Πως μπορείτε να ξεπεράσετε την ταχύτητα του φωτός με απλά πειραματικά μέσα 

Από σελίδα NewScientist, 16 Σεπτεμβρίου 2002

Ηλεκτρικά σήματα μπορούν να διαδοθούν τουλάχιστον τέσσερις φορές ταχύτερα από το φως. Η πειραματική διάταξη που απαιτείται γι αυτό χρησιμοποιεί μόνο βασικό εξοπλισμό που τον βρίσκουμε σχεδόν σε κάθε εργαστήριο φυσικής της τριτοβάθμιας εκπαίδευσης και μερικές φορές ακόμα και σε ένα καλά εξοπλισμένο εργαστήριο λυκείου. 

Οι επιστήμονες την τελευταία δεκαετία, έχουν στείλει φωτεινά σήματα με ταχύτητα μεγαλύτερη από το φως σε απόσταση μερικών μέτρων, χρησιμοποιώντας όμως εξεζητημένες πειραματικές διατάξεις. Τώρα οι φυσικοί από το πανεπιστήμιο του Middle Tennessee διέσπασαν αυτό το όριο ταχύτητας για απόσταση άνω των 120 μέτρων, χρησιμοποιώντας έναν έτοιμο και φτηνό εργαστηριακό εξοπλισμό. 

Οι Jeremy Munday και Bill Robertson έφτιαξαν ένα καλώδιο περίπου 120 μέτρων με εναλλαγή δύο διαφορετικών ειδών ομοαξονικών καλωδίων, που το καθένα τους είχε μήκος 6-8 μέτρα. Το καθένα από αυτά τα καλώδια παρουσίαζε και διαφορετική ηλεκτρική αντίσταση.  Συνέδεσαν αυτό το υβριδικό καλώδιο σε δύο γεννήτριες σήματος, η μια από τις οποίες εξέπεμπε ένα  κύμα μεγάλης συχνότητας και η άλλη ένα κύμα μικρής συχνότητας. Τα κύματα συμβάλλουν μεταξύ τους και παράγουν ηλεκτρικούς παλμούς, τους οποίους μπορούμε να παρακολουθήσουμε με έναν παλμογράφο. 

Οποιονδήποτε παλμό, είτε είναι ηλεκτρικός, είτε παλμός φωτός, είτε ηχητικός παλμός, μπορούμε να τον φανταστούμε σαν μια ομάδα από μικρά κύματα που έχουν αναμιχθεί. Η ενέργεια αυτού του παλμού που αποτελείται από ομάδα κυμάτων, αυξάνεται και μετά μειώνεται όσον αφορά τη χωρική της κατανομή, παρουσιάζοντας μια κορυφή στο μέσον. Οι διαφορετικές ηλεκτρικές αντιστάσεις στο υβριδικό καλώδιο κάνουν τα κύματα στο πίσω μέρος του παλμού να συμβάλλουν δίνοντας μηδενικό αποτέλεσμα, και έτσι η κορυφή του παλμού επιταχύνεται προς τα εμπρός. 

Όταν ένας παλμός της ακτινοβολίας ταξιδεύει σ' ένα "μέσο που προκαλεί σκέδαση" ή "μέσο ανάλυσης", διαφορετικές συχνότητες  του παλμού κινούνται με διαφορετικές ταχύτητες και ο παλμός με αυτό τον τρόπο παραμορφώνεται. Η συνηθισμένη σκέδαση προκύπτει όταν αλλάζει ο δείκτης διάθλασης ενός υλικού  με την μεταβολή της συχνότητας του κύματος. Αυτό μεταβάλει τον παλμό και μειώνει την ταχύτητα ομάδας (group velocity), δηλαδή την ταχύτητα με την οποία ταξιδεύει η κορυφή του παλμού.

Αλλά η "ανώμαλη σκέδαση" μπορεί να εμφανιστεί σε υλικά που απορροφούν την ακτινοβολία σε μια ορισμένη περιοχή συχνοτήτων. Ο δείκτης διάθλασης σε κάθε πλευρά αυτής της ζώνης απορρόφησης αλλάζει αισθητά με την συχνότητα. Σε αυτές τις περιοχές, τα αναμιγνυόμενα κύματα  στην ουρά του παλμού συμβάλλουν δίνοντας μηδέν ως αποτέλεσμα της συμβολής, και έτσι η κορυφή του κύματος ωθείται αποτελεσματικά προς τα εμπρός.

Τέσσερα δισεκατομμύρια km/h

Χρησιμοποιώντας τον παλμογράφο για να παρακολουθήσουν την ένταση του παλμού και την ταχύτητα, οι ερευνητές πιστοποίησαν ότι η κορυφή του παλμού ταξίδεψε μέσα στο καλώδιο με ταχύτητα μεγαλύτερη από 4 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα ανά ώρα

Ενώ η κορυφή κινείται ταχύτερα από το φως, δεν συμβαίνει το ίδιο και με την ολική ενέργεια του παλμού. Αυτό σημαίνει ότι η θεωρία της ειδικής σχετικότητας του Einstein δεν παραβιάζεται, και συνεπώς δεν πρέπει να αναμένουμε την κατασκευή υπερταχέων διαστημοπλοίων και χρονομηχανών.

Τα ηλεκτρικά σήματα επίσης γίνονται όλο και ασθενέστερα και παραμορφώνονται όλο και περισσότερο, όσο γρηγορότερα ταξιδεύουν. Έτσι θεωρητικά δεν μπορεί να διαδοθεί χρήσιμη πληροφορία με ταχύτητες μεγαλύτερες από αυτή του φωτός, αν και ο Robertson ελπίζει ότι οι μαθητές του αλλά και άλλοι ανεξάρτητοι ερευνητές μπορούν τώρα με φτηνές αλλά ισχυρές μεθόδους να ελέγξουν αυτές τις ιδέες. 

Ο φυσικός  Alain Hache στο πανεπιστήμιο  Moncton του Καναδά προσθέτει ότι πιθανόν να είναι δυνατόν να χρησιμοποιήσουμε αυτήν την τεχνική της ανάκλασης για να αυξήσουμε την την ταχύτητα των ηλεκτρικών σημάτων στους υπολογιστές και τα τηλεπικοινωνιακά δίκτυα περισσότερο από 50%.  

Τα ηλεκτρόνια συνήθως ταξιδεύουν  με τα 2/3 της ταχύτητας του φωτός μέσα στα σύρματα καθώς επιβραδύνονται όταν προσκρούουν πάνω στα άτομα. Ο Hache λέει ότι μπορεί να είναι δυνατόν να στείλουμε χρησιμοποιήσιμα ηλεκτρικά σήματα σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός.