Представьте самолёт, который разгоняется быстрее скорости звука. Он начинает опережать создаваемые им звуковые волны, возникает ударная волна — тот самый сверхзвуковой хлопок. А может ли нечто подобное произойти со светом? На первый взгляд нет. Скорость света в вакууме — 299 792 километра в секунду — фундаментальный предел. Частицу, обладающую массой, разогнать до этой скорости нельзя. Но ключевое слово здесь — «в вакууме». В веществе свет распространяется иначе. Например, фазовая скорость света в воде составляет около 225 000 километров в секунду. Поэтому быстрый электрон может двигаться через воду быстрее фазовой скорости света в ней, оставаясь при этом медленнее света в вакууме. И вот тогда возникает черенковское излучение. Движущаяся заряженная частица своим электрическим полем воздействует на окружающее вещество. Когда её скорость превышает фазовую скорость света в этой среде, электромагнитное излучение от разных участков траектории складывается определённым образом и образует характерный конус. По геометрии это действительно напоминает конус Маха за сверхзвуковым самолётом.

Только там речь идёт о механической ударной волне в воздухе, а здесь — об электромагнитном излучении. Самый известный пример — голубое свечение воды вокруг активной зоны ядерного реактора. Это не раскалённая вода и не «свечение радиации» в привычном смысле. Быстрые заряженные частицы, в том числе электроны, проходят через воду со скоростью выше фазовой скорости света в ней и создают черенковское излучение. Почему оно голубое? На самом деле спектр гораздо шире, но в видимой области черенковское излучение сильнее смещено в сторону коротких длин волн, поэтому особенно заметны синие и фиолетовые оттенки. Свойства воды и чувствительность нашего зрения доводят картину до знакомого холодного голубого свечения. И это не просто красивый эффект. Угол черенковского конуса связан со скоростью частицы и показателем преломления среды, поэтому по зарегистрированному свету можно получить информацию о частице, которая его создала. На этом работают черенковские детекторы. Особенно интересны нейтринные обсерватории. Само нейтрино электрически нейтрально и черенковского света не создаёт. Оно способно пролететь через огромное количество вещества, почти ни с чем не взаимодействуя. Но иногда взаимодействие всё-таки происходит и рождаются заряженные частицы. Вот они уже оставляют характерный световой след. В японском Super-Kamiokande для этого используются десятки тысяч тонн сверхчистой воды и тысячи фотодетекторов. Возникший черенковский свет образует характерный рисунок, по которому физики восстанавливают информацию о событии. Получается довольно красиво: само нейтрино мы непосредственно не видим, зато видим последствия его взаимодействия. Похожий принцип используют и в астрономии.

Частицы сверхвысоких энергий и гамма-кванты, попадая в атмосферу, могут порождать каскады вторичных частиц. Те создают очень короткие вспышки черенковского света, которые способны регистрировать специальные телескопы. Так можно изучать одни из самых энергетических процессов во Вселенной. Сам эффект экспериментально исследовал Павел Черенков в 1930-х годах. Он наблюдал слабое голубоватое свечение жидкости под действием радиоактивного излучения. Позже Игорь Тамм и Илья Франк дали явлению теоретическое объяснение, а в 1958 году все трое получили Нобелевскую премию по физике. Так можно ли в итоге обогнать свет? Свет в вакууме — нет. Современная физика не позволяет массивной частице пересечь предел c. Но заряженная частица вполне может двигаться быстрее фазовой скорости света в определённой среде. Никакого нарушения теории относительности здесь нет. И самое интересное, что это не какая-то теоретическая странность. Мы видим этот эффект в ядерных реакторах, используем его для регистрации элементарных частиц и с его помощью наблюдаем процессы далеко за пределами Земли. Так что своеобразный световой аналог сверхзвукового хлопка действительно существует. Просто сверхсветового корабля из него, к сожалению, не получится.