Ο ήχος σπάζει το φράγμα του φωτός

Πηγή: Physics Web, 12 Ιανουαρίου 2007

Τίποτα δεν μπορεί να ταξιδέψει γρηγορότερα από το φως ... εκτός από τον ήχο. Αυτός είναι ο ισχυρισμός μερικών αμερικανών φυσικών, οι οποίοι λένε ότι έχουν σχεδιάσει έναν ασυνήθιστο κυματοδηγό που κάνει τον ήχο να κινείται με ταχύτητες "υπερφωτεινές" (Appl. Phys. Lett.).

Ο ήχος συχνά αποτελείται από πολυάριθμα κύματα διάφορων μηκών κύματος. Σε ορισμένα σημεία, αυτά τα κύματα-συνιστώσες μπορούν όλα να συνδυαστούν δημιουργικά για να παραγάγουν έναν παλμό, ο οποίος να κινείται μέσω του μέσου με μια ταχύτητα γνωστή ως "ταχύτητα ομάδας".

Σε ένα κανονικό μέσο διασποράς, η ταχύτητα ενός κύματος είναι ανάλογη προς το μήκος κύματός του, με συνέπεια η ταχύτητα ομάδας να είναι πιο αργή από τη μέση ταχύτητα των ιδρυτικών κυμάτων της. Αλλά σε ένα ανώμαλο μέσο διασποράς -- ένα μέσον που απορροφά ή εξασθενίζει πολύ σε ορισμένες συχνότητες -- η ταχύτητα είναι αντιστρόφως ανάλογη προς το μήκος κύματος, κάτι που σημαίνει ότι η ταχύτητα ομάδας μπορεί να γίνει πολύ γρηγορότερη.

Γρηγορότερα και από το φως

Πράγματι, η ταχύτητα ομάδας του φωτός έχει αποδειχθεί ήδη ότι μπορεί να ταξιδέψει γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός στο κενό. Αλλά μέχρι τώρα, τα υπερφωτεινά ακουστικά κύματα υπήρχαν μόνο θεωρητικά, και απαιτούσαν την ταχύτητα ομάδας να αυξάνεται σχεδόν ένα εκατομμύριο φορές.

Ένας κυματοδηγός από κομμάτια σωλήνων PVC (στην εικόνα εμφανίζεται κι ένας κανόνας 30 cm για σύγκριση) για να δημιουργήσει τον "υπερφωτεινό" ήχο.

Ο William Robertson καθώς και συνάδελφοι του από το πανεπιστήμιο του Tennessee έχει εντούτοις κατορθώσει να παραγάγει ήχο που ταξιδεύει γρηγορότερα από το φως, τοποθετώντας ένα ηχητικό παλμό μέσω ενός εκπληκτικά απλού κυματοδηγού. Στο εσωτερικό του, ένα φίλτρο διαχωρίζει το σήμα κατά μήκος για να περάσουν μέσα από δύο άνισου μήκους σωλήνες, και τα επανασυνδυάζει έπειτα για να παραγάγει μεγάλες ποσότητες ανώμαλης διασποράς.

Καθώς συμβάλουν το ένα με το άλλο αναπαράγουν τη μορφή του αρχικού παλμού αλλά πιο μπροστά από εκεί που διαχωρίστηκαν. Αυτό δίνει την εντύπωση ότι ο ήχος έχει ταξιδέψει πιο μακριά, και έτσι δείχνει ότι έχει κινηθεί γρηγορότερα, στο ίδιο χρονικό διάστημα.

Ο Robertson λέει ότι τέτοια συμβολή με διάσπαση της πορείας μπορεί, επίσης, να εμφανιστεί με φυσικό τρόπο όταν βρίσκεται μια πηγή ήχου κοντά σε έναν σκληρό τοίχο: κάποιοι ήχοι φθάνουν στον ακροατή άμεσα, και μερικοί φθάνουν στον ακροατή από μια ελαφρώς μακρύτερη πορεία, καθώς αυτοί ανακλώνται από τον τοίχο. Επομένως, λέει, ο υπερφωτεινός ήχος είναι ένα "καθημερινό" περιστατικό, αν και είναι συνήθως πάρα πολύ λεπτό για να το παρατηρήσει κάποιος.

Εν τούτοις, οι υπερασπιστές της ειδικής σχετικότητας δεν χρειάζεται να ανησυχούν. Τα κρυφά κύματα που αποτελούν τον παλμό παραμένουν σε υποφωτεινή ταχύτητα, έτσι καμία πληροφορία, ύλη ή ενέργεια δεν ταξιδεύουν στην πραγματικότητα γρηγορότερα από το φως.

"Το φαινόμενο είναι το ίδιο με αυτό που παρατηρήθηκε στα προηγούμενα ηλεκτρικά ή οπτικά πειράματα", λέει ο Robertson. "Η μόνη κάπως διαφορά είναι ότι τα ακουστικά κύματα που κάνουν τον παλμό κινούνται πολύ πιο αργά από το φως."