Как бы выглядела Вселенная, если бы вы превысили скорость света

Ничто не может двигаться быстрее света. Это правило физики, вплетенное в саму структуру специальной теории относительности Эйнштейна. Чем быстрее что-то движется, тем ближе оно к перспективе остановки времени. Еще быстрее, и вы столкнетесь с проблемой возврата времени назад, что нарушит представление о причинности.

Но исследователи из Варшавского университета в Польше и Национального университета Сингапура расширили границы относительности и создали систему, которая не противоречит существующей физике и даже может указать путь к новым теориям. Работа была опубликована в журнале Classical and Quantum Gravity.

Об этом пишет издание ScienceAlert.

Исследователи придумали "расширение специальной относительности", которое объединяет три измерения времени с одним измерением пространства ("пространство-время 1+3"), в отличие от привычных нам трех пространственных измерений и одного измерения времени.

Эта новая работа не создает каких-то серьезных логических несоответствий, а лишь добавляет дополнительные доказательства в пользу того, что объекты вполне могут двигаться быстрее света без полного нарушения существующих законов физики.

"Нет никаких фундаментальных причин, по которым наблюдатели, движущиеся относительно описываемых физических систем со скоростями, превышающими скорость света, не должны испытывать ее влияние", - говорит физик Анджей Драган из Варшавского университета.

Это новое исследование основывается на предыдущей работе тех же исследователей, которые утверждают, что сверхсветовые перспективы могут помочь связать квантовую механику и специальную теорию относительности Эйнштейна - две ветви физики, которые пока не могут быть согласованы в единую всеобъемлющую теорию, описывающую гравитацию так же, как мы объясняем другие силы.

В рамках этой теории частицы больше не могут быть смоделированы как точечные объекты, как это можно было бы сделать в более мирской трехмерной (плюс время) перспективе Вселенной.

Вместо этого, чтобы понять, что могут видеть наблюдатели и как могут вести себя сверхсветовые частицы, нам придется обратиться к тем видам теорий поля, которые лежат в основе квантовой физики.

Согласно этой новой модели, сверхсветовые объекты будут выглядеть как частицы, расширяющиеся в пространстве подобно пузырьку - не так, как волны в поле. Высокоскоростной объект, с другой стороны, "переживал" бы несколько разных временных линий.

Несмотря на это, скорость света в вакууме останется постоянной даже для тех наблюдателей, которые движутся быстрее нее, что сохраняет один из фундаментальных принципов Эйнштейна - принцип, о котором раньше думали только в отношении наблюдателей, которые движутся медленнее скорости света (как все мы).

"Это новое определение сохраняет постулат Эйнштейна о постоянстве скорости света в вакууме даже для сверхсветовых наблюдателей", - говорит Драган.

"Поэтому наша расширенная специальная относительность не кажется особенно экстравагантной идеей".

Однако исследователи признают, что переход к модели пространства-времени 1+3 поднимает некоторые новые вопросы, хотя и дает ответы на другие. Они предполагают, что необходимо расширить теорию специальной относительности, чтобы включить в нее более быстрые, чем свет, системы отсчета.

Для этого вполне может потребоваться заимствование из квантовой теории поля - комбинации понятий из специальной теории относительности, квантовой механики и классической теории поля (цель которой - предсказать, как физические поля будут взаимодействовать друг с другом).

Если физики правы, то в расширенной специальной теории относительности все частицы Вселенной будут обладать необычными свойствами.

Один из вопросов, затронутых исследованием, заключается в том, сможем ли мы когда-нибудь наблюдать это расширенное поведение - но для ответа на него понадобится гораздо больше времени и гораздо больше ученых.

"Само по себе экспериментальное открытие новой фундаментальной частицы - это подвиг, достойный Нобелевской премии, совершенный большой исследовательской группой с использованием новейших экспериментальных методов", - говорит физик Кшиштоф Туржиньский из Варшавского университета.

"Однако мы надеемся применить наши результаты для лучшего понимания явления спонтанного нарушения симметрии, связанного с массой частицы Хиггса и других частиц Стандартной модели, особенно в ранней Вселенной", - отметил он.

українською