Интересно, пробовал ли кто-нибудь делать соленоиды из кварца? Часть 1.
СЕРГЕЙ:
Эффект Пенроуза:
- Ученые впервые воплотили концепцию извлечения энергии из оптической иллюзии сверхсветового движения в лабораторных метаматериалах.
Джемени. Расскажи пожалуста подробней о чем это...
ДЖЕМЕНИ:
А здесь, Сергей, журналисты снова завернули в красивую обертку очень крутое, но вполне законное с точки зрения физики исследование.
Речь идет о свежем эксперименте физиков из CUNY (Городской университет Нью-Йорка) под руководством Андреа Алу. Они смоделировали в лаборатории эффект Пенроуза (или суперрадиацию Зельдовича).
Давай разберем, что это за «эффект» и откуда там «иллюзия сверхсветового движения».
1. В чем суть эффекта Пенроуза?
Еще в 1969 году сэр Роджер Пенроуз теоретически доказал: если черная дыра очень быстро вращается, она увлекает за собой само пространство-время. Образуется область — эргосфера.
Если в эту область влетит объект и распадется на две части, то:
• Одна часть упадет в черную дыру с «отрицательной энергией» (замедлит вращение черной дыры).
• Вторая часть вылетит наружу и заберет с собой часть энергии вращения черной дыры.
Яков Зельдович позже показал, что то же самое можно сделать с помощью волн (света или радиоволн): если отправить волну на быстро вращающийся объект, волна отразится и усилится, забрав энергию у этого вращения.
2. При чем тут «сверхсветовая иллюзия» и метаматериалы?
Чтобы забрать энергию у волны таким способом, объект должен вращаться с гигантской скоростью (сопоставимой со скоростью света). Разогнать физическое тело в лаборатории до такой скорости невозможно — его просто разнесет центробежная сила.
Физики придумали хитрость:
• Они взяли неподвижное кольцо из электронных резонаторов (метаматериал).
• Никакие детали в нем физически не крутились.
• Но ученые начали поочередно с огромной скоростью переключать электрические параметры этих резонаторов по кругу.
За счет этого бегущая электрическая волна переключений создала «синтетическое (иллюзорное) вращение». Для падающей волны света/радиосигнала эта бегущая волна выглядела так, будто она встречается с объектом, вращающимся со сверхсветовой скоростью.
3. Откуда взялась энергия?
• На этот кольцевой метаматериал направили слабый сигнал.
• Сигнал вступил во взаимодействие с «бегущей волной» переключений.
• На выходе сигнал усилился (появилась дополнительная энергия).
Откуда энергия? Не из «воздуха» и не вопреки законам сохранения. Энергию волна забрала из источника питания, который переключал параметры резонаторов в метаматериале.
Простая аналогия: Эскалатор и Бегущая строка
• Представь эскалатор: он физически едет. Чтобы ускорить шаг, ты шагаешь по двигающимся ступеням (физическое вращение).
• А теперь представь бегущую строку из светодиодов: лампочки на табло загораются одна за другой, создавая иллюзию, что текст бежит. Никакая часть табло не движется, но эффект «бега» есть.
Физики сделали именно такую «бегущую строку» из свойства материала, разогнали ее до сверхсветовой эффективной скорости и заставили волну «оттолкнуться» от этого движения и усилиться.
Итог
Никакой магии или вечного двигателя. Физики научились усиливать сигналы (в радио- и оптических диапазонах), моделируя процессы, которые происходят около вращающихся черных дыр, используя неподвижные электронные схемы.
СЕРГЕЙ:
Ну да, в принципе, понял. И получается что ничего необычного.
Бросим к примеру камушек какой-то маленький на крутящееся быстро колесо, дотронувшись до него, он полетит быстрее приобретя еще некий вектор движения.
Это как бы то же самое, только со светом. Только правда оборудование подороже.
GEMINI:
В точку, Сергей! Твоя аналогия с камешком и колесом хорошо описывает идею передачи импульса и энергии движущейся структуре.
По большому счету, физики сделали нечто похожее:
1. Колесо: создали искусственно «крутящуюся» среду — вместо механического движения используется пространственно-временная модуляция электромагнитных свойств.
2. Камешек: направили туда свет или радиоволну.
3. Результат: при правильном фазовом согласовании волна может получить энергию или изменить частоту.
Зачем сложнейшее оборудование?
Главная причина в том, что механически вращать материальный объект с релятивистской скоростью невозможно. Электронное или оптическое управление позволяет создать бегущий фазовый рисунок без механического вращения.
СЕРГЕЙ:
Интересная сейчас у меня мысль появилась.
Но только сначала расскажи, с какой скоростью можно создать вот это вращающееся поле на сегодняшний день?
GEMINI:
Поскольку такое вращение может быть синтетическим — материальные частицы не обязаны двигаться по кругу, а отдельные элементы могут возбуждаться с определенной фазовой задержкой, — скорость перемещения самого рисунка поля может быть очень высокой.
Например, если кольцо состоит из большого количества элементов, а возбуждение последовательно смещается по ним с очень короткими интервалами, фазовый максимум может перемещаться по окружности с эффективной скоростью, превышающей c.
КОРРЕКТИРОВКА GPT:
Здесь важно не говорить просто «скорость вращения поля». Корректнее: скорость перемещения фазового максимума или пространственно-временного паттерна. Она может быть сверхсветовой. Однако каждый локальный элемент изменяет свое состояние только в соответствии с физическим управляющим сигналом, а причинное воздействие и перенос энергии не становятся сверхсветовыми. Как утверждает современная фундаментальная физика.
СЕРГЕЙ для GPT
Почему же, если волна будет двигаться в соответствии со скоростью переключения, а скорость переключения выше скорости света, то теоретически поле должно также переключать своё состояние в соответствии с вращающейся волной.
Да, это не подтверждено фундаментально. Но нам нечем это подтвердить, так как все наши приборы работают и измеряют максимум на скорости света. Мы просто не зафиксируем превышение света "измеряя линейкой с сантиметровой шкалой милиметры"
GPT:
Да, здесь я понимаю, с чем ты не согласен. И, на мой взгляд, твоё возражение действительно стоит рассмотреть глубже, потому что в моей предыдущей корректировке я слишком быстро поставил знак равенства между «скоростью управляющего переключения» и обычной скоростью передачи сигнала.
Ты фактически предлагаешь рассмотреть такую цепочку:
переключение элемента 1 → переключение элемента 2 → переключение элемента 3 → ...
Если последовательность переключений действительно образует волну, движущуюся по кольцу, то сам рисунок состояний элементов действительно может перемещаться со скоростью больше c.
Если расстояние между элементами равно Δx, а задержка между переключениями — Δt, то скорость перемещения состояния можно записать:
v_pattern = Δx / Δt
Математически вполне возможно получить:
v_pattern > c
Например, если соседние элементы находятся на расстоянии 1 мм, а задержка составляет 1 пс:
v_pattern = 10^-3 м / 10^-12 с = 10^9 м/с
Это примерно 3.3 c.
С этой частью твоего рассуждения я согласен.
Но здесь есть более тонкое различие.
Есть два разных вопроса.
• 1. Может ли последовательность состояний двигаться быстрее c?
Да, может.
• 2. Может ли изменение состояния элемента №2 быть вызвано элементом №1 быстрее, чем за время Δx/c?
Вот здесь стандартная электродинамика говорит: нет.
И это не одно и то же.
Мы можем, например, заранее запрограммировать 100 переключателей:
1 включить;
через 1 пс — 2 включить
1 выключить
через 1 пс — 3 включить
2 выключить
через 1 пс — 4 включить
3 выключить
и так далее...
Тогда светящаяся точка, максимум поля или состояние массива действительно будет бежать с огромной скоростью.
Но информация о том, что произошло с первым переключателем, не обязана передаваться второму в этот момент. Она могла быть заранее доставлена всей системе управления.
Именно поэтому сверхсветовой паттерн может существовать без нарушения обычной причинности.
СЕРГЕЙ:
Я понял, что ты имеешь в виду. Получается, что если в природе всё распространяется с ограниченной скоростью, даже создав такое кольцо, мы можем получить, что наше переключение как бы будет само уничтожаться, вернее выравниваться, самой средой.
Хотя без практического исследования сложно предсказать, что может быть.
GPT:
Да, именно. И вот здесь ты очень хорошо ухватил проблему.
Если предположить, что локальное физическое взаимодействие в каждом сегменте ограничено скоростью переноса возмущения, а мы пытаемся заставить управляющий паттерн бежать быстрее этой скорости, то система уже не обязана послушно поддерживать заданную картину.
• 1. Паттерн начнёт искажаться.
Передний фронт будет отставать, фазы начнут «плыть», и вместо идеального вращения появится сложная интерференционная картина.
• 2. Может возникнуть накопление возмущения.
Если внешнее управление продолжает навязывать последовательность, система может накапливать энергию и переходить в резонансный или неустойчивый режим.
• 3. При выключении может появиться особенно интересный переходный процесс.
Пока контроллер работает, он принудительно поддерживает пространственно-временную структуру. После отключения эта поддержка исчезает, и дальше система должна самостоятельно перераспределить накопленную энергию и поля.
Именно здесь можно увидеть, насколько реально существовал созданный паттерн и какие собственные моды есть у кольца.
СЕРГЕЙ:
Да, получается, что если мы всё-таки принудительно задаём эту скорость переключения, то сама система может начать сопротивляться этому режиму, потому что её собственные физические взаимодействия распространяются с ограниченной скоростью. ( предельная скорость планковская)
И если скорость заданного паттерна окажется выше этой скорости, то, возможно, вместо нормальной бегущей волны мы получим уже какую-то другую структуру.
GPT:
Да. И я бы здесь сделал ещё одно уточнение.
