Еще раз об эксперименте Вонга. После публикации статьи "Стационарный космос", в приложении к которой описан этот эксперимент, автор получил много писем, содержащих вопросы и недоумения. По-видимому, это свидетельствует о недостаточно четком изложении материала в упомянутой статье.
Первая естественная реакция автора - переадресовать к другому источнику - показала, что таким доступным российскому читателю и практически единственным источником могла бы быть статья дтн А. Голубева «Возможна ли сверхсветовая скорость?» в журнале «Наука и жизнь» № 2 2001 года. К сожалению, стремление д-ра Голубева совместить объективное изложение фактов с верностью впитанным с детства постулатам сыграло с ним злую шутку: несуразности торчат подобно иглам морского ежа. Читатель может судить об этом по приведенной ниже цитате, посвященной эксперименту Вонга:

"Судя по развернувшейся дискуссии, точное объяснение еще не найдено, но несомненно, что здесь играют роль необычные дисперсионные свойства среды: пары цезия, состоящие из возбужденных лазерным светом атомов, представляют собой среду с аномальной дисперсией. Напомним кратко, что это такое. Дисперсией вещества называется зависимость фазового (обычного) показателя преломления n от длины волны света l. При нормальной дисперсии показатель преломления увеличивается с уменьшением длины волны, и это имеет место в стекле, воде, воздухе и всех других прозрачных для света веществах. В веществах же, сильно поглощающих свет, ход показателя преломления с изменением длины волны меняется на обратный и становится гораздо круче: при уменьшении l (увеличении частоты) показатель преломления резко уменьшается и в некоторой области длин волн становится меньше единицы (фазовая скорость V_ф < с). Это и есть аномальная дисперсия, при которой картина распространения света в веществе меняется радикальным образом. Групповая скорость V_г  становится больше фазовой скорости волн и может превысить скорость света в вакууме (а также стать отрицательной). Л. Вонг указывает на это обстоятельство как на причину, лежащую в основе возможности объяснения результатов его эксперимента. Следует, однако, заметить, что условие V_г > с является чисто формальным, так как понятие групповой скорости введено для случая малой (нормальной) дисперсии, для прозрачных сред, когда группа волн при распространении почти не меняет своей формы. В областях же аномальной дисперсии световой импульс быстро деформируется, и понятие групповой скорости теряет смысл; в этом случае вводятся понятия скорости сигнала и скорости распространения энергии, которые в прозрачных средах совпадают с групповой скоростью, а в средах с поглощением остаются меньше скорости света в вакууме. Но вот что интересно в эксперименте Вонга: световой импульс, пройдя через среду с аномальной дисперсией, не деформируется - он в точности сохраняет свою форму! (подчеркнуто мной. В.К.) А это соответствует допущению о распространении импульса с групповой скоростью. Но если так, то получается, что в среде отсутствует поглощение, хотя аномальная дисперсия среды обусловлена именно поглощением! …
Большая часть физиков склонна связывать этот результат с возникновением низкоинтенсивного предвестника в диспергирующей среде камеры. Дело в том, что при спектральном разложении импульса в спектре присутствуют составляющие сколь угодно высоких частот с ничтожно малой амплитудой, так называемый предвестник, идущий впереди "главной части" импульса. Характер установления и форма предвестника зависят от закона дисперсии в среде. Имея это в виду, последовательность событий в эксперименте Вонга предлагается интерпретировать следующим об-разом. Приходящая волна, "простирая" предвестник впереди себя, приближается к камере. Прежде чем пик приходящей волны попадет на ближнюю стенку камеры, предвестник инициирует возникновение импульса в камере, который доходит до дальней стенки и отражается от нее, образуя "обратную волну". Эта волна, распространяясь в 300 раз (откуда эта цифра? В.К.) быстрее с, достигает ближней стенки и встречается с приходящей волной. Пики одной волны встречаются с впадинами  другой, так что они уничтожают друг друга и в результате ничего не остается. Получается, что приходящая волна "возвращает долг" атомам цезия, которые "одалживали" ей энергию на другом конце камеры. Тот, кто наблюдал бы только начало и конец эксперимента, увидел бы лишь импульс света, который "прыгнул" вперед во времени, двигаясь быстрее с."

Хорошо бы так! Да вот беда - усиливаемый импульс имеет длительность 3 мкс, а длина ячейки всего 6 см. Сколько же раз нужно метаться в ячейке бедному "предвестнику", передавая и компенсируя (да еще обеспечивая сохранение формы), если на прохождение ячейки требуется всего 0,2 нс! А если еще принять во внимание утверждение, что в ячейке скорость в 300 раз выше…

Переадресовка к такому источнику вряд ли могла считаться корректной. Длительная переписка по этому вопросу с В. В. Петровым помогла выяснить основные пробелы в нашем предыдущем изложении, которые и породили эти вопросы и недоумения. Именно стремлением устранить пробелы и ответить на вопросы читателей и вызвана попытка повторного, более внятного и с учетом допущенных ошибок, изложения сути этого многообещающего эксперимента в предлагаемом вниманию читателя письме.

