Pinnat ja rajapinnat
Voivatko ääniaallot kulkea nopeammin kuin valon nopeus? Kyllä, sanoo Joel Mobley, fyysikko Mississippin yliopistosta Yhdysvalloissa. Simulaatioissa Mobley on osoittanut, että ultraäänipulssit voisivat liikkua ”superluminaalisella” nopeudella, kun ne tulevat veteen, joka sisältää tuhansia pieniä muovihelmiä. = ”598015eade”>
Dispergointivälineessä liikkuvia aaltoja kuvataan vaiheen nopeudella ja ryhmän nopeudella . Vaihenopeus on nopeus, jolla yksittäisen aallonpituuden aalto liikkuu, ja se on tyypillisesti noin 1,5 kilometriä sekunnissa ääniaalloille vedessä. Valo- tai äänipulssit sisältävät tosiasiallisesti aallonpituusalueen, jotka kaikki liikkuvat eri nopeuksilla: ryhmän nopeus on nopeus, jolla pulssi itse liikkuu.
Viime vuosina on kokeellisesti osoitettu, että laserpulssin ryhmänopeus voi tietyissä tilanteissa ylittää valon nopeuden tyhjössä – 300 000 000 metriä sekunnissa. Erityistä suhteellisuusteoriaa ei kuitenkaan rikota näissä kokeissa, koska ne eivät sisällä tiedon, aineen tai energian siirtämistä.
Mobley on nyt laskenut, että suurtaajuisten ääniaaltojen pulssin ryhmänopeutta voitaisiin lisätä viidellä suuruusluokalla lähettämällä se pienen kammion läpi, joka sisältää noin 8 millilitraa vettä ja noin 400 000 pientä muovipalloa. Tämä tarkoittaa, että ryhmän nopeus ylittäisi valon nopeuden tyhjössä. Pallojen halkaisija on noin 0,1 mm, ja niiden osuus on noin 5% vesi-helmiseoksen tilavuudesta.
Nopeuden kasvu johtuu dispersiosta – ilmiöstä, joka saa eri aallonpituudet liikkumaan eri vaiheen nopeuksilla. Kun pulssi pääsee seokseen, se hajoaa voimakkaasti, mikä saa pulssin muodostavat eri aallonpituudet kulkemaan hyvin erilaisilla nopeuksilla. Tämä muuttaa pulssin muotoa ja voi johtaa siihen, että itse pulssi liikkuu nopeammin kuin valon nopeus. Hajonta vähentää kuitenkin merkittävästi myös pulssien voimakkuutta.
”On jo pitkään tunnustettu, että tällaisten nopeuksien tulisi olla mahdollisia akustisilla aalloilla”, Mobley kertoi PhysicsWebille. ”Työni osoittaa, että se voidaan tehdä erityisessä ja hyvin yksinkertaisessa järjestelmässä ja että ääriolosuhteet eivät tarpeen. ”
Mobley suunnittelee nyt kokeita superluminaalien nopeuksien tarkkailemiseksi Mississippin fyysisen akustiikan kansalliskeskuksessa. Suurin haaste on lisätä signaali-kohinasuhdetta siten, että on mahdollista havaita pulssit, joiden voimakkuutta dispersio on vähentänyt huomattavasti.