超光速通信の話題の顛末 80
門外漢プギャー 部門より
MITsu_at_mit-net、iwakuralain、yyok がタレコんでくれて曰く、
technobahn japan の記事によると、ロスアラモス国立研究所が光の速さを超えて電波を送信する装置の開発に成功したそうです。
この装置はパルサーで生じているシンクロトロン偏光 (Polarization Synchrotron) の原理を応用したものとの事で、装置の全長は 2 メートル程。安定して光速の壁を超えて電波の送受信を行うことは困難なものの、装置間の同期を調節することによって光速の壁を超えて電波を送ることが可能だとしている。これを応用する事で衛星経由でも遅延が生じなくなる事から、次世代型携帯電話等に応用することを考慮しているそうだ。
この話題の元ネタは恐らく Current の記事か、Universe Today の記事である (日付からすると Universe Today の記事は Cureent の記事を元に加筆したものだろう) 。記事の題名も ``Scientists Make Radio Waves Travel Faster Than Light'' に ``Device Makes Radio Waves Travel Faster Than Light'' と、なるほど大変それっぽい。しかし Universe Today の記事の末尾に記された参考文献は 2004 年のものであり、どういう関連があるのかの説明もない。
以下は Cureent の記事の簡単な要約である。
ロスアラモス国立研究所に所属する John Singleton と Mario Perez は、polarization synchrotron と呼ばれる装置を発案した。この装置は高速で回転する磁場により波を重ね合わせるものなのだが、この装置の動作原理で、光速で回転する中性子星であるパルサーが発するパルス状の電波が高い強度で長距離を伝搬する理由を説明できると考えた。
となると、この polarization sychrotoron という装置の仕組みが非常に気になるところであるが、Current では「電波を激しく abuse して光より速く進む装置」とだけ説明しており、あとは医療や通信の分野でどのような応用が可能であるかなど夢のある話が続く。
実は Cureent の記事は、昨年 1 月のSantaFeNewMexican.com の記事の不完全な丸写しである。このことについては Uncertain Principles の記事が詳しい。SantaFeNewMexican.com の記事から削られた部分で Singleton は以下のように述べている。
レーザーを月に照射して、ゆっくり振ってみるとします。すると月の表面にレーザーが当たった点は光の速さより速く移動します。この時、ソニックブームに相当する事が光でも生じるのではないかしらんと不思議に思うかもしれません。この光のソニックブームが、光の速度より速い電波で生じる現象なのです。
Uncertain Principles の Chad Orzel は「Singleton の挙げた例の中には何一つとして物理学的に光の速度を越える事柄は含まれていない。彼らが論文で述べていることは恐らく、電荷を持った粒子が光速より速い分布で配置された時の結果である。そこには真空中の光速を越える物体は含まれておらず、光速を越えて情報が伝達されるような事もないだろう。」と説明している。
ということで、超光速通信が実現できましたとかいうお話ではございませんという結末でよろしいかと。あとは詳しい方からのコメントをお待ちしております。
ぷぎゃられた(笑) (スコア:4, おもしろおかしい)
昔読んだ相対論の本に、「質量を伴う物質が超高速で移動することはできない」てあったから、
よく分からんながら「じゃあ、質量を伴わない情報だけなら移動できるんじゃん」とずっと実現を
待ってた訳で。
あぶねー、オレが超金持ちだったら今頃騙されてすげー融資してるとこだったぜｗ
Re:ぷぎゃられた(笑) (スコア:3, 興味深い)
物理的には，情報は必ず何らかの物理的実体を伴いますので，情報を超光速で送れる＝超光速で物を送れる，と思っておいた方が良いかと．
これをさらに推し進めて，情報物理の極端な人の中には「宇宙においては情報こそが最も根源的な存在であり，その表現形の一つとして空間の曲率や物質等がある」という見方をする方もいらっしゃいます．
まあ，同じ物をどちらを主として見るかの違い，観点の違いだけだと言えばそうなんですが，見方を変えると問題が解きやすくなってみたりすることもあるのでなかなか侮れなかったり．
Re:ぷぎゃられた(笑) (スコア:1)
情報＝「分布のずれ」
the.ACount
Re:ぷぎゃられた(笑) (スコア:1)
