Senda inn spurningu
Sólin Sólin Rís 05:12 • sest 21:41 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 00:00 • Sest 00:00 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 08:09 • Síðdegis: 20:27 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 02:12 • Síðdegis: 14:14 í Reykjavík
Visit the English version

Flokkun:

Náttúruvísindi og verkfræði Eðlisfræði: fræðileg

Er hægt að koma örbylgjum á meira en ljóshraða?

Kristján Leósson

Örbylgjur eru ein gerð rafsegulgeislunar, notaðar meðal annars til að hita upp mat og í GSM-símum. Aðrar gerðir rafsegulgeislunar eru til dæmis ljós, röntgengeislar og útvarpsbylgjur. Eini munurinn á þessum bylgjum er sveiflutíðni þeirra, sem einnig segir til um bylgjulengd rafsegulbylgjunnar og orku einstakra skammta (ljóseinda) geislunarinnar. Allar rafsegulbylgjur eiga það sameiginlegt að ferðast á ljóshraða í lofttæmi, en hægar þegar þær fara gegnum efni, til dæmis loft, vatn eða gler.

Í sumum tilfellum getur rafsegulbylgja speglast fullkomlega á sléttum skilfleti tveggja gegnsærra efna, að því gefnu að efnið sem bylgjan ferðast í hafi hærri brotstuðul (sjá umfjöllun um alspeglun í svari við spurningunni Hvað er ljósleiðari?) Við slíka alspeglun nær bylgjan þó örlítið inn í efnið sem hefur lægri brotstuðul, en sú bylgja dvínar hratt með fjarlægð frá yfirborðinu og flytur enga orku frá því. Þetta fyrirbæri er vel þekkt og er meðal annars notað í ýmsum mælitækjum og íhlutum sem byggja á ljósleiðni.



Í tilraun þeirri sem spurningin vísar til voru örbylgjur sem ferðuðust í plastprisma látnar speglast í sléttu yfirborði plastsins. Eins og skýrt var að ofan, þá myndast sveiflur í rafsviði og segulsviði í loftinu rétt við plastyfirborðið sem dvína þó verulega með fjarlægð frá yfirborðinu. Þýski eðlisfræðingurinn Günter Nimtz sem framkvæmdi tilraunina, kom hins vegar fyrir öðru plastprisma mjög stutt frá því fyrra eins og sjá má á myndinni hér fyrir ofan sem fengin er úr einni greina hans. Þá hefur bylgjan möguleika á að „stökkva“ frá einu efninu yfir í hitt. Fjarlægðin milli yfirborðanna tveggja má ekki vera stærri en sem svarar um það bil einni bylgjulengd (um það bil 30 mm í tilraun Nimtz). Ástæðan fyrir því að Nimtz notaði örbylgjur í sinni tilraun er að bylgjulengd þeirra er af heppilegri stærð, en fyrirbærið gildir almennt um allar rafsegulbylgjur. Það er einnig vel þekkt í skammtafræði þar sem það kallast smug (e. tunneling) og gildir fyrir rafeindir og aðrar agnir.

Nimtz og félagar hafa haldið því fram að umrætt „stökk“ ljóssins úr einu efninu yfir í hitt taki engan tíma, það er að segja að ljóshraðinn verði óendanlegur á þessu bili og að tímamælingar þeirra hafi gefið til kynna að örbylgjupúls ferðist úr einu efninu yfir í annað eins og bilið á milli þeirra hafi ekki verið til staðar. Mikilvægt er að taka eftir að spurningin snýst því í raun aðeins um hvort hraði örbylgjunnar verði óendalega hár í þessu sérstaka bili milli tveggja efna sem svarar í lengd til um það bil einnar bylgjulengdar geislunarinnar - en ekki hvort örbylgjur geti ferðast hraðar en ljósið yfir langar vegalengdir.


Þýski eðlisfræðingurinn Günter Nimtz með tvö prismu fyrir framan sig.

Nimtz hefur haldið því fram að mælingar hans séu í mótsögn við takmörkuðu afstæðiskenninguna og lögmálið um orsakasamhengi (e. causality). Hins vegar hafa margir aðrir bent á að fyrirbærið sé í fullkomnu samræmi við þekkt eðlisfræðilögmál (skammtafræði, afstæðiskenninguna og jöfnur Maxwells), að engin leið sé að flytja upplýsingar hraðar en ljósið með þessum hætti, og að niðurstöður Nimtz byggi einfaldlega á rangtúlkun mælinga.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

Myndir:

Upprunalega spurningin hljóðaði svona:
Getið þið útskýrt og varpað frekari ljósi á tilraun prófessor Günter Nimtz með örbylgjur sem hann á að hafa sent hraðar en ljóshraða?

Höfundur

Kristján Leósson

Kristján Leósson

eðlisverkfræðingur

Útgáfudagur

29.10.2010

Spyrjandi

Arnþór Sævarsson

Efnisorð

Tilvísun

Kristján Leósson. „Er hægt að koma örbylgjum á meira en ljóshraða? “ Vísindavefurinn, 29. október 2010. Sótt 27. apríl 2024. http://visindavefur.is/svar.php?id=7480.

