سلسلة النظرية النسبية: النسبية الخاصة
هل جرت تجارب لقياس سرعة أكبر من سرعة الضوء في الفراغ؟

سؤال: هل صحيح أنه قيست سرعة أكبر من سرعة الضوء في الفراغ خلال تجربة معينة؟

جواب: نعم.

سؤال: إذا كان الجواب نعم، ما نوع الجسيمات المستعملة في التجربة: فوتون أم نيوترينو أم جسيم آخر؟

جواب: فوتون.

سؤال: حسب أينشتاين لا يمكن أن نرسل إشارة من جسم إلى جسم آخر بسرعة تفوق سرعة الضوء؟ هل كانت القيمة التي قيست عبارة عن حدود جديدة؟

جواب: لا. من غير الممكن إرسال معلومات بسرعة أسرع من سرعة الضوء، والسببية غير منتهكة. بالإضافة إلى ذلك، أصحاب التجربة يقولون إنه لا يمكن لجسم له كتلة محدودة أن يسافر بسرعة تفوق سرعة الضوء.

سؤال: هل بإمكانك شرح التجارب، أو أين بإمكاني القراءة حولها؟

جواب: إذا كانت لديك معرفة تقنية، أفضل مكان للقراءة حول الأمر هو مقال «The Nature». الصادر في العشرين من شهر تموز/يوليو 200 (vol 406)، الصفحة 243.
خلقت التجربة نبضًا مجموعًا سرعته لها قيمة سلبية هي -c/310 (حيث c هو سرعة الضوء). وتذكر أن ذلك حدث في وسيط وأن سرعة الضوء في الفراغ تبقى c. الفرق في وقت العبور بين السفر في فراغ ووسيط يساوي (L/v – L/c) حيث (L) هو طول التجويف، و (v) هو سرعة الضوء في الوسيط. الآن، فإذا كان (v) سلبيًا بشكل كافٍ، إذن سيكون زمن العبور سلبيًا بشكل كافٍ لكي تظهر ذروة النبض من الوسيط في لحظة قبل أن تدخل ذروة النبض.

إذن، ما الذي يحصل هنا؟

بما أن النبض يملك مدة محدودة، يحتاج الشخص إلى عدد لا نهائي من الموجات لترددات مختلفة تضاف إلى بعضها من أجل الحصول على النبض المطلوب. كلما كان النبض المطلوب أقصر، كان عرض النطاق الترددي المستعمل أكبر.
كل نبضات الضوء المذكورة مشكلة من حزمة موجات بترددات مختلفة، كل منها له مدى وحالة مختلفة. سرعة كل موجة هي سرعة المرحلة وسرعة ذروة الحزمة الموجية تعرف بسرعة المجموعة. وسرعة المجموعة هي التي تحدد مدى حجم السرعة التي تنتقل عبرها المعلومة.

تُنتَج سرعة مجموعة سلبية عندما تُنقل مراحل مكونات الترددات المختلفة عبر الوسيط الذي تسافر من خلاله، لذلك تدفع الحزمة الموجية التي تكونها عن المخرج في الزمن مقارنة بنفس النبض المسافر في فراغ. تنتج ذروة النبض المتحصل عليه من الحد المتزايد للنبض الداخل، الذي يحصل في زمن أسبق بكثير، مما يجعله متناسقًا مع السببية. أي ميزة مفاجئة في نبض الضوء لن تتمكن من السفر أسرع من (c).

سؤال: حسب تلك التجربة، هل بإمكان أي نوع من الجسيمات أن يسافر أسرع من 300.000 كم/ساعة؟
جواب: لا. الآن يجب أن نفرق هنا.

بإمكان جسيم افتراضي أن يسافر أسرع من الضوء، لكنه سيبقى (دائمًا) مسافرًا أسرع من الضوء. ذلك النوع من الجسيمات يطلق عليه اسم تكيون. عندما نقول إنه لا يوجد جسيم يسافر أسرع من سرعة الضوء، نعني أن جسيمًا بكتلة محددة لا يمكن أن يتخطى حدود سرعة الضوء؛ بكلمات أخرى، لا يمكن أن يصل إلى سرعة الضوء بالانطلاق من سرعة أقل من سرعة الضوء.

سؤال: الزمكان مليء بكل الأنواع من الإشعاع. هل يعني ذلك، أنه في لحظة زمنية محددة، وفي نفس المكان، تسافر الفوتونات هناك بسرعات مختلفة؟
جواب: لا. كل الإشعاعات تسافر بسرعة (c) إلا إذا مرَّت عبر المادة.

سؤال: أي ظاهرة (من الشمس، الأرض أو أي مصدر آخر) التي قد تؤثر علينا بشكل كبير، حتى نلاحظ أن هنالك تغيرًا في سرعة الضوء؟
الجواب: لا يمكن أن نلتقط تغيرًا في سرعة الضوء (في فراغ)!
يمكن فقط أن نلتقط تغيرات في أعداد ليس لها أبعاد، والتي هي نسب لثوابت أخرى لها أبعاد.

إعداد: وليد سايس
تدقيق: جعفر الجزيري
المصدر