Фазовая, групповая и сверхсветовая скорости (стр. 3 из 4)
Кроме того, абсолютно очевидно, что если все три частоты,
, 
и 
укладываются в область с n < 1, то и сигнал и энергия будут распостраняться со сверхсветовой скоростью!3. Сверхсветовая скорость
Возвращаясь к “групповой скорости” - в сноске на стр. 430 книги [1], приводятся очень оригинальные рассуждения, относящиеся уже к сверхсветовым скоростям:
“При введении понятия групповой скорости мы ограничились случаем не очень большой дисперсии, ибо в противном случае импульс быстро деформируется и понятие групповой скорости теряет смысл. Так, например, вблизи полосы поглащения вещества, где фазовая скорость очень сильно меняется с частотой, формула (125.1) могла бы дать для U значение большее скорости света в вакууме, или отрицательное значение. В этой области наша формула неприложима. Энергия импульса распостраняется со скоростью, которую можно назвать скоростью сигнала; она, как показывает специальное исследование, вне указанной области совпадает с групповой скоростью, а внутри ее остается меньше скорости света в вакууме (??? выделено Г. И.)”. Вот так вот! Не больше не меньше!
Выходит, что, даже несмотря на то, что, понятие “групповой скорости” позволяет (правда, как было показано выше, весьма вольно и ошибочно) манипулировать скоростью передачи информации и энергии, но и этого, оказывается, мало! Не может превышать и все тут! И что это за “специальное исследование”? Таким образом, понятие рэлеевой “групповой скорости”, столь часто используемое для “доказательства” отсутствия сверхсветовых скоростей, также не дает основания утверждать, что в областях с n < 1 скорость не может преышать скорость света в вакууме! Выражаясь проще, не надо привлекать сюда “групповую скорость” - она не имеет никакого отношения к вопросу о превышении или не превышении скорости света!
Следуя приведенной выше трактовке, во многих научных и научно-популярных статьях слово в слово повторяются эти рассуждения, например, вот что написано в статье [2]:
“Следует, однако, заметить, что условие Vгр > с является чисто формальным, так как понятие групповой скорости введено для случая малой (нормальной) дисперсии, для прозрачных сред, когда группа волн при распространении почти (что такое, почти? Г. И.) не меняет своей формы. В областях же аномальной дисперсии световой импульс быстро деформируется и понятие групповой скорости теряет смысл (это почему теряет? Г. И.); в этом случае вводятся понятия скорости сигнала и скорости распространения энергии (это что, как то связано с вектором Пойнтинга? Г. И.), которые в прозрачных (? Г. И.) средах совпадают с групповой скоростью (? Г. И.), а в средах с поглощением (позрачные среды что, не поглощают, что ли? Г. И.) остаются меньше скорости света в вакууме (это почему?! Г. И.)”.
Вот такие “объяснения” можно прочитать! Если в книге [1] скромно упоминается некое “специальное исследование”, то в последующих “объяснениях” забывают даже и это!
Дальше – больше!
В настоящее время исследован ряд сред, в которых возможно распостранение электромагнитной волны со скоростью, превышающей скорость света в вакууме [3]. В некоторых средах оно распостраняется даже без искажения импульса. Кроме того, эксперименты показали наличие сверхсветовых скоростей и в вакууме (волновод, ближняя зона антенны). Для релятивистов наступили трудные времена, но народ они изобретательный и вот один из “доводов”, приведенный в научно-популярной статье, взятой из того же сайта [2] с интересным названием (впрочем, эта статья кочует из сайта в сайт):
“Дело в том, что, как известно из классических учебников по электродинамике, истинная скорость распространения сигнала — это скорость самого переднего фронта импульса, так называемого предвестника. Можно сказать, что предвестник — это та точка (фронт), где мощность светового импульса отрывается от тождественного нуля. В классической электродинамике показывается, что независимо от свойств среды скорость распространения предвестника всегда равна с”. Интересно, в какой это “классической электродинамике” сказано это? И что это за “предвестник”? И представьте себе картинну, когда передний фронт отстает от несущей волны? Шарлатанство, однако!
В дополнение можно привести цитату из той же книги [1], приведенную на стр. 553, которая полностью перечеркивает все вышеупомянутые “доводы”, отрицающие наличие сверхсветовых скоростей:
“....показатель преломления n для рентгеновских лучей оказывается меньше единицы, хотя и отличается от единицы очень незначительно.... Для стекла при длине волны около 0.1 нм получено n = 0.999999. То обстоятельство, что n < 1, позволило осуществить в рентгеновской области явление полного внутреннего отражения на границе воздух – стекло....”.
Вопросы есть? Совершенно очевидно, что в данной среде и энергия и сигнал будут распостраняться со скоростью выше скорости света в вакууме.