Не обязательно, что система просто «остановит» сверхсветовой паттерн. Более вероятно, что реальное электромагнитное поле будет представлять собой сумму нескольких компонентов:
1. - заданной внешним управлением пространственно-временной модуляции;
2. - собственных бегущих и стоячих волн системы;
3. - отражений от элементов и границ;
4. - паразитных колебаний;
5. - запаздывающих полей.
Поэтому при достаточно быстрой модуляции вместо простой картинки «волна бежит по кольцу» может возникнуть сложная пространственно-временная интерференция..
Если же в системе обнаружится самостоятельная динамическая мода, которая после отключения управления некоторое время сохраняет определённую пространственную структуру и вращательное фазовое соотношение, это уже будет отдельным физическим эффектом, который можно изучать.
СЕРГЕЙ: возврат к диалогу с GEMINI
Если линейная скорость вращения этой волны по окружности будет в десятки или сотни раз превышать скорость света, то даже для кольца диаметром всего 3 сантиметра возникают интересные следствия. Допустим, мы создадим такое вращающееся поле с помощью магнитов или соленоидов. Я понимаю, что в реальности поле не будет вращаться как жесткое целое из-за больших потерь на рассеяние и излучение, однако при столь высоких скоростях внутри системы, по идее, должна начаться интенсивная генерация излучения — вплоть до свечения в видимом или даже более жестком диапазоне
GEMINI:
Идея интересная: если создать кольцевую структуру из управляемых элементов и пустить по ней бегущий фазовый паттерн, внутри действительно можно получить сложную пространственно-временную конфигурацию электромагнитного поля.
Но само по себе сверхсветовое движение фазового паттерна не означает, что воздух внутри кольца начнет светиться. Для видимого свечения нужно передать энергию атомам или электронам среды, например посредством электрического пробоя, возбуждения атомов или нелинейного оптического процесса.
КОРРЕКТИРОВКА GPT:
Это важное исправление. Условие v_phase > c само по себе не вызывает свечение. Если в центре возникнет свет, нужно будет установить конкретный механизм: электрический пробой, плазма, нелинейная генерация, гармоники или другой процесс.
СЕРГЕЙ:
А нельзя ли изготовить катушки из поляризованного материала, чтобы генерировать импульсы с резким фронтом нарастания и обрывом? При этом важно обеспечить крайне малые паразитные индуктивность и ёмкость. А затем из таких фрактальных элементов собрать тор, расположив их по окружности, — тогда они будут выполнять роль инициаторов вращающегося поля
GEMINI:
Резкий фронт и резкий спад импульса действительно позволяют получить большое dI/dt. По закону электромагнитной индукции быстро меняющийся ток связан с быстрым изменением магнитного поля и может содержать широкий спектр частот.
Если такие элементы расположить по кругу и возбуждать последовательно, можно создать бегущий пространственно-временной паттерн.
КОРРЕКТИРОВКА GPT:
Но резкий фронт не означает автоматически сверхсветовую скорость изменения локального магнитного поля. Он расширяет спектр сигнала. Сверхсветовой может быть скорость перемещения заранее сформированного пространственного паттерна, а не локальное изменение поля.
СЕРГЕЙ:
Интересно, пробовал ли кто-нибудь делать соленоиды из кварца?
Ведь у кварца очень низкие диэлектрические потери и высокая стабильность параметров. Если использовать его, то, по идее, рассеивание энергии индукции должно быть минимальным, а паразитная ёмкость — практически отсутствовать. Это позволило бы добиться крайне быстрой перестройки поля — возможно, даже с эффектом векторного вращения. Кварц также является диамагнетиком, поэтому он не вносит искажений в само магнитное поле, что критично для таких экспериментов
GEMINI:
Кварц — диэлектрик и пьезоэлектрик. Сам кварц не является проводником, поэтому сделать обычную проводящую катушку непосредственно из него нельзя. В качестве сердечника он также не концентрирует магнитное поле так, как ферромагнитный материал.
При этом кварц действительно интересен для высокочастотных и оптических систем благодаря своим механическим, акустическим и оптическим свойствам.
КОРРЕКТИРОВКА GPT:
Здесь следует уточнить: кварц не является «быстрым магнитным переключателем» сам по себе и не создает постоянного магнитного поля. Пьезоэлектрический эффект требует соответствующего электрического поля .
СЕРГЕЙ:
А вот ещё идея: взять кварцевый стержень (или трубку) в качестве сердечника, намотать на него катушку — пусть даже всего из одного витка, — и подать на неё мощный импульс тока. За счёт пьезоэффекта кварц начнёт механически деформироваться, а это, в свою очередь, вызовет перераспределение электрического поля на его поверхности. Если теперь такие одиночные витки с кварцевыми сердечниками расположить по окружности (как пьезо-соленоиды) и запускать их последовательно, то мы получим бегущую волну поляризации и деформации, которая будет распространяться по кольцу — то есть заставим эту волну "крутиться" по круговой траектории, создавая вращающееся поле
GEMINI:
Это уже более конкретная конструкция: кварцевый элемент с проводящим витком вокруг него, а множество таких элементов образует кольцо.
