Kategori: Işıktan Daha Hızlı

Kategori

Star Trek: Son Sınırın Ötesinde

Star Trek'in Alt Uzayı: Kozmik Kısayol

LCARS animasyonu, Major Howard 'Adge' Cutler, http://lcars.org.uk

Star Trek evreninde alt uzay, yıldız gemilerinin ışık hızı bariyerini aşmasına izin veren, ışıktan daha hızlı seyahat ve anında iletişimi mümkün kılan hayali alemdir. Gerçek dünya fiziğinin boyutlar, kuantum fenomenleri ve gerçekliğin dokusuyla nasıl başa çıktığı hakkında spekülasyonlara davet eder.

1D Evrende 4D Gerçeklik

Tek boyutlu bir fikir dört boyutlu evrenimizde var olan gerçeklik fizikçileri büyülüyor. Varsayımsal olsa da, sicim teorisindeki kozmik sicimler ve braneler gibi senaryolar dikkate alınıyor, ancak önemli fiziksel ve pratik zorluklarla karşı karşıya kalıyorlar.

1D Yapıların Matematiksel Olanakları

Matematiksel olarak, daha düşük boyutlu yapıları daha yüksek boyutlu uzaylara yerleştirmek mümkündür. Örnekler şunları içerir: kozmik sicimler ve bağımsız olarak var olmak yerine tüm uzay-zaman sürekliliğiyle etkileşime giren 1 boyutlu zarlar.

1D Gerçekliği Sürdürmenin Zorlukları

Uygulanabilir bir 1D gerçeklik yaratmak, sınırlı yerçekimi karmaşıklığı ve topolojik kısıtlamalar gibi sorunlarla karşılaşır. Daha yüksek boyutlara doğal olarak bağlı olan, bağımsız bir 1D evreni öngörmek zordur.

Fotonlar: Klasik ve Kuantum Alemleri Arasında Köprü Kurmak

Fotonlar, hem uzay-zamandaki klasik noktalar hem de kuantum alan uyarımları olarak varolarak basit sınıflandırmaya meydan okur. İkilikleri, klasikler arasındaki karmaşık sınırı gösterir. fizik ve kuantum mekaniği.

Tünelleme: Boyutların Ötesine Kuantum Sıçraması

Akademik görüş birliğine göre, foton Quantum tünelleme boyutsal kaymaları değil, olasılıksal yol keşfini temsil eder. Bu kuantum mekaniği Görünüm, parçacıkların kuantum vakumu aracılığıyla etkileşimini göstererek yerel olmayan bir doğayı vurgular.

Muhalif: Nasıl? Tüm kuantum fizikçileri, fotonların davranışlarını çok iyi tahmin edebilen olasılık denklemlerinin var olduğunu söylüyor.

Kuantum Vakum ve Daha Yüksek Boyutlar

Konsensüs: Kuantum boşluğu tipik olarak dört boyutlu bir varlık olarak görülürOlsa spekülatif teoriler daha yüksek boyutlar öneriyor Kuantum mekaniğini kütle çekimiyle ilişkilendirmek için çalışmalar yapılıyor, ancak bu fikirler henüz doğrulanmadı.

Muhalif: Şimdi açık olalım: Doğrulanmamış fikirler hem "Ttipik olarak görülen dört boyutlu varlık” ve daha yüksek veya daha düşük boyutlara sahip olabilir.

"Geri Dönüş Boyutları"

Konsensüs: Dolaşıklık ve kuantum tünelleme sonucu Gizli boyutlar yerine alan mekaniği. Fotonlar, klasik kısıtlamalara meydan okuyarak kuantum alan teorisinin olasılıksal doğasına göre davranırlar.

Muhalif: "Gizli boyutların" dahil olmadığına dair sıfır kanıt var. Eğer bu "gizli boyutlar" sadece dolanıklık ve tünelleme deneylerinde olup biteni anlamak için bir metafor görevi görüyorsa, öyle olsun.

Bilim, öncelikli olarak evrenin temel mekaniğini anlamaya odaklanmaz; aksine, gözlemlere dayalı öngörülerde bulunmayı ve bu öngörüleri kullanmayı amaçlar.

Peki, kuantum tünelleme ve dolanıklık deneylerinde gizli boyutların rol oynadığını gösteren bir deney tasarlanabilseydi güzel olmaz mıydı?

