Вселенная выглядела бы очень странно, если бы вы преодолели скорость света
Ничто не может двигаться быстрее света. Это правило физики, вплетенное в саму ткань специальной теории относительности Эйнштейна. Чем быстрее что-то движется, тем ближе оно приближается к своей перспективе замирания времени.
Если идти еще быстрее, вы столкнетесь с проблемами обращения времени вспять, искажая представления о причинности.
Но в исследовании, опубликованном в конце прошлого года, ученые раздвинули границы теории относительности, чтобы создать систему, которая не противоречит существующей физике и может даже указать путь к новым теориям.
Исследователи из Варшавского университета в Польше и Национального университета Сингапура разработали «расширение специальной теории относительности», которое объединяет три временных измерения с одним пространственным измерением («1+3 пространство-время»), в отличие от три пространственных измерения и одно временное измерение, к которым мы все привыкли.
Вместо того, чтобы создавать какие-либо серьезные логические несоответствия, исследование добавляет больше доказательств, подтверждающих идею о том, что объекты вполне могут двигаться быстрее, чем свет, не нарушая полностью наши нынешние законы физики.
«Нет фундаментальной причины, по которой наблюдатели, движущиеся относительно описываемых физических систем со скоростями, превышающими скорость света, не должны подвергаться этому воздействию», — сказал он. физик Анджей Драган из Варшавского университета в Польше.
Это исследование основано на предыдущих работах некоторых из тех же исследователей, предполагающих, что сверхсветовые перспективы могут помочь связать воедино квантовую механику со специальной теорией относительности Эйнштейна — двумя разделами физики. которые в настоящее время не могут быть объединены в единую всеобъемлющую теорию, которая описывает гравитацию так же, как мы объясняем другие силы.
В рамках этой концепции частицы больше нельзя моделировать как точечные объекты, как мы могли бы в более приземленная трехмерная (плюс время) перспектива Вселенной.
Вместо этого, чтобы понять, что наблюдатели могут видеть и как может вести себя сверхсветовая частица, нам нужно обратиться к разновидностям теорий поля которые лежат в основе квантовой физики.
В соответствии с этой моделью сверхсветовые объекты будут выглядеть как частица, расширяющаяся как пузырь в пространстве – мало чем отличающаяся от волны в поле. С другой стороны, высокоскоростной объект будет «испытывать» несколько разных временных рамок.
Даже в этом случае скорость света в вакууме останется постоянной даже для тех наблюдателей, которые движутся быстрее, чем он, что сохраняет один из фундаментальных принципов Эйнштейна – принцип, о котором раньше думали только в отношении наблюдателей, движущихся со скоростью медленнее скорости света (как и все мы).
«Это новое определение сохраняет постулат Эйнштейна о постоянстве скорость света в вакууме даже для сверхсветовых наблюдателей», — сказал Драган.
«Поэтому наша расширенная специальная теория относительности не кажется особенно экстравагантной идеей».
Однако исследователи признать, что переход к модели пространства-времени 1+3 действительно поднимает некоторые новые вопросы, хотя и дает ответы на другие. Они предполагают, что необходимо расширить специальную теорию относительности, включив в нее системы отсчета, скорость которых превышает скорость света.
Это вполне может включать в себя заимствование из квантовой теории поля: комбинацию концепций специальной теории относительности, квантовой механики, и классическая теория поля (которая призвана предсказать, как физические поля будут взаимодействовать друг с другом).
Если физики правы, все частицы Вселенной будут обладать необычными свойствами в расширенной специальной теории относительности.
Один из вопросов, поднятых в ходе исследования, заключается в том, сможем ли мы когда-нибудь наблюдать это расширенное поведение, но ответ на этот вопрос потребует гораздо больше времени и гораздо больше ученых.
«Простое экспериментальное открытие новой фундаментальной частицы — это подвиг, достойный Нобелевской премии, который осуществим в большой исследовательской группе, использующей новейшие экспериментальные методы», — сказал физик Кшиштоф Туржинский из Варшавского университета.
«Однако мы надеемся применить наши результаты для лучшего понимания явления спонтанного нарушения симметрии, связанного с массой частицы Хиггса и других частиц в Стандартной модели, особенно в ранней Вселенной.»Исследование было опубликовано в журнале Classical and Quantum Gravity.
Предыдущая версия этой статьи была опубликована в январе 2023 года.
