Seit über einem Jahrhundert verwenden wir EMF zur Übertragung von Energie (Informationen). Ich habe mich gefragt, ob es eine andere Möglichkeit gibt, eine Nachricht über große Entfernungen zu senden, sogar schneller als EMF-Wellen sich ausbreiten können. Zum Beispiel gibt es Teilchen, die sich schneller fortbewegen als C. Oder als weiteres Beispiel habe ich gehört, dass die Quantenverschränkung in diesem Fall nützlich sein kann.
Elektromagnetische Wellen breiten sich mit Lichtgeschwindigkeit aus, und nichts kann Energie oder Informationen schneller transportieren als Licht. Quantenverschränkung überträgt keine Informationen von einem Teilchen zum anderen: Alles, was Sie an einem Ende erhalten, ist ein Zufallswert aus einer Verteilung, die eine Beziehung zu einer Zufallszahl an einer anderen Stelle hat. Sie können nicht verwendet werden, um Informationen untereinander hin und her zu übertragen.
Es gibt einige allgemeine relativistische Effekte, die es dem Raum ermöglichen, sich schneller als Licht zu bewegen, aber um dies in irgendeiner praktischen Hinsicht zum Laufen zu bringen, sind negative Energiedichte und andere seltsame Dinge erforderlich, die möglicherweise nicht möglich sind. Weitere Informationen finden Sie hier .
Natürlich gibt es viele Möglichkeiten, Informationen langsamer als Licht zu übertragen, ohne elektromagnetische Wellen zu verwenden. Am gebräuchlichsten ist die Verwendung von Materie: Schreiben Sie etwas auf Papier und bringen Sie das Papier dann zum beabsichtigten Empfänger der Nachricht.
Im Prinzip könnte jede der grundlegenden "Kräfte" zur Übertragung von Informationen verwendet werden. In der Praxis kann der Mensch nur den Elektromagnetismus nutzen. Und in jedem Fall reist keine dieser "Kräfte" schneller als Licht. Gravitationswellen bewegen sich grundsätzlich genauso schnell, aber nicht schneller. Alle massiven Teilchen (einschließlich Neutrinos) bewegen sich streng langsamer als Licht. Und die Verschränkung erlaubt eigentlich keine Übertragung von Signalen schneller als Licht.
Es ist natürlich möglich, zu kommunizieren, indem man massive Teilchen von einem Ort zum anderen schickt. Dies ist jedoch nicht sinnvoll, da sie nur durch Vakuum wirklich reisen könnten und störanfällig wären. Und in jedem Fall bräuchten wir etwas Kraft, um sie für die Übertragung zu beschleunigen, damit wir die Wahl auf die vier Grundkräfte reduzieren können. Im Folgenden werde ich erklären, warum Elektromagnetismus nützlich ist und andere weniger.
Elektromagnetische Wellen sind für uns aus mehreren Gründen leicht zu manipulieren. Erstens ist da die Tatsache, dass die Art von Materie, die sich bei den von uns erlebten Energien und Dichten bildet, hauptsächlich atomar oder molekular ist – und nicht etwa eine Quarksuppe oder Leimkugeln . Und Photonen sind masselos, was bedeutet, dass Sie ihnen keine zusätzliche Energie zuführen müssen, nur um zu existieren, was bedeutet, dass es ziemlich einfach ist, sie zu erzeugen. Außerdem reichen Energieniveaus im menschlichen Maßstab aus, um Elektronen von diesen Atomen zu entfernen oder sie einfach herumzubewegen. Dies führt zur Emission und Absorption von Photonen, die wir zur Übertragung von Informationen nutzen. Das Gegenteil ist auch wahr; vorbeiziehende elektromagnetische Wellen wirken sich ziemlich stark auf Materie aus. Deshalb können wir elektromagnetische Wellen so effektiv zur Übertragung von Informationen nutzen.
