|
Относительность сверхсветовых наблюдателей в пространстве-времени
|
|
|
|
Как бы увидели наш мир наблюдатели, движущиеся быстрее скорости света в вакууме? Такая картина явно отличалась бы от того, с чем мы сталкиваемся каждый день. «Мы должны ожидать увидеть не только явления, которые происходят спонтанно, без детерминированной причины, но и частицы, путешествующие одновременно по нескольким путям», — утверждают теоретики из университетов Варшавы и Оксфорда. Также само понятие времени было бы полностью преобразовано — сверхсветовой мир должен был бы характеризоваться тремя временными измерениями и одним пространственным измерением, и его нужно было бы описать на знакомом языке теории поля. Выходит, что наличие таких сверхсветовых наблюдателей не приводит ни к чему логически противоречивому, более того, вполне возможно, что сверхсветовые объекты действительно существуют.
|
|
|
|
В начале 20 века Альберт Эйнштейн полностью изменил наше восприятие времени и пространства. Трехмерное пространство обрело четвертое измерение — время, и понятия времени и пространства, до сих пор разделенные, стали трактоваться как единое целое. «В специальной теории относительности, сформулированной в 1905 году Альбертом Эйнштейном, время и пространство различаются только знаком в некоторых уравнениях», — объясняет проф. Анджей Драган, физик с физического факультета Варшавского университета и Центра квантовых технологий Национального университета Сингапура.
|
|
|
Эйнштейн основывал свою специальную теорию относительности на двух предположениях: принципе относительности Галилея и постоянстве скорости света. Как утверждает Анджей Драган, решающим является первый принцип, который предполагает, что в каждой инерциальной системе действуют одни и те же законы физики и все инерциальные наблюдатели равны. «Обычно этот принцип применяется к наблюдателям, которые движутся друг относительно друга со скоростями, меньшими скорости света (с). Однако нет фундаментальной причины, по которой наблюдатели, движущиеся относительно описываемых физических систем со скоростями, большими скорости света не должны подвергаться этому», — утверждает Драган.
|
|
|
|
Что произойдет, если мы предположим — по крайней мере теоретически — что мир можно наблюдать из сверхсветовых систем отсчета? Есть шанс, что это позволит включить основные принципы квантовой механики в специальную теорию относительности. Эта революционная гипотеза проф. Анджей Драган и проф. Артур Экерт из Оксфордского университета представил впервые в статье «Квантовый принцип относительности», опубликованной два года назад в New Journal of Physics. Там они рассмотрели упрощенный случай обоих семейств наблюдателей в пространстве-времени, состоящем из двух измерений: одного пространственного и одного временного. В своей последней публикации в журнале Classical and Quantum Gravity под названием «Относительность сверхсветовых наблюдателей в пространстве-времени 1 + 3» группа из 5 физиков идет еще дальше, представляя выводы о полном четырехмерном пространстве-времени.
|
|
|
|
Авторы исходят из концепции пространства-времени, соответствующего нашей физической реальности: с тремя пространственными измерениями и одним временным измерением. Однако с точки зрения сверхсветового наблюдателя только одно измерение этого мира сохраняет пространственный характер, то, по которому могут двигаться частицы. «Остальные три измерения — это измерения времени», — объясняет проф. Анджей Драган. «С точки зрения такого наблюдателя частица «стареет» независимо в каждом из трех времен. Но с нашей точки зрения — освещенных хлебоедов — это выглядит как одновременное движение во всех направлениях пространства, т. квантово-механическая сферическая волна, связанная с частицей», — комментирует проф. Кшиштоф Туржинский, соавтор статьи.
|
|
|
|
Это, как поясняет проф. Анджеем Драганом, в соответствии с сформулированным в 18 веке принципом Гюйгенса, согласно которому каждая точка, достигаемая волной, становится источником новой сферической волны. Первоначально этот принцип применялся только к световой волне, но квантовая механика распространила его на все другие формы материи. Как доказывают авторы публикации, включение в описание сверхсветовых наблюдателей требует создания нового определения скорости и кинематики. «Это новое определение сохраняет постулат Эйнштейна о постоянстве скорости света в вакууме даже для сверхсветовых наблюдателей», — доказывают авторы статьи. «Поэтому наша расширенная специальная теория относительности не кажется особенно экстравагантной идеей», — добавляет Драган.
|
|
|
|
Как меняется описание мира, в которое мы вводим сверхсветовых наблюдателей? После учета сверхсветовых решений мир становится недетерминированным, частицы — а не по одной — начинают двигаться сразу по множеству траекторий, в соответствии с квантовым принципом суперпозиции. «Для сверхсветового наблюдателя классическая ньютоновская точечная частица перестает иметь смысл, и поле становится единственной величиной, которую можно использовать для описания физического мира», — отмечает Анджей Драган. «До недавнего времени считалось, что постулаты, лежащие в основе квантовой теории, являются фундаментальными и не могут быть выведены из чего-либо более фундаментального. В этой работе мы показали, что обоснование квантовой теории с помощью расширенной теории относительности может быть естественным образом обобщено на пространство-время 1 + 3 и такое расширение приводит к выводам, постулируемым квантовой теорией поля», — пишут авторы публикации.
|
|
|
|
Таким образом, в расширенной специальной теории относительности кажется, что все частицы обладают экстраординарными свойствами. Это работает наоборот? Можем ли мы обнаружить обычные для сверхсветовых наблюдателей частицы, т.е. частицы, движущиеся относительно нас со сверхсветовыми скоростями? «Это не так просто, — говорит проф. Кшиштоф Туржинский. «Просто экспериментальное открытие новой фундаментальной частицы — это подвиг, достойный Нобелевской премии и выполнимый большой исследовательской группой с использованием новейших экспериментальных методов. Однако мы надеемся применить наши результаты для лучшего понимания явления спонтанного нарушения симметрии. связано с массой частицы Хиггса и других частиц в Стандартной модели, особенно в ранней Вселенной». Анджей Драган добавляет, что ключевым компонентом любого механизма спонтанного нарушения симметрии является тахионное поле. Представляется, что сверхсветовые явления могут играть ключевую роль в механизме Хиггса.
|
|
|
|
Источник
|
