[論文レビュー] Superluminal Electromagnetic and Gravitational Fields Generated in the Nearfield of Dipole Sources

W. D. Walker|ArXiv.org|Mar 28, 2006

Quantum and Classical Electrodynamics参考文献 19被引用数 13

ひとこと要約

本論文は理論的および実験的に、電磁場および重力場が電気双極子源および重力四極子源から生じる場合、近場領域において光よりも速く（超光速で）伝播することを示している。位相速度および群速度が光速 c を上回るが、遠方領域に達すると c に漸近的に収束する。数値シミュレーションおよびアンテナ実験により、超光速信号伝播が確認され、低ノイズ条件下では情報伝送速度が群速度に近づく。相対性理論における因果律に挑戦するが、解決策の可能性が提起されている。

ABSTRACT

In this paper the fields generated by an electric dipole and a gravitational quadrapole are shown to propagate superluminally in the nearfield of the source and reduce to the speed of light as the fields propagate into the farfield. A theoretical derivation of the generated fields using Maxwell's equations is presented followed by a theoretical analysis of the phase and group speed of the propagating fields. This theoretical prediction is then verified by a numerical simulation which demonstrates the superluminal propagation of modulated signals in the nearfield of their sources. An experiment using simple dipole antennas is also presented which verifies the theoretically expected superluminal propagation of transverse electromagnetic fields in the nearfield of the source. 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

• 電気双極子源から生じる電磁場および重力場が、近場領域で光よりも速く伝播可能かどうかを調査すること。
• マクスウェル方程式および一般相対性理論の原則を用いて、これらの場の位相速度および群速度を分析すること。
• 近場における変調信号の数値シミュレーションを通じて、理論的予測の検証を行うこと。
• 簡単な電気双極子アンテナを用いた実験的テストにより、超光速の横方向電磁場伝播を測定すること。
• 位相速度、群速度、情報速度を比較し、相対論的物理学における因果律に与える影響を評価すること。

提案手法

• マクスウェル方程式および線形化重力理論を用いた電気双極子および重力四極子からの電磁場および重力場の理論的導出。
• 近場および遠方領域における波動解を用いた位相速度および群速度の分析。
• 近場における超光速伝播特性を示すために、変調信号の数値シミュレーションを実施。
• 近場電気双極子アンテナ実験の設計および実行により、場の伝播速度を測定。
• 既知の変調方式および低ノイズ信号条件を用いて、位相速度、群速度、情報速度の比較。
• 特殊相対性理論における因果律違反の可能性を評価し、その解決策について議論。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電気双極子源から生じる電磁場および重力場は、近場領域で光速を超えて伝播可能か？
• RQ2 これらの場の位相速度および群速度は、源からの距離に応じてどのように変化するか。遠方領域に達すると c に漸近的に収束するか？
• RQ3 低ノイズ条件下で、情報伝送速度が超光速群速度にどれほど近づけるか？
• RQ4 どのような実験的証拠が、電気双極子アンテナの近場における超光速場伝播の存在を支持するか？
• RQ5 相対論的物理学における因果律に反する超光速信号伝播は、どのように説明可能か？

主な発見

• 理論的分析により、電気双極子および重力四極子源からの電磁場および重力場が、近場領域で超光速で伝播することが示され、位相速度および群速度が光速 c を上回ることが判明。
• 場が遠方領域に達するにつれて、位相速度および群速度が光速 c に漸近的に収束し、標準的放射理論と整合的である。
• 数値シミュレーションにより、近場における変調信号が超光速群速度を示すことが確認され、低ノイズ条件下では情報伝送速度が群速度に非常に近づく。
• 電気双極子アンテナを用いた実験的測定により、近場領域における横方向電磁場伝播が光速 c を上回ることが実証された。
• 位相速度、群速度、情報速度が異なることが示され、ノイズが最小限の条件下では情報速度が超光速群速度に達する可能性がある。
• 本論文は、超光速信号に起因する因果律パラドックスの解決策の可能性を同定したが、明確な解決策は提示されていない。