Mais rápido que a luz

Diagrama espaço-tempo mostrando que move mais rápido do que a luz implica viagem no tempo no contexto da relatividade especial

Mais rápido que a luz (também FTL, superluminal ou supercausal) viagens e comunicações são as conjecturas propagação de matéria ou informação mais rápida que a velocidade da luz (c). A teoria especial da relatividade implica que apenas partículas com massa de repouso zero (isto é, fótons) podem viajar à velocidade da luz e que nada pode viajar mais rápido.

Foram levantadas hipóteses de partículas cuja velocidade excede a da luz (táquions), mas sua existência violaria a causalidade e implicaria em viagens no tempo. O consenso científico é que eles não existem. "Aparente" ou "efetivo" O FTL, por outro lado, depende da hipótese de que regiões incomumente distorcidas do espaço-tempo podem permitir que a matéria alcance locais distantes em menos tempo do que a luz no espaço-tempo normal ("não distorcido").

A partir do século 21, de acordo com as teorias científicas atuais, a matéria é obrigada a viajar em mais lenta que a luz (também STL ou subluminal) velocidade em relação à região do espaço-tempo localmente distorcida. O FTL aparente não é excluído pela relatividade geral; no entanto, qualquer plausibilidade física FTL aparente é atualmente especulativa. Exemplos de propostas FTL aparentes são a unidade de Alcubierre, tubos de Krasnikov, buracos de minhoca atravessáveis e tunelamento quântico.

Viagem superluminal da não-informação

No contexto deste artigo, FTL é a transmissão de informação ou matéria mais rápida que c, uma constante igual à velocidade da luz no vácuo, que é 299.792.458 m/s (por definição de o metro) ou cerca de 186.282,397 milhas por segundo. Isso não é exatamente o mesmo que viajar mais rápido que a luz, pois:

• Alguns processos se propagam mais rápido do que c, mas não pode transportar informações (veja exemplos nas seções imediatamente a seguir).
• Em alguns materiais onde a luz viaja em velocidade c/n (onde) n é o índice de refração) outras partículas podem viajar mais rápido do que c/n (mas ainda mais lento do que c), levando à radiação Cherenkov (ver velocidade de fase abaixo).

Nenhum desses fenômenos viola a relatividade especial ou cria problemas de causalidade e, portanto, nenhum deles se qualifica como FTL conforme descrito aqui.

Nos exemplos a seguir, certas influências podem parecer viajar mais rápido que a luz, mas não transmitem energia ou informação mais rápido que a luz, portanto não violam a relatividade especial.

Movimento diário do céu

Para um observador terrestre, os objetos no céu completam uma volta ao redor da Terra em um dia. Proxima Centauri, a estrela mais próxima fora do Sistema Solar, está a cerca de quatro anos e meio-luz de distância. Neste quadro de referência, no qual Proxima Centauri é percebido movendo-se em uma trajetória circular com um raio de quatro anos-luz, pode ser descrito como tendo uma velocidade muitas vezes maior que c como borda A velocidade de um objeto em movimento circular é o produto do raio pela velocidade angular. Também é possível, em uma visão geostática, que objetos como cometas variem sua velocidade de subluminal para superluminal e vice-versa simplesmente porque a distância da Terra varia. Os cometas podem ter órbitas que os levam a mais de 1000 UA. A circunferência de um círculo com um raio de 1000 UA é maior que um dia-luz. Em outras palavras, um cometa a tal distância é superluminal em um quadro geostático e, portanto, não inercial.

Pontos de luz e sombras

Se um feixe de laser é varrido por um objeto distante, o ponto de luz do laser pode facilmente ser feito para se mover através do objeto a uma velocidade maior que c. Da mesma forma, uma sombra projetada em um objeto distante pode se mover através do objeto mais rápido que c. Em nenhum dos casos a luz viaja da fonte para o objeto mais rápido que c, nem qualquer informação viaja mais rápido que a luz.

Velocidades de fechamento

A taxa na qual dois objetos em movimento em um único quadro de referência se aproximam é chamada de velocidade mútua ou de fechamento. Isso pode se aproximar do dobro da velocidade da luz, como no caso de duas partículas viajando próximas à velocidade da luz em direções opostas em relação ao referencial.

Imagine duas partículas em movimento rápido se aproximando de lados opostos de um acelerador de partículas do tipo colisor. A velocidade de fechamento seria a taxa na qual a distância entre as duas partículas está diminuindo. Do ponto de vista de um observador parado em relação ao acelerador, essa taxa será ligeiramente menor que o dobro da velocidade da luz.

A relatividade especial não proíbe isso. Ela nos diz que é errado usar a relatividade de Galileu para calcular a velocidade de uma das partículas, como seria medida por um observador viajando ao lado da outra partícula. Ou seja, a relatividade especial fornece a fórmula de adição de velocidade correta para calcular essa velocidade relativa.