Импульсы тока в отдельных витках создают локальные электромагнитные поля. Если управлять ими с определенными фазовыми задержками, можно сформировать бегущую пространственно-временную структуру.
Если через такую систему одновременно проходит электромагнитная волна, она может взаимодействовать с этой модуляцией. Возможны частотное преобразование, изменение фазы, направление излучения и, при подходящих условиях, параметрическое усиление.
КОРРЕКТИРОВКА GPT:
Здесь идея уже вполне физически определенная. Однако кварц не следует считать магнитным усилителем. Основной интерес представляет возможность использовать кварцевый элемент как диэлектрическую часть структуры, а проводники — как управляющие электромагнитные элементы.
СЕРГЕЙ:
Представьте базовый элемент: небольшой цилиндрик из кварца — это сердечник. Вокруг него намотан буквально один виток провода (хоть прямо, хоть по спирали). Этот виток подключён к контроллеру, который может мгновенно включать и выключать ток. Это наше "единичное устройство".
Теперь мы размещаем множество таких элементов по окружности — собираем из них кольцо или тор. И запускаем по этой цепочке бегущую волну: сначала срабатывает первый виток, затем, с небольшой задержкой, второй, третий и так далее по кругу.
Что в итоге мы могли бы наблюдать?
GEMINI:
В результате постройки такой системы мы получим генератор вращающихся электромагнитных вихрей (Orbital Angular Momentum — OAM).
Получается кольцевой массив из локальных электромагнитных элементов с независимым управлением.
При последовательном возбуждении можно наблюдать:
1. Вращающийся максимум или минимум электромагнитного поля.
2. Интерференционные эффекты в центре и вокруг кольца.
3. Изменение спектра поля.
4. Направленное или вихревое излучение при соответствующем распределении фаз.
5. Взаимодействие с помещенной внутрь электромагнитной или оптической волной.
КОРРЕКТИРОВКА GPT:
Нужно осторожнее с термином OAM. Вращающийся максимум поля сам по себе еще не означает наличие орбитального углового момента.
СЕРГЕЙ:
А теперь рассмотрим другой подход. Берём кольцо из кварца — наподобие браслета или тора. Аккуратно разрезаем его на множество маленьких сегментов-дуг. К каждому такому сегменту, вдоль его формы, плотно прикладываем несколько параллельно соединённых проводников, которые повторяют дугу сегмента по всей длине. Такая схема (многожильный пучок, распределённый по поверхности) практически исключает вихревые токи Фуко и снижает индуктивные шумы, поскольку токи распределены равномерно и не создают замкнутых контуров внутри материала.
Затем мы собираем все сегменты обратно в единое кольцо-браслет и запускаем по этой сборной конструкции бегущую волну — ту самую, с линейной скоростью, превышающей скорость света (о чём мы говорили ранее и что, в принципе, достижимо в современных экспериментах с фазовой скоростью волны в направленных средах).
Что бы мы могли наблюдать в этом случае?
GEMINI:
Такая конструкция уже похожа на сегментированную пространственно-временную метаструктуру.
Каждый сегмент может иметь собственный управляющий электрод или набор проводников. Последовательное управление сегментами позволяет создавать бегущий фазовый паттерн по окружности.
Возможные наблюдаемые эффекты:
1. Пространственно вращающееся электромагнитное поле.
2. Интерференционные максимумы и минимумы.
3. Частотное преобразование внешнего электромагнитного сигнала.
4. Изменение направления и структуры излучения.
5. При специальном фазовом распределении — формирование мод с орбитальным угловым моментом.
• Физический эффект: Мы получим «полевую ловушку». Любая заряженная частица, попавшая в центр этого кольца, будет либо мгновенно выброшена по оси, либо закручена в жесткий вихрь (в зависимости от фазы вращения).
Это фактически «двигатель» или «ускоритель» на столе. Разделение на сегменты с кварцем — это самый правильный путь, чтобы не превратить устройство в просто кусок нагретого металла!
КОРРЕКТИРОВКА GPT:
Именно эта конструкция выглядит наиболее содержательно из всей обсуждаемой схемы. Но ее нельзя заранее называть «энергетическим торнадо», «двигателем» или устройством, которое обязательно создает свечение.
Сверхсветовая скорость фазового паттерна здесь принципиально возможна, но она не означает сверхсветовой перенос энергии или информации.
ИТОГОВАЯ КОРРЕКТИРОВКА GPT:
В исходном обсуждении есть реальная физическая основа: кольцо из дискретных управляемых элементов действительно может создавать бегущую пространственно-временную модуляцию электромагнитного поля. Скорость движения фазового рисунка может быть больше c, но это не является сверхсветовым переносом энергии или информации.
