Işık ötesi hız

Işık ötesi hız (ayrıca faster-than-light, superluminal ve FTL ya da Türkçede IDH yani Işıktan Daha Hızlı olarak da bilinir), ışıktan hızlı bilgi aktarımı ve ışıktan hızlı yolculuk, bilginin ve maddenin ışık hızının daha üstünde hızlarla hareket etmesi halinde kazanacağı hız. Özel görelilik kuramına göre, kütlesi olan ve ışık hızından düşük hıza sahip olan bir parçacığın ışık hızına ulaşabilmesi için sonsuz enerjiye ihtiyacı vardır. Ne var ki özel görelilik, ışıktan hızlı hareket eden kütleli parçacıkların varlığını her zaman yasaklamaz (bakınız: takyon).

Evrenin hız kotası olarak tanımlayabileceğimiz ışık hızının üstüne çıkılması madde korunurluğuyla mümkün değildir. (Madde olma, madde olarak bulunma halini koruma.) Herhangi bir maddenin ışık hızının üstüne çıkması durumunda enerji ile eş hatta daha fazla bir hıza sahip olacaktır. Bu ise maddenin kütlesi ile orantılı olarak enerjiye dönüşeceğini gösterir. (E=mc2)

Diğer yandan bazı fizikçiler, "apparent" (görünür) ya da "effective" (etkili)^[1][2][3][4] ışık ötesi hız olarak adlandırılan bir hipotez ortaya atmışlardır. Bu hipoteze göre uzayzamanın olağandışı biçimde bozulmuş bölgeleri, maddenin çok uzaktaki bölgelere "normal" bir rotada yapacağı seyahatten çok daha kısa sürede (ışık hızını aşmaksızın) ulaşmasına olanak verebilir.

Görünür FTL hipotezi genel görelilikle çelişmez. Görünür FTL tasarısı örnekleri Alcubierre aracı ve seyahat edilebilir solucandelikleri sayılabilir. Ne var ki bu çözümlerin fiziksel olabilirliği belirsizdir.

FTL bilginin veya maddenin, ışığın boşluk içinde sabit (299,792,458 m/s) olan ışık hızından (c) daha hızlı iletimidir. Bu durum ışık hızından hızlı iletim olarak ifade edilmez.

Şöyle ki:

Işık hızından daha hızlı iletim görülen olan bazı olaylarda bilgi iletimi yoktur (İleriki bölümde örnekler verilecektir.)

Işık boşluk dışında bir ortam içerisinde hareket ettiğinde c/n (n ortamın kırılım indeksi olmak üzere ) hızında hareket eder ve bazı ortamlarda bazı parçacıklar ışığın bu ortam içindeki c/n hızından hızlı ancak hala c hızından düşük hareket eder.

Bu olayların hiçbiri özel göreliliği ihlal etmez veya nedensellikle ilgili bir sorun yaratmazlar. Bu nedenle FTL (IDH ) olayı olarak tanımlanmazlar.

Aşağıdaki örnekler, ışıktan hızlı iletime örnek gösterilebilecek belirli olayları içermektedir. Ancak bu durumlarda enerji veya bilginin ışıktan hızlı iletimi söz konusu değildir ve Özel Göreliliği ihlal etmezler.

Dünyadaki bir gözlemci için, gökyüzü cisimleri dünya çevresinde 1 turunu 1 günde tamamlar. Güneş sistemine en yakın yıldız olan Proxima Centauri yaklaşık 4 ışık yılı uzaklıktadır.  Bir daire çevresinde dönen cismin hızı; cismin açısal hızının ve dairenin yarıçapının çarpımı olduğu için; dünyadaki bir gözlemciye göre, Proxima Centauri'nin hızı c'den defalarca fazla olabilir.  Dünyadaki bir gözlemciye göre ayrıca örneğin kuyruklu yıldızların hızları ışık hızı altı ve üstü seviyelerde değişiklik gösterebilir. Kuyruklu yıldızların 1000 AU'dan büyük yörüngeleri olabilir. 1000 AU'luk bir yarıçapa sahip dairenin 1 ışık gününden fazla çevresi olabilir.^[5] Diğer bir deyişle; bu uzaklıktaki bir kuyruklu yıldız, yeryüzündeki bir gözlemci için ışık hızının üstünde bir hıza sahip görünebilir.

Eğer bir lazer ışını uzak bir nesne üzerinde gezdirilirse, lazer ışığının düştüğü nokta nesne üzerinde ışık hızından daha yüksek bir hızla kaydırılabilir. Benzer şekilde, uzak bir nesne üzerine yansıtılan bir gölge de ışık hızından yüksek bir hızda hareket edebilir.^[6] Her iki durumda da, ne kaynaktan nesneye ulaşan ışık, c'den daha hızlı hareket eder ne de ışıktan hızlı bir bilgi iletimi söz konusudur.^[6][7][8]

Sabit bir hızla hareket eden yerçekimi ve statik elektrik alan kaynaklarının pozisyonlarında bir "gecikme" veya "kayma" etkisi görülmediği için, statik alan etkisi ışıktan hızlı hareket ediyormuş gibi gözlemlenebilir. Bununla beraber, referans çerçevedeki bir değişiklikle, statik kaynağın düzgün hareketi ortadan kaldırılabilir ve bu statik alanın yönünün tüm uzaklıklarda anında  değişmesine neden olur. Ancak bu bir kaynak hareketinin taşınması değildir ve bu değişiklik kaynaktan bir bilginin iletimi amacıyla kullanılamaz. Kaynaktan gözlemciye gelen ışık hızından hızlı iletilen bir bilgi veya madde söz konusu değildir.

Tek bir referans çerçevede birbirine yaklaşan iki nesnenin hızı karşılıklı hız veya yaklaşma hızı olarak anılır. Eğer bu nesneler ışık hızına yakın bir hızla zıt yönlerde uzaklaşıyorlarsa, yaklaşma hızları ışık hızının iki katına çıkabilir.

Bir parçacık hızlandırıcıda birbirine yaklaşan yüksek hızlı iki parçacık hayal edin. Yaklaşma hızı bu iki cismin arasındaki uzaklığın azalması oranında olacaktır. Hızlandırıcıya göre sabit durumda olan bir gözlemciye göre, bu hız;  ışık hızının iki katının bir miktar altında olacaktır.

Özel görelilik, bu durumla çelişmez ve bu parçacıkların göreli hızının hesaplanmasında Galileo göreliliğinin kullanılmasının yanlış olduğunu ifade eder.

Özel görelilik bu şekilde birbirlerine göre v ve -v hızlarında hareket eden ve yaklaşma hızları 2v>c olan nesneler için kendi hesaplama yöntemini sunar. Söz konusu nesnelerin hız c'nin katları olarak  β = v/c ; şeklinde fade edilirse;

${\displaystyle \beta _{rel}={\beta +\beta \over 1+\beta ^{2}}={2\beta \over 1+\beta ^{2}}\leq 1}$