Який вигляд мав би Всесвіт, якби ви перевищили швидкість світла

Ніщо не може рухатися швидше за світло. Це правило фізики, вплетене в саму структуру спеціальної теорії відносності Ейнштейна. Що швидше щось рухається, то ближче воно до перспективи зупинки часу. Ще швидше, і ви зіткнетеся з проблемою повернення часу назад, що порушить уявлення про причинність.

Але дослідники з Варшавського університету в Польщі та Національного університету Сінгапуру розширили межі відносності та створили систему, яка не суперечить наявній фізиці та навіть може вказати шлях до нових теорій. Роботу було опубліковано в журналі Classical and Quantum Gravity.

Про це пише видання ScienceAlert.

Дослідники придумали "розширення спеціальної відносності", яке об'єднує три виміри часу з одним виміром простору ("простір-час 1+3"), на відміну від звичних нам трьох просторових вимірів й одного виміру часу.

Ця нова робота не створює якихось серйозних логічних невідповідностей, а лише додає додаткові докази на користь того, що об'єкти цілком можуть рухатися швидше за світло без повного порушення наявних законів фізики.

"Немає жодних фундаментальних причин, через які спостерігачі, що рухаються відносно описуваних фізичних систем зі швидкостями, що перевищують швидкість світла, не повинні зазнавати її впливу", - каже фізик Анджей Драган з Варшавського університету.

Це нове дослідження ґрунтується на попередній роботі тих самих дослідників, які стверджують, що надсвітлові перспективи можуть допомогти зв'язати квантову механіку та спеціальну теорію відносності Ейнштейна - дві гілки фізики, які наразі не можуть бути узгоджені в єдину всеосяжну теорію, що описує гравітацію так само, як ми пояснюємо інші сили.

У рамках цієї теорії частинки більше не можуть бути змодельовані як точкові об'єкти, як це можна було б зробити в більш мирській тривимірній (плюс час) перспективі Всесвіту.

Замість цього, щоб зрозуміти, що можуть бачити спостерігачі та як можуть поводитися надсвітлові частинки, нам доведеться звернутися до тих видів теорій поля, які лежать в основі квантової фізики.

Згідно з цією новою моделлю, надсвітлові об'єкти виглядатимуть як частинки, що розширюються в просторі подібно до бульбашки - не так, як хвилі в полі. Високошвидкісний об'єкт, з іншого боку, "переживав" би кілька різних часових ліній.

Незважаючи на це, швидкість світла у вакуумі залишиться постійною навіть для тих спостерігачів, які рухаються швидше за неї, що зберігає один із фундаментальних принципів Ейнштейна - принцип, про який раніше думали тільки щодо спостерігачів, які рухаються повільніше за швидкість світла (як усі ми).

"Це нове визначення зберігає постулат Ейнштейна про сталість швидкості світла у вакуумі навіть для надсвітлових спостерігачів", - каже Драган.

"Тому наша розширена спеціальна відносність не здається особливо екстравагантною ідеєю".

Однак дослідники визнають, що перехід до моделі простору-часу 1+3 порушує деякі нові питання, хоча й дає відповіді на інші. Вони припускають, що необхідно розширити теорію спеціальної відносності, щоб включити в неї більш швидкі, ніж світло, системи відліку.

Для цього цілком може знадобитися запозичення з квантової теорії поля - комбінації понять зі спеціальної теорії відносності, квантової механіки і класичної теорії поля (мета якої - передбачити, як фізичні поля будуть взаємодіяти одне з одним).

Якщо фізики мають рацію, то в розширеній спеціальній теорії відносності всі частинки Всесвіту матимуть незвичайні властивості.

Одне з питань, порушених дослідженням, полягає в тому, чи зможемо ми коли-небудь спостерігати цю розширену поведінку - але для відповіді на нього знадобиться набагато більше часу й набагато більше вчених.

"Саме по собі експериментальне відкриття нової фундаментальної частинки - це подвиг, гідний Нобелівської премії, здійснений великою дослідницькою групою з використанням новітніх експериментальних методів", - каже фізик Кшиштоф Туржиньський з Варшавського університету.

"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", - зазначив він.

На русском