توهم حرکت "سریع تر از نور"

هیچ چیز نمی تواند سریع تر از نور حرکت کند. رابرت نمیروفکه استاد فیزیکدر دانشگاه صنعتی میشیگاناست، خود این واقعیت را انکار نمی کند ولی سناریویی را در اندیشه دارد که در آن، چیزی از دید یک بیننده، در حال حرکت سریع تر از سرعت نوربه نظر می آید. نمود و نمایش چنین چیزی می تواند گول زننده باشد ولی در این مورد، شاید حتی کاربردهای عملی هم داشته باشد.

نور برای گذشتن از روی ماه نیاز به ۰.۰۱۱۶ ثانیه زمان دارد، ولی یک نفر از روی زمین می‌تواند نشانگر لیزرش را در زمانی کوتاه تر از روی ماه بگذراند.

پایه ی این سناریوی سریع تر-از-نور نسبتا پیچیده است، ولی در نشست انجمن اخترشناسی آمریکاکه در روز ۸ ژانویه برگزار شد، نمیروف آن را در چند آزمایش فکری کوتاه توضیح داد.

برای نمونه، یک اتاق را در نظر بگیرید با سقفی به بلندی ۵۰ پا (فوت) و دیوارهایی به پهنای ۵۰ متر در ۵۰ متر. فرض کنید در میان اتاق به پشت و با یک نشانگر لیزری در دست دراز کشیده اید به گونه ای که می توانید نقطه ی کوچک لیزر را روی سقف ببینید.

اکنون نقطه ی لیزر را از چپ به راست روی سقف جابجا می کنید. برای این کار تنها نیاز به آن دارید که دستتان را چند اینچ تکان دهید، ولی در مدت کوتاهی که دستتان را تکان می دهید، نقطه ی روشن روی سقف ۵۰ پا جابجا می شود. اگر مچ دستتان را سریع حرکت دهید، نقطه ی روشن به سادگی در نیم ثانیه ۵۰ پا جابجا می شود، یعنی با سرعتی هم ارز ۱۱۰ کیلومتر بر ساعت.

اکنون این سناریو را به یک مقیاس بسیار بزرگ گسترش دهید. اتاقی را با بلندا و پهنای چندین مایل در نظر بگیرید. نشانگر لیزری را هم با توان بسیار بیشتر تصور کنید. نقطه ی روشنی که بر سقف می افتد می تواند با سرعت صدها کیلومتر بر ساعت جابجا شود. به نظرتان امکان ندارد که در یک اتاق به اندازه ی کافی بزرگ، سرعت نقطه ی روشن روی سقف از دید ما، از سرعت نور هم بیشتر شود؟ نمیروف می گوید این امکان وجود دارد، بدون آن که هیچ قانون قیزیکی شکسته شود.

نسبیت عامانیشتینتوهم حرکت سریع تر از نور را برای یک جسم (مانند یک تک فوتون نور) ناشدنی می داند. آزمایش نمیروف این قانون فیزیک را نمی شکند زیرا نشانگر لیزر یک شار از فوتون هاتولید می کند، نه یک تک فوتون. هیچ یک از تک فوتون های درون این شار سریع تر از نور حرکت نمی کنند، بلکه همه با هم می توانند توهم (خطای دید) حرکت سریع تر از نور را پدید آورند. [در واقع هیچ "جسم مادی"سریع تر از نور حرکت نکرده-م]

راه دیگر برای فهمیدن این خطای دید اینست که یک نوار دستگاه ضبط الکترونیکی را تصور کنیم که توهم حرکت افقی یک واژه روی پرده را ایجاد می کند. در واقعیت، این واژه توسط یک رشته چشمک که از چندین تک چشمه ی نوری ثابت می تابند پدید می آید. از دید نظری می توان کاری کرد که یک واژه با سرعت بیش از سرعت نور روی پرده جابجا شود-- زیرا هیچ چیز در عمل حرکت نکرده است. هر چشمک نور یک رخداد تکی و جدا از دیگران است، و تنها کاری که می کنند اینست که توهم جابجایی گروهی را می آفرینند.

این بخش نخست از آزمایش ذهنی نمیروف بود.

اکنون یک نشانگر لیزر را تصور کنید که یکراست دارد به ژرفای بی پایان فضا می تابد. نقطه ی روشن لیزر را هیچ جا نمی بینید زیرا در واقع در اتاقی هستید که پایانی ندارد. اکنون تصور کنید دارید این نشانگر را همراستا (موازی) با یک دیوار بی پایان می تابانید. اگر مچ دستتان را بچرخانید، باریکه ی لیزر دیگر همراستا با دیوار نخواهد بود و در جایی آن را قطع خواهد کرد. ولی در چه نقطه ای؟ در بی نهایت که نمی تواند باشد زیرا در آن صورت نیاز به زمان بی نهایت هم خواهد بود. ولی درست کنارتان هم نخواهد بود-- این نقطه باید جایی میان شما و بی نهایت باشد.

ولی به گفته ی نمیروف، اگر یک نقطه ی محدود را برای جایی که نور باید بیفتد برگزینید، باریکه ی لیزر می بایست همیشه درست در آن سوی آن نقطه باشد، یک گام به بی نهایت نزدیک تر. در واقع، نقطه ی نور باید همیشه در یک زمان، دو جا باشد.

