¿Qué Lijun Wang ' s experimento sobre supraluminal de velocidad de la luz en un medio medio?

Question

Este es un resumen de la Física Mundial de la ponencia: L J Wang et al. 2000 la Naturaleza 406 277-- "Wang y sus colegas comienzan por el uso de un tercer láser de onda continua para confirmar que hay dos picos en el espectro de ganancia y que el índice de refracción de hecho cambian rápidamente con la longitud de onda en el medio. La siguiente vez que envíe un 3,7-microsegundo largo del pulso láser en el cesio celular, que es de 6 centímetros de largo, y muestran que, en la correcta longitud de onda, se desprende de la célula 62 nanosegundos antes de lo que sería de esperar si se habían viajado a la velocidad de la luz. 62 nanosegundos puede no sonar como mucho, pero ya que sólo debe tomar 0.2 nanosegundos para tomar el pulso a pasar a través de la célula, esto significa que el pulso ha estado viajando a 310 veces la velocidad de la luz. Por otra parte, a diferencia de los anteriores superluminal experimentos, la entrada y la salida de pulso formas son esencialmente los mismos."

Me doy cuenta de que la velocidad de la luz en un medio que se compone de la velocidad de fase, la velocidad de grupo, y la parte delantera de la velocidad. Mientras que la velocidad de grupo puede superar el valor de c en el vacío, la parte delantera de la velocidad no se supone que. La forma en que esto suena, al frente de la velocidad es superior a c en el vacío por 310 veces.

punto azul=velocidad de fase, verde=grupo, rojo=frontal (wiki)

El wavepacket parece salir de la célula bien antes de entrar, pero la negativa del índice de refracción del "adelante turnos de" la vanguardia del pulso. Se argumenta que, aunque este es superluminal, la información no se transmite más rápido que c. Gauthier y Stenner introdujo un salto de discontinuidad en la forma de onda.Su velocidad máxima fue de c Aquí es un relato popular de NewScientist . ¿Qué pasa si usted utiliza un fotón? ¿Y si los fotones de la misma la información y no un transportista?

Answer 1

La parte frontal de la velocidad, que se define como la velocidad de propagación del punto donde el primer campo difiere (por cualquier arbitrariamente pequeña cantidad) de exactamente cero, es siempre no mayor de $c$. (De hecho, la parte delantera de la velocidad es siempre exactamente igual a $c$, no más o menos).

El problema aquí es que un pulso Gaussiano se extiende infinitamente en ambas direcciones, por lo que simplemente no tienen un "frente" para hablar de. Por supuesto, la amplitud decae super-de manera exponencial en ambos lados, pero eso no importa. No hay ninguna causalidad problema con el pulso emergentes arbitrariamente temprano en el tiempo, debido a que su impulso de entrada hizo que el campo de empezar a cambiar mucho antes de eso.

Como experimento, vamos a imaginar que tenemos un botón que puede pulsar para iniciar el impulso de entrada va. Si cualquier rastro de el pulso de salida viene, antes de que la señal en $c$ tiene una probabilidad de propagar a partir de cuando y en que el botón fue presionado, eso es una violación de la causalidad. Pero eso es imposible, por la siguiente razón:

Desde una teoría perfecta pulso Gaussiano no tiene finita hora de inicio, pero tiene un valor distinto de cero amplitud arbitrariamente en los primeros tiempos, es imposible crear un perfecto pulso Gaussiano pulsando un botón. Por supuesto, puede ser arbitrariamente cerca de la perfección, pero siempre habrá algo de distorsión que se pone peor y peor, ya que intenta hacer que el pulso de fuego "más rápido", es decir, tratar de hacer una corta separación en el tiempo entre el pulsador y el máximo del pulso. El teorema de que el medio tiene una causal de respuesta para el campo de las garantías que la respuesta a esta distorsión siempre va a interferir con la respuesta a la perfecta Gaussiano para cancelar exactamente en los momentos anteriores a una señal que viaja a $c$.

Por supuesto, en un experimento real, el botón "push" (en realidad, algunos de señal electrónica a la máquina que crea el pulso) pasa un tiempo relativamente largo antes de cualquier rastro de el pulso de salida es detectado.

Aquí es un gran capítulo de libro que me acabo de encontrar esto: http://books.google.com/books?id=kE8OUCvt7ecC&pg=PA26 tiene muchas más matemáticas que mi respuesta (aunque no en un nivel demasiado alto) y podría aclarar un montón de cosas.

También pregunte acerca de los fotones individuales, sino que abre una enorme lata de gusanos que realmente no puede llegar (y no menos, porque yo no lo entiendo bastante bien a mí mismo). Permítanme decir que siempre hay una mínima cantidad de ruido en cualquier modo / de los grados de libertad del campo electromagnético, que es el equivalente a la mitad de un fotón. Usted podría hacer un pulso de la forma correcta, que es tan débil que sólo hay un único fotón (estoy seguro de que la gente haga cosas como que todo el tiempo), pero el problema es que si se intenta "anunciar" demasiado pronto de que ha detectado que los fotones, vas a estar equivocado, una gran fracción de tiempo que usted puede demostrar estadísticamente que la información no se transmite. Es realmente difícil hacer quantum limitada de medición en el primer lugar (porque tienes que limitar severamente la parte de atrás de la reacción de la medición de los aparatos en el campo que se está midiendo), y si tratas de hacerlo demasiado rápido se convierte, literalmente, imposible.

Answer 2

Usted no puede usar sólo un fotón, porque el experimento depende del ser de luz en un pulso. Un pulso es una suma de ondas de luz con un rango de frecuencias diferentes, que toda la experiencia de diferentes índices de refracción (es decir, la fase de velocidades) cuando viajan a través del medio. Esto se llama dispersión. Es la combinación precisa de las frecuencias en el pulso, y la dispersión y de grupo de dispersión de la velocidad en el cesio de células, que hacen que este experimento sea posible.

En el mismo tema como el de Wang papel, la Naturaleza impreso un "Noticias y Opiniones" artículo al respecto. Allí, dicen:

Que suaves y bien definidos los pulsos de luz, de modo que el pico del pulso en la salida de resultados desde el flanco ascendente de la entrada de pulso, que se produce mucho antes en el tiempo, lo que es consistente con la causalidad. Una abrupta de la función en el pulso de luz no sería capaz de viajar más rápido que c. Esto significa que incluso si el 'efecto' parece preceder a la 'causa', aún no se puede enviar información útil - como la noticia de un inminente accidente - más rápido que c.