Det er en hjørnesten i moderne fysik, at intet i universet er hurtigere end lysets hastighed (c). Einsteins teori om særlig relativitet giver dog mulighed for tilfælde, hvor visse påvirkninger komme til syne at rejse hurtigere end lys uden at krænke kausaliteten. Det er det, der kaldes "fotoniske bommer", et koncept, der ligner en lydbom, hvor lyspladser gøres for at bevæge sig hurtigere end c.
Og ifølge en ny undersøgelse af Robert Nemiroff, en fysikprofessor ved Michigan Technological University (og medskaber af Astronomy Picture of the Day), kan dette fænomen hjælpe med at skinne et lys (ingen ordspil!) På kosmos, hvilket hjælper os med at kortlægge det med større effektivitet.
Overvej følgende scenarie: hvis en laser fejes hen over et fjernt objekt - i dette tilfælde Månen - vil laserlysplet bevæge sig over objektet med en hastighed, der er større end c. Grundlæggende accelereres indsamlingen af fotoner forbi lysets hastighed, da stedet krydser både overflade og dybde af objektet.
Den resulterende "fotoniske bom" forekommer i form af en blitz, som ses af observatøren, når lysets hastighed falder fra superluminal til under lysets hastighed. Det muliggøres af det faktum, at pletterne ikke indeholder nogen masse og dermed ikke krænker de grundlæggende love om særlig relativitet.
Et andet eksempel forekommer regelmæssigt i naturen, hvor lysstråler fra en pulsar fejer hen over skyer af pladsbåret støv, hvilket skaber en sfærisk skal og lysstråling, der ekspanderer hurtigere end c, når den skærer en overflade. Meget det samme er tilfældet med hurtigt bevægende skygger, hvor hastigheden kan være meget hurtigere og ikke begrænset til lysets hastighed, hvis overfladen er kantet.
På et møde i American Astronomical Society i Seattle, Washington tidligere denne måned, delte Nemiroff, hvordan disse effekter kunne bruges til at studere universet.
”Photonic booms forekommer omkring os ret ofte,” sagde Nemiroff i en pressemeddelelse, ”men de er altid for korte til at bemærke. Ude i kosmos holder de længe nok til at lægge mærke til - men ingen har tænkt at kigge efter dem! ”
Superluminal fejer, hævder han, kunne bruges til at afsløre information om den 3-dimensionelle geometri og afstand til stjernekroppe som nærliggende planeter, forbipasserende asteroider og fjerne objekter, der er belyst af pulsarer. Nøglen er at finde måder at generere dem eller observere dem nøjagtigt.
Med henblik på sin undersøgelse overvejede Nemiroff to eksempler på scenarier. Den første involverede en bjælke, der blev fejet hen over en spredt sfærisk genstand - dvs. pletter med lys, der bevæger sig over Månen og pulsar-ledsagere. I det andet fejles bjælken over en "spredt plan væg eller lineær glødetråd" - i dette tilfælde Hubbles Variable Nebula.
I det tidligere tilfælde kunne asteroider kortlægges i detaljer ved hjælp af en laserstråle og et teleskop udstyret med et højhastighedskamera. Laseren kunne fejes over overfladen tusinder af gange i sekundet, og blinkene optages. I sidstnævnte observeres skygger, der passerer mellem den lyse stjerne R Monocerotis og reflekterer støv i hastigheder så store, at de skaber fotoniske bommer, der er synlige i dage eller uger.
Denne slags billeddannelsesteknikker adskiller sig grundlæggende fra direkte observationer (som er afhængige af linsefotografering), radar og konventionel lidar. Det adskiller sig også fra Cherenkov-stråling - elektromagnetisk stråling, der udsendes, når ladede partikler passerer gennem et medium med en hastighed, der er større end lysets hastighed i dette medium. Et eksempel er den blå glød, der udsendes af en undervands atomreaktor.
Kombineret med de andre tilgange kunne det give forskere mulighed for at få et mere komplet billede af genstande i vores solsystem og endda fjerne kosmologiske kropper.
Nemiroffs studie accepteret til offentliggørelse af Publications of the Astronomical Society of Australia med en foreløbig version tilgængelig online på arXiv Astrophysics
Yderligere læsning:
Pressemeddelelse fra Michigan Tech
Robert Nemiroff / Michigan Tech
