Який би вигляд мав наш світ для спостерігачів, що рухаються швидше за світло у вакуумі? Така картина явно відрізнялася б від тієї, з якою ми стикаємося щодня. "Ми повинні очікувати побачити не тільки явища, які відбуваються спонтанно, без детермінованої причини, а й частинки, які рухаються одночасно кількома шляхами", - стверджують теоретики з університетів Варшави та Оксфорда.
Про це розповіли у Варшавському університеті.
Крім того, саме поняття часу було б повністю змінено - надсвітлові світи мали б характеризуватися трьома часовими й одним просторовим вимірами, і їх довелося б описувати звичною мовою теорії поля. Виявляється, що наявність таких надсвітлових спостерігачів не призводить ні до чого логічно суперечливого, ба більше, цілком можливо, що надсвітлові об'єкти дійсно існують.
На початку 20-го століття Альберт Ейнштейн повністю переглянув наше сприйняття часу й простору. Тривимірний простір набув четвертого виміру - часу, і поняття часу та простору, досі розділені, стали розглядатися як єдине ціле. "У спеціальній теорії відносності, сформульованій 1905 року Альбертом Ейнштейном, час і простір відрізняються лише знаком у деяких рівняннях, - пояснює проф. Анджей Драган, фізик з фізичного факультету Варшавського університету та Центру квантових технологій Національного університету Сінгапуру.
Ейнштейн засновував свою спеціальну теорію відносності на двох припущеннях: Принцип відносності Галілея та сталість швидкості світла. Як стверджує Анджей Драган, вирішальне значення має перший принцип, який передбачає, що в кожній інерціальній системі закони фізики однакові, а всі інерціальні спостерігачі рівні. "Зазвичай цей принцип застосовується до спостерігачів, які рухаються відносно один одного зі швидкостями, меншими за швидкість світла (c). Однак немає жодних фундаментальних причин, через які спостерігачі, що рухаються відносно описуваних фізичних систем зі швидкостями, що перевищують швидкість світла, не повинні йому підкорятися", - стверджує Драган.
Що станеться, якщо ми припустимо - хоча б теоретично - що світ можна спостерігати з надсвітлових систем відліку? Є шанс, що це дасть змогу включити основні принципи квантової механіки в спеціальну теорію відносності. Цю революційну гіпотезу проф. Анджея Драгана та проф. Артура Екерта з Оксфордського університету вперше було представлено в статті "Квантовий принцип відносності", опублікованій два роки тому в журналі New Journal of Physics.
Там вони розглянули спрощений випадок обох родин спостерігачів у просторі-часі, що складається з двох вимірів: просторового і часового. У своїй останній публікації в журналі Classical and Quantum Gravity, що має назву "Відносність надсвітлових спостерігачів у просторі-часі 1+3", група з 5 фізиків йде далі, представляючи висновки про повний чотиривимірний простір-час.
Автори виходять із концепції простору-часу, що відповідає нашій фізичній реальності: з трьома просторовими вимірами і одним виміром часу. Однак, з точки зору надсвітлового спостерігача, тільки один вимір цього світу зберігає просторовий характер - той, яким можуть рухатися частинки.
"Решта три виміри - це часові виміри", - пояснює проф. Анджей Драган. З точки зору такого спостерігача, частинка "старіє" незалежно в кожному з трьох часів. Але з нашої точки зору - освітлених їдців хліба - це має вигляд одночасного руху в усіх напрямках простору, тобто поширення квантово-механічної сферичної хвилі, пов'язаної з часткою", - коментує проф. Кшиштоф Туржиньський, співавтор статті.
Це, як пояснює проф. Анджей Драган, відповідно до принципу Гюйгенса, сформульованого у 18 столітті, згідно з яким кожна точка, досягнута хвилею, стає джерелом нової сферичної хвилі. Спочатку цей принцип застосовувався тільки до світлової хвилі, але квантова механіка поширила його на всі інші форми матерії.
Як доводять автори публікації, включення в опис надсвітлових спостерігачів вимагає створення нового визначення швидкості та кінематики. "Це нове визначення зберігає постулат Ейнштейна про сталість швидкості світла у вакуумі навіть для надсвітлових спостерігачів", - доводять автори статті. "Тому наша розширена спеціальна відносність не здається особливо екстравагантною ідеєю", - додає Драган.
Як змінюється опис світу, в який ми вводимо надсвітлові спостерігачі? Після врахування надсвітлових рішень світ стає недетермінованим, частинки - замість того, щоб рухатися за однією - починають рухатися за багатьма траєкторіями одночасно, відповідно до квантового принципу суперпозиції.
"Для надсвітлового спостерігача класична ньютонівська точкова частинка перестає мати сенс, і поле стає єдиною величиною, яку можна використовувати для опису фізичного світу", - зазначає Анджей Драган. "Донедавна було прийнято вважати, що постулати, які лежать в основі квантової теорії, є фундаментальними і не можуть бути виведені з чогось більш фундаментального. У цій роботі ми показали, що обґрунтування квантової теорії, яке використовує розширену відносність, може бути природним чином узагальнене на 1 + 3 просторовий час, і таке розширення призводить до висновків, які постулюються квантовою теорією поля", - пишуть автори публікації.
Тому здається, що всі частинки мають незвичайні властивості в розширеній спеціальній відносності. Чи працює це навпаки? Чи можемо ми виявити частинки, які є звичайними для надсвітлових спостерігачів, тобто частинки, що рухаються відносно нас із надсвітловими швидкостями?
"Усе не так просто", - каже проф. Кшиштоф Туржиньський. "Саме по собі експериментальне відкриття нової фундаментальної частинки - це подвиг, гідний Нобелівської премії, який здійснили у великій дослідницькій групі з використанням новітніх експериментальних методів. Однак ми сподіваємося застосувати наші результати для кращого розуміння явища спонтанного порушення симетрії, пов'язаного з масою частинки Хіггса та інших частинок Стандартної моделі, особливо в ранньому Всесвіті".
Анджей Драган додає, що найважливішим інгредієнтом будь-якого механізму спонтанного порушення симетрії є тахіонне поле. Схоже, що надсвітлові явища можуть відігравати ключову роль у механізмі Хіггса.
Коментарі
Дописати коментар