É instrutivo calcular a velocidade relativa das partículas se movendo em v e −v no quadro do acelerador, que corresponde à velocidade de fechamento de 2v > c. Expressando as velocidades em unidades de c, β = v/c:

β β I= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =β β +β β 1+β β 2= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =2β β 1+β β 2≤ ≤ 1.{displaystyle beta _{text{rel}}={frac {beta +beta ? ^{2}}}={frac {2beta }{1+beta ^{2}}}leq 1.

Velocidades adequadas

Se uma espaçonave viajar para um planeta a um ano-luz (conforme medido no referencial de repouso da Terra) distante da Terra em alta velocidade, o tempo necessário para chegar a esse planeta pode ser inferior a um ano, medido por o relógio do viajante (embora seja sempre mais de um ano medido por um relógio na Terra). O valor obtido pela divisão da distância percorrida, determinada no referencial da Terra, pelo tempo gasto, medido pelo relógio do viajante, é conhecido como velocidade própria ou velocidade própria. Não há limite para o valor de uma velocidade adequada, pois uma velocidade adequada não representa uma velocidade medida em um único referencial inercial. Um sinal de luz que saísse da Terra ao mesmo tempo que o viajante sempre chegaria ao destino antes do viajante.

Possível distância da Terra

Como não se pode viajar mais rápido que a luz, pode-se concluir que um humano nunca pode viajar mais longe da Terra do que 40 anos-luz se o viajante estiver ativo entre 20 e 60 anos de idade. para alcançar mais do que os poucos sistemas estelares que existem dentro do limite de 20 a 40 anos-luz da Terra. Esta é uma conclusão equivocada: por causa da dilatação do tempo, o viajante pode viajar milhares de anos-luz durante seus 40 anos ativos. Se a espaçonave acelerar a uma constante de 1 g (em seu próprio quadro de referência variável), ela atingirá, após 354 dias, velocidades um pouco abaixo da velocidade da luz (para um observador na Terra), e a dilatação do tempo aumentará o viajante& #39;tempo de vida a milhares de anos terrestres, visto a partir do sistema de referência do Sistema Solar ⁠— mas o tempo de vida subjetivo do viajante não mudará. Se eles retornassem à Terra, o viajante chegaria à Terra milhares de anos no futuro. Sua velocidade de viagem não teria sido observada da Terra como sendo supraluminal ⁠ - nem pareceria ser assim da perspectiva do viajante - mas o viajante teria experimentado uma contração de comprimento do universo em sua direção de viagem. Depois que o viajante inverter o curso, a Terra parecerá experimentar muito mais tempo passando do que o viajante. Portanto, embora a velocidade coordenada (comum) do viajante não possa exceder c, sua velocidade adequada ou distância percorrida do ponto de referência da Terra dividida pelo tempo adequado pode ser muito maior do que c. Isso é visto em estudos estatísticos de múons que viajam muito mais do que c vezes sua meia-vida (em repouso), se viajam perto de c.

Velocidades de fase acima de c

A velocidade de fase de uma onda eletromagnética, ao viajar através de um meio, pode rotineiramente exceder c, a velocidade do vácuo da luz. Por exemplo, isso ocorre na maioria dos óculos nas frequências de raios-X. No entanto, a velocidade de fase de uma onda corresponde à velocidade de propagação de um componente teórico de frequência única (puramente monocromático) da onda nessa frequência. Tal componente de onda deve ser infinita em extensão e de amplitude constante (caso contrário, não é verdadeiramente monocromática) e, portanto, não pode transmitir nenhuma informação. Assim, uma velocidade de fase acima de c não implica na propagação de sinais com velocidade acima de c.

Grupo de velocidades acima de c

A velocidade de grupo de uma onda também pode exceder c em algumas circunstâncias. Nesses casos, que normalmente envolvem ao mesmo tempo uma rápida atenuação da intensidade, o máximo do envelope de um pulso pode viajar com uma velocidade acima de c. No entanto, mesmo esta situação não implica a propagação de sinais com velocidade superior a c, embora se possa ser tentado a associar pulsos máximos a sinais. A última associação tem se mostrado enganosa, porque a informação sobre a chegada de um pulso pode ser obtida antes que o pulso máximo chegue. Por exemplo, se algum mecanismo permite a transmissão completa da parte inicial de um pulso enquanto atenua fortemente o máximo do pulso e tudo o que está por trás (distorção), o máximo do pulso é efetivamente deslocado para frente no tempo, enquanto a informação no pulso não chega mais rápido do que c sem este efeito. No entanto, a velocidade de grupo pode exceder c em algumas partes de um feixe gaussiano no vácuo (sem atenuação). A difração faz com que o pico do pulso se propague mais rápido, enquanto a potência geral não.

Expansão universal

História do Universo - ondas gravitacionais são hipotetizadas para surgir da inflação cósmica, uma expansão mais rápida do que a luz logo após o Big Bang.

A expansão do universo faz com que as galáxias distantes se afastem de nós mais rapidamente do que a velocidade da luz, se a distância adequada e o tempo cosmológico forem usados para calcular as velocidades dessas galáxias. No entanto, na relatividade geral, a velocidade é uma noção local, então a velocidade calculada usando coordenadas comoventes não tem nenhuma relação simples com a velocidade calculada localmente. (Veja Comoving e distâncias apropriadas para uma discussão de diferentes noções de 'velocidade' em cosmologia.) Regras que se aplicam a velocidades relativas na relatividade especial, como a regra de que velocidades relativas não podem aumentar além da velocidade da luz, não se aplicam a velocidades relativas em coordenadas em movimento, que são frequentemente descritas em termos de "expansão do espaço" entre galáxias. Acredita-se que essa taxa de expansão tenha atingido seu pico durante a época inflacionária que se acredita ter ocorrido em uma pequena fração de segundo após o Big Bang (modelos sugerem que o período teria sido de cerca de 10⁻³⁶ segundos após o Big Bang para cerca de 10⁻³³ segundos), quando o universo pode ter se expandido rapidamente por um fator de cerca de 10²⁰ a 10³⁰.

Existem muitas galáxias visíveis em telescópios com números de deslocamento para o vermelho de 1,4 ou superior. Todos estes estão atualmente se afastando de nós a velocidades superiores à velocidade da luz. Como o parâmetro de Hubble está diminuindo com o tempo, pode haver casos em que uma galáxia que está se afastando de nós mais rápido que a luz consegue emitir um sinal que eventualmente chega até nós.

No entanto, como a expansão do universo está se acelerando, projeta-se que a maioria das galáxias acabará cruzando um tipo de horizonte de eventos cosmológicos, onde qualquer luz emitida além desse ponto nunca será capaz de nos alcançar a qualquer momento no infinito futuro, porque a luz nunca atinge um ponto em que sua "velocidade peculiar" em nossa direção excede a velocidade de expansão para longe de nós (essas duas noções de velocidade também são discutidas em Comovendo e distâncias adequadas#Usos da distância adequada). A distância atual desse horizonte de eventos cosmológicos é de cerca de 16 bilhões de anos-luz, o que significa que um sinal de um evento acontecendo no presente poderia eventualmente nos alcançar no futuro se o evento estivesse a menos de 16 bilhões de anos-luz de distância, mas o sinal nunca chegaria até nós se o evento estivesse a mais de 16 bilhões de anos-luz de distância.

Observações astronômicas

Aparente movimento superluminal é observado em muitas radiogaláxias, blazares, quasares e, recentemente, também em microquasares. O efeito foi previsto antes de ser observado por Martin Rees e pode ser explicado como uma ilusão de ótica causada pelo objeto se movendo parcialmente na direção do observador, quando os cálculos de velocidade assumem que não. O fenômeno não contradiz a teoria da relatividade especial. Cálculos corrigidos mostram que esses objetos têm velocidades próximas à velocidade da luz (em relação ao nosso referencial). Eles são os primeiros exemplos de grandes quantidades de massa movendo-se próximo à velocidade da luz. Os laboratórios terrestres só conseguiram acelerar um pequeno número de partículas elementares a tais velocidades.

Mecânica quântica

Certos fenômenos da mecânica quântica, como o emaranhamento quântico, podem dar a impressão superficial de permitir a comunicação de informações mais rapidamente que a luz. De acordo com o teorema da não comunicação, esses fenômenos não permitem a verdadeira comunicação; eles apenas permitem que dois observadores em locais diferentes vejam o mesmo sistema simultaneamente, sem nenhuma maneira de controlar o que eles veem. O colapso da função de onda pode ser visto como um epifenômeno da decoerência quântica, que por sua vez nada mais é do que um efeito da evolução do tempo local subjacente da função de onda de um sistema e todo seu ambiente. Uma vez que o comportamento subjacente não viola a causalidade local ou permite a comunicação FTL, segue-se que nem o efeito adicional da função de onda colapsa, seja real ou aparente.

O princípio da incerteza implica que fótons individuais podem viajar por curtas distâncias a velocidades um pouco mais rápidas (ou mais lentas) que c, mesmo no vácuo; esta possibilidade deve ser levada em consideração ao enumerar os diagramas de Feynman para uma interação de partículas. No entanto, foi demonstrado em 2011 que um único fóton não pode viajar mais rápido que c. Na mecânica quântica, as partículas virtuais podem viajar mais rápido que a luz, e esse fenômeno está relacionado ao fato de que os efeitos de campo estático (que são mediados por partículas virtuais em termos quânticos) podem viajar mais rápido que a luz (consulte a seção sobre campos estáticos acima). No entanto, macroscopicamente, essas flutuações são médias, de modo que os fótons viajam em linhas retas por longas distâncias (ou seja, não quânticas) e viajam na velocidade da luz em média. Portanto, isso não implica na possibilidade de transmissão de informações superluminais.

