[논문 리뷰] A homage to E.C.G.Sudarshan: Superluminal objects and waves (An updated overview of the relevant experiments)

Erasmo Recami|ArXiv.org|2008. 04. 09.

Quantum Mechanics and Applications인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 확장된 특수상대성이론에 의해 예측된 타키온과 국소화된 초광속 파동(SLS), 예를 들어 X형 펄스와 같은 초광속 현상에 대한 업데이트된 실험적 개요를 제시한다. 반사파, 광역대 구조, 마이크로파/광학 장치를 이용한 실험을 통해 군속도가 c를 초과하는 현상을 관찰하였으며, 장벽 두께와 무관하게 터널링 시간이 일정함을 확인하여 일반화된 하트만 효과를 확인하고, 수다르샨의 초기 초광속 운동 이론 프레임워크를 지지한다.

ABSTRACT

This writing has been prepared on the occasion of the 75th birthday of E.C.George Sudarshan, who (besides the originator of the V-A theory for weak-forces, of quantum optics --the quantum representation of coherent light--, of dynamical maps for open quantum systems, of the Zeno effect, etc.) was a pioneer, already in the sisties, also of the theory of the so-called "tachyons". This paper wishes to be a homage to E.C.G.Sudarshan, in connection with the last-mentioned pioneering work of his. After a brief theoretical introduction (based on the standard postulates of Special Relativity, and therefore extending it --or rather non-restricting it-- without any violations: for example, without any violations of the so-called Einstein causality), the main aim of this article is an updated presentation of the status-of-the-art of the "superluminal" experiments. In particular, we devote such a review to the phenomena met in tunneling through quantum (and classical) barriers [e.g., referring to the Genelalized Hartman Effect]; and in connection with the "Localized (nondiffracting) Solutions" of the wave equantions [e.g., of Maxwell equations]: especially of the "X-shaped" ones. The interested reader is provided with an extended Bibliography.

연구 동기 및 목표

• 고전적 및 양자 시스템에서 초광속 군속도에 대한 실험적 증거를 검토하고 갱신하기.
• 전자기 및 광학 시스템에서 X형 파동과 같은 국소화된 초광속 해법(SLS)의 이론적 예측을 검증하기.
• 장벽 간격과 무관하게 이중 장벽 구조를 통과하는 초광속 신호 전파가 지속됨을 보여주기.
• 타키온과 후행적 원인 해석을 포함한 확장된 상대성 이론을 통해 초광속 운동이 상대성과 어떻게 조화를 이룰 수 있는지 설명하기.
• 타키온 용어의 허위 과학적 오용을 방지하기 위해 엄밀한 실험 및 이론 물리학에 기반한 개념을 정립하기.

제안 방법

• 반사파 및 광역대 구조(예: FBG)를 이용한 마이크로파 및 광학 파동도에서 터널링 시간을 탐색하기 위한 실험 데이터 분석.
• 고전적 장벽을 통과하는 초광속 펄스 전파를 모델링하기 위해 맥스웰 방정식을 기반으로 한 수치 시뮬레이션.
• 이중 장벽 구조에서의 군지연 측정을 통해 터널링 시간을 결정하고 이론적 예측과 비교하기.
• 상대론적 장 이론과 확장된 상대성 이론에서 유도된 파동 방정식의 국소화된 초광속 해법(SLS)인 X형 해법을 구축하고 분석하기.
• 초광속 웨이브패킷 이론 모델과의 비교를 통해 실험 결과(예: 펄스의 앞서기 및 진폭 유지)를 분석하기.
• 금속 파동도 및 광섬유와 같은 장치에서 시간 영역 측정을 통해 왜곡 없이 초광속 신호 전파를 관측하기.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 반사파 및 광역대 구조와 같은 고전적 파동 시스템에서 초광속 군속도가 실험적으로 관측될 수 있는가?
• RQ2 이중 장벽을 통과하는 터널링 시간이 장벽 간격 증가에 따라 일정하게 유지되는가? 이는 일반화된 하트만 효과를 확인하는가?
• RQ3 X형 파동과 같은 국소화된 초광속 해법(SLS)이 광학 및 마이크로파 실험에서 생성되고 관측될 수 있는가?
• RQ4 에너지 감쇠가 발생함에도 불구하고 초광속 웨이브패킷이 장벽을 통과하면서 형태와 진폭을 어떻게 유지하는가?
• RQ5 초광속 운동이 상대성 원리와 일치하는가? 그리고 이를 확장된 상대성 이론과 어떻게 조화시킬 수 있는가?

주요 결과

• 이중 장벽 광역대 구조(예: FBG) 실험에서 터널링 시간이 장벽 간격과 무관하게 일정하게 유지됨을 확인하여 일반화된 하트만 효과를 확인하였다.
• 마이크로파 및 광학 장치에서 초광속 X형 파동이 생성되고 관측되었으며, 군속도는 예측된 것처럼 최대 5c에 이르렀다.
• 중요하게도, 상당한 진폭 감쇠가 발생함에도 불구하고 터널링 중 펄스 형태 유지가 확인되어 모스 부호 기반 정보 전송 가능성을 시사하였다.
• 맥스웰 방정식을 기반으로 한 수치 시뮬레이션은 시간 지연 없이 초광속 신호 전파를 재현하였으며, 국소화되지 않은 그러나 강성 있게 전파되는 파동형상을 나타내었다.
• 이론적 모델은 진공 내 초광속 전하가 에너지를 방출하지 않으며, 전기장이 이중 표면 초구면체를 형성함을 확인하였으며, 체렌코프 복사와는 다름을 밝혔다.
• 사아리 등과 란파니 등이 수행한 실험은 진공 및 균일한 매질에서 X형 파동이 함께 전파되는 빛의 속도 평면파를 따라잡고 뒤이어가는 것을 성공적으로 시연하였다.