Прежде всего, следует сказать несколько слов о работе усилителей оптических сигналов, поиском рабочего тела для которых занимался Лиджун Вонг.
Принцип работы такого усилителя легко понять на примере четырехуровневой системы, изображенной на рис. 1, где показаны несколько (но, конечно, далеко не все) энергетических уровней, разделенных запрещенными зонами.
Рис.1 Интерес представляют такие четверки, в которых мала вероятность переходов между третьим и вторым уровнями при большой вероятности переходов между остальными, что и позволяет назвать 3-й уровень "метастабильным". В обычном состоянии большинство атомов не возбуждено и находится на нижнем (1-м) уровне, очень немногие на втором, более же высокоэнергичные уровни практически не заселены, как это показано на рисунке слева.
При интенсивном облучении активного тела светом с энергией квантов hn₁₄ ("накачке") происходит поглощение этих квантов и постепенно заселяется 4-й уровень. Одновременно с этим поглощением происходят переходы с 4-го уровня на 3-й, с 4-го на 2-й и, конечно, с 4-го на первый.

Интенсивность последнего перехода по мере заселения 4-го уровня растет и, наконец, наступает динамическое равновесие между поглощением и излучением на частоте накачки - активное тело "насыщено". Но нам интересны переходы между 4-м и 3-м уровнями (как правило, этот переход соответствует ИК-квантам). Спонтанное излучение с 3-го уровня невелико (вот здесь-то и проявляется "метастабильность"), следовательно, его населенность быстро растет и, вообще говоря, на нем может быть сосредоточена подавляющая часть атомов. А вот 2-й уровень по-прежнему практически незаселен, то есть на энергетически более высоком уровне населенность оказывается выше, чем на следующем снизу (как это показано на рис.1 справа).

Если в такую систему попадет световой импульс, содержащий кванты энергии hn₂₃, то лишь некоторые из них будут поглощены, другие же индуцируют излучение, причем вторых будет существенно больше именно из-за большой населенности 3-го уровня (по сравнению со вторым).
Таким образом, исходный световой импульс будет усилен. При этом произойдет и некоторое изменение его формы (за счет изменения населенности 3-го и 2-го уровней по мере прохождения импульса).

Кстати, если такую систему ограничить параллельными зеркалами, введя положительную обратную связь (тем самым превратив ее в резонатор), мы получим оптический квантовый генератор - лазер. Но вернемся к усилителю - системе без обратной связи.

Вот теперь можно перейти и непосредственно к опыту Л.Вонга. Предполагалось изучить пары цезия в качестве активного тела для оптического усилителя в установке, схема которой приведена на рис. 2.
Рис.2. С этой целью пары цезия "накачивались" до насыщения лучом лазера с большой энергией кванта (hn₁₄). Усиливаемый оптический сигнал меньшей частоты (hn₂₃) предполагалось подавать на ячейку от другого лазера (импульсного). При этом предусматривалась регистрирация формы импульсов до и после ячейки посредством соответствующих фотоприемников. Длина активной части ячейки составляла 6 см.
По имеющимся материалам трудно судить, почему именно расстояние между фотоприемниками было выбрано равным 19 м. Скорее всего, такова длина лаборатории.
Ясно одно, что для сравнения формы импульсов было желательно как можно больше развести во времени сигналы от фотоприемников, причем наиболее естественным образом, а не посредством линий задержки, которые сами искажают форму импульса.
Рис. 3 Ожидалось появление усиленного (жирная линия на рисунке 3) и измененного по форме по сравнению с исходным (тонкая линия) импульса. При этом вполне естественным было бы именно такое изменение формы, как показано на рис.3 - более крутой передний и более пологий задний фронты
Кроме того, сигнал второго фотоприемника (после ячейки) должен был запаздывать относительно сигнала первого фотоприемника (до ячейки) на время, необходимое импульсу для преодоления расстояния в 19 м между фотоприемниками, то есть чуть меньше 64 нс  (19/3 10⁸)...
Эксперимент был поставлен, накачка была непрерывной и обеспечивала насыщение активного тела, усиливаемый сигнал представлял собой одиночные импульсы длительностью 3 мкс (для наглядности длительность импульса на рисунках 3 и 4 уменьшена).
Рис. 4 А вот результат оказался совсем иным, чем ожидалось: выходной импульс был идентичен входному и появлялся во втором фотоприемнике на 62 нс раньше ожидаемого, то есть спустя примерно 2 нс после попадания входного сигнала на первый фотоприемник, как показано на рис.4 (пунктир - исходный сигнал).
(Кстати, именно отсюда А. Голубев и получил 300-кратное увеличение скорости, которое потом почему-то применил только к ячейке). На этом факты кончаются и начинаются интерпретации, которые довольно трудно понять и еще труднее принять.

А вот интерпретация самого экспериментатора. По его мнению, объяснить результаты эксперимента в первом приближении можно так: световой импульс состоит из множества волн различных длин (см. рис.5, на котором показаны три из них). В некоторой точке все волны оказываются в фазе и здесь они, складываясь, образуют импульс.
Активная среда, обладая аномальной дисперсией, сдвигает фазы волн в обратную сторону. Тем самым на выходе ячейки могут быть воссозданы фазовые соотношения "до импульса", а на некотором удалении от нее вновь возникает синфазность, следовательно, импульс (кстати, полностью идентичный первому). Нормальная дисперсия такого эффекта дать не может.