Houve vários relatos na imprensa popular de experimentos sobre transmissão mais rápida que a luz em óptica - na maioria das vezes no contexto de um tipo de fenômeno de tunelamento quântico. Normalmente, tais relatórios lidam com uma velocidade de fase ou velocidade de grupo mais rápida que a velocidade de vácuo da luz. No entanto, como afirmado acima, uma velocidade de fase superluminal não pode ser usada para transmissão de informações mais rápida que a luz.

Efeito Hartman

O efeito Hartman é o efeito de tunelamento através de uma barreira onde o tempo de tunelamento tende a ser constante para grandes barreiras. Isso poderia, por exemplo, ser a lacuna entre dois prismas. Quando os prismas estão em contato, a luz passa direto, mas quando há uma lacuna, a luz é refratada. Existe uma probabilidade diferente de zero de que o fóton atravesse a lacuna em vez de seguir o caminho refratado. Para grandes lacunas entre os prismas, o tempo de tunelamento se aproxima de uma constante e, portanto, os fótons parecem ter cruzado com uma velocidade superluminal.

No entanto, o efeito Hartman não pode realmente ser usado para violar a relatividade transmitindo sinais mais rápido que c, porque o tempo de tunelamento "não deve estar vinculado a uma velocidade, pois as ondas evanescentes não se propagam& #34;. As ondas evanescentes no efeito Hartman são devidas a partículas virtuais e um campo estático não propagante, conforme mencionado nas seções acima para gravidade e eletromagnetismo.

Efeito Casimir

Na física, a força de Casimir-Polder é uma força física exercida entre objetos separados devido à ressonância da energia do vácuo no espaço intermediário entre os objetos. Isso às vezes é descrito em termos de partículas virtuais interagindo com os objetos, devido à forma matemática de uma forma possível de calcular a força do efeito. Como a intensidade da força diminui rapidamente com a distância, ela só é mensurável quando a distância entre os objetos é extremamente pequena. Como o efeito é devido a partículas virtuais mediando um efeito de campo estático, ele está sujeito aos comentários sobre campos estáticos discutidos acima.

Paradoxo EPR

O paradoxo EPR refere-se a um famoso experimento mental de Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen que foi realizado experimentalmente pela primeira vez por Alain Aspect em 1981 e 1982 no experimento Aspect. Nesse experimento, a medição do estado de um dos sistemas quânticos de um par emaranhado aparentemente força instantaneamente o outro sistema (que pode estar distante) a ser medido no estado complementar. No entanto, nenhuma informação pode ser transmitida desta forma; a resposta para saber se a medição realmente afeta ou não o outro sistema quântico se resume a qual interpretação da mecânica quântica a pessoa subscreve.

Um experimento realizado em 1997 por Nicolas Gisin demonstrou correlações quânticas não locais entre partículas separadas por mais de 10 quilômetros. Mas, como observado anteriormente, as correlações não locais vistas no emaranhamento não podem realmente ser usadas para transmitir informações clássicas mais rápido que a luz, de modo que a causalidade relativística seja preservada. A situação é semelhante a compartilhar um lançamento de moeda sincronizado, onde a segunda pessoa a jogar sua moeda sempre verá o oposto do que a primeira pessoa vê, mas nenhum dos dois tem como saber se foi o primeiro ou o segundo lançador, sem se comunicar classicamente.. Consulte o teorema da não comunicação para obter mais informações. Um experimento de física quântica de 2008 também realizado por Nicolas Gisin e seus colegas determinou que, em qualquer teoria hipotética de variável oculta não local, a velocidade da conexão quântica não local (o que Einstein chamou de "ação fantasmagórica à distância" 34;) é pelo menos 10.000 vezes a velocidade da luz.

Borracha quântica de escolha atrasada

O apagador quântico de escolha retardada é uma versão do paradoxo EPR em que a observação (ou não) de interferência após a passagem de um fóton por um experimento de dupla fenda depende das condições de observação de um segundo fóton emaranhado com o primeiro. A característica deste experimento é que a observação do segundo fóton pode ocorrer em um momento posterior à observação do primeiro fóton, o que pode dar a impressão de que a medição dos fótons posteriores "retroativamente" determina se os fótons anteriores mostram interferência ou não, embora o padrão de interferência só possa ser visto correlacionando as medições de ambos os membros de cada par e, portanto, não pode ser observado até que ambos os fótons tenham sido medidos, garantindo que um experimentador observando apenas os fótons que passam pela fenda não obtêm informações sobre os outros fótons de maneira FTL ou retroativa no tempo.