Важно: утверждения о том, что сверхсветовая фазовая скорость сама по себе вызывает свечение, «сжимает» поле в центре, создает энергетический торнадо или автоматически приводит к динамическому эффекту Казимира, считать установленными нельзя.
https://sites.google.com/view/reflections-sd/
Эффект Пенроуза:
- Ученые впервые воплотили концепцию извлечения энергии из оптической иллюзии сверхсветового движения в лабораторных метаматериалах.
Джемени. Расскажи пожалуста подробней о чем это...
ДЖЕМЕНИ:
А здесь, Сергей, журналисты снова завернули в красивую обертку очень крутое, но вполне законное с точки зрения физики исследование.
Речь идет о свежем эксперименте физиков из CUNY (Городской университет Нью-Йорка) под руководством Андреа Алу. Они смоделировали в лаборатории эффект Пенроуза (или суперрадиацию Зельдовича).
Давай разберем, что это за «эффект» и откуда там «иллюзия сверхсветового движения».
1. В чем суть эффекта Пенроуза?
Еще в 1969 году сэр Роджер Пенроуз теоретически доказал: если черная дыра очень быстро вращается, она увлекает за собой само пространство-время. Образуется область — эргосфера.
Если в эту область влетит объект и распадется на две части, то:
• Одна часть упадет в черную дыру с «отрицательной энергией» (замедлит вращение черной дыры).
• Вторая часть вылетит наружу и заберет с собой часть энергии вращения черной дыры.
Яков Зельдович позже показал, что то же самое можно сделать с помощью волн (света или радиоволн): если отправить волну на быстро вращающийся объект, волна отразится и усилится, забрав энергию у этого вращения.
2. При чем тут «сверхсветовая иллюзия» и метаматериалы?
Чтобы забрать энергию у волны таким способом, объект должен вращаться с гигантской скоростью (сопоставимой со скоростью света). Разогнать физическое тело в лаборатории до такой скорости невозможно — его просто разнесет центробежная сила.
Физики придумали хитрость:
• Они взяли неподвижное кольцо из электронных резонаторов (метаматериал).
• Никакие детали в нем физически не крутились.
• Но ученые начали поочередно с огромной скоростью переключать электрические параметры этих резонаторов по кругу.
За счет этого бегущая электрическая волна переключений создала «синтетическое (иллюзорное) вращение». Для падающей волны света/радиосигнала эта бегущая волна выглядела так, будто она встречается с объектом, вращающимся со сверхсветовой скоростью.
3. Откуда взялась энергия?
• На этот кольцевой метаматериал направили слабый сигнал.
• Сигнал вступил во взаимодействие с «бегущей волной» переключений.
• На выходе сигнал усилился (появилась дополнительная энергия).
Откуда энергия? Не из «воздуха» и не вопреки законам сохранения. Энергию волна забрала из источника питания, который переключал параметры резонаторов в метаматериале.
Простая аналогия: Эскалатор и Бегущая строка
• Представь эскалатор: он физически едет. Чтобы ускорить шаг, ты шагаешь по двигающимся ступеням (физическое вращение).
• А теперь представь бегущую строку из светодиодов: лампочки на табло загораются одна за другой, создавая иллюзию, что текст бежит. Никакая часть табло не движется, но эффект «бега» есть.
Физики сделали именно такую «бегущую строку» из свойства материала, разогнали ее до сверхсветовой эффективной скорости и заставили волну «оттолкнуться» от этого движения и усилиться.
Итог
Никакой магии или вечного двигателя. Физики научились усиливать сигналы (в радио- и оптических диапазонах), моделируя процессы, которые происходят около вращающихся черных дыр, используя неподвижные электронные схемы.
СЕРГЕЙ:
Ну да, в принципе, понял. И получается что ничего необычного.
Бросим к примеру камушек какой-то маленький на крутящееся быстро колесо, дотронувшись до него, он полетит быстрее приобретя еще некий вектор движения.
Это как бы то же самое, только со светом. Только правда оборудование подороже.
GEMINI:
В точку, Сергей! Твоя аналогия с камешком и колесом хорошо описывает идею передачи импульса и энергии движущейся структуре.
По большому счету, физики сделали нечто похожее:
1. Колесо: создали искусственно «крутящуюся» среду — вместо механического движения используется пространственно-временная модуляция электромагнитных свойств.
2. Камешек: направили туда свет или радиоволну.
3. Результат: при правильном фазовом согласовании волна может получить энергию или изменить частоту.
Зачем сложнейшее оборудование?
Главная причина в том, что механически вращать материальный объект с релятивистской скоростью невозможно. Электронное или оптическое управление позволяет создать бегущий фазовый рисунок без механического вращения.
СЕРГЕЙ:
Интересная сейчас у меня мысль появилась.
Но только сначала расскажи, с какой скоростью можно создать вот это вращающееся поле на сегодняшний день?
GEMINI:
Поскольку такое вращение может быть синтетическим — материальные частицы не обязаны двигаться по кругу, а отдельные элементы могут возбуждаться с определенной фазовой задержкой, — скорость перемещения самого рисунка поля может быть очень высокой.
