Ніщо не може летіти швидше за світло. Це правило фізики, вплетене в саму тканину спеціальної теорії відносності Ейнштейна. Чим швидше щось відбувається, тим ближче воно наближається до перспективи зупинки часу.
Ідіть ще швидше, і ви зіткнетеся з проблемами реверсування часу, плутаючись із поняттями причинності.
Але дослідники з Варшавського університету в Польщі та Національного університету Сінгапуру тепер розширили межі теорії відносності, щоб створити систему, яка не суперечить існуючій фізиці і навіть може вказати шлях до нових теорій.
Вони придумали «розширення спеціальної теорії відносності», яке поєднує три виміри часу з одним виміром простору («1+3 простір-час»), на відміну від трьох просторових вимірів і одного виміру часу, які ми все звикли.
Замість того, щоб створювати будь-які серйозні логічні неузгодженості, це нове дослідження додає більше доказів на підтримку ідеї про те, що об’єкти цілком можуть рухатися швидше за світло, не порушуючи повністю наші поточні закони фізики.
«Немає фундаментальних причин, чому спостерігачі, які рухаються відносно описаних фізичних систем зі швидкостями, вищими за швидкість світла, не повинні піддаватися цьому», — каже фізик Анджей Драган з Варшавського університету в Польщі.
Це нове дослідження ґрунтується на попередній роботі деяких дослідників, які стверджують, що надсвітлові перспективи можуть допомогти зв’язати квантову механіку зі спеціальною теорією відносності Ейнштейна – двома галузями фізики, які наразі не можуть бути узгоджені в єдину всеосяжну теорію, що описує гравітацію.
Частинки більше не можна моделювати як точкові об’єкти в цій структурі.
Натомість, щоб зрозуміти, що можуть бачити спостерігачі та як може поводитися надсвітлова частинка, нам потрібно було б звернутися до типів теорій поля, які лежать в основі квантової фізики.
Виходячи з цієї нової моделі, надсвітлові об’єкти виглядатимуть як частинки, що розширюються крізь простір, як бульбашка – як хвиля через поле. З іншого боку, високошвидкісний об’єкт «переживе» кілька різних часових шкал.
Незважаючи на це, швидкість світла у вакуумі залишатиметься постійною навіть для тих спостерігачів, які рухаються швидше за неї, що зберігає один із фундаментальних принципів Ейнштейна – принцип, про який раніше думали лише стосовно спостерігачів, які рухаються повільніше, ніж швидкість світла.
«Це нове визначення зберігає постулат Ейнштейна про постійність швидкості світла у вакуумі навіть для надсвітлових спостерігачів», — говорить Драган.
«Тому наша розширена спеціальна теорія відносності не здається особливо екстравагантною ідеєю».
Проте дослідники визнають, що перехід до просторово-часової моделі 1+3 справді викликає деякі нові запитання, хоча й дає відповіді на інші. Вони припускають, що потрібне розширення спеціальної теорії відносності для включення систем відліку, швидших за світло.
Це цілком може включати запозичення з квантової теорії поля: поєднання концепцій спеціальної теорії відносності, квантової механіки та класичної теорії поля (яка має на меті передбачити, як фізичні поля взаємодіятимуть одне з одним).
Якщо фізики праві, у розширеній спеціальної теорії відносності всі частинки Всесвіту мали б надзвичайні властивості.
Одне із запитань, які підняло дослідження, полягає в тому, чи зможемо ми коли-небудь спостерігати таку розширену поведінку чи ні, але відповідь на це потребує набагато більше часу.
Дослідження опубліковано в Classical and Quantum Gravity.