek. W synchrotronie elektrony są przyspieszane do zawrotnych prędkości, osiągających 99,9% prędkości światła. Poruszając się po zakrzywionej trajektorii w silnym polu magnetycznym, cząstki te emitują charakterystyczne promieniowanie elektromagnetyczne.

To właśnie w tym momencie pojawia się iluzja nadświetlności. Wyobraźmy sobie cząstkę poruszającą się po okręgu. Światło emitowane przez nią w punkcie A musi przebyć dłuższą drogę do obserwatora niż światło wyemitowane w punkcie B, który jest bliżej. W rezultacie obserwator może postrzegać jasny punkt światła jako poruszający się szybciej niż sama cząstka. W odpowiednich warunkach ta pozorna prędkość może przekraczać prędkość światła w próżni, która zgodnie z teorią względności jest absolutną granicą dla każdego obiektu materialnego.

Badacze wykorzystali zaawansowane detektory do rejestracji tego zjawiska, mierząc różnice w czasie dotarcia fotonów do obserwatora. Przez precyzyjne pomiary udało się zarejestrować ruch o pozornej prędkości przekraczającej nawet trzykrotnie prędkość światła. Kluczowym odkryciem jest fakt, że zjawisko to jest jedynie złudzeniem optycznym, wynikającym z różnicy między rzeczywistym ruchem cząstek a drogą, jaką musi przebyć światło do obserwatora.

Image

Z naukowego punktu widzenia zjawisko to pozwala fizykom lepiej zrozumieć naturę promieniowania synchrotronowego, co ma fundamentalne znaczenie dla badań w dziedzinie materiałoznawstwa, biologii i medycyny. Umożliwia także precyzyjne kalibrowanie instrumentów pomiarowych wykorzystywanych w zaawansowanych eksperymentach fizycznych.

Jednak odkrycie to rodzi również głębsze pytania filozoficzne. Niektórzy naukowcy zastanawiają się, czy podobne “złudzenia” nie są wskazówką istnienia bardziej złożonej struktury czasoprzestrzeni, niż obecnie zakładamy. Jeśli nasze instrumenty pozwalają nam wykryć efekty pozornie podważające klasyczne rozumienie prędkości, możemy stać na progu odkryć, które na nowo zdefiniują nasze pojmowanie Wszechświata.

Co ciekawe, podobne zjawisko nadświetlności jest obserwowane w kosmosie. Astronomowie od lat rejestrują je w strumieniach materii wyrzucanej z centrum aktywnych galaktyk i kwazarów. Tam również nie dochodzi do rzeczywistego przekroczenia prędkości światła, lecz do złudnego efektu związanego z geometrią obserwacji.

Dokumentując takie zjawiska w warunkach laboratoryjnych, naukowcy nie obalają teorii Einsteina, lecz raczej przypominają nam o względności i subiektywności percepcji. Fakt, że potrafimy tworzyć i badać prędkości “niemożliwe” z perspektywy codziennego doświadczenia, sugeruje, że granica między faktem naukowym a iluzją jest czasami cieńsza, niż mogłoby się wydawać.

Źródła:

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aat5915
https://www.popularmechanics.com/space/deep-space/a26355/apparent-super…
https://www.livescience.com/cosmic-jet-breaks-light-speed
https://www.universetoday.com/articles/astronomy-without-a-telescope-ap…
https://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/SpeedOfLight/Superlum…