ad animace a grupová rychlost

Pavel Brož,2013-10-14 23:21:52

K té animaci je nutné doplnit několik údajů. Tak především ty tečky se vůči sobě pohybují jenom kvůli tomu, že obě vlny (jak u obrázku zmíněno, každá má jinou frekvenci) se pohybují různou rychlostí. To samo o sobě neplyne z různosti těch frekvencí, to je informace navíc. Tak např. dvě elektromagnetické vlny ve vakuu nebo v nedisperzním prostředí se pohybují toutéž rychlostí bez ohledu na jejich frekvenci. V disperzním prostředí ale rychlost elektromagnetické vlny závisí na její frekvenci (díky tomu taky nastává rozklad bílého světla na skleněném hranolu, protože rychlost různých barevných složek světla se ve skle mírně liší).

Takže pokud bychom pozorovali třeba superpozici vlny odpovídající modrému světlu a vlny odpovídající červenému světlu, jak se pohybují třeba ve skle, tak bychom pozorovali něco takového, jako je ukázáno na té animaci. Pokud bychom ale pozorovali tutéž superpozici ve vakuu anebo v prostředí, kde se obě vlny pohybují toutéž rychlostí, tak pak bychom pozorovali, že červená a zelená tečka se pohybují toutéž rychlostí, která by byla stejná, jako rychlost původních vln.
Takže tu animaci je nutno chápat jenom jako pomocnou ilustraci, pro popis skutečné superpozice dvou vln musíme ještě něco dodat.

Jinak co se týče té grupové rychlosti, že nesmí být větší než rychlost světla ve vakuu, tak to také není obecně pravda, platí to ve skutečnosti pouze v bezztrátovém prostředí. Za velmi specifických případů může díky nelineárním efektům dojít k následujícímu efektu: elektromagnetická vlna vstoupí do silně nelineárního prostředí, ve kterém čelo té vlny interakcí s tím prostředím způsobí silný útlum zbytku vlny. Takže to může vypadat třeba tak, že do prostředí putuje Gaussovský vlnový balík nějaké délky, ovšem díky interakci s tím nelineárním prostředím dojde k silnému útlumu toho balíku už kousek za tím čelem. Prakticky si to můžeme představit, že výsledný balík je mnohem menší, než ten vstupní, a je namáčknutý k čelu toho původního balíku (a samozřejmě, celý ten výsledný balík se nachází POD konturami toho původního balíku). Grupovou rychlost si můžeme představit jako rychlost „těžiště“ toho vlnového balíku, tzn. že pokud se nám původní široký balík „zdrcne“ na mnohem menší balíček namáčknutý k čelu toho původního, tak potom lze docílit nadsvětelné grupové rychlosti.

Ani v tomto případě ale nedojde k přenosu informace či energie nadsvětelnou rychlostí, a to právě proto, že ten výsledný zmenšený balíček nevycestuje z kontur toho původního (tzn. že čelo toho zmenšeného balíku nedorazí dříve, než by dorazilo čelo toho původního balíku). Na tomto fenoménu je pak založena svého času fascinující zpráva, kterak výzkumník Günter Nimtz „přenesl“ Mozartovu 40. symfonii rychlostí 4,7 c:

http://en.wikipedia.org/wiki/G%C3%BCnter_Nimtz#Experiments_related_to_superluminal_quantum_tunneling

Odpovědět