بالاتر از سرعت نور

هر از چند گاهی خبری می‌بینم با این عنوان که تیمی از دانشمندان موفق شده‌اند به سرعتی بیشتر از سرعت نور برسند. این اخبار و این گونه آزمایشها چه اندازه درست است؟

ادامه مطلب
هر از چند گاهی خبری می‌بینم با این عنوان که تیمی از دانشمندان موفق شده‌اند به سرعتی بیشتر از سرعت نور برسند. این اخبار و این گونه آزمایشها چه اندازه درست است؟

بنا بر فیزیک کلاسیک، هیچ محدودیتی در سرعت انتقال ماده یا انرژی وجود ندارد، اما نزدیک به صد سال پیش، آلبرت آینشتاین نظریه نسبیت را ارایه کرد که یکی از اصول آن، ثابت بودن سرعت نور نسبت به ناظرهایی لَخت است. دو ناظر را که همواره دارای سرعت نسبی ثابتی باشند، یعنی نسبت به هم حرکت شتابدار نداشته باشند، لَخت می‌گویند. وی توانست به کمک این اصل و اصل دیگری که فرضش یکسان بودن قانونهای فیزیک برای همه ناظرهای لَخت است، بسیاری از پدیده‌هایی را که نظریه کلاسیکی از توجیه آن ناتوان بود، توضیح دهد و علاوه بر آن، پیشگوییهای جالبی از جهان هستی و مدل آن بدست دهد. تا کنون آزمایشهای بسیاری در تایید این نظریه انجام شده است و هنوز نظریه کاملتری که فرضهای آن را گسترش دهد، نیامده است.

یکی از این پیشگوییها، رابطه هم‌ارزی ماده و انرژی یا همان معادله معروف آینشتاین است. پیشبینی دیگر این است که آن دسته از ذرات ماده که با سرعت پایینتر از سرعت نور در حرکتند، هیچ گاه نمی‌توانند به سرعت نور برسند یا از مرز این سرعت بگذرند، چون برای رساندن آنها به این سرعت، بینهایت انرژی لازم است. سرعت ذرات انرژی یا همان فوتونها را هم نمی‌توان تغییر داد، زیرا این ذرات نه جرم دارند و نه بار الکتریکی، بنابراین نمی‌توان نیرویی به آنها وارد کرد و به آنها شتاب داد. در واقع نظریه نسبیت ادعا می‌کند که سرعت نور مرز بین ذراتی است که با بیشتر یا کمتر از این سرعت حرکت می‌کنند. بنابراین بر خلاف تصور معمول، این نظریه هیچگاه ادعا نکرده است که ذراتی وجود ندارند که با سرعتی بیش از سرعت نور حرکت کنند!

از آنجا که نور یک موج الکترومغناطیسی است، بنابراین دیگر امواج الکترومفناطیسی هم با همین سرعت منتشر می‌شوند و اصول نظریه نسبیت برای آنها درست است. نیز بر پایه نظریه نسبیت عام، ذرات جرمدار مادی امواج گرانشی را به صورت تغییرات فضا-زمان ایجاد می‌کنند که این امواج نیز با سرعت نور منتشر می‌شوند. از اینرو طبق نظریه نسبیت، نه تنها ماده و انرژی، بلکه حتی ارسال و دریافت اطلاعات نیز که سریعترین راه انتقال آن از طریق ذرات انرژی است، به سرعت نور محدود است.

نکته این جاست که خبرهایی از این دست، درباره سرعت انتقال اطلاعات و در بیشتر موارد جابجایی ناگهانی فوتونها است. در واقع در چنین آزمایشهایی، در انتقال فوتونی از یک نقطه به نقطه دیگر، گاهی چیزی شبیه شعبده‌بازی رخ می‌دهد، یعنی فوتون در بخشی از مسیر ناپدید شده و درست در جای دیگری فوتونی با همان ویژگیها دیده می‌شود. زمان این ناپدید شدن هم چنان کوتاه است که اگر ذره انرژی می‌خواست به طور مستقیم بین دو نقطه و با سرعت نور حرکت کند، بیشتر طول می‌کشید، انگار که چیزی مانند طی‌الارض اتفاق می‌افتد! پس در این آزمایشها، ذره ماده یا انرژی با سرعتی بیش از سرعت نور حرکت نمی‌کند، اما شاید جابجا ‌شود! چنین مساله‌ای را نظریه نسبیت نمی‌تواند توضیح دهد، اما تئوری کوانتومی تا حدی قادر به توضیح آن است، زیرا این نظریه در حالت کلی محدودیتی برای سرعت انتقال اطلاعات فرض نمی‌کند.

هم اکنون این دو نظریه مکمل یکدیگر هستند و هر یک در محدوده ویژه خود می‌توانند بسیاری از پدیده‌های فیزیکی را شرح دهند. نظریه نسبیت بیشتر برای توضیح جهان هستی با دید کیهانی و ابعاد بسیار بزرگ است، در مقابل مکانیک کوانتومی بیشتر برای توضیح هستی با دید ذرات بنیادی و ابعاد بسیار کوچک است. البته چه در ابعاد بزرگ و چه در ابعاد کوچک، این دو به کمک هم می‌آیند تا پدیده‌ را تفسیر کنند. مثلا در شتاب‌دهنده‌ها که ذرات بنیادی با سرعتهای بسیار بالا حرکت می‌کنند، باید ملاحظات نسبیتی را هم در نظر گرفت، یا در سیاه‌چاله‌ها باید ملاحظات نظریه کوانتومی را هم به حساب آورد. چالش اصلی فیزیک امروز هم پیدا کردن نظریه یکتایی است که این دو را همزمان در دل خود داشته باشد.