Например, если кольцо состоит из большого количества элементов, а возбуждение последовательно смещается по ним с очень короткими интервалами, фазовый максимум может перемещаться по окружности с эффективной скоростью, превышающей c.
КОРРЕКТИРОВКА GPT:
Здесь важно не говорить просто «скорость вращения поля». Корректнее: скорость перемещения фазового максимума или пространственно-временного паттерна. Она может быть сверхсветовой. Однако каждый локальный элемент изменяет свое состояние только в соответствии с физическим управляющим сигналом, а причинное воздействие и перенос энергии не становятся сверхсветовыми. Как утверждает современная фундаментальная физика.
СЕРГЕЙ для GPT
Почему же, если волна будет двигаться в соответствии со скоростью переключения, а скорость переключения выше скорости света, то теоретически поле должно также переключать своё состояние в соответствии с вращающейся волной.
Да, это не подтверждено фундаментально. Но нам нечем это подтвердить, так как все наши приборы работают и измеряют максимум на скорости света. Мы просто не зафиксируем превышение света "измеряя линейкой с сантиметровой шкалой милиметры"
GPT:
Да, здесь я понимаю, с чем ты не согласен. И, на мой взгляд, твоё возражение действительно стоит рассмотреть глубже, потому что в моей предыдущей корректировке я слишком быстро поставил знак равенства между «скоростью управляющего переключения» и обычной скоростью передачи сигнала.
Ты фактически предлагаешь рассмотреть такую цепочку:
переключение элемента 1 → переключение элемента 2 → переключение элемента 3 → ...
Если последовательность переключений действительно образует волну, движущуюся по кольцу, то сам рисунок состояний элементов действительно может перемещаться со скоростью больше c.
Если расстояние между элементами равно Δx, а задержка между переключениями — Δt, то скорость перемещения состояния можно записать:
v_pattern = Δx / Δt
Математически вполне возможно получить:
v_pattern > c
Например, если соседние элементы находятся на расстоянии 1 мм, а задержка составляет 1 пс:
v_pattern = 10^-3 м / 10^-12 с = 10^9 м/с
Это примерно 3.3 c.
С этой частью твоего рассуждения я согласен.
Но здесь есть более тонкое различие.
Есть два разных вопроса.
• 1. Может ли последовательность состояний двигаться быстрее c?
Да, может.
• 2. Может ли изменение состояния элемента №2 быть вызвано элементом №1 быстрее, чем за время Δx/c?
Вот здесь стандартная электродинамика говорит: нет.
И это не одно и то же.
Мы можем, например, заранее запрограммировать 100 переключателей:
1 включить;
через 1 пс — 2 включить
1 выключить
через 1 пс — 3 включить
2 выключить
через 1 пс — 4 включить
3 выключить
и так далее...
Тогда светящаяся точка, максимум поля или состояние массива действительно будет бежать с огромной скоростью.
Но информация о том, что произошло с первым переключателем, не обязана передаваться второму в этот момент. Она могла быть заранее доставлена всей системе управления.
Именно поэтому сверхсветовой паттерн может существовать без нарушения обычной причинности.
СЕРГЕЙ:
Я понял, что ты имеешь в виду. Получается, что если в природе всё распространяется с ограниченной скоростью, даже создав такое кольцо, мы можем получить, что наше переключение как бы будет само уничтожаться, вернее выравниваться, самой средой.
Хотя без практического исследования сложно предсказать, что может быть.
GPT:
Да, именно. И вот здесь ты очень хорошо ухватил проблему.
Если предположить, что локальное физическое взаимодействие в каждом сегменте ограничено скоростью переноса возмущения, а мы пытаемся заставить управляющий паттерн бежать быстрее этой скорости, то система уже не обязана послушно поддерживать заданную картину.
• 1. Паттерн начнёт искажаться.
Передний фронт будет отставать, фазы начнут «плыть», и вместо идеального вращения появится сложная интерференционная картина.
• 2. Может возникнуть накопление возмущения.
Если внешнее управление продолжает навязывать последовательность, система может накапливать энергию и переходить в резонансный или неустойчивый режим.
• 3. При выключении может появиться особенно интересный переходный процесс.
Пока контроллер работает, он принудительно поддерживает пространственно-временную структуру. После отключения эта поддержка исчезает, и дальше система должна самостоятельно перераспределить накопленную энергию и поля.
Именно здесь можно увидеть, насколько реально существовал созданный паттерн и какие собственные моды есть у кольца.
СЕРГЕЙ:
Да, получается, что если мы всё-таки принудительно задаём эту скорость переключения, то сама система может начать сопротивляться этому режиму, потому что её собственные физические взаимодействия распространяются с ограниченной скоростью. ( предельная скорость планковская)
И если скорость заданного паттерна окажется выше этой скорости, то, возможно, вместо нормальной бегущей волны мы получим уже какую-то другую структуру.
GPT:
Да. И я бы здесь сделал ещё одно уточнение.