Kristján Leósson. (2010, 29. október). Er hægt að koma örbylgjum á meira en ljóshraða? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=7480

Kristján Leósson. „Er hægt að koma örbylgjum á meira en ljóshraða? “ Vísindavefurinn. 29. okt. 2010. Vefsíða. 27. apr. 2024. <http://visindavefur.is/svar.php?id=7480>.

Chicago | APA | MLA

Þessi síða notar vafrakökur Nánari upplýsingar

Ég samþykki
Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Er hægt að koma örbylgjum á meira en ljóshraða?
Örbylgjur eru ein gerð rafsegulgeislunar, notaðar meðal annars til að hita upp mat og í GSM-símum. Aðrar gerðir rafsegulgeislunar eru til dæmis ljós, röntgengeislar og útvarpsbylgjur. Eini munurinn á þessum bylgjum er sveiflutíðni þeirra, sem einnig segir til um bylgjulengd rafsegulbylgjunnar og orku einstakra skammta (ljóseinda) geislunarinnar. Allar rafsegulbylgjur eiga það sameiginlegt að ferðast á ljóshraða í lofttæmi, en hægar þegar þær fara gegnum efni, til dæmis loft, vatn eða gler.

Í sumum tilfellum getur rafsegulbylgja speglast fullkomlega á sléttum skilfleti tveggja gegnsærra efna, að því gefnu að efnið sem bylgjan ferðast í hafi hærri brotstuðul (sjá umfjöllun um alspeglun í svari við spurningunni Hvað er ljósleiðari?) Við slíka alspeglun nær bylgjan þó örlítið inn í efnið sem hefur lægri brotstuðul, en sú bylgja dvínar hratt með fjarlægð frá yfirborðinu og flytur enga orku frá því. Þetta fyrirbæri er vel þekkt og er meðal annars notað í ýmsum mælitækjum og íhlutum sem byggja á ljósleiðni.



Í tilraun þeirri sem spurningin vísar til voru örbylgjur sem ferðuðust í plastprisma látnar speglast í sléttu yfirborði plastsins. Eins og skýrt var að ofan, þá myndast sveiflur í rafsviði og segulsviði í loftinu rétt við plastyfirborðið sem dvína þó verulega með fjarlægð frá yfirborðinu. Þýski eðlisfræðingurinn Günter Nimtz sem framkvæmdi tilraunina, kom hins vegar fyrir öðru plastprisma mjög stutt frá því fyrra eins og sjá má á myndinni hér fyrir ofan sem fengin er úr einni greina hans. Þá hefur bylgjan möguleika á að „stökkva“ frá einu efninu yfir í hitt. Fjarlægðin milli yfirborðanna tveggja má ekki vera stærri en sem svarar um það bil einni bylgjulengd (um það bil 30 mm í tilraun Nimtz). Ástæðan fyrir því að Nimtz notaði örbylgjur í sinni tilraun er að bylgjulengd þeirra er af heppilegri stærð, en fyrirbærið gildir almennt um allar rafsegulbylgjur. Það er einnig vel þekkt í skammtafræði þar sem það kallast smug (e. tunneling) og gildir fyrir rafeindir og aðrar agnir.

Nimtz og félagar hafa haldið því fram að umrætt „stökk“ ljóssins úr einu efninu yfir í hitt taki engan tíma, það er að segja að ljóshraðinn verði óendanlegur á þessu bili og að tímamælingar þeirra hafi gefið til kynna að örbylgjupúls ferðist úr einu efninu yfir í annað eins og bilið á milli þeirra hafi ekki verið til staðar. Mikilvægt er að taka eftir að spurningin snýst því í raun aðeins um hvort hraði örbylgjunnar verði óendalega hár í þessu sérstaka bili milli tveggja efna sem svarar í lengd til um það bil einnar bylgjulengdar geislunarinnar - en ekki hvort örbylgjur geti ferðast hraðar en ljósið yfir langar vegalengdir.


Þýski eðlisfræðingurinn Günter Nimtz með tvö prismu fyrir framan sig.

Nimtz hefur haldið því fram að mælingar hans séu í mótsögn við takmörkuðu afstæðiskenninguna og lögmálið um orsakasamhengi (e. causality). Hins vegar hafa margir aðrir bent á að fyrirbærið sé í fullkomnu samræmi við þekkt eðlisfræðilögmál (skammtafræði, afstæðiskenninguna og jöfnur Maxwells), að engin leið sé að flytja upplýsingar hraðar en ljósið með þessum hætti, og að niðurstöður Nimtz byggi einfaldlega á rangtúlkun mælinga.

Frekara lesefni á Vísindavefnum:

Myndir:

Upprunalega spurningin hljóðaði svona:
Getið þið útskýrt og varpað frekari ljósi á tilraun prófessor Günter Nimtz með örbylgjur sem hann á að hafa sent hraðar en ljóshraða?
...