إنه حجر الزاوية في الفيزياء الحديثة أنه لا يوجد شيء في الكون أسرع من سرعة الضوء (ج). ومع ذلك ، فإن نظرية النسبية لأينشتاين تسمح بالحالات التي يكون فيها لبعض التأثيرات يظهر للسفر أسرع من الضوء دون انتهاك السببية. هذه هي ما يُعرف باسم "الطفرات الضوئية" ، وهو مفهوم مشابه للطفرة الصوتية ، حيث تصنع بقع الضوء للتحرك أسرع من ج.
ووفقًا لدراسة جديدة أجراها روبرت نيميروف ، أستاذ الفيزياء في جامعة ميشيغان التكنولوجية (والمؤسس المشارك لصورة اليوم لعلم الفلك) ، فإن هذه الظاهرة قد تساعد في تسليط الضوء (لا تورية!) على الكون ، مما يساعدنا على رسم خريطة بكفاءة أكبر.
ضع في اعتبارك السيناريو التالي: إذا تم تمرير ليزر عبر جسم بعيد - في هذه الحالة القمر - فإن بقعة ضوء الليزر سوف تتحرك عبر الجسم بسرعة أكبر من ج. في الأساس ، يتم تسريع مجموعة الفوتونات بعد سرعة الضوء حيث يعبر البقعة سطح وعمق الكائن.
تحدث "الطفرة الضوئية" الناتجة في شكل ومضة ، والتي يراها المراقب عندما تنخفض سرعة الضوء من فائقة السطوع إلى أقل من سرعة الضوء. أصبح من الممكن حقيقة أن البقع لا تحتوي على كتلة ، وبالتالي لا تنتهك القوانين الأساسية للنسبية الخاصة.
هناك مثال آخر يحدث بانتظام في الطبيعة ، حيث تنتشر أشعة الضوء من النجم النابض عبر سحب من الغبار المنقول في الفضاء ، مما يخلق قشرة كروية من الضوء والإشعاع تتوسع بشكل أسرع من c عندما تتقاطع مع سطح. وينطبق الشيء نفسه على الظلال سريعة الحركة ، حيث يمكن أن تكون السرعة أسرع بكثير ولا تقتصر على سرعة الضوء إذا كان السطح زاويًا.
في اجتماع للجمعية الفلكية الأمريكية في سياتل ، واشنطن في وقت سابق من هذا الشهر ، شارك نيميروف في كيفية استخدام هذه التأثيرات لدراسة الكون.
قال نيميروف في بيان صحفي: "تحدث الطفرات الضوئية حولنا بشكل متكرر ، لكنها دائمًا ما تكون قصيرة جدًا بحيث لا يمكن ملاحظتها. في الكون يدومون طويلاً بما يكفي ليلاحظوا - ولكن لا أحد يعتقد أن يبحث عنها! "
ويزعم أنه يمكن استخدام عمليات المسح الفائقة للكشف عن معلومات عن الهندسة ثلاثية الأبعاد ومسافة الأجسام النجمية مثل الكواكب المجاورة ، والكويكبات المارة ، والأشياء البعيدة المضاءة بواسطة النجوم النابضة. المفتاح هو إيجاد طرق لتوليدها أو مراقبتها بدقة.
لأغراض دراسته ، اعتبر نيميروف مثالين سيناريوهين. تضمن الأول شعاعًا يتم اجتياحه عبر جسم كروي متناثر - أي بقع الضوء تتحرك عبر القمر ورفاق النجم النابض. في الثانية ، يتم اجتياح الشعاع عبر "جدار مستوي مبعثر أو خيوط خطية" - في هذه الحالة ، سديم هابل المتغير.
في الحالة السابقة ، يمكن رسم خرائط الكويكبات بالتفصيل باستخدام شعاع ليزر وتلسكوب مجهز بكاميرا عالية السرعة. يمكن اجتياح الليزر عبر السطح آلاف المرات في الثانية وتسجيل الومضات. في الأخيرة ، لوحظت الظلال وهي تمر بين النجم الساطع R Monocerotis والغبار المنعكس ، بسرعات كبيرة لدرجة أنها تخلق طفرات ضوئية مرئية لأيام أو أسابيع.
يختلف هذا النوع من تقنيات التصوير بشكل أساسي عن الملاحظات المباشرة (التي تعتمد على تصوير العدسة) والرادار والليدار التقليدي. وهو يختلف أيضًا عن إشعاع Cherenkov - الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث عندما تمر الجسيمات المشحونة عبر وسيط بسرعة أكبر من سرعة الضوء في ذلك الوسط. مثال على ذلك هو التوهج الأزرق المنبعث من مفاعل نووي تحت الماء.
وبالاقتران مع المقاربات الأخرى ، يمكن أن يسمح للعلماء بالحصول على صورة أكثر اكتمالاً للأجسام في نظامنا الشمسي ، وحتى الأجسام الكونية البعيدة.
تم قبول دراسة نيميروف للنشر من قبل منشورات الجمعية الفلكية في أستراليا ، مع إصدار أولي متاح عبر الإنترنت على arXiv Astrophysics
قراءة متعمقة:
البيان الصحفي ميشيغان تك
روبرت نيميروف / ميشيغان تك