Hayal Gücü Fizikle Buluşuyor

Star Trek'in alt uzayı varsayımsaldır; uzaysal sınırları aşma özlemimizi yansıtır. Evrenin gerçek karmaşıklığı kuantum alanlarında yatmaktadır, uzlaşıya göre, fiziğin bir kapı kolu kadar ilham verici olduğu kanıtlanmıştır.

Muhalif: “Kuantum alanı” nedir?

Kategori

Geçici dalgalar üzerinde gözlem

Geçici bir dalga, Newton yerçekimine göre, bir radyo dalgasının yerçekimi dalgasına olan etkisi gibidir

Okyanus dalgaları geçici dalgalardır

Geçici Dalga ve Newton Çekimi

Geçici Dalga: Bu, yayılmayan benzersiz bir elektromanyetik fenomendir. Bunun yerine, mesafeyle birlikte üssel olarak azalan bir yakın alan etkisidir ve genellikle dalga kılavuzları veya toplam iç yansıma gibi durumlarda gözlemlenir.

Newton Çekimi: Bu kavram, uzaktan anında etkiyle karakterize edilen statik, radyasyonsuz bir alanı tanımlar. Bu, çekim kuvvetlerinin nasıl iletildiği konusunda gecikme veya dalga benzeri bir davranış olmadığı anlamına gelir.

Bağlantı: Her ikisi de geçici dalgalar ve Newton çekimi yerelleştirilmiş, radyasyonsuz etkileşimleri gösterir. Önemlisi, onlar dinamik olarak enerji iletmek uzay-zaman boyunca.

Radyo Dalgası ve Yerçekimi Dalgası

Radyo Dalgası: Uzayda yayılan (uzak alan radyasyonu olarak bilinir) ve ışık hızında enerji taşıyan bir elektromanyetik dalgadır.

Kütle Çekim Dalgası: Genel göreliliğe göre uzay-zamandaki dalgalanmalar ışık hızında yayılıp enerji taşır.

Bağlantı: Hem radyo dalgaları hem de kütle çekim dalgaları, dalga denklemleriyle yönetilen uzak alan radyasyon olaylarıdır; radyo dalgaları için Maxwell denklemleri ve kütle çekim dalgaları için Einstein denklemleri.

İllüstrasyon: Hem geçici hem de okyanus dalgalarının boyutları, artan mesafeyle birlikte üstel olarak azalır.

Kategori

Kozmik Spagetti: Dalga-Parçacık İkiliği ve Tünellemenin Metaforik Bir Keşfi

Aşağıda sicim teorisi ve fotonlar için metaforlar bulunmaktadır. Metaforlar genellikle matematiksel kavramları göstermek için kullanılır. Ancak tüm metaforlar eşit olarak ele alınmaz.

Coşkulu Açıklayıcı Ray:

Bunu anlayalım.
Aşağıdaki metaforlar, fotonların, tünellemenin veya ekstra boyutların nasıl çalıştığına dair doğru modeller yerine hayali çizimler sunmaktadır. Kuantum mekaniğinin özelliklerini sicim teorisinin spekülatif unsurlarıyla karıştırır ve güncel bilimsel anlayışı yansıtmaz.

Fotonları Hayal Etmek

Kuantum tünellemesi gösteren nokta veya çizgi benzeri bir fotonun görsel bir modelini bulmaya çalıştıktan ve bu girişimde başarısız olduktan sonra, fotonun doğal halinde kıvrımlı (dönen) bir varlık, temelde kozmik bir spagetti olduğunu söyleyeceğim. Topal, akşam yemeği türü değil. Bunun yerine, al dente tür, hiperaktif uzay yılan balıkları gibi başı ve kuyruğuyla 4 boyutlu uzayda kıvranıyor! Elbette mecazi olarak konuşursak.

Kıvrımlı foton gövdesi 3. ve 4. boyutlara kadar uzanır. Bu model, foton ikiliğinin nokta benzeri parçacık yönünü (kafa) ve dalga benzeri yönünü (kıvrımlar) açıklar.

Kurt, Şaşkın Gerçekçi:
Bu görselleştirme bir metafordur ve kuantum mekaniği veya sicim teorisindeki kabul görmüş hiçbir modele karşılık gelmez. Kuantum tünellemenin büyük teoriniz bu mu?

