[論文レビュー] Theoretical, Numerical, and Experimental Evidence of Superluminal Electromagnetic and Gravitational Fields Generated in the Nearfield of Dipole Sources

W. D. Walker|ArXiv.org|Aug 23, 2005

Quantum and Classical Electrodynamics参考文献 23被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、電気双極子源によって生成される電磁界および重力場が、近場領域で光速 c よりも速い位相速度、群速度、情報速度を示すことが理論的・数値的・実験的に裏付けられている。これらの超光速効果は、源からの距離が約1波長の地点で光速 c に漸近的に減少する。実験的検証では、双極子素子を用いた測定により、横方向電界成分の予測された挙動が確認された。

ABSTRACT

Theoretical and numerical wave propagation analysis of an oscillating electric dipole is presented. The results show that upon creation at the source, both the longitudinal electric and transverse magnetic fields propagate superluminally and reduce to the speed of light as they propagate about one wavelength from the source. In contrast, the transverse electric field is shown to be created about 1/4 wavelength outside the source and launches superluminal fields both towards and away from the source which reduce to the speed of light as the field propagates about one wavelength from the source. An experiment using simple dipole antennas is shown to verify the predicted superluminal transverse electric field behavior. In addition, it is shown that the fields generated by a gravitational source propagate superluminally and can be modeled using quadrapole electrodynamic theory. The phase speed, group speed, and information speed of these systems are compared and shown to differ. Provided the noise of a signal is small and the modulation method is known, it is shown that the information speed can be approximately the same as the superluminal group speed. According to relativity theory, it is known that between moving reference frames, superluminal signals can propagate backwards in time enabling violations of causality. Several explanations are presented which may resolve this dilemma.

研究の動機と目的

• 振動する双極子源によって生成される電磁界および重力場の近場領域における伝播特性を調査すること。
• このような系において、因果律に反しない範囲で超光速の位相速度、群速度、情報速度が生じるかどうかを特定すること。
• 特に縦成分と横成分の区別に注目した、場の挙動に関する理論的および数値的分析を提供すること。
• 簡単な双極子素子を用いた実験により、横方向電界成分の予測された超光速挙動を実証すること。
• 重力場を四重極電磁理論を用いてモデル化し、その超光速性を評価すること。

提案手法

• マクスウェル方程式と遅延ポテンシャルを用いた振動電気双極子の理論的波動伝播解析を実施する。
• 源からの縦方向電界、横方向磁界、横方向電界の時間発展を追跡するための数値シミュレーションを実行する。
• 双極子素子を用いた実験を設計・実施し、場の伝播を測定し、横方向電界成分の超光速挙動を検証する。
• 異なる場の成分および源タイプにおける位相速度、群速度、情報速度を比較する。
• 四重極電磁理論を適用し、重力場の伝播特性を評価する。
• 信号変調およびノイズの分析により、好都合な条件下で情報速度が超光速群速度に一致するかを評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 双極子源によって生成される電磁界は、近場領域で光速よりも速く伝播するか？
• RQ2 近場領域の場の位相速度、群速度、情報速度はどのように比較されるのか。情報は超光速で伝播できるか？
• RQ3 実験的測定により、双極子素子から発生する横方向電界成分の予測された超光速挙動は確認できるか？
• RQ4 質量源によって生成される重力場はどの程度超光速伝播を示し、電磁的類似モデルで記述可能か？
• RQ5 相対論的枠組みにおいて超光速信号が引き起こす因果律違反の可能性を解消するメカニズムは何か？

主な発見

• 振動する双極子源によって生成される縦方向電界および横方向磁界は、近場領域で超光速伝播を示し、約1波長の地点で光速 c に漸近的に減少する。
• 横方向電界は源の外縁から約1/4波長の位置で生成され、源に向かっても遠ざかっていく方向にも超光速の場を放出するが、これらも約1λの地点で光速 c に減少する。
• 双極子素子を用いた実験的測定により、横方向電界成分の予測された超光速挙動が確認された。
• 質量源によって生成される重力場は超光速伝播を示し、四重極電磁理論を用いたモデル化が可能である。
• 位相速度、群速度、情報速度は明確に異なる。低ノイズ条件下かつ変調が事前に分かっている場合には、情報速度は超光速群速度に近似可能である。
• 本稿では、相対論的枠組みにおける超光速信号に伴う因果律違反の可能性についての解決策を同定しているが、明確な解決策を主張しているわけではない。