Кроме того, рассматривая все эти “доводы” и “доказательства”, опубликованные в разных источниках и направленные на отрицание возможности сверхсветовых скоростей, приходишь к выводу, что все они, вместо объективного анализа, представляют собой смесь дешевых софизмов, умышленного передергивания и открытого шарлатанства, являются заведомым обманом и придуманы исключительно для спасения СТО. Особенно стараются здесь журналисты-популяризаторы, в частности, “объясняя” очередной эксперимент со сверхсветовыми скоростями, они повторяют одну и ту же фразу: “..в эксперименте было отмечено превышение скорости над скоростью света в вакууме, но мы то с вами знаем, что сверхсветовых скоростей не бывает...”.
4. “Принцип причинности”
Другим “доводом”, используемым для спасения СТО, является “прнцип причинности”, введенный Эйнштейном в ту же СТО. Читатель, не знакомый с этим “принципом” и взглянувший на него свежим взглядом, поразится и удивится, как такое можно было придумать.
Автор извиняется, но подробная критика СТО и ОТО выходит за рамки данной статьи, посвещенной только одному аспекту – возможности или невозможности сверхсветовых скоростей. Но так как эта тема напрямую связана с СТО, то автор вынужден рассмотреть некоторые ее положения.
Оказывается, согласно Эйнштейну судьба распостраняется со скоростью света! И если что-то происходит раньше, чем туда дошел свет, то это является нарушением “принципа причинности” (??!!). Сколь, однако, глубока философия (к физике это не имеет никакого отношения!).! Вобще, знакомство с этой теорией (ныне абсолютно общепризнанной!) показывает, что в своей СТО (ОТО не рассматриваем – это другая история, правда имеющая общих родственников с СТО), Эйнштейн оторвался от вполне добротных формул Лоренца и, не ограничиваясь модификацией формул механики для “релятивистских” скоростей, пустился в плавание по морю философии. Так появились “стержни” с “часами”, “близнецы”, “горизонты событий” и разные конусы и гиперболы, в которых по одной оси было отложено время, а по другой – скорость и, таким образом образовывался конус, ограниченный скоростью света. Многие читатели это знают и даже проходили это в инстиуте на первом курсе.
Тут сразу возникает вопрос, а почему не скоростью звука? Здесь, конечно, ответят, что скорость света – максимально возможная и это подтверждено экспериментами.
Что тут возразить! Но, тем не менее:
Во первых, эксперименты достоверно установили наличие сверхсветовых скоростей в средах и число экспериментальных свидетельств того растет [4]. Кроме того, установлена возможность сверхсветовых скоростей и в вакууме (волноводы, ближняя зона антенны). Квази-сверхсветовые источники (“зайчик”, поток частиц), имеющие характеристики сверхсветовых источников (в частности, черенковское излучение) уже сейчас находят практическое применение [6]. В оправдание идеи этого эйнштейного постулата можно, разьве что, сказать, что в его времена сверхсветовые скорости еще не были открыты (хотя аномальная дисперсия была уже известна).
Во вторых, не углубляясь в общую философию, можно заметить, что, даже если принять эйнштейнов постулат о скорости света, то и из этого совершенно не следует “принцип причинности”. В доэнштеновы времена предполагалось, что время одинаково во всех частях вселенной, что, на самом деле, очень возможно. Воздействие же может распостраняться с любой скоростью от скорости пешехода или летящего камня до световой волны атомного взрыва. То есть, “горизонтов событий” можно построить сколько угодно. Можно, например отложить по одной оси время, а по другой – скорость конницы Мамая. Чем не “горизонт событий”! Кроме того, события в разных углах вселенной могут быть никак не связаны общим воздействием. Разговор о “кореляции” событий во вселенной [5] опять сводится к Зенону (и, пожалуй, к астрологии), так, как очевидно, что любое воздействие, даже сильное, на некотором расстоянии затухнет и станет пренебрежимо малым. Кстати, по поводу скорости распостранения воздействия, в свое время Лаплас оценил возможную скорость гравитационного воздействия, которая, согласно его подсчетам должна превосходить скорость света на много порядков. Вопрос этот остается открытым до сих пор, несмотря на многочисленные попытки релятивистов измерить эту скорость или обнаружить “гравитационные волны”.
Философствуя по поводу сверхсветовых скоростей, некий доктор А. Голубев в статье, опубликованной в журнале “Наука и жизнь” [7] доходчиво обьясняет почтеннейшей публике невозможность сверхсветовых скоростей:
"Предположим, что мы находимся на некоем космическом чудо-корабле, движущемся быстрее света. Тогда мы постепенно догоняли бы свет, испущенный источником во всё более и более ранние моменты времени. Сначала мы догнали бы фотоны, испущенные, скажем, вчера, затем — испущенные позавчера, потом — неделю, месяц, год назад и так далее.