Wszechświat wyglądałby naprawdę dziwnie, gdybyś przekroczył prędkość światła: ScienceAlert

Nic nie może poruszać się szybciej niż światło. To zasada fizyki wpleciona w tkankę szczególnej teorii względności Einsteina. Im szybciej coś się dzieje, tym bardziej zbliża się perspektywa zamrożenia czasu.

Jedź jeszcze szybciej, a napotkasz problemy z odwróceniem czasu, mieszając się z pojęciami przyczynowości.

Jednak w badaniu opublikowanym pod koniec ubiegłego roku naukowcy przesunęli granice teorii względności, aby stworzyć system, który nie jest sprzeczny z istniejącą fizyką, a nawet może wskazać drogę do nowych teorii.

Naukowcy – z Uniwersytetu Warszawskiego i Narodowego Uniwersytetu w Singapurze – opracowali „rozszerzenie szczególnej teorii względności”, które łączy trzy wymiary czasu z jednym wymiarem przestrzennym („przestrzeń 1+3”), jak w przeciwieństwie do trzech wymiarów przestrzennych i jednego wymiaru czasowego, do których wszyscy jesteśmy przyzwyczajeni.

Zamiast tworzyć poważne niespójności logiczne, badanie dostarcza więcej dowodów potwierdzających tezę, że obiekty mogą poruszać się szybciej niż światło bez całkowitego łamania naszych obecnych praw fizyki.

„Nie ma zasadniczego powodu, dla którego obserwatorzy poruszający się względem opisywanych układów fizycznych z prędkościami większymi od prędkości światła nie mieliby temu podlegać”, – powiedział fizyk Andrzej Dragan z Uniwersytetu Warszawskiego.

To badanie opiera się Poprzednia praca przez niektórych z tych samych badaczy, sugerujących, że perspektywy nadświetlne mogą pomóc w zjednoczeniu mechaniki kwantowej z mechaniką Einsteina szczególna teoria względności – dwie gałęzie fizyki, których obecnie nie da się pogodzić w jedną nadrzędną teorię, która opisuje grawitację w taki sam sposób, w jaki wyjaśniamy inne siły.

W tym modelu cząstek nie można już modelować jako obiektów punktowych, tak jak byłoby to możliwe w bardziej przyziemnej (dłuższej) perspektywie Wszechświata 3D.

Zamiast tego, aby zrozumieć, co obserwatorzy mogą zobaczyć i jak może zachowywać się cząstka nadświetlna, musielibyśmy odwołać się do teorii pola leżących u podstaw fizyki kwantowej.

W oparciu o ten model obiekty nadświetlne wyglądałyby jak cząstka rozszerzająca się jak bańka w przestrzeni – podobnie jak fala przechodząca przez pole. Z drugiej strony szybki obiekt „przymierzał” kilka różnych linii czasu.

Mimo to prędkość światła w próżni pozostałaby stała nawet dla obserwatorów podróżujących szybciej od niej, co pozwala zachować jedną z podstawowych zasad Einsteina – zasadę, o której wcześniej myślano jedynie w odniesieniu do obserwatorów podróżujących wolniej od światła – prędkość światła. (jak każdy z nas).

„Ta nowa definicja podtrzymuje postulat Einsteina o stałości prędkości światła w próżni, nawet dla obserwatorów nadświetlnych”, powiedział dragan.

„Więc nasza rozszerzona szczególna teoria względności nie wydaje się szczególnie szalonym pomysłem”.

Naukowcy jednak przyznają, że przejście do modelu czasoprzestrzeni 1+3 rodzi pewne nowe pytania, choć daje odpowiedzi na inne. Sugerują, że konieczne jest rozszerzenie szczególnej teorii względności na układy odniesienia szybsze od światła.

Może to obejmować pożyczanie od kwantowa teoria pola: połączenie koncepcji szczególnej teorii względności, mechaniki kwantowej i klasycznej teorii pola (której celem jest przewidywanie, w jaki sposób pola fizyczne będą ze sobą oddziaływać).

Jeśli fizycy mają rację, każda cząstka we Wszechświecie miałaby niezwykłe właściwości w rozszerzonej szczególnej teorii względności.

Jedno z pytań postawionych w badaniu dotyczy tego, czy kiedykolwiek będziemy w stanie zaobserwować to długotrwałe zachowanie – jednak udzielenie odpowiedzi na to pytanie zajmie znacznie więcej czasu i zajmie znacznie więcej naukowców.

„Samo eksperymentalne odkrycie nowej cząstki elementarnej jest wyczynem godnym Nagrody Nobla i możliwym do wykonania w dużym zespole badawczym wykorzystującym najnowsze techniki eksperymentalne” – powiedział fizyk Krzysztof Turzyński z Uniwersytetu Warszawskiego.

„Mamy jednak nadzieję zastosować nasze wyniki do lepszego zrozumienia zjawiska spontanicznego łamania symetrii związanego z masą cząstki Higgsa i innych cząstek Modelu Standardowego, zwłaszcza we wczesnym Wszechświecie”.

Badanie zostało opublikowane w Grawitacja klasyczna i kwantowa.

Wcześniejsza wersja tego artykułu została opublikowana w styczniu 2023 r.