Вчені спостерігали за китами — і зафіксували швидкість, яка майже вдвічі перевищувала швидкість звуку

Однак дослідники не виявили жодного порушення законів фізики. Йдеться не про звук чи інформацію, що насправді поширюються у воді з такою швидкістю, а про ефект інтерференції: прямий сигнал і його відбиття поєднуються так, що максимум результуючої хвилі з’являється раніше, ніж очікувалося. Більше того, ця робота поки що ґрунтується на теорії та чисельному моделюванні — експериментально ефект ще належить підтвердити.

Усе почалося зі спроби точніше виявляти китів

Океанограф Джон Спайсбергер із Пенсильванського університету багато років займається пасивною акустичною локалізацією морських ссавців. Замість того щоб шукати тварин візуально, дослідники встановлюють кілька підводних приймачів — гідрофонів — і порівнюють час, за який один і той самий крик кита досягає різних точок.

За цією різницею можна розрахувати положення тварини. Такий підхід особливо корисний для китів, які проводять значну частину часу під водою і можуть бути чутні на великих відстанях.

Але у цього методу є фізична проблема. Звук в океані не обов’язково йде від кита до гідрофона єдиним шляхом. Частина сигналу надходить безпосередньо, а інша частина може спочатку відбитися від поверхні води.

Попередня робота Спайсбергера вже показала, що інтерференція таких сигналів здатна істотно змінювати розрахункову швидкість акустичного імпульсу і тим самим впливати на визначення координат тварини.

Звук ніби йшов двома маршрутами одночасно

Нова робота присвячена тому, що відбувається, коли прямий і відбитий сигнали надходять майже одночасно.

Цей ефект можна уявити так: кит видає звук, а гідрофон отримує дві його версії. Перша йде до приймача безпосередньо. Друга досягає поверхні океану, відбивається від неї і лише після цього надходить до того самого гідрофона.

Ці хвилі трохи зсунуті в часі. Коли вони накладаються одна на одну, виникає інтерференція — посилення одних частин сигналу й ослаблення інших.

У результаті змінюється форма всього імпульсу. Його найбільш виражений максимум може виявитися в іншому місці, ніж був би у сигналу, що надійшов лише прямим шляхом.

На моделі вийшло майже 2800 метрів за секунду

Саме тут вчені отримали найбільш вражаючий результат.

В одному з розрахункових сценаріїв швидкість поширення звуку у воді було задано рівною 1500 м/с. Для двох модельних сигналів дослідники розрахували швидкості появи максимумів 1694,5 та 2782,5 м/с відповідно. Обидві величини перевищували звичайну швидкість звуку в заданому середовищі.

У другому випадку показник виявився приблизно в 1,85 раза вищим за вихідні 1500 м/с.

На перший погляд це виглядає так, ніби звуковий імпульс якимось чином порушив власну межу швидкості. Але саме тут виникає головна відмінність між тим, де з’являється максимум хвильового пакета, і тим, як швидко можна передати нову інформацію.

Жоден сигнал насправді не обігнав звук

Автори окремо перевірили, чи можна використовувати цей незвичайний ефект для швидшої передачі інформації.

У їхньому моделюванні відповідь виявилася негативною.

Хоча максимум хвильового пакета з’являвся так, що розрахункова швидкість перевищувала 1500 м/с, інформація передавалася повільніше за звичайну швидкість звуку. Іншими словами, інтерференція здатна змінити форму сигналу, що вже поширюється, але не дозволяє надіслати повідомлення, яке дістанеться до приймача раніше, ніж це фізично можливо.

Саме тому формулювання «вчені розігнали звук майже вдвічі» було б неправильним. Швидкість 2782,5 м/с стосується певного способу відстеження положення максимуму хвильового пакета, а не надшвидкої передачі інформації через воду.

Який стосунок до цього має Ейнштейнова теорія відносності?

Незвичайний акустичний результат змусив дослідників поставити собі більш фундаментальне запитання: чи може подібний ефект виникати не тільки зі звуком, але й з електромагнітними хвилями — наприклад, зі світлом.

Якщо прямий і відбитий світлові сигнали будуть інтерферувати подібним чином, максимум хвильового пакета теоретично теж може виглядати так, ніби переміщується швидше за світло.

Але автори підкреслюють: для електромагнітних хвиль це поки що припущення, а не експериментальний результат. Перевірка ще не проведена.

Навіть якщо ефект вдасться отримати зі світлом, спеціальна теорія відносності від цього не зруйнується. Розрахунки дослідників показують, що нову інформацію неможливо передати швидше за світло у вакуумі. Перша ділянка сигналу, здатна нести нові відомості, все одно має надійти звичайним прямим шляхом.

Саме в цьому полягає зв'язок роботи з Ейнштейном: певна частина форми хвилі може надзвичайно швидко переміщатися або з'являтися, але причинність і фундаментальна межа передачі інформації зберігаються.

Помилка може заважати шукати китів за голосами

У цієї роботи є й цілком практичний бік.

Під час акустичного відстеження тварини її координати часто визначають за різницею часу надходження одного й того самого звуку до кількох гідрофонів. Такі розрахунки залежать від припущення щодо швидкості поширення сигналу.

Якщо ж положення максимуму імпульсу змінюється через інтерференцію прямого та відбитого звуку, використання стандартного значення швидкості може дати неточну оцінку положення джерела.

Попередні розрахунки Спайсбергера та його колег уже показали, що подібні ефекти необхідно враховувати при визначенні координат китів за часом надходження їхніх сигналів.

Тому дивна фізика хвильових пакетів може мати цілком конкретне застосування — зробити акустичне спостереження за морськими ссавцями точнішим.

Поки що це теорія, а не звук, зафіксований «на надшвидкості»

Дослідження має принципове обмеження: отриманий результат поки що ґрунтується на теоретичних розрахунках і комп’ютерному моделюванні.

Автори прямо зазначають, що ефект потребує експериментального підтвердження. Вони вважають, що перевірити його можна як для акустичних, так і, потенційно, для електромагнітних хвиль. Для світла, наприклад, можна розділити промінь на два шляхи, один спрямувати безпосередньо до детектора, а інший — через відбивач, після чого знову об’єднати сигнали.

Тому нинішній результат не можна описувати як експериментальну реєстрацію звуку, що реально поширюється зі швидкістю 2782,5 м/с.

Коректніше говорити, що під час моделювання інтерференція дала хвильовий пакет, максимум якого відповідав такій уявній швидкості.

І все ж сама історія незвичайна: задача, спочатку пов’язана з тим, як точніше почути й знайти кита в океані, вивела дослідників до фундаментального питання про те, що саме ми маємо на увазі, коли говоримо про «швидкість» хвилі.

Джерело

Дослідження: «Надзвукова та надсвітлова енергія та швидкість інформації через часову інтерференцію в середовищі без дисперсії».

Автори: John L. Spiesberger, Eugene Terray — Пенсильванський університет та Woods Hole Oceanographic Institution.

Журнал: Physical Review E, том 114, стаття 025107. Робота опублікована 18 серпня 2026 року.