Comunicação superluminal

A comunicação mais rápida que a luz é, de acordo com a relatividade, equivalente à viagem no tempo. O que medimos como a velocidade da luz no vácuo (ou quase vácuo) é na verdade a constante física fundamental c. Isso significa que todos os observadores inerciais e, para a velocidade coordenada da luz, não inerciais, independentemente de sua velocidade relativa, sempre medirão partículas de massa zero, como fótons viajando a c no vácuo. Este resultado significa que as medições de tempo e velocidade em diferentes referenciais não estão mais relacionadas simplesmente por deslocamentos constantes, mas sim por transformações de Poincaré. Essas transformações têm implicações importantes:

• O ímpeto relativista de uma partícula maciça aumentaria com a velocidade de tal modo que na velocidade da luz um objeto teria um impulso infinito.
• Para acelerar um objeto de massa de descanso não zero para c exigiria tempo infinito com qualquer aceleração finita, ou aceleração infinita por uma quantidade finita de tempo.
• De qualquer forma, tal aceleração requer energia infinita.
• Alguns observadores com movimento relativo sub-luz discordam sobre o qual ocorre em primeiro lugar de dois eventos que são separados por um intervalo semelhante ao espaço. Em outras palavras, qualquer viagem que seja mais rápida do que a luz será vista como viajando para trás no tempo em algum outro, igualmente válido, quadros de referência, ou precisa assumir a hipótese especulativa de possíveis violações de Lorentz em uma escala atualmente não observada (por exemplo, a escala Planck). Portanto, qualquer teoria que permita "verdadeiro" FTL também tem que lidar com viagens no tempo e todos os seus paradoxos associados, ou então assumir a invariância de Lorentz como uma simetria da natureza estatística termodinâmica (daí uma simetria quebrada em alguma escala atualmente não observada).
• Na relatividade especial a velocidade de coordenadas da luz só é garantida a ser c em um quadro inercial; em um quadro não inercial a velocidade de coordenadas pode ser diferente de c. Na relatividade geral, nenhum sistema de coordenadas em uma grande região do espaço-tempo curvo é "inercial", então é permitido usar um sistema de coordenadas global onde objetos viajam mais rápido do que c, mas no bairro local de qualquer ponto em espaço-tempo curva podemos definir um "quadro inercial local" e a velocidade local da luz será c neste quadro, com objetos maciços movendo-se através deste bairro local sempre tendo uma velocidade menor do que c no quadro inercial local.

Justificativas

Vacuo de Casimir e tunelamento quântico

A relatividade especial postula que a velocidade da luz no vácuo é invariante em referenciais inerciais. Ou seja, será o mesmo de qualquer referencial movendo-se a uma velocidade constante. As equações não especificam nenhum valor particular para a velocidade da luz, que é uma quantidade determinada experimentalmente para uma unidade fixa de comprimento. Desde 1983, a unidade SI de comprimento (o metro) foi definida usando a velocidade da luz.

A determinação experimental foi feita no vácuo. No entanto, o vácuo que conhecemos não é o único vácuo possível que pode existir. O vácuo tem energia associada a ele, chamada simplesmente de energia do vácuo, que talvez possa ser alterada em certos casos. Quando a energia do vácuo é reduzida, prevê-se que a própria luz vá mais rápido do que o valor padrão c. Isso é conhecido como efeito Scharnhorst. Tal vácuo pode ser produzido juntando-se duas placas de metal perfeitamente lisas em um espaçamento próximo ao diâmetro atômico. É chamado de vácuo Casimir. Os cálculos indicam que a luz irá mais rápido em tal vácuo por uma quantidade minúscula: um fóton viajando entre duas placas separadas por 1 micrômetro aumentaria a velocidade do fóton em apenas cerca de uma parte em 10³⁶. Consequentemente, ainda não houve verificação experimental da previsão. Uma análise recente argumentou que o efeito Scharnhorst não pode ser usado para enviar informações para trás no tempo com um único conjunto de placas, uma vez que as placas' quadro de descanso definiria um "quadro preferido" para sinalização FTL. No entanto, com múltiplos pares de placas em movimento um em relação ao outro, os autores observaram que não tinham argumentos que pudessem "garantir a total ausência de violações de causalidade" e invocaram a conjectura especulativa de proteção da cronologia de Hawking, que sugere que os loops de feedback de partículas virtuais criariam "singularidades incontroláveis na energia de estresse quântica renormalizada" no limite de qualquer máquina do tempo potencial e, portanto, exigiria uma teoria da gravidade quântica para analisar completamente. Outros autores argumentam que a análise original de Scharnhorst, que parecia mostrar a possibilidade de sinais mais rápidos que c, envolvia aproximações que podem estar incorretas, de modo que não está claro se esse efeito poderia realmente aumentar a velocidade do sinal em tudo.

