Ученые нашли способ, как энергия может превзойти скорость света

Фото из открытых источников

Некоторые истины о Вселенной кажутся абсолютными. Энтропия течет в одном направлении. Гравитация — это чушь. И ничто не может обогнать скорость света. Но особенность взаимодействия звуковых волн в воде, возможно, показала, как что-то может выглядеть именно так.

По мнению двух исследователей, интерференция между волнами, распространяющимися по двум разным путям, может привести к тому, что пик их суммарной энергии появится раньше, чем пик волны, распространяющейся непосредственно от источника к приемнику.

Под водой это работает со звуком, а это значит, что, по крайней мере теоретически, это могло бы работать и со световыми волнами в вакууме. И для этого даже не нужно было бы нарушать законы физики.

«Мы доказываем, что скорость передачи информации в вакууме меньше или равна скорости света, поэтому этот эффект не противоречит специальной теории относительности», — пишут акустик Джон Л. Шписбергер из Университета Пенсильвании и океанограф Юджин Террей из Океанографического института Вудс-Хоул в статье, опубликованной в журнале Physical Review E.

Данное исследование является результатом более ранних работ по изучению поведения звука под водой, и все началось с китов.

Исследователи, изучающие сигналы, которые издают киты в океане, могут определить местоположение кита, используя несколько гидрофонов для записи — по сути, время прихода сигнала к каждому гидрофону позволяет выполнить триангуляцию сигнала.

Однако Шписбергер и его коллеги обнаружили, что в некоторых ситуациях этот метод может приводить к значительным ошибкам. В статье 2025 года они описали явление, которое может объяснить, почему это происходит.

Если кит находился достаточно близко к поверхности, часть звука его крика доходила бы непосредственно до гидрофона, а часть отражалась бы от нижней части поверхности воды.

Если две волны на гидрофоне перекрывались, их интерференция смещала пик принимаемой волны, из-за чего казалось, что она приходит позже, то есть с меньшей эффективной скоростью, чем прямая волна сама по себе.

Предыдущие исследования показали, что интерференция может создавать впечатление замедления звука, но когда Шписбергер начал изучать различные, более реалистичные формы импульсов, он заметил нечто необычное.

При определенных условиях эффект может быть обратным.

У вас есть импульс, распространяющийся прямо, и импульс, отражающийся от плоской поверхности. Если вы немного подкорректируете время между ними, интерференция изменит форму объединенного импульса таким образом, что пик достигнет приемника раньше, чем пик прямого импульса.

В одном из моделирований исследователи имитировали распространение звука под водой со скоростью 1500 метров в секунду.

Как выяснили исследователи, возникающие пики энергии могут казаться распространяющимися со скоростью 1694,5 и 2782,5 метров в секунду, причем последняя скорость почти вдвое превышает скорость звука в моделировании.

Однако вот в чем дело. Это явление может не ограничиваться только звуком. Исследователи предполагают, что оно должно работать и для света в вакууме.

«Наше предположение о существовании эффекта прямого и отраженного распространения электромагнитных волн обеспечивает механизм сверхсветового распространения, отличный от туннелирования в микроволновом диапазоне, квантового туннелирования и аномальной дисперсии», — пишут Спизбергер и Террей. «Эти эффекты возникают при скоростях, превышающих скорость света в вакууме, однако скорость передачи информации в вакууме меньше скорости света. Поэтому мы исследуем, передает ли эффект прямого и отраженного пути информацию также со скоростями меньше скорости света в вакууме».

Согласно специальной теории относительности, в вакууме информация не может превышать скорость света. Однако следует различать пик энергии волны и информацию, которую она несет.

Для проверки скорости передачи информации исследователи смоделировали передачу двух различных сигналов, представленных единицами и нулями. До определенного момента времени, известного как «ноль», оба сигнала идентичны; в момент времени «ноль» источник переключается либо на единицу, либо на ноль, после чего сигнал распространяется к приемнику по прямому и отраженному путям.

Точка, в которой приемник может с уверенностью определить, равен ли сигнал 1 или 0, отмечает момент, когда новая информация успешно достигла пункта назначения.

Исследователи обнаружили, что эта информация не может распространяться быстрее, чем волна, несущая её по прямому пути. Интерференция может сдвинуть пик энергии вперёд, но она не может создать информацию на приёмнике до того, как эта информация достигнет его традиционным способом.

Любопытно, что, хотя помехи не могли ускорить передачу информации сверх допустимого уровня, они все же немного увеличили ее скорость. Исследователи не были уверены, почему.

Следующий шаг — экспериментальная проверка этого метода — либо со звуком, либо со светом — чтобы посмотреть, что произойдет.

«Если эффект прямого и отраженного распространения электромагнитных волн будет наблюдаться и позволит достигать сверхсветовых скоростей, это будет простейшим методом для достижения этой цели среди других сверхсветовых явлений», — пишут Шписбергер и Террей. «Классические физические эффекты иногда находят отражение в квантовой механике, и, возможно, стоит задуматься, существуют ли аналогии между прямым и отраженным путем в квантовом мире».