Не обязательно, что система просто «остановит» сверхсветовой паттерн. Более вероятно, что реальное электромагнитное поле будет представлять собой сумму нескольких компонентов:
1. - заданной внешним управлением пространственно-временной модуляции;
2. - собственных бегущих и стоячих волн системы;
3. - отражений от элементов и границ;
4. - паразитных колебаний;
5. - запаздывающих полей.
Поэтому при достаточно быстрой модуляции вместо простой картинки «волна бежит по кольцу» может возникнуть сложная пространственно-временная интерференция..
Если же в системе обнаружится самостоятельная динамическая мода, которая после отключения управления некоторое время сохраняет определённую пространственную структуру и вращательное фазовое соотношение, это уже будет отдельным физическим эффектом, который можно изучать.
СЕРГЕЙ: возврат к диалогу с GEMINI
Если линейная скорость вращения этой волны по окружности будет в десятки или сотни раз превышать скорость света, то даже для кольца диаметром всего 3 сантиметра возникают интересные следствия. Допустим, мы создадим такое вращающееся поле с помощью магнитов или соленоидов. Я понимаю, что в реальности поле не будет вращаться как жесткое целое из-за больших потерь на рассеяние и излучение, однако при столь высоких скоростях внутри системы, по идее, должна начаться интенсивная генерация излучения — вплоть до свечения в видимом или даже более жестком диапазоне
GEMINI:
Идея интересная: если создать кольцевую структуру из управляемых элементов и пустить по ней бегущий фазовый паттерн, внутри действительно можно получить сложную пространственно-временную конфигурацию электромагнитного поля.
Но само по себе сверхсветовое движение фазового паттерна не означает, что воздух внутри кольца начнет светиться. Для видимого свечения нужно передать энергию атомам или электронам среды, например посредством электрического пробоя, возбуждения атомов или нелинейного оптического процесса.
КОРРЕКТИРОВКА GPT:
Это важное исправление. Условие v_phase > c само по себе не вызывает свечение. Если в центре возникнет свет, нужно будет установить конкретный механизм: электрический пробой, плазма, нелинейная генерация, гармоники или другой процесс.
СЕРГЕЙ:
А нельзя ли изготовить катушки из поляризованного материала, чтобы генерировать импульсы с резким фронтом нарастания и обрывом? При этом важно обеспечить крайне малые паразитные индуктивность и ёмкость. А затем из таких фрактальных элементов собрать тор, расположив их по окружности, — тогда они будут выполнять роль инициаторов вращающегося поля
GEMINI:
Резкий фронт и резкий спад импульса действительно позволяют получить большое dI/dt. По закону электромагнитной индукции быстро меняющийся ток связан с быстрым изменением магнитного поля и может содержать широкий спектр частот.
Если такие элементы расположить по кругу и возбуждать последовательно, можно создать бегущий пространственно-временной паттерн.
КОРРЕКТИРОВКА GPT:
Но резкий фронт не означает автоматически сверхсветовую скорость изменения локального магнитного поля. Он расширяет спектр сигнала. Сверхсветовой может быть скорость перемещения заранее сформированного пространственного паттерна, а не локальное изменение поля.
СЕРГЕЙ:
Интересно, пробовал ли кто-нибудь делать соленоиды из кварца?
Ведь у кварца очень низкие диэлектрические потери и высокая стабильность параметров. Если использовать его, то, по идее, рассеивание энергии индукции должно быть минимальным, а паразитная ёмкость — практически отсутствовать. Это позволило бы добиться крайне быстрой перестройки поля — возможно, даже с эффектом векторного вращения. Кварц также является диамагнетиком, поэтому он не вносит искажений в само магнитное поле, что критично для таких экспериментов
GEMINI:
Кварц — диэлектрик и пьезоэлектрик. Сам кварц не является проводником, поэтому сделать обычную проводящую катушку непосредственно из него нельзя. В качестве сердечника он также не концентрирует магнитное поле так, как ферромагнитный материал.
При этом кварц действительно интересен для высокочастотных и оптических систем благодаря своим механическим, акустическим и оптическим свойствам.
КОРРЕКТИРОВКА GPT:
Здесь следует уточнить: кварц не является «быстрым магнитным переключателем» сам по себе и не создает постоянного магнитного поля. Пьезоэлектрический эффект требует соответствующего электрического поля .
СЕРГЕЙ:
А вот ещё идея: взять кварцевый стержень (или трубку) в качестве сердечника, намотать на него катушку — пусть даже всего из одного витка, — и подать на неё мощный импульс тока. За счёт пьезоэффекта кварц начнёт механически деформироваться, а это, в свою очередь, вызовет перераспределение электрического поля на его поверхности. Если теперь такие одиночные витки с кварцевыми сердечниками расположить по окружности (как пьезо-соленоиды) и запускать их последовательно, то мы получим бегущую волну поляризации и деформации, которая будет распространяться по кольцу — то есть заставим эту волну "крутиться" по круговой траектории, создавая вращающееся поле
GEMINI:
Это уже более конкретная конструкция: кварцевый элемент с проводящим витком вокруг него, а множество таких элементов образует кольцо.
