Felületek és interfészek
A hanghullámok gyorsabban haladhatnak, mint a fénysebesség? Igen, mondja Joel Mobley, az amerikai Mississippi Egyetem fizikusa. Szimulációk során Mobley kimutatta, hogy az ultrahangimpulzusok “szuperluminális” sebességgel mozoghatnak, amikor belépnek a több ezer apró műanyag gyöngyöt tartalmazó vízbe.
A diszpergáló közegben mozgó hullámokat fázissebesség és csoportsebesség írja le . A fázissebesség az a sebesség, amelyen egyetlen hullámhosszú hullám mozog, és tipikusan körülbelül 1,5 kilométer / másodperc a vízben lévő hanghullámok esetén. A fény- vagy hangimpulzusok azonban valójában egy hullámhossz-tartományt tartalmaznak, amelyek mindegyike különböző sebességgel mozog: a csoportsebesség az a sebesség, amelyen maga az impulzus mozog.
Az elmúlt években kísérletileg bebizonyosodott, hogy egy lézerimpulzus csoportsebessége bizonyos helyzetekben meghaladhatja a vákuumban a fénysebességet – másodpercenként 300 000 000 méter. A speciális relativitáselmélet azonban nem sérül ezekben a kísérletekben, mivel nem járnak információk, anyag vagy energia átadásával.
Mobley most kiszámította, hogy a nagy frekvenciájú hanghullámok impulzusának csoportsebessége öt nagyságrenddel megnövelhető egy kis kamrában, amely körülbelül 8 milliliter víz és mintegy 400 000 apró műanyag gömb. Ez azt jelenti, hogy a csoport sebessége meghaladja a fény sebességét vákuumban. A gömbök átmérője körülbelül 0,1 mm, és a víz-gyöngy keverék térfogatának körülbelül 5% -át teszi ki.
A sebesség növekedését a diszperzió okozza – ez a jelenség okozza, hogy a különböző hullámhosszak különböző fázissebességekkel mozogjanak. Amikor az impulzus belép a keverékbe, súlyos diszperzió tapasztalható, ami azt eredményezi, hogy az impulzust alkotó különböző hullámhosszak nagyon különböző sebességgel haladnak. Ez megváltoztatja az impulzus alakját, és maga az impulzus azt eredményezheti, hogy a fénysebességnél gyorsabban mozog. A diszperzió azonban jelentősen csökkenti az impulzusok intenzitását is.
“Régóta felismerték, hogy az ilyen sebességeknek akusztikus hullámok esetén is lehetségesnek kell lenniük” – mondta Mobley a PhysicsWeb-nek. szükséges.”
Mobley most kísérleteket tervez a szuperluminális sebességek megfigyelésére a Mississippi Országos Fizikai Akusztika Központban. A fő kihívás a jel / zaj arány növelése lesz, hogy lehetővé váljon az impulzusok detektálása, amelyek intenzitását a diszperzió nagymértékben csökkentette.