Знание-сила, 1997 № 04 (838)

Скорость света в веществе меньше, чем в вакууме. Образно говоря, выбирая себе дорогу среди атомов, отражаясь и рассеиваясь, частицы света — фотоны — вынуждены проходить больший путь, чем их собратья в вакууме и, следовательно, несколько отстают от них. Поэтому, казалось бы, можно быть уверенным в том, что луч, которому приходится преодолевать экран, должен запаздывать по сравнению с беспрепятственно движущимся светом. Однако эксперимент неожиданно показал совершенно другое — оказалось, что внутри экрана свет бежит не медленнее, а быстрее, чем в вакууме! Другими словами, наблюдалось «движение света быстрее света» — перенос потока фотонов со сверхсветовой скоростью. С точки зрения современной физики результат совершенно невозможный, приводящий, как уже подчеркивалось выше, к ужасающим противоречиям.

Можно было бы не поверить опытам, посчитав, что тут мы имеем дело с какой-то экспериментальной погрешностью. Поначалу большинство физиков именно так к ним и относились — такого не может быть потому, что этого не может быть никогда! Однако после того как наблюдения были подтверждены физиками нескольких лабораторий - в США, Германии, Австрии, Италии,— сомневаться в их достоверности не приходится.

Американские физики изучали рассеяние света очень тонкими экранами. Их измерения показали, что свет преодолевает экран со скоростью, которая в 1,7 раза больше вакуумной, считавшейся до сих пор Максимально возможной. Как говорится, невероятно, но факт!

Еще большую скорость наблюдали немецкие физики в опытах с прохождением микроволнового электромагнитного излучения внутри волновода. Это устройство представляет собой металлическую трубу квадратного сечения. Если в ней имеется суженный участок, в сечении которого нельзя уложить целое число полуволн, то он отражает приходящую к нему радиоволну подобно зеркалу. Пройти сквозь него удается лишь очень небольшому числу волн. Этот участок волновода играет такую же роль, что и экран в оптических опытах американцев. Так вот, у немецких физиков микроволновое излучение преодолевало барьер двенадцатисантиметровой толщины со скоростью, в 4,7 раза превосходящей скорость света в вакууме!

Недавно таким образом со скоростью, вчетверо превосходящей световую, удалось передать не отдельный импульс, а целиком всю сороковую симфонию Моцарта.

И уж, казалось бы, совсем невозможный результат: когда в волноводе устроили два суженных участка-барьера, разделенных большим участком с нормальной толщиной, то оказалось, что время его прохождения электромагнитной волной равно нулю — все равно, что его не было! Как говорится в одной из статей, в принципе можно послать мгновенный сигнал с одного конца вселенной на другой. Такое не приходило в голову даже писателям-фантастам. Вывод, конечно, более чем странный, заставляющий подозревать, что что-то туг неладно...

• Приближаясь к световому порогу со стороны до или сверхсветовых скоростей, тело увеличивает свою массу и энергию до бесконечности. Ни одно тело не может пробить энергетическую «стенку».

• Рассеиваясь и отражаясь веществом, волна быстро затухает, тем не менее успевает просочиться на некоторую глубину.

Как же все это объяснить? Кризис принципа причинности (можно влиять на прошлое), катастрофа теории относительности. Именно так и пишут об этих экспериментах в некоторых журналах.

Следует, однако, быть осторожным Прежде чем можно будет с уверенностью объявить о фиаско теории, которая вместе с квантовой механикой лежит в фундаменте современной физической науки, нужно внимательно изучить, а нельзя ли все же каким-то образом уладить «скандал» миром и объяснить удивительные факты, не выходя за рамки известных нам законов.

Когда я впервые узнал об опытах со сверхсветовым туннелированием, мне показались приемлемыми два объяснения. Прежде всего следует принять во внимание, что запирание волны в волноводе и отражение ее экраном в опытах американских физиков — это результат сложных процессов рассеяния и интерференции волны на частицах вещества экрана и стенок волновода. При этом образуются вторичные волны, которые, накладываясь на нее, «гасят» приходящую волну внутри экрана и в сужении волновода. Понятно, что эти процессы совершаются не мгновенно, а в течение некоторого времени, поэтому передняя часть приходящего волнового импульса еще не успевает почувствовать на себе наложения гасящих волн и проскакивает сквозь препятствие практически не изменяясь, зато вся следующая часть волны гасится на его Границе. И вот тут мы подходим к самому главному.

Детектор зафиксирует приход волнового импульса в тот момент, когда почувствует максимум его фронтальной интенсивности, а у прошедшего сквозь экран импульса он сдвинут в сторону детектора (ведь задняя-то его часть обрезана — погашена вторичными процессами!). В результате этот волновой импульс будет зафиксирован раньше импульса-близнеца, который шел к своему детектору без всяких препятствии. Со стороны это выглядит так, как будто препятствие — экран или сужение волновода — ускоряет, подталкивает волновой импульс. Правда, интенсивность его при этом, конечно, значительно снижается — ведь проходит только его фронтальная часть. (Поэтому, чтобы передать сигнал через «всю вселенную», о чем говорилось выше, потребовался бы импульс фантастически огромной интенсивности!)

• Схема эксперимента с экраном и двумя фотодетекторами.

Если не принять во внимание «выедания» задней части импульса, то мы просто неправильно измерим его скорость — подобно тому, как если бы сравнивали скорости двух бегунов, просто деля пробегаемое ими расстояние на время и забыв при этом, что один из них бежит честно, от линии старта, а другой — от дерева, на десяток метров ближе к финишу. Судью, который забудет об этом обстоятельстве, заведомо отправят «на мыло».

Сдвиг времени при прохождении экрана можно объяснить еще и тем, что любой импульс представляет собой определенную суперпозицию, сумму в одних местах гасящих, в других усиливающих друг друга плоских волн. На современном языке — фотонов. Каждый из них, согласно квантовым законам, имеет вероятность оказаться за экраном. Выше уже говорилось об этом. Складываясь, они образуют новый импульс, но положение его, понятно, уже сдвинуто на толщину экрана. И опять близнецы- импульсы оказываются в неравном положении.