ちなみに部門名のプギャーは「門外漢の編集者がまたやらかしやがったプギャー」と言われる事に対して先手を打っておいたというチキンなものです。タレコミして下さった皆様へのプギャーではございませんので。
Hiroki (REO) Kashiwazaki
Re:ぷぎゃられた(笑) (スコア:1, すばらしい洞察)
ちゃんと一次ソースと事の顛末を調べてるのだから、
ほかの投げっぱなしの編集者よりマシだと思うが。
#空気読まずにいうと、テクノバーン編集者へのプギャーでしょ？
#マナーとして喧嘩売っちゃうとマズイんで誤魔化しただけかと。
また新種の詐欺事件かと空目 (スコア:3, おもしろおかしい)
近未來通信の亜流かと思いました、スマン
Re: (スコア:0)
Re: (スコア:0)
月の表面にレーザーが当たった点は光の速さより速く移動 (スコア:2)
しても、Ａ点からＢ点へは何の情報も伝えられていないのでは？
レーザー砲からＡ点へは光速で情報が伝えられ、
レーザー砲からＢ点へは光速で情報が伝えられることは理解できるが。
一体、何が問題なの？
Re: (スコア:0)
特に問題は無いよ。
だって、タレコミにも、Uncertain Principles の Chad Orzel がそう言ってるって書いてあるじゃん。
真空でもチェレンコフ放射って話 (スコア:2, 参考になる)
だとどこかで読んだ。
超光速の荷電粒子のような状態を電極を並べて時間差で電圧かけて作ったら、真空中なのにチェレンコフ放射 [wikipedia.org]みたいな事になったよ。と。
しかし、そうすると
って説明は書き直さなきゃならないね。
こういう装置を作るとしたら、大雑把に言えば「電極間隔(任意)より長さの差が小さい同軸ケーブルをたくさん用意して、片方の端を芯線むき出しで電極間隔で並べて、もう一方の端を束ねて高周波を突っ込む」みたいな感じだろうな。マッチングとか終端とかは脇に置いといてだ。
Re:真空でもチェレンコフ放射って話 (スコア:1)
電圧が時間変化すれば電磁波が出る。
チェレンコフ放射だって同じこと。
the.ACount
情報の伝わる早さ (スコア:2, 興味深い)
「見せかけの超光速」と、とあるマンガをヒントに、ふと以下の思考実験をしてみた。
ちょっとした手がかりからあらゆる事実を推理する、超シャーロックホームズみたいな存在がいるとする。
超ホームズは推理を元に、未来を確実に予測できるものとする（何しろ、あらゆる事実・・・原子の振動に至るまで
推理しているのだ）。
ここで、彼から１光時離れた場所から、１時間にわたって情報を光に乗せて彼に送ったとする。
彼は発信源が送信をやめた瞬間に最初の光子を受け取るが、なにしろ超ホームズなのでそのたった1個の光子から
全てを推理し、１時間にわたって送られてくる情報の内容を予測してしまう。
ここで、情報の最後の１ビットに着目すると、この１ビットは発信源から受信者・・・超ホームズまで０秒で
到達したことになる。すなわち、超光速通信が実現したことになる。
こんなアホな結果になったのはなぜだろう。超ホームズ先生の推理能力が原因だと思うのだが・・・。
情報量を考慮することで超ホームズ先生を退治可能？
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「パタリロ！」の速解術にインスパイアされました
Re:情報の伝わる早さ (スコア:2, 興味深い)
A地点とB地点に人がいて、O地点からそれぞれに情報を送ります。A地点とB地点はOと同じぐらい離れてます。
事前にA地点の人に「あなたにXという情報がきたらB地点の人にはYという情報が送られてます。逆に情報Yが着たら情報Xが送られてます」
という情報を与えておきます。
これで、A地点に情報Xが届いた瞬間に、A地点の人はB地点に情報Yが届いたことを知ることができます。
B地点からA地点に超高速で情報が送られました！
※だまされちゃダメだ、だまされちゃダメだ、だまされちゃダメだ…（今再放送してるしｗ）
Re:情報の伝わる早さ (スコア:2)
ぉぉぅ、自分の思考実験、EPRパラドックスの変形だったか！
気付かなかったorz
Re:情報の伝わる早さ (スコア:1, 興味深い)
「情報が伝わる」という言葉の曖昧さも、示唆されていることになりますね。
主語を明らかにしないから(ry)という定番の日本語批判に繋がるのかな。
Re:情報の伝わる早さ (スコア:2)
送信されたメッセージの最初の1ビットを読んだだけで最後の1ビットまで推測可能だということは、
最初からそのメッセージには1ビットの情報量しかありませんでした、ということじゃないかな、
つまり2ビット目以降のビット列は何の情報も持たない、冗長部分にすぎなかったんだよ。
って、シャノンって人が言ってた。
Re: (スコア:0)
それなんてラプラスの魔?
