Niets kan sneller reizen dan licht … behalve geluid. Dit is de claim van sommige Amerikaanse natuurkundigen, die zeggen dat ze een ongebruikelijke golfgeleider hebben ontworpen om geluid met “superluminale” snelheden te laten bewegen (Appl. Phys. Lett. 90 014102).
Geluid bestaat vaak uit meerdere overlappende golven van verschillende golflengten. Op bepaalde punten kunnen deze samenstellende golven allemaal constructief combineren om een puls te produceren die door het medium beweegt met een snelheid die bekend staat als de ‘groepssnelheid’.
In een normaal verspreid medium kan de snelheid van een golf is evenredig met de golflengte, wat resulteert in een groepssnelheid die langzamer is dan de gemiddelde snelheid van de samenstellende golven. Maar in een “abnormaal” verspreid medium – een medium dat sterk absorberend of verzwakt wordt bij bepaalde frequenties – is de snelheid omgekeerd evenredig met de golflengte, wat betekent dat de groepssnelheid veel sneller kan worden.
Het is inderdaad al aangetoond dat de groepssnelheid van het licht sneller reist dan de lichtsnelheid in een vacuüm. Maar tot nu toe bestonden superluminale akoestische golven alleen in theorie en zouden de groepssnelheid bijna een miljoen keer moeten toenemen. .
William Robertson en collega’s van de Middle Tennessee State University in de VS zijn erin geslaagd om “sneller dan licht” -geluid te produceren door een geluidspuls door een verrassend eenvoudige golfgeleider te sturen. Binnenin splitst een lusfilter het signaal langs twee paden van ongelijke lengte en combineert het vervolgens om grote hoeveelheden abnormale dispersie te produceren. Omdat ze met elkaar interfereren, repliceren ze de vorm van de oorspronkelijke puls, alleen verder vooruit. Dit geeft de indruk dat het geluid verder is gereisd, en dus sneller, in dezelfde tijd.
Robertson zegt dat dergelijke split-path-interferentie ook van nature kan optreden wanneer een geluidsbron zich in de buurt van een harde muur: een deel van het geluid bereikt de luisteraar rechtstreeks, en een deel bereikt de luisteraar via een iets langer pad terwijl het tegen de muur weerkaatst. Daarom, zegt hij, is superluminaal geluid een ‘alledaags’ verschijnsel, hoewel het meestal te subtiel is om op te merken.
Voorstanders van Einsteins speciale relativiteitstheorie hoeven zich echter geen zorgen te maken. De onderliggende golven waaruit de puls bestaat, blijven bestaan. bij subluminale snelheden, dus geen enkele informatie, materie of energie reist eigenlijk sneller dan licht. (Zie gerelateerde link: “Subluminaal”.)
“Het effect is hetzelfde als dat waargenomen in eerdere elektrische of optische experimenten, “Robertson vertelde Physics Web.” Het enige enigszins verrassende verschil is dat de akoestische golven waaruit de puls bestaat, zoveel langzamer bewegen dan het licht. “