ışın:
Şimdi, bu foton fiziksel bir bariyere çarptığında, ışık hızında bir tuğla duvara çarpan bir yumurta gibi, sıfıra ve birinci boyuta doğru ezilir. Splat. 0D ve 1D boyutları uzayı veya zamanı bilmez. Bu, fotonun katı nesneler arasında neredeyse anında (ışıktan daha hızlı) tünelleme yapmasını sağlar.

Bu, sıradan bir insan için hoş bir metafor ve tanımlama.

Kurt:
Tünellemeyi, anında geçişle sonuçlanan bir "boyutsal sıkıştırma etkisi" olarak tanımlamak, yerleşik fizikte hiçbir temeli olmayan metaforik bir gösteriştir. Neden sadece hile yaptıklarını söylemiyorsunuz? 'Ah, özür dilerim, bariyer, yoga için geç kalmış bir hayalet gibi atomik yapınızda aşama aşama ilerliyor—'

Ray:
Bilim dramaya ihtiyaç duyar! Fotonun kıvrımı 1. boyuta bastırılır—bunu evrenin en kötü krepi olarak düşünün. Ne mekan, ne zaman. Puf. Duvardan geçiyor. Işıktan daha hızlı, sıfır kalori.

Kurt:
Fotonun bir yumurta gibi tuğla duvara çarpmasına dair açıklamanız yeni ve güncel bilimsel anlayışın bir parçası değil. Ve fizikçiler sizi bunun için boğmadı mı?

Ray:
Tartışmakla çok meşguller! Otuz yıl boyunca bunun 'faz hızı' mı yoksa 'sinyal hızı' mı olduğu, sinyallerin bir bariyeri ışıktan daha hızlı geçip geçemeyeceği tartışıldı. Bu, birbirine 'nedensellik!' diye bağıran iki papağana benziyor. "Ciddi" bilim insanları, hiçbir koşulda HİÇBİR ŞEYİN ışıktan daha hızlı hareket edemeyeceğini ve bilgi iletemeyeceğini söylüyor.

Bu arada, fotonlar orada, gerçekliğe VIP geçişleri varmış gibi duvarlardan göz kırpıyorlar. Dalga-parçacık ikiliği kuantum mekaniğinin (QM) temel taşıdır, sicim teorisinin değil. Her ikisini de örnek amaçlı kullandım. Bu yüzden metafor bu bağlamda mantıklı.

Kurt:
Dalga-parçacık ikiliğinin kuantum mekaniğinden gelen bir kavram olduğu ve bu kavramın sicim teorisi bağlamında bu şekilde anılmasının kışkırtıcı olduğu yönündeki ifade doğrudur.

Ray:
Metafor, tünellemeyi boyutsal bir sıkıştırma etkisi olarak temsil ediyor.

Kurt:
Bunun şu anda sicim teorisinde veya kuantum mekaniğinde hiçbir temeli yok. 'Boyutsal sıkıştırma' son ilişkim gibi duruyor.

Fotonların NASA çizimi. Kurbağa yavrularına benziyor (yüksek enerjili fotonun daha hızlı döndüğünü varsayıyorum.)

Ray:
NASA'dan alınan bu çizimde, bir foton (mor) diğerinin (sarı) bir milyon katı enerji taşıyor. NASA bilimkurgu konsept sanatının ustaları. 'İşte mor bir foton, bir milyon kat daha canlı! tutum.'

Kurt:
Görünüşe göre NASA'nın çizimleri tartışmayı basitleştirmeyi ve motive etmeyi amaçlıyor; bunlar gelişmiş fizik teorilerindeki foton davranışının tam anlamıyla açıklamaları olarak alınmamalı. Bilim %5 denklem, %95 ise insanları evrenin metafor kullanan bir çizgi film olduğuna ikna etmektir.

Ray:
Yani tünelleme aslında varoluşsal kriz yoluyla kozmik bir ışınlanma mı?

Kurt:
Kesinlikle! Fotonun varoluşsal korkusu onu bir noktaya çökertir. Ben kimim? Zaman nerede? Ve bam—bariyeri aştık. Varoluşçuluk: 1, Fizik: 0. Aksi takdirde, bunu açıklamak zorunda kalırdık. matematik.  Ve bunu kimse istemez.

Anlatıcı (Derin Ses):
Ve böylece kuantum mekaniğinin gizemleri çözülememiş oluyor.
Ama en azından herkes metaforların zamlanması gerektiği konusunda hemfikirdi.