Re: (スコア:0)
AからBへはとんでもない速度でデータを送れるが、逆のBからAへの送信はそこまで速くないと仮定する。BがAへと巨大なデータを送りたい場合、普通にやるとゆっくり送るしかない。そこで、AからBへの送信が速いことを利用して、Aは「Bが送りたいデータはこれですか?」という候補を延々と送り続ける。Bは「まさにそれが送りたいデータだ!」と言う瞬間にだけ、Aに対して「それだ!」という短いメッセージを送り返す。AはBが送りたかったデータが分かるので、BからAへとデータを送信できたことになる。
このままじゃ無理でも、この原理を利用して何か出来ないかと延々考えた愚かな私が居ましたorz
Re:情報の伝わる早さ (スコア:1)
むしろ同じ本の「銀河を駆ける呪詛～あるいは味噌汁とカレーライスについて」では？
# 「相手先が見つかりません」どぱん
ロスアラモス？エイプリルフールか？ (スコア:1)
これを応用する事で衛星経由でも遅延が生じなくなる事から、次世代型携帯電話等に応用することを考慮しているそうだ。
で，しかも「ロスアラモス研究所が開発した」，とされているところ．
日本の「未来○○研究所」のプレスリリースなら笑って済ませられるけどね．
情報が真空の光速度cを越えて伝わらないことは現代物理の基本原理．
これが破れたら特殊相対論を始め，現在知られている多くの
物理の法則を書き換えなくてはならない．それはそれで楽しいが，
職業柄，掛けるなら「それは絶対ない」方に掛ける．
Re:ロスアラモス？エイプリルフールか？ (スコア:1, おもしろおかしい)
「賭ける」ですか？
Re: (スコア:0)
おいおい、光子コピーの話があるじゃないか。
前準備は必要なものの、ある瞬間、光速を超える手段はある。
# まぁ、レーザー核融合と同じで、前準備が大変だから実用には長い道のりがあるだろうけど。
ただ、今回の話は、高校生が考える永久機関レベルの話に思えるんだよね。
不真面目な学者なら、話を聞いた段階で無視して、
真面目な学者なら、話を聞いた上で、否定するロジックを出してくれ、
単なるオカルト好きが、理解もせずにのめり込む。
そんな話。
Re:ロスアラモス？エイプリルフールか？ (スコア:5, 参考になる)
Re: (スコア:0)
ああ、物理用語を分かってない人が読んだんだな・・・
納得した。
Re: (スコア:0)
「走行中の新幹線のヘッドライトから放たれる光は、普通の光速より300km/h速い！」
とか？
Re: (スコア:0)
>ある瞬間、光速を超える手段はある。
ん？そんなもんあったっけ？
テレクローニング系等なら光速以上で状態の変化を引き起こすけど一切の情報を送れないし。
光速を超えて情報を送れる手法の原論文か何かがあったら書いてもらえると助かる。
Re: (スコア:0)
おそらく、元コメが言っているのは、物理系ではほぼ常識であるEPRのことだと思います。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%82%B7%E3%8... [wikipedia.org]
アインシュタインの言う情報(隠れた変数)は光速
え～っと (スコア:1)
よくわからんけど (スコア:1)
変なふうになってるとか
Re:よくわからんけど (スコア:2, 参考になる)
違う．
（並べた多数の光源を順番に高速に切り替えて使うことで）単一の光源があたかも光速を越えているかのような放射が得られ、（超音速におけるソニックブームと似たような感じで）波束が重なり合った素敵な放射光源として使えるよ，という話．
Re: (スコア:0)
低い周波数の光源を複数一列にならべると、 高い周波数の光を得ることができるということか
Re:よくわからんけど (スコア:1)
結構、以前の記事になると思うのですが
http://www.nec.co.jp/press/ja/0007/1901.html
> 今回の実験は、セシウムガスで ラマン・ピーク （注１）を
> 近接する２つの波長に設定し、その波長間の屈折率について
> 異常分散 （注２）を作り出すことによって実現いたしました。
> また、気温３０度における気体状のセシウムを６cmの長さの
> ガラス容器に閉じ込め、１．０ガウスの磁界を光の伝播する
> 方向と平行に設置しました。この結果、光の 群速度 (注３)は、
> 真空状態における光の速度を上回るとともに、マイナスになる
> ことを実現しました。光がマイナスの群速度で容器を通過する
> と、光のパルスは真空状態で同距離を通過したパルスより早く