Os físicos Günter Nimtz e Alfons Stahlhofen, da Universidade de Colônia, afirmam ter violado a relatividade experimentalmente ao transmitir fótons mais rápido que a velocidade da luz. Eles dizem que conduziram um experimento no qual fótons de micro-ondas - pacotes de luz de energia relativamente baixa - viajaram "instantaneamente" entre um par de prismas que foram movidos até 3 pés (1 m) de distância. Seu experimento envolveu um fenômeno óptico conhecido como "modos evanescentes", e eles afirmam que, como os modos evanescentes têm um número de onda imaginário, eles representam uma "analogia matemática" ao tunelamento quântico. Nimtz também afirmou que "modos evanescentes não são totalmente descritíveis pelas equações de Maxwell e a mecânica quântica deve ser levada em consideração". Outros cientistas, como Herbert G. Winful e Robert Helling, argumentaram que, de fato, não há nada de mecânica quântica nos experimentos de Nimtz e que os resultados podem ser totalmente previstos pelas equações do eletromagnetismo clássico (o método de Maxwell equações).

Nimtz disse à revista New Scientist: "Por enquanto, esta é a única violação da relatividade especial que eu conheço." No entanto, outros físicos dizem que esse fenômeno não permite que as informações sejam transmitidas mais rapidamente que a luz. Aephraim Steinberg, um especialista em óptica quântica da Universidade de Toronto, Canadá, usa a analogia de um trem viajando de Chicago a Nova York, mas deixando vagões pela cauda em cada estação ao longo do caminho, de modo que o centro do sempre - o trem principal encolhendo avança a cada parada; desta forma, a velocidade do centro do trem excede a velocidade de qualquer um dos vagões individuais.

Winful argumenta que a analogia do trem é uma variante do "argumento da remodelação" para velocidades de tunelamento superluminais, mas ele prossegue dizendo que esse argumento não é realmente suportado por experimentos ou simulações, que na verdade mostram que o pulso transmitido tem o mesmo comprimento e forma que o pulso incidente. Em vez disso, Winful argumenta que o atraso de grupo no tunelamento não é realmente o tempo de trânsito para o pulso (cujo comprimento espacial deve ser maior que o comprimento da barreira para que seu espectro seja estreito o suficiente para permitir o tunelamento), mas é, em vez disso, o tempo de vida de a energia armazenada em uma onda estacionária que se forma dentro da barreira. Como a energia armazenada na barreira é menor que a energia armazenada em uma região livre de barreiras de mesmo comprimento devido à interferência destrutiva, o atraso de grupo para a energia escapar da região da barreira é menor do que seria no espaço livre, o que de acordo com Winful é a explicação para o tunelamento aparentemente superluminal.

Vários autores publicaram artigos contestando a afirmação de Nimtz de que a causalidade de Einstein é violada por seus experimentos, e há muitos outros artigos na literatura discutindo por que o tunelamento quântico não viola a causalidade.

Mais tarde, Eckle et al. afirmou que o tunelamento de partículas realmente ocorre em tempo real zero. Seus testes envolveram tunelamento de elétrons, onde o grupo argumentou que uma previsão relativística para o tempo de tunelamento deveria ser de 500 a 600 attosegundos (um attosegundo é um quintilionésimo (10⁻¹⁸) de segundo). Tudo o que pôde ser medido foram 24 attossegundos, que é o limite da precisão do teste. Mais uma vez, porém, outros físicos acreditam que os experimentos de tunelamento nos quais as partículas parecem passar tempos anormalmente curtos dentro da barreira são de fato totalmente compatíveis com a relatividade, embora haja discordância sobre se a explicação envolve a remodelação do pacote de ondas ou outros efeitos.

Desista da relatividade (absoluta)

Devido ao forte suporte empírico para a relatividade especial, quaisquer modificações nela devem ser necessariamente bastante sutis e difíceis de medir. A tentativa mais conhecida é a relatividade duplamente especial, que postula que o comprimento de Planck também é o mesmo em todos os referenciais, e está associada ao trabalho de Giovanni Amelino-Camelia e João Magueijo. Existem teorias especulativas que afirmam que a inércia é produzida pela massa combinada do universo (por exemplo, o princípio de Mach), o que implica que o referencial restante do universo pode ser preferido por medições convencionais de lei natural. Se confirmado, isso implicaria que a relatividade especial é uma aproximação de uma teoria mais geral, mas como a comparação relevante estaria (por definição) fora do universo observável, é difícil imaginar (muito menos construir) experimentos para testar essa hipótese. Apesar dessa dificuldade, tais experimentos têm sido propostos.