از آن جایی که فوتون باید همزمان در دو جا باشد، به گفته ی نمیروف چیزی بسیار شگرف و غریب رخ می دهد: دو نقطه ی نور بر روی دیوار پدیدار می شوند که دارند رو به دو سوی مخالف حرکت می کنند-- یکی از شما دور می شود و دیگری رو به شما می آید. یک نقطه سرعتش بسیار کمتر از سرعت نور است و دیگری به نظر می رسد سریع تر از نور حرکت می کند. (این هم مانند آزمایش لیزر روی سقف، یک خطای دیداری است. این یک تک فوتون نیست که سریع تر از نور جابجا شود.) این فورانی از نور پدید می آورد، چیزی که نیمروف آن را یک "انفجار نوری" (photonic boom) می نامد زیرا همانند انفجار صوتی (sonic boom) است که در پی شکستن دیوار صوتیرخ می دهد، یعنی زمانی که چیزی سریع تر از صداحرکت کنند و از امواج صدا جلو بیفتد. (۱)

یک آزمایش شگفت آور "سریع تر از نور"می تواند به اخترشناسان در بررسی NGC ۲۲۶۱ کمک کند. این ابر که به نام سحابی متغیر هابل هم شناخته می‌شود، توده ای بادبزن-مانند از گاز و غبار است که از نور ستاره‌ای در نوکش روشن شده. منبع- تصویر کمی بزرگ تر

نمیروف جزییات تکنیکی این سناریو را در پژوهشنامه ای ارایه کرده که نگارش پیش از چاپ آن اینجا در دسترس است.

وی در این پژوهشنامه چنین استدلال می کند که این انفجارهای فوتونی در طبیعت وجود دارند و می توانند به جای نشانگر لیزری، با چشمه های نوری دیگری مانند تپ اخترهارخ دهند. تپ اخترها ستارگان رُمبیده و بسیار چگالی‌اند که باریکه های نوری پایدار و بسیار درخشان پدید می آورند.

نمیروف در بیانیه ای از دانشگاه صنعتی میشیگانگفت: «انفجارهای فوتونی بارها و بارها پیرامون ما رخ می دهند، ولی همیشه کوتاه تر از آنند که متوجهشان بشویم. [ولی] در ژرفای کیهان به اندازه ی کافی طول می کشند که ما متوجه شویم-- هرچند که هیچ کس تاکنون به فکر جستجوی آن ها نبوده.»

رُزانه دی استفانو از مرکز اخترفیزیک هاروارد-اسمیتسونینبه گفته های نمیروف می افزاید: «این پنداشت کلی گرچه در عمل ثابت نشده، ولی بسیار فریبنده و جذاب است.»

به گفته ی نمیروف، یک انفجار فوتونی می تواند به جای یک دیوار بی پایان، زمانی دیده شود که باریکه ای از نور بر روی یک سطح کروی با خطوط ژرفا، مانند کره ی ماه جابجا شود. چنان چه او می گوید: «جزییات این پدیده بر پایه ی تاثیر دوسویه ایست که میان "زمانی که طول می کشد تا یک باریکه ی نور از روی جسمی بگذرد"و "زمانی که طول می کشد تا ژرفای جسم را بپیماید"برقرار است.» بنابراین اگر ماه تنها یک صفحه ی صاف و هموار بود، انفجار فوتونی نمی توانست روی آن پدید آید.

با اندازه گیری یک انفجار فوتونی می توانیم به آگاهی هایی درباره ی جسمی که انفجار روی آن پدید آمده دست یابیم. بر پایه ی بیانیه ی دانشگاه میشیگان، یک باریکه ی نور می تواند"هزاران بار در ثانیه"از روی سطح یک سیارکبگذرد و آن را بروبَد به گونه ای که "در هر بار گذر، یک انفجار فوتونی بی ضرر ولی گویا پدید آورد."هر یک از انفجارها سپس می توانند برای "آشکار کردن اندازه و ویژگی های سطحی"سیارک به کار روند.

به گفته ی نمیروف، انفجارهای فوتونی را باید بتوان در NGC ۲۲۶۱هم دید. این جرم که به نام سحابی متغیر هابل نیز شناخته می شود یک ابر بادبزن-مانند از گاز و غبار است که از نور یک تک ستاره که در نوکش جای دارد روشن شده. بر پایه ی بیانیه ی دانشگاه، سایه هایی که در اثر گذر نور این ستاره از میان ابرهای گازی و بازتاب آن از روی ابر غبار پدید آمده، «انفجارهای فوتونی‌ای به وجود آورده اند که تا چند روز یا چند هفته هم دیده می شوند.» 

--------------------------------------------------------------------------
۱) توجه کنید که انفجار فوتونی با تابش چرنکوفتفاوت دارد. تابش چرنکوف زمانی پدید می آید که سرعت جسمی در یک محیط ویژه، از سرعت نور در آن محیط بیشتر شود، ولی در انفجار فوتونی، هیچ چیزی واقعا سریع تر از نور حرکت نکرده. (سرعت نور در مواد گوناگون تفاوت دارد)

واژه نامه:

منبع: Space.com