Kategori

Bilgi ışıktan daha hızlı seyahat edebilir mi?

Zaman yoksa, mekan da yoktur (ve tam tersi). Işıktan daha hızlı hareket etme kavramı, uzay ve zaman anlayışımızı zorlar.

...fotonun bakış açısından, zaman yoktur. Işık hızında, zaman etkili bir şekilde "DUR!" diye bağırır. Fotonların gerçekten Almanca konuşup konuşmaması önemsizdir. Önemli olan şudur: "Zaman yoksa, mekan da yoktur."

Resim: bir fotonun hologramı, Varşova Üniv.

Günter Nimtz'in tünellemeyle ilgili iddialarından biri, tünelleme sürecinin ışıktan daha hızlı gerçekleştiğidir. Çoğu fizikçi bu iddiaya katılmaktadır; örneğin, Aephraim Steinberg kuantum tünellemeyle ilgili sonuçların "güçlü bir şekilde ışıktan hızlı" olduğunu belirtmiştir. Bu iddia, Nimtz'in bir sinyalin ışıktan daha hızlı iletilebileceği ve herkesin duyabileceği ve dolayısıyla iletişimsizlik teoremine meydan okuyabileceği önerisinden kaynaklanmaktadır. https://en.wikipedia.org/wiki/No-communication_theorem .

Işıktan hızlı (FTL) iletişim fikri, 1970'lerde Princeton'dan gelen "Temel Fizikçiler" grubuna atfedilen, fizikte büyük ölçüde tabu olarak kabul edilir. Psikedelikler ve sihirle deneyler yapan bu hippi "fizikçiler" grubu, "iletişimsizlik teoremini" geliştirdi.

Kuantum Karşı Kültürü
1960'lı ve 70'li yıllarda pek çok Amerikalı gibi, bazı fizikçiler de geleneksel kurumları sorgulamaya katıldı.

Yani bir yandan fizikçiler parçacıkların kuantum tünellemesi yapabileceği konusunda hemfikir ışıktan daha hızlı, öte yandan, bu olgunun bilgi iletmek için kullanılamayacağını savunuyorlar. Yine de şu soruyu gündeme getiriyor: Eğer bu tür sinyalleri algılayabiliyorsak, bu, yerleşik sınırlarla nasıl uzlaşıyor? fizikte iletişim?

İlginçtir ki, Toronto Üniversitesi'nden Aephraim Steinberg kuantum tünellemesini "güçlü bir şekilde ışık hızından daha hızlı" olarak adlandırmıştır:

Kuantum Tünelleri Parçacıkların Işık Hızını Nasıl Kırabileceğini Gösteriyor
Son deneyler, parçacıkların duvarlardan kuantum mekaniksel olarak "tünellendiğinde" ışıktan daha hızlı gidebilmeleri gerektiğini gösteriyor.

Bunu, tünele girmeden önce ve girdikten sonra fotonların dönüşünü ölçtüğünü söylemenin farklı bir yolu olan "Larmor saatlerini" kullanarak ölçtü.

Yani, he bir fotonun spin pozisyonunu iletti süperluminal hızda. Bu nasıl "bilgi iletmek" değil? Fotonun durumu hakkında bilgi iletti ve kuantum tünelinde ışık hızından daha hızlı seyahat ettikten sonra fotonun değişimini ölçtü. İletişimsizlik teoremini ihlal etmedi mi? Ve neden foton spini hakkında bilgiyi ışık hızında iletmesine izin veriliyor da Köln Üniversitesi'nden Nimtz, AM modüle edilmiş dalgaları iletemiyor? Mozart?

BASİTLEŞTİRİLMİŞ SİCİL KURAMI

Basitleştirmek için, bir fotonu bir kuantum varlığı, bir nokta veya 0D (sıfır boyut) brane olarak tanımladım. "Bran" kelimesi "membran" kelimesinden gelir ve sicim teorisini ortaya atan fizikçiler "mem" kelimesini dışarıda bıraktılar. Foton tünelleme geçirdiğinde, 1D (tek boyutlu) bir sicim gibi davranır. 1D sicim "tek-brane" bir membrandır, ancak sicim teorisini ortaya atan fizikçiler ona farklı bir isim vermenin daha iyi olacağını düşündüler. Sanırım.