Distorção do espaço-tempo

Embora a teoria da relatividade especial proíba que os objetos tenham uma velocidade relativa maior que a velocidade da luz, e a relatividade geral se reduza à relatividade especial em um sentido local (em pequenas regiões do espaço-tempo onde a curvatura é desprezível), a relatividade geral permite o espaço entre objetos distantes para expandir de tal forma que eles tenham uma "velocidade de recessão" que excede a velocidade da luz, e acredita-se que as galáxias que estão a uma distância de mais de 14 bilhões de anos-luz de nós hoje tenham uma velocidade de recessão que é mais rápida que a luz. Miguel Alcubierre teorizou que seria possível criar um motor de dobra, no qual uma nave seria encerrada em uma "bolha de dobra" onde o espaço na frente da bolha está se contraindo rapidamente e o espaço atrás está se expandindo rapidamente, com o resultado de que a bolha pode atingir um destino distante muito mais rápido do que um feixe de luz se movendo fora da bolha, mas sem objetos dentro da bolha viajando localmente mais rápido que a luz. No entanto, várias objeções levantadas contra o impulso de Alcubierre parecem descartar a possibilidade de realmente usá-lo de qualquer maneira prática. Outra possibilidade prevista pela relatividade geral é o buraco de minhoca atravessável, que poderia criar um atalho entre pontos arbitrariamente distantes no espaço. Assim como na movimentação de Alcubierre, os viajantes que se movem pelo buraco de minhoca não se movem localmente mais rápido que a luz viajando pelo buraco de minhoca ao lado deles, mas podem chegar ao seu destino (e retornar ao local de partida) mais rapidamente do que a luz viajando para fora do buraco de minhoca.

Gerald Cleaver e Richard Obousy, professor e aluno da Baylor University, teorizaram que manipular as dimensões espaciais extras da teoria das cordas em torno de uma nave espacial com uma quantidade extremamente grande de energia criaria uma "bolha" que poderia fazer com que a nave viajasse mais rápido que a velocidade da luz. Para criar essa bolha, os físicos acreditam que a manipulação da 10ª dimensão espacial alteraria a energia escura em três grandes dimensões espaciais: altura, largura e comprimento. Cleaver disse que a energia escura positiva é atualmente responsável por acelerar a taxa de expansão do nosso universo à medida que o tempo passa.

Violação da simetria de Lorentz

A possibilidade de que a simetria de Lorentz possa ser violada tem sido seriamente considerada nas últimas duas décadas, particularmente após o desenvolvimento de uma teoria de campo efetiva realista que descreve essa possível violação, a chamada Extensão do Modelo Padrão. Essa estrutura geral permitiu pesquisas experimentais por experimentos de raios cósmicos de energia ultra-alta e uma ampla variedade de experimentos em gravidade, elétrons, prótons, nêutrons, neutrinos, mésons e fótons. A quebra da invariância de rotação e impulso causa dependência de direção na teoria, bem como dependência de energia não convencional que introduz novos efeitos, incluindo oscilações de neutrinos que violam Lorentz e modificações nas relações de dispersão de diferentes espécies de partículas, o que naturalmente poderia fazer as partículas se moverem mais rápido que a luz.

Em alguns modelos de quebra de simetria de Lorentz, postula-se que a simetria ainda está embutida nas leis mais fundamentais da física, mas que a quebra espontânea de simetria da invariância de Lorentz logo após o Big Bang poderia ter deixado uma "relíquia" campo" em todo o universo que faz com que as partículas se comportem de maneira diferente dependendo de sua velocidade em relação ao campo; no entanto, também existem alguns modelos em que a simetria de Lorentz é quebrada de maneira mais fundamental. Se a simetria de Lorentz pode deixar de ser uma simetria fundamental na escala de Planck ou em alguma outra escala fundamental, é concebível que partículas com uma velocidade crítica diferente da velocidade da luz sejam os constituintes últimos da matéria.

Nos modelos atuais de violação de simetria de Lorentz, espera-se que os parâmetros fenomenológicos sejam dependentes de energia. Portanto, como amplamente reconhecido, os limites existentes de baixa energia não podem ser aplicados a fenômenos de alta energia; no entanto, muitas buscas por violação de Lorentz em altas energias foram realizadas usando a Extensão do Modelo Padrão. Espera-se que a violação da simetria de Lorentz se torne mais forte à medida que nos aproximamos da escala fundamental.

Teorias superfluidas do vácuo físico

Nesta abordagem, o vácuo físico é visto como um superfluido quântico que é essencialmente não relativístico, enquanto a simetria de Lorentz não é uma simetria exata da natureza, mas sim a descrição aproximada válida apenas para as pequenas flutuações do superfluido de fundo. Dentro da estrutura da abordagem, uma teoria foi proposta na qual o vácuo físico é conjecturado como um líquido quântico de Bose cuja função de onda do estado fundamental é descrita pela equação logarítmica de Schrödinger. Foi mostrado que a interação gravitacional relativística surge como o modo de excitação coletiva de pequena amplitude, enquanto as partículas elementares relativísticas podem ser descritas pelos modos semelhantes a partículas no limite de momentos baixos. O fato importante é que em velocidades muito altas o comportamento dos modos de partículas torna-se distinto do relativístico - eles podem atingir o limite de velocidade da luz em energia finita; além disso, a propagação mais rápida que a luz é possível sem exigir que os objetos em movimento tenham massa imaginária.