> 容器の反対側に現れます。また、光速を上回る光の伝播は、光
> が波でできているとの特性を利用しており、質量をもつ他の物
> 体が同様の現象を起こすことは不可能であります。
こういう実験結果があるらしいです
理論上はありえることとされてきたことが確認された、ということらしいです
Re:よくわからんけど (スコア:1)
門外漢ですが。
群速度 vg は vg = dω/dk (ω は周波数、k は波数) と定義できますが、
これが成りたつ、つまり、群速度 = 信号速度となるのは分散 ω(k) が十分小さいという条件が付きます。
吸収帯とかの、異常分散領域では一般には成りたちません。
こういう領域で superluminal とかゆー vg > c とか、vg = ∞ とかなったりするらしいです。
古くは Sommerfeld と Brillouin らによって 1914 年に古典的な解析が行なわれてるそうです。
イメージ的には、物質に波束が入射しても、物質が反応するまで遅れがあると考えられるので、
最初に入射した光子は、スルっと物質中を通り抜けるけど、後から来た光子は物質に吸収されてしまうため、
波束が変形して、時間的に早い方向に波束がシフトした → 光速より早い!! ということが起きているような感じかな。
# 識者の訂正待ってます
ひかりが無くとも、のぞみが有ります (スコア:1)
Device Makes Radio Waves Travel Faster Than Light
デバイスは電波の伝達をひかり号よりも速くする…
# 論理上は当然、Echoよりも速いはずだ
## しかし、Hope Comes Faster Than Light ということも稀ではあるまい
光速超え (スコア:0)
とてつもなく長くて曲がったり折れたりしない糸が
地球と同期して回転していたとしたら
さきっちょに「お手紙」がついていたらかなり高速で
惑星同士で届くと思うのですがそれでも光の速度は
超えられない?(お手紙食べられちゃうのは無しで)
前提がお馬鹿なので当然チキン。
Re:光速超え (スコア:2, 参考になる)
これは、よくある誤解ですが、仮にそのような剛体があったとしても不可能です。
この現象を理解するには「ところてん」や「水鉄砲」を思い浮かべるとよいでしょう。ところてんの入り口を押すと、出口からところてんが出ます。この間隔は刹那ですが、実際にはとこてんが容器の中で縮こまっているタイムラグが存在します。これと同じことです。
我々が棒を押した時、実際には分子や原子を押しています。原子は電子と陽子の電気的なエネルギーによって隣の原子を押すことで力が伝わっているのです。そして、このエネルギーの伝播は光速を超えることはありません。したがって、それらを総計した「棒を押す」という行為も光速を超えて伝わることがありません。理想的な全長30万キロの剛体を手で押したとき、その先っぽが動き始めるのは1秒後です。現実に存在する棒は、真っ直ぐだけ力が伝わるわけではないので、もっと遅くなるでしょうが、動き始める変分を厳密に測定すれば、カタログスペックの最高値である1秒になるでしょう(おそらく、観測できるピークはもっとずっと遅くなると思います)。もちろん、長さ1メートルの棒でもこの現象はおきているので、押し始めてから先っぽが動くまで3億分の1秒以上のタイムラグが存在するはずです。
Re:光速超え (スコア:3, 参考になる)
> 仮にそのような剛体があったとしても不可能です。
> 理想的な全長30万キロの剛体を手で押したとき、その先っぽが動き始めるのは1秒後です。
それはちょっと違うというか、ニュートン力学世界では、
「理想的な全長30万キロの剛体を手で押したとき、その先っぽが動き始めるのは押したのと同時」になるけど、
アインシュタインの相対論世界ではそういう「完全剛体」は存在を否定されているわけです。
「剛体があったとしても」という仮定自体が相対論を無視してる。
で、通常の物体で言えば、「棒を押すという行為が伝わる速度」は「その物体における音速」ですね。
例えば、鉄の音速は約6km/sですから、
長さ30万キロメートルの鉄の棒を押した場合、その先っぽが動き始めるのは14時間後だし、
1メートルの鉄の棒を押した場合、押し始めてから先っぽが動くまで170μsのタイムラグが存在します。
Re:光速超え (スコア:1, 参考になる)
>「棒を押すという行為が伝わる速度」は「その物体における音速」ですね。
大まかにはそうだけれども、厳密には違う。
