Знание-сила, 1997 № 04 (838)

Наполеон, скрестив руки на груди, внимательно слушал. Он покровительствовал ученым, недавно сам был избран в академики, и теперь, возглавляя устремившийся к нильским берегам французский флот, считал своим долгом принимать участие в беседах и диспутах знаменитых ученых, которых он пригласил в обещавший стать победоносным поход.

— Поэтому и звук от удара в барабан быстро глохнет? — суровый взгляд императора следил за убегающими всплесками волн.

— Именно так, сир Собранные в сгусток звуковые волны постепенно рассеиваются. Дисперсия — всеобщий закон природы.

Так говорят и наши учебники физики. Однако это не совсем так. Еще восемьдесят лет назад, исследуя волновое уравнение, математики нашли решение, которое описывало импульсы, постепенно уменьшавшиеся по амплитуде (интенсивности), но сохранявшие при этом свою форму. Позднее было обнаружено еще несколько подобных презревших дисперсию решений. Тем не менее большинство физиков не придавали значения этим «математическим штучкам», о них не упоминается ни в одном учебнике. Интерес к этим аутсайдерам возник лет десять — пятнадцать назад в связи с попытками увеличить надежность звуковых и электромагнитных каналов связи. И вот тут, неожиданно для себя, математики установили, что описывающее волновые движения уравнение обладает целым семейством еще неисследованных решений, отвечающих устойчивым, не диспергирующим импульсам Считалось, что это — детально и давным-давно изученная область, и вот на тебе!

Некоторые из новых решений обладают прямо-таки поразительными свойствами. Например, сохраняют свою форму лишь в некоторых точках вдоль направления движения, а в промежуточных — могут расплываться до огромных размеров. Попробуй поймать посланное таким образом сообщение, если заранее не знаешь этих точек! Свойства некоторых решений уравнений для электромагнитного поля наводят на мысль, что шаровая молния, возможно, — одно из таких недиспергирующих образований. Разрушают ее какие-то побочные эффекты.

Если позволить себе пофантазировать, то с помощью недиспергирующих импульсов можно без всяких проводов перекачивать сгустки энергии, испускать мощные «звуковые торпеды», когда оглушающий звуковой импульс движется вдоль узкого канала при полной тишине в окружающем пространстве, выстреливать обладающие огромной энергией «световые пули»... И вот тут мы опять сталкиваемся с проблемой сверхсветовых скоростей.

• Из точки А в точку Б солнечный зайчик перемещается со сверхсветовой скоростью, но телеграмма из А в Б передается по пути А — 3 — Б, то есть со скоростью света.

Возврат к тахионам?

Дело в том, что устойчивые, нерасползающиеся решения электромагнитных уравнений существуют не только для световой, но и для любых сверхсветовых скоростей. А если уравнение имеет решение, то последнее должно что-то описывать. Физики давно убедились в том, что имеет право на существование все, что не противоречит известным законам. Гак неужели при каких-то условиях можно действительно стрелять сверхсветовыми нулями?

Наверное, все же — нет, ведь, как уже не раз говорилось выше, в этом случае можно было бы «обстрелять» прошлое, например, Наполеона на Бородинском поле, и изменить уже установившийся ход истории... Правда, подобные опасения целиком основаны на теории относительности, которая как раз и может нарушаться в новых явлениях. Некоторый, хотя и весьма небольшой шанс для этого все же есть... Помочь устранить сомнения может лишь эксперимент.

Но если тахионов — сверхсветовых частиц — не бывает, то что же описывают тогда сверхсветовые решения? Как ни странно, но именно сверхсветовые процессы, которые постоянно... происходят вокруг нас!

Скорость света — предел лишь для материальных тел, а вот солнечный зайчик, который, наверное, каждый из нас пускал зеркальцем в детстве, может передвигаться с любой скоростью, лаже с бесконечной. Представьте себе, что вы «мазнули» световым пятном по стене соседнего дома. От зеркальца в вашей руке к стене бежит шток материальных частиц фотонов, там они отражаются обратно и попадают в ваш глаз. Весь процесс протекает со скоростью света. Вот зеркальце чуть-чуть поворачивается и процесс «туда—обратно» повторяется, но уже на другом участке стены. При этом по самой стене, его одного ее участка к другому, ничего не перетекает, никакой сверхсветовой информации с помощью светового зайчика передать нельзя. Светящиеся точки стены связаны между собой не непосредственно, а через зеркальце. Скорость бегущего по стене светового зайчика определяется лишь тем, насколько быстро поворачивается это зеркальце.

Со сверхсветовыми скоростями встречаются астрономы при наблюдении далеких объектов. Если судить по их изображениям в радиотелескопах, то некоторые из этих массивных тел тоже движутся быстрее света. Когда это явление было обнаружено впервые, оно было сенсацией. Я помню шумные споры сторонников и противников теории относительности. В руках последних был, казалось бы, неопровержимым аргумент — прямое экспериментальное измерение сверхсветовой скорости. Однако довольно скоро выяснилось, что удивительное явление опять- таки сродни солнечному зайчику и его сверхсветовое движение всего лишь - оптическая иллюзия.

А вот внутри вещества, в средах, и в самом деле возможны не только «зайчики», но и настоящие сверхсветовые процессы, переносящие информацию быстрее света. Дело в том, что запрет на обгон света имеет силу лишь в пустоте, в вакууме. Внутри вещества скорость света снижается, иногда в несколько раз. В начале нашей статьи уже говорилось, что световым фотонам, образно говоря, приходится маневрировать среди множества встречающихся на их пути атомов, и некоторые быстрые частицы — например, легкие и подвижные электроны — могут сделать это быстрее и поэтому обгоняют световой луч. Такие явления уже давно наблюдаются на опыте и никаких чудес с изменением хода истории при этом, понятно, не возникает.

Недавно в экспериментах, выполненных американскими и бразильскими учеными, была запущена первая сверхзвуковая «торпеда». Как и предсказывала теория, она прошла значительное расстояние, сохраняя свою сигарообразную форму. Правда, ее скорость превышала «звуковую» всего лишь на 0,24 процента, но, как говорится, лиха беда — начало!

Как видим, в природе есть место для сверхзвуковых и сверхсветовых решений уравнений и без какого-либо нарушения теории относительности.

• На верхнем рисунке — распространение обычного, диспергирующего звукового импульса. Нижний рисунок — распространение обгоняющей его «сверхзвуковой торпеды». Рисунки взяты из статьи Ян-Ю Лу, Я. Гринлифа и В. Родриеоса.

В последние годы, когда стало возможем издавать книги за свой счет, появилось немало брошюр и толстых монографий, авторы которых запросто толкуют о сверхсветовых скоростях, не зная, к каким чудовищным парадоксам это приводит. Современная физика — крепко сцементированная наука, и нельзя отбросить какой-либо из ее «краеугольных камней», не разрушив всего здания. Однако, как утверждается в одной из пьес Шекспира, на свете много есть такого, что и не снилось нашим мудрецам, и удивительные физические явления, в которых «свет бежит быстрее света», могут еще преподнести нам сюрпризы. •

ФОКУС

А все-таки оно вертится

Твердое внутреннее ядро, которое образовалось на ранних стадиях формирования Земли, было обнаружено сейсмическими методами еще в 1936 году. Шестьдесят лет спустя, на основе изучения сейсмических волн от землетрясений и атомных взрывов, которые пересекают планету с различными скоростями, была впервые вычислена скорость движения этой самой «внутренней» сферы Земли.