NerdBoy1392, CC BY-SA 3.0https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0>, Wikimedia Commons aracılığıyla

Yani, hem 0D hem de 1D bağlamlarında, bildiğimiz şekliyle zaman ve uzay kavramları mevcut değildir. Uzay ve zamana sahip olmak için dördüncü boyuta ihtiyacınız vardır. Burada yaptığım şey parçacık/dalga ikiliğini göstermektir.

Basitleştirmemin "gerçek" sicim teorisiyle pek fazla ortak noktası yok. Ona "sicim" teorisi adını verdim çünkü bir çizgiyle birbirine bağlı iki nokta (foton) bir sicim gibi görünüyor. Bir sicim bir dalga olabilir. Bir nokta bir parçacıktır.

Ayrıca, yaygın bir iddia da var ki; "Kuantum mekaniğinde parçacıklar uzay-zamanda var olur." Bizim bakış açımıza göre bir foton, A noktasından B noktasına doğru hareket ederken uzay-zamanda kesinlikle mevcuttur.

Ancak, fotonun bakış açısından zaman yoktur. Işık hızında, zaman etkili bir şekilde "DUR!" diye bağırır. Fotonların gerçekten Almanca konuşup konuşmaması önemsizdir. Önemli olan şudur: "Zaman yoksa, mekan da yoktur."

Bu, c noktasındaki zaman genişlemesiyle uyuşmaktadır.

--------

İkinci görüş: “Bir Fotonun Bakış Açısı”

Steve Nerlich (Doktora), Direktör, Uluslararası Araştırma ve Analiz Birimi, Avustralya tarafından

Networkologies ve Pratt Enstitüsü'nden Christopher Vitale'nin "Bir foton görüşü"

"Bir fotonun bakış açısından, yayılır ve sonra anında yeniden emilir. Bu, Güneş'in çekirdeğinde yayılan ve bir milimetrenin kesri kadar bir mesafeyi geçtikten sonra yeniden emilebilecek bir foton için geçerlidir. Ve bizim bakış açımıza göre, 13 milyar yıldan fazla bir süredir seyahat ediyor evrenin ilk yıldızlarından birinin yüzeyinden yayıldıktan sonra. Yani öyle görünüyor ki bir foton sadece zamanın geçişini deneyimlemiyor, aynı zamanda mesafenin geçişini de deneyimlemiyor.”
Alıntı sonu

Foton, sıfır jeodezik izler; bu, kütlesiz parçacıkların izlediği yoldur. Bu yüzden "sıfır" olarak adlandırılır; aralığı (4 boyutlu uzay-zamandaki "mesafesi") sıfıra eşittir ve bununla ilişkili uygun bir zamana sahip değildir.

BASİTLEŞTİRİLMİŞ sicim teorisinin “gerçek” sicim teorisinden farkı

Gerçek sicim teorisinde, herhangi bir parçacık, herhangi bir zamanda, bir sicimdir. Benim basitleştirilmiş versiyonumda, yerçekimi veya herhangi bir tür alandan etkilenmeyen, sıfır jeodezik izleyen bir parçacık, 0D (sıfır boyutlu) bir noktadır.

"Gerçek" sicim teorisi ve basitleştirilmiş versiyonu

Parçacık (foton) yalnızca dış alanlarla, yerçekimi, elektromanyetik veya nesnelerle etkileşime girerek birinci boyuta ulaşır. Foton yavaşlatılır ve bir "ip" haline gelir. Bu ipin uzunluğu, yavaşlamasına ve olası dalga "uzunluğuna" benzemektedir.

Yani, örneğin gama ışını spektrumunda çok yüksek enerjili bir foton, nispeten kısa bir "ip"tir, bu da kısa bir dalga boyuna dönüşür. Kısa bir ip, kısa dalga boyları oluşturur.

Foton, örneğin bir gezegenin yoğun atmosferine çarparak daha fazla yavaşlatılırsa, daha uzun hale gelir ve kızılötesi dalga boyunu ifade edebilir. Daha uzun bir foton dizisi daha uzun dalga boyları oluşturur ve çevresiyle farklı şekilde etkileşime girer.

QED

A Foton'un Bakış Açısı (arşiv)
https://web.archive.org/web/20240423185232/https://phys.org/news/2011-08-photons-view.html

A Foton'un Bakış Açısı
https://phys.org/news/2011-08-photons-view.html

Fotoğraflar
Sol: Varşova Üniv.'deki tek bir fotonun hologramı
https://geometrymatters.com/hologram-of-a-single-photon/