Szybciej niż światło

Astrofizycy znaleźli rzeczywiste przykłady prędkości nadświetlnej w postaci impulsów radiowych płynących z pulsara.

Eksperymenty laboratoryjne ostatnich dziesięcioleci wykazały, że istnieje możliwość poruszania się szybciej niż światło, nie podważając szczególnej teorii względności Einsteina. Teraz astrofizycy dostrzegli rzeczywiste przykłady prędkości nadświetlnej w postaci impulsów radiowych płynących z pulsara.

Astrofizycy, pod kierunkiem Fryderyka Jenet z Uniwersytetu Teksańskiego w Brownsville, monitorowali pulsar PSR B1937 +21, który jest oddalony o około 10 000 lat świetlnych od Ziemi. Do swoich badań wykorzystali Obserwatorium Arecibo w Puerto Rico. Naukowcy przez trzy dni rejestrowali sygnały radiowe o częstotliwości 1420,4 MHz i paśmie 1,5 MHz. W wyniku analizy, okazało się, że impulsy bliższe centrum pulsara przybyły wcześniej niż pozostałe, co sugeruje, że podróżowały szybciej niż światło.

Prędkość nadświetlna, czyli szybsza niż światło, związana jest z anomalią rozproszenia (dyspersja anomalna). Zgodnie z definicją, jest to proces, w którym współczynnik załamania ośrodka wzrasta razem z długością fali światła przechodzącego przez ten ośrodek. Jeśli impuls światła (składający się z grupy fal świetlnych o różnych długościach fali) przechodzi przez taki ośrodek, prędkość grupowa impulsu może wzrosnąć do prędkości, która jest większa prędkość samych fal w impulsie. Energia impulsu nadal porusza się z prędkością światła, co oznacza, że wszelkie informacje (np. dane z sond kosmicznych) będą przekazywane zgodnie z teorią Einsteina.

Pulsar jest gwiazdą neutronową, która w regularnych, niewielkich odstępach czasu, wysyła impulsy promieniowania elektromagnetycznego, głównie promieniowanie radiowe. Sygnały odbierane z Ziemi wyglądają jak błyski latarni morskiej. Dzieje się tak dlatego, że pulsary szybko wirują, wysyłając obrotową wiązkę promieniowania. Impulsy, przemierzając kosmos, podróżują przez ośrodek międzygwiazdowy (interstellar medium, ISM – przestrzeń między gwiazdami, zawierająca gazy i pyły, ale także różne formy energii, np. neutrina i promieniowanie elektromagnetyczne), co ma na nie wpływ. Jeśli przechodzą one przez pole magnetyczne zmieniona może być ich polaryzacja, gdy spotkają wolne elektrony, mogą zostać rozproszone, a gdy na swej drodze znajdą neutralny wodór, impulsy mogą nawet zostać przez niego wchłonięte. Naukowcy z Brownsville sądzą, że duży wpływ na impulsy ma również anomalna dyspersja.

Impulsy z pulsara, zdaniem astrofizyków, przemierzały chmurę neutralnego wodoru, który rezonował z częstotliwością 1420,4 MHz – czyli dokładnie taką, jaką analizowano. Przejście przez chmurę spowodowało anomalną dyspersję, która wprowadziła impulsy do nadświetlnej prędkości grupowej. Impulsy o częstotliwości najbliższej do rezonowanej przybyły wcześniej niż inne.

Zdaniem naukowców, impulsy zdają się podróżować szybciej niż światło ze względu na „wzajemne oddziaływanie między skalami czasu, jakie obecne są w impuls i tymi, które są w ośrodku”. Impulsy poruszające się z prędkością nadświetlną nie negują teorii Einsteina, ponieważ nie niosą żadnych informacji. Takie zjawisko znane było z eksperymentów laboratoryjnych, a teraz po raz pierwszy odkryto je w prawdziwym świecie astrofizyki.

Wyniki badań zostaną opublikowane w „Astrophysical Journal”. Odkrycie może pomóc astronomom w pełniejszym zrozumieniu struktury kosmosu w regionach pomiędzy gwiazdami, zwłaszcza właściwości chmur neutralnego wodoru w naszej galaktyce.


Przemysław Goławski