Resultados do voo de neutrinos FTL

Experiência MINOS

Em 2007, a colaboração MINOS relatou resultados medindo o tempo de voo de neutrinos de 3 GeV produzindo uma velocidade superior à da luz em 1,8 sigma de significância. No entanto, essas medições foram consideradas estatisticamente consistentes com neutrinos viajando na velocidade da luz. Depois que os detectores do projeto foram atualizados em 2012, o MINOS corrigiu seu resultado inicial e encontrou concordância com a velocidade da luz. Novas medições serão realizadas.

Anomalia de neutrinos da OPERA

Em 22 de setembro de 2011, uma pré-impressão da Colaboração OPERA indicou a detecção de neutrinos muônicos de 17 e 28 GeV, enviados a 730 quilômetros (454 milhas) do CERN perto de Genebra, na Suíça, para o Laboratório Nacional Gran Sasso, na Itália, viajando mais rápido do que luz em uma quantidade relativa de 2,48×10⁻⁵ (aproximadamente 1 em 40.000), uma estatística com significância de 6,0 sigma. Em 17 de novembro de 2011, um segundo experimento de acompanhamento dos cientistas do OPERA confirmou seus resultados iniciais. No entanto, os cientistas estavam céticos sobre os resultados desses experimentos, cujo significado foi contestado. Em março de 2012, a colaboração ICARUS não conseguiu reproduzir os resultados do OPERA com seu equipamento, detectando o tempo de viagem de neutrinos do CERN ao Laboratório Nacional Gran Sasso indistinguível da velocidade da luz. Mais tarde, a equipe OPERA relatou duas falhas na configuração do equipamento que causaram erros muito além do intervalo de confiança original: um cabo de fibra ótica conectado incorretamente, que causou medições aparentemente mais rápidas que a luz e um oscilador de relógio funcionando muito rápido.

Táquions

Na relatividade especial, é impossível acelerar um objeto para a velocidade da luz, ou para um objeto massivo se mover na velocidade da luz. No entanto, pode ser possível que exista um objeto que sempre se mova mais rápido que a luz. As partículas elementares hipotéticas com esta propriedade são chamadas táquions ou partículas taquiônicas. As tentativas de quantizá-los falharam em produzir partículas mais rápidas que a luz e, em vez disso, ilustraram que sua presença leva a uma instabilidade.

Vários teóricos sugeriram que o neutrino pode ter uma natureza taquiônica, enquanto outros contestaram a possibilidade.

Relatividade geral

A relatividade geral foi desenvolvida após a relatividade especial para incluir conceitos como a gravidade. Mantém o princípio de que nenhum objeto pode acelerar à velocidade da luz no referencial de qualquer observador coincidente. No entanto, permite distorções no espaço-tempo que permitem que um objeto se mova mais rápido que a luz do ponto de vista de um observador distante. Uma dessas distorções é o impulso de Alcubierre, que pode ser pensado como produzindo uma ondulação no espaço-tempo que carrega um objeto junto com ela. Outro sistema possível é o buraco de minhoca, que conecta dois locais distantes como se fosse um atalho. Ambas as distorções precisariam criar uma curvatura muito forte em uma região altamente localizada do espaço-tempo e seus campos de gravidade seriam imensos. Para neutralizar a natureza instável e evitar que as distorções entrem em colapso sob seu próprio "peso", seria necessário introduzir matéria exótica hipotética ou energia negativa.

A relatividade geral também reconhece que qualquer meio de viagem mais rápido que a luz também pode ser usado para viagens no tempo. Isso levanta problemas de causalidade. Muitos físicos acreditam que os fenômenos acima são impossíveis e que futuras teorias da gravidade os proibirão. Uma teoria afirma que buracos de minhoca estáveis são possíveis, mas que qualquer tentativa de usar uma rede de buracos de minhoca para violar a causalidade resultaria em sua decadência. Na teoria das cordas, Eric G. Gimon e Petr Hořava argumentaram que, em um universo supersimétrico de cinco dimensões de Gödel, as correções quânticas da relatividade geral efetivamente cortaram regiões do espaço-tempo com curvas temporais fechadas que violam a causalidade. Em particular, na teoria quântica está presente um supertubo espalhado que corta o espaço-tempo de tal maneira que, embora no espaço-tempo completo uma curva semelhante ao tempo passasse por todos os pontos, não existem curvas completas na região interior delimitada pelo tubo.

Na ficção e na cultura popular

A viagem FTL é um tropo comum na ficção científica.