Nyt eksperiment afgør forskertvivl om universets fartgrænse
Forskere har længe vist, at information ikke kan sendes hurtigere end lysets hastighed. En lille tvivl har dog længe naget, om det også gjaldt for enkelte fotoner. Et nyt avanceret eksperiment bekræfter nu, at der heller ikke med enkelte fotoner kan sendes information med ’overlyshastighed’.
Universets fartgrænse er lig med lysets hastighed, tillader kinesiske forskere sig nu at konkludere.
Læs også
Læs mere om
Dokumentation
Kinesiske forskere mener nu at kunne sætte et endeligt punktum for debatten, om det er muligt at sende information hurtigere end lysets hastighed. Deres eksperimenter viser, at universets fartgrænse ikke er til diskussion.
Uden en eksperimentel undersøgelse vil det umiddelbare svar på spørgsmålet om information kan sendes hurtigere end lysets hastighed, baseret på meget forenklede betragtninger være: Nej.
Det lidt mere velovervejede svar vil være: Muligvis.
Shengwang Dus forskningsgruppe ved Hong Kong University of Science and Technology har i en række avancerede eksperimenter udført af ph.d.-studerende Shanchao Zhang afgjort sagen. Det enkle svar er det korrekte.
Årtier lang diskussion
Diskussionen om kommunikation kan foregå hurtigere end lysets hastighed har været behandlet i den videnskabelige litteratur i flere årtier.
Der findes nemlig mange eksperimenter, der viser, at en kort lyspuls kan bevæge sig hurtigere end lysets hastighed.
Overlyshastigheden gælder dog altid kun for den såkaldte gruppehastighed. Kort fortalt og lidt enkelt forklaret er gruppehastigheden den hastighed, hvormed lyspulsens top bevæger sig.
Da en lyspuls form kan ændre sig, når den bevæger sig gennem et materiale, kan lyspulsens top sagtes flyttes fremad under lyspulsens udbredelse. Det kan føre til, at gruppehastigheden er større end fasehastigheden, der som navnet antyder, er hastigheden, hvormed fasen udbreder sig.
I vakuum er forholdene mere enkle. Her vil fasehastighed og gruppehastighed altid være det samme som c – Einsteins definition af lysets hastighed.
Information overføres dog ikke med bølgetoppens top, men af dens front eller forløber (precursor).
En lang række eksperimenter i 1990’erne fik i 2000 Jon Marangos fra Imperial College i London til at rejse spørgsmålet om den maksimale hastighed for at sende information med fotoner sendt enkeltvis.
Det skete bl.a. på baggrund af en artikel fra 1994 af Aephraim Steinberg og Raymond Chiao fra University of California, Berkeley.
»Det kan have implikationer for transmission af kvanteinformation,« skrev Marangos i en kommentar i Nature om problemstillingen.
Teknik fra Lene Haus forsøg
En enkelt foton kan også beskrives ved en bølgepakke.
Der foreligger dog ikke mange eksperimenter med udbredelse af fotoner enkeltvis gennem hurtige eller langsomme medier, da det er uhyre svært at danne enkelte fotoner med velkontrollerede bølgeformer.
Det har man nu gjort i Hong Kong University of Science and Technology og beskrevet resultatet i fysikerne favorittidsskrift Physical Review Letters.
Ved hjælp af elektromagnetisk induceret transparens – som også er den teknik som Lene Vestergaard Hau har benyttet i sine meget omtalte eksperimenter med langsomt lys – er det lykkedes at adskille bølgepakkens forløber (precursor) fra hovedindholdet af bølgepakken.
Eksperimenterne viser klart, at forløberen, som altid har hastigheden c, er den hurtigste del af bølgepakken for en enkelt foton både i eksperimenter med langsomt lys og hurtigt lys.
»Det giver et fysisk billede til forståelsen af transmission af kvanteinformation,« skriver forskerne i deres videnskabelige artikel.
Med en direkte henvisning til Jon Marangos artikel fra 2000 skriver de i konklusionen:
»Det kan føre til afslutningen af debatten om den sande hastighed for information, der kan overføres med en enkelt foton.«
Web-tidsskiftet Physics, der udgives af American Physical Society, fremhæver eksperimentet og noterer sig, at resultaterne bekræfter den øvre grænse for, hvor hurtigt information kan overføres.