Импульсы тока в отдельных витках создают локальные электромагнитные поля. Если управлять ими с определенными фазовыми задержками, можно сформировать бегущую пространственно-временную структуру.
Если через такую систему одновременно проходит электромагнитная волна, она может взаимодействовать с этой модуляцией. Возможны частотное преобразование, изменение фазы, направление излучения и, при подходящих условиях, параметрическое усиление.
КОРРЕКТИРОВКА GPT:
Здесь идея уже вполне физически определенная. Однако кварц не следует считать магнитным усилителем. Основной интерес представляет возможность использовать кварцевый элемент как диэлектрическую часть структуры, а проводники — как управляющие электромагнитные элементы.
СЕРГЕЙ:
Представьте базовый элемент: небольшой цилиндрик из кварца — это сердечник. Вокруг него намотан буквально один виток провода (хоть прямо, хоть по спирали). Этот виток подключён к контроллеру, который может мгновенно включать и выключать ток. Это наше "единичное устройство".
Теперь мы размещаем множество таких элементов по окружности — собираем из них кольцо или тор. И запускаем по этой цепочке бегущую волну: сначала срабатывает первый виток, затем, с небольшой задержкой, второй, третий и так далее по кругу.
Что в итоге мы могли бы наблюдать?
GEMINI:
В результате постройки такой системы мы получим генератор вращающихся электромагнитных вихрей (Orbital Angular Momentum — OAM).
Получается кольцевой массив из локальных электромагнитных элементов с независимым управлением.
При последовательном возбуждении можно наблюдать:
1. Вращающийся максимум или минимум электромагнитного поля.
2. Интерференционные эффекты в центре и вокруг кольца.
3. Изменение спектра поля.
4. Направленное или вихревое излучение при соответствующем распределении фаз.
5. Взаимодействие с помещенной внутрь электромагнитной или оптической волной.
КОРРЕКТИРОВКА GPT:
Нужно осторожнее с термином OAM. Вращающийся максимум поля сам по себе еще не означает наличие орбитального углового момента.
СЕРГЕЙ:
А теперь рассмотрим другой подход. Берём кольцо из кварца — наподобие браслета или тора. Аккуратно разрезаем его на множество маленьких сегментов-дуг. К каждому такому сегменту, вдоль его формы, плотно прикладываем несколько параллельно соединённых проводников, которые повторяют дугу сегмента по всей длине. Такая схема (многожильный пучок, распределённый по поверхности) практически исключает вихревые токи Фуко и снижает индуктивные шумы, поскольку токи распределены равномерно и не создают замкнутых контуров внутри материала.
Затем мы собираем все сегменты обратно в единое кольцо-браслет и запускаем по этой сборной конструкции бегущую волну — ту самую, с линейной скоростью, превышающей скорость света (о чём мы говорили ранее и что, в принципе, достижимо в современных экспериментах с фазовой скоростью волны в направленных средах).
Что бы мы могли наблюдать в этом случае?
GEMINI:
Такая конструкция уже похожа на сегментированную пространственно-временную метаструктуру.
Каждый сегмент может иметь собственный управляющий электрод или набор проводников. Последовательное управление сегментами позволяет создавать бегущий фазовый паттерн по окружности.
Возможные наблюдаемые эффекты:
1. Пространственно вращающееся электромагнитное поле.
2. Интерференционные максимумы и минимумы.
3. Частотное преобразование внешнего электромагнитного сигнала.
4. Изменение направления и структуры излучения.
5. При специальном фазовом распределении — формирование мод с орбитальным угловым моментом.
• Физический эффект: Мы получим «полевую ловушку». Любая заряженная частица, попавшая в центр этого кольца, будет либо мгновенно выброшена по оси, либо закручена в жесткий вихрь (в зависимости от фазы вращения).
Это фактически «двигатель» или «ускоритель» на столе. Разделение на сегменты с кварцем — это самый правильный путь, чтобы не превратить устройство в просто кусок нагретого металла!
КОРРЕКТИРОВКА GPT:
Именно эта конструкция выглядит наиболее содержательно из всей обсуждаемой схемы. Но ее нельзя заранее называть «энергетическим торнадо», «двигателем» или устройством, которое обязательно создает свечение.
Сверхсветовая скорость фазового паттерна здесь принципиально возможна, но она не означает сверхсветовой перенос энергии или информации.
ИТОГОВАЯ КОРРЕКТИРОВКА GPT:
В исходном обсуждении есть реальная физическая основа: кольцо из дискретных управляемых элементов действительно может создавать бегущую пространственно-временную модуляцию электромагнитного поля. Скорость движения фазового рисунка может быть больше c, но это не является сверхсветовым переносом энергии или информации.
Важно: утверждения о том, что сверхсветовая фазовая скорость сама по себе вызывает свечение, «сжимает» поле в центре, создает энергетический торнадо или автоматически приводит к динамическому эффекту Казимира, считать установленными нельзя.
Комментарии
Отправить комментарий