変位の中心的な物（変位の非常に大きな部分）はおおよそ音速ぐらいで伝わるけれども、その波形の端っこの部分、つまり変位のごく初期の部分（ただし変位としての大きさは非常に小さい）はほぼ光速で伝わる。電磁気力だから。
#ただ、遠距離では減衰が大きいので、ある程度以上のところではノイズに紛れて消えるけど。
#でも近距離では観測可能。
Re:光速超え (スコア:1)
>アインシュタインの相対論世界ではそういう「完全剛体」は存在を否定されているわけです。
ちがうよー。
完全な剛体は関係なくて、手元と先端の時間が違うんだよ。
ニュートン世界では空間は時間(や光コーン)に関係なく平らだけど、アインシュタインの相対論世界では光コーンが平らになるように時空が変形されてるのでつ。
Re:光速超え (スコア:1)
「お手紙」が光速に近づくにつれ質量が大きくなって地球の自転ごときでは振り回せなくなるのでは？
# ぶぎゃられ上等。こちとら三流大学文系中退だ（笑）
Re:光速超え (スコア:1, すばらしい洞察)
無限の硬さを持つ物質は存在しないので無理です。
Re:光速超え (スコア:1, すばらしい洞察)
Re:光速超え (スコア:1)
高速とかはおいといて地球からその糸の先までお手紙を運んでいるうちに一体地球は何度自転するかな？
素直に直接届けた方が速いと思う。
Re:光速超え (スコア:1)
むしろ話は逆で、どんな運動系から観測しても光が常に一定の光速であるように、相対論を構築したわけです。
Re:ダウト (スコア:2, 参考になる)
>どんな運動系から観測しても光が常に一定の光速であるように
ここが言葉足らず．
「どんな系から観測しても，その局所系においての光速度は一定」でないとマズい．
つまり，ある系において，観測者Aが自分の居るところでの光速度を測れば必ずc0だが，別な点Bでの光速度を今居るところから見て測定するとそれは重力場の影響を受ける．
これはアインシュタイン自身による一般相対論の先駆けとなる論文，いわゆるところの「光の伝播に対する重力の影響」（Annalen der Physik, 35, 898）の3節で普通に述べられている．
#ある観測者が自分とは別な点の光速度を測定するとc = c0 (1 + Φ/c2)の形になる．
#ここでΦ は原点から見た測定する点の重力ポテンシャル．
ちなみに続いてアインシュタインは，この場所による光速度の違いとホイヘンスの原理から，重力場による光の経路の曲がりが簡単に予測できるよね、と続けている．
要は重力場の強い側の方が（外から見た）光速度は遅いから，ホイヘンスの原理からそっちに引きずられて曲がる．普通の屈折同様．
#で，こういう考えをさらに整理して時空の方程式として書き下ろした完成系が一般相対論．
Re:光速超え (スコア:1)
>真空中の光速はどんな観測者から見ても一定です。
ちょっと上の方に書きましたが，今自分がいる場所以外の光速度を測定すると，一般相対論の範囲内では重力場によるポテンシャルが異なれば光速度は異なります．
#「自分のいる場所」での局所的な光速度は誰がどこで測っても一定ですが．
Re:光速超え (スコア:1)
>その人のわきを通る光速度は c として観測されるのでしょうか？
半分yesで半分noですね（確か）．
通過する瞬間，無限小の時間で光が無限小の距離を進む際の光速度を測定できれば，観測地点を局所慣性系に接続できますので光速度は変わらずcになります．
一方，自分のいる場所をごく短い（けれど有限の）時間をかけて光が有限の距離を進む様子から光速度を算出するとcからずれる……はず．
実際の測定ではどうしても有限のサイズが必要なんで，原理的には光速度はcからずれて測定される……だったような．
#さすがにその辺の細かい議論は覚えてないんですいません．
Re:色々な見方が出ているが (スコア:1)
そもそも光速はなぜ制限されているかといえば、真空の誘電率、
誘磁率は定数として定まっている、すなわちこの宇宙では全ての場所てこの定数は変化しない
からということです。そして光の速さはMaxwell方程式によって計算されます。
用は、この宇宙ではどんなにあがいても電磁波の速度は始めから決まっています。
このことからMaxwell方程式をLorentz変換に対して普遍に保とうとして、
かの有名な時空の理論（特殊相対論）が生まれたわけです。Cがどうしても変化できないので
変わりに時間が変化する。
とにかく、普通の宇宙空間ではCは変化できません。
Re:色々な見方が出ているが (スコア:1)
負エネルギー状態にすれば超光速が可能だそうな。
微小空間ならカシミール効果で負エネルギー状態にできるらしい。
the.ACount