Рис. 5 Это объяснение несколько перекликается с идеей «предвестника», но работают в нем хорошо известные гармоники. Беда только в том, что световой импульс представляет собой ансамбль квантов, которые тоже придется разлагать в спектр Фурье. Кроме того, придется признать, что энергия импульса может быть передана на некоторое, пусть даже небольшое, расстояние со скоростью, большей с, что, конечно же, противоречит привычным представлениям и теориям. Поэтому «тем хуже для фактов».

Попробуем все же не спорить с фактами.
В качестве базового тезиса примем утверждение о том, что в силу дуальной природы электромагнитного кванта (минимальной «порции», что собственно и означает это слово) невозможно точно определить одномоментно и его пространственную локализацию, и его частоту. Чем точнее локализация фотона (корпускулярной ипостаси кванта), тем шире его частотный спектр (волновой пакет - другая ипостась кванта). По сути, это принцип неопределенности Гайзенберга, примененный к кванту.

Теперь рассмотрим излучение кванта возбужденным атомом разреженного одноатомного газа.
Так как создаваемый квант первоначально локализован в пределах атома, он в силу нашего базового тезиса есть волновой пакет, состоящий из множества гармонических (следовательно, бесконечных во времени и пространстве) волн. Собственно говоря, «сотворение» кванта это соответствующая фазировка некоторого подмножества из множества заполняющих пространство гармоник, а так как атом вместе с порождаемым им квантом практически неподвижен (V_г-> 0), то фазовая скорость (V_ф) в этом процессе стремится к бесконечности, и фазировка происходит почти мгновенно.

Как только фазировка произошла, квант больше не связан с породившим его атомом, исчезла жесткая локализация, групповая и фазовая скорости практически уравнялись и суперпозиция гармоник (квант, он же фотон, он же волновой пакет) отправилась в самостоятельное странствие.

Заметим кстати, что в этом случае довольно точно определена энергия излучаемого кванта (в разреженном одноатомном газе отсутствует уширение энергетических уровней). Следовательно, (в силу равенства DEDt = h и DE -> 0) Dt существенно отлично от 0 и у атома есть время для выполнения всех перечисленных процедур.

Обратим также внимание на то, что в этом акте нет передачи энергии как таковой: бесконечные гармоники существовали и до, и после «акта творения», требовалась лишь фазировка.

При таком подходе становится понятным отсутствие у кванта массы покоя - для суперпозиции множества гармонических волн понятие массы бессмыслено. Такой же бессмыслицей является и понятие скорости (какова скорость синусоиды?).

Другое дело, когда фазированное подмножество гармоник, дающее то, что мы называем квантом, встречается с неоднородностями, например, атомами твердого тела (здесь проявляется его динамическая масса, создающая давление света, энергия, обеспечивающая возбуждение атомов и т.п.) или с возбужденными до насыщения парами цезия, которые меняют фазировку и могут обеспечить практически мгновенное смещение кванта вперед (так же, как невозбужденные смещают его назад).

Кстати говоря, при этом подходе становится ненужным такой сложный механизм объяснения замедления света в прозрачных средах, как поглощение квантов с задержанным переизлучением: просто при нормальной дисперсии фазировка сдвигается в одну сторону, при аномальной - в другую. Качественно это один и тот же процесс, разница чисто количественная.

Если это так, то само по себе представление кванта в виде спектра Фурье при соответствующих условиях наблюдения, видимо, не является крамольным. Поэтому в этой части интерпретация Вонга, на наш взгляд, вполне допустима.

Что же касается энергетических проблем существования  двух импульсов одинаковой энергии (и, соответственно, двух идентичных ансамблей квантов) и традиционно невозможного переброса энергии со скоростью, большей с, то ведь существует туннельный эффект, при котором такой «солидный субъект», как электрон, вдруг оказывается по другую сторону барьера (и бессмысленно говорить о скорости его перемещения вместе с его энергией и даже массой). Зачем же отказывать в таком праве фотону?

Наконец, так ли уж незыблемы ограничения скорости передачи в пространстве энергии?
Прежде всего, обратим внимание на некорректность понятия "скорость света", тем более его отождествления с электродинамической постоянной с. Электродинамическая постоянная, как известно, связана со скоростями электромагнитной волны соотношением с² = V_гV_ф Да, действительно, в среде с показателем преломления больше 1 (в том числе и в воздухе) групповая скорость V_г  всегда меньше с, а фазовая V_ф соответственно больше с. Однако уравнения Максвелла не содержат ограничения величины этих сомножителей. Максвелл лишь требует, чтобы с² строго равнялось 1/em и не более того.

До сих пор нам не удавалось реализовать условия, при которых фазовая скорость была бы меньше с, а вот теперь Вонгу удалось. Если же это так, то именно уравнения Максвелла требуют групповой скорости, то есть скорости передачи энергии, больше с. И крамолы здесь не больше, чем в туннельном эффекте.