Die schwache Kernkraft (*) ist viel schwieriger zu interagieren. Der Grund dafür hat viel mit den Massen seiner Kraftträger, den W- und Z-Bosonen zu tun – fast 100 GeV. Das bedeutet, dass Sie ihnen viel zusätzliche Energie geben müssen, nur um zu existieren. Daher muss jede Interaktion, an der sie beteiligt sind, sehr energisch sein und wird wahrscheinlich viel Energie freisetzen (normalerweise in der Größenordnung von 100 GeV). Es ist schwierig, all diese Energie in geeignete Reaktionen zu lenken, ohne versehentlich etwas an die falsche Stelle zu schicken, so dass Sie am Ende Moleküle zerstören und im Allgemeinen jemandem den Tag ruinieren . Und selbst dann könnten Neutrinos das einzige Signal sein, das sehr weit reisen könnte, die notorisch schwer zu erkennen sind – vor allem, weil sie nicht elektromagnetisch interagieren. Prinzipiell ist es möglich. Aber es ist für Menschen einfach nicht praktikabel, diese Signale sicher zu erzeugen oder sie effizient zu erkennen. Die starke Nuklearkraft wird sogar noch mehr Energie erfordern, also haben Sie viel Energie, die sich bewegt, um Dinge zu zerstören, und es gibt nichts, was Sie ein Signal nennen würden, das herauskommen würde.
Der letzte Kandidat unter den fundamentalen "Kräften" ist die Schwerkraft. Und es gibt sicherlich einen Weg für Informationen, sich in Form von Gravitationswellen auszubreiten . Hoffentlich verwenden viele interessante astrophysikalische Systeme Gravitationswellen, um uns mitzuteilen, was sie vorhaben. Aber es erfordert enorme Anstrengungen , nur zu versuchen, die Gravitationswellen zu erkennen, die von Schwarzen Löchern, Neutronensternen und Weißen Zwergen erzeugt werden, die miteinander kollidieren, daher ist die Erkennung eindeutig nicht effizient. Und die Produktion erfordert enorme Massen, die sich mit enormer Geschwindigkeit bewegen, also ist das nicht gerade kosteneffektiv. Wir verbrauchen zu viel Energie, nur um Autos herumzufahren, ganz zu schweigen davon, riesige Objekte auf außergewöhnliche Geschwindigkeiten zu beschleunigen, nur um Hallo zu sagen.
Da das Standardmodell nur die vier oben diskutierten Kräfte hat, bleibt uns nur der Elektromagnetismus. Sie müssen eine neue Theorie für alle Alternativen aufstellen. Und wir nehmen nichts sehr ernst, das schneller als das Licht sein könnte. Dazu gehört nach derzeitigem Kenntnisstand auch die Quantenverschränkung .
Zusammenfassend also: Ja, es ist im Prinzip möglich, aber nein, es ist für Menschen nicht praktikabel.
(*) Beachten Sie, dass Elektromagnetismus und die schwache Kraft bei hohen Energien zur „ elektroschwachen Kraft “ vereint werden. Aber bei typischen menschlichen Energieskalen teilen sich diese gut in schwache und elektromagnetische Kräfte auf.
Ich bin sehr skeptisch gegenüber der Übertragung schneller als Licht, aber es ist zumindest im Prinzip möglich, Informationen mit Antineutrinos zu übertragen, indem man die Leistung von Kernreaktoren steuert (siehe z. B. http://arxiv.org/abs/0704.0891 oder http://www.phys.hawaii.edu/~jgl/post/gigaton_array.pdf ).
EDIT (05.07.2013): Ich habe herausgefunden, dass kürzlich ein Experiment zur Informationsübertragung mit Neutrinos durchgeführt wurde, wobei der Fermilab NuMI-Neutrinostrahl und der Minerva-Detektor verwendet wurden. Entfernung – ungefähr 1 km, einschließlich über 200 m Gestein, Datenrate – 0,1 Hz, Fehlerrate – 1 % (veröffentlicht in Modern Physics Letters A, http://www.worldscientific.com/doi/pdf/10.1142/S0217732312500770 oder http ://arxiv.org/abs/1203.2847 ).
Mostafa
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