[论文解读] 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 13

一句话总结

本文从理论和实验两方面证明，偶极子和四极子源产生的电磁场与引力场在近场区可超光速传播（相速度与群速度均超过c），随后在远场区回落至c。数值模拟与天线实验均证实了超光速信号传播，低噪声条件下信息传输速度接近群速度，这挑战了相对论中的因果律，但提出了潜在的解决途径。

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.

研究动机与目标

• 研究偶极子源产生的电磁场与引力场是否可在近场区超光速传播。
• 利用麦克斯韦方程与广义相对论原理分析这些场的相速度与群速度。
• 通过近场调制信号的数值模拟验证理论预测。
• 利用简单偶极子天线进行实验测试，测量近场中横向电磁场的超光速传播。
• 比较相速度、群速度与信息速度，并评估其对相对论物理中因果律的影响。

提出的方法

• 基于麦克斯韦方程与线性化引力理论，推导电偶极子与引力四极子的电磁场与引力场。
• 利用近场与远场区域的波解分析相速度与群速度。
• 通过调制信号的数值模拟，展示近场中超光速传播特性。
• 设计并实施近场偶极子天线实验，测量场传播速度。
• 在已知调制方式与低噪声信号条件下，比较相速度、群速度与信息速度。
• 评估狭义相对论中潜在的因果性破坏，并讨论可能的解决方案。

实验结果

研究问题

• RQ1 由偶极子源产生的电磁场与引力场是否可在近场区超光速传播？
• RQ2 这些场的相速度与群速度如何随距离变化？是否在远场区趋近于c？
• RQ3 在低噪声条件下，信息传输速度在多大程度上可接近超光速群速度？
• RQ4 有哪些实验证据支持偶极子天线近场中存在超光速场传播？
• RQ5 如何在相对论物理中调和超光速信号传播与因果律之间的矛盾？

主要发现

• 理论分析表明，偶极子与四极子源产生的电磁场与引力场在近场区均呈超光速传播，相速度与群速度超过c。
• 当场传播进入远场区后，其相速度与群速度渐近趋近于光速c，与标准辐射理论一致。
• 数值模拟证实，近场调制信号表现出超光速群速度，低噪声条件下信息传输速度与群速度高度一致。
• 使用偶极子天线的实验测量表明，横向电磁场在近场区传播速度超过c。
• 相速度、群速度与信息速度被证明存在差异，当噪声最小时，信息速度可达到超光速群速度。
• 本文识别出由超光速信号引发的因果性悖论的潜在解决途径，但尚未提供确定性解决方案。