Теория относительности Эйнштейна: люди еще не умеют двигаться со скоростью света. Однако авторы нового исследования решили узнать, что же увидят эти наблюдатели. Компания High Tech поделилась подробностями о новом эксперименте.
В начале 20 века Альберт Эйнштейн произвел революцию в представлениях людей о времени и пространстве, переосмыслив природу этих концепций. Он предложил время как четвертое измерение вместо обычных трех измерений пространства. Да, вообще, существующие самостоятельно понятия времени и пространства стали трактоваться как единое целое.
Два принципа и специальная теория относительности
- Согласно принципам относительности Галилея, законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Это означает, что математическая форма второго и третьего законов Ньютона не меняется при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой.
- Согласно принципу постоянства скорости света, скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит от движения источника света и приемника.
Что хотели проверить ученые
Авторы нового исследования сосредоточились конкретно на основных принципах, которые предполагают, что одни и те же физические законы применимы к каждой инерциальной системе и что все инерциальные наблюдатели равны. Примечательно, что это обычно применимо к наблюдателям, движущимся относительно друг друга со скоростью, меньшей скорости света. Однако не существует фундаментальной причины, по которой наблюдатель, движущийся с большой скоростью относительно описываемой физической системы, не испытал бы того же самого. Эта гипотеза легла в основу нового исследования.
Физики решили изучить (разумеется, пока теоретически), что произойдет, если мы будем наблюдать мир из сверхсветовой системы отсчета. Возможно, это позволит включить фундаментальные принципы квантовой механики в специальную теорию относительности. Авторами этой революционной гипотезы являются профессора Анджей Драган и Артур Эккерт из Оксфордского университета.
Главные вопросы
Ученые хотят знать, как наблюдатель, путешествующий в вакууме со скоростью, превышающей скорость света, увидит наш мир. Они предположили, что будут наблюдать не только явления, возникающие спонтанно без детерминированной причины, но и частицы, движущиеся по нескольким путям одновременно.
Кроме того, физики полагают, что понятие времени будет другим. Таким образом, мир, скорость которого превышает скорость света, характеризуется тремя временными измерениями и одним пространственным измерением. При этом его необходимо описывать привычным языком теории поля. Оказывается, существование наблюдателей, движущихся быстрее скорости света, логически не противоречит науке. Это означает, что объекты, скорость которых превышает скорость света, действительно существуют. Ученые решили проверить это.
Авторы исходят из концепции пространства-времени, соответствующей нашей физической реальности: с тремя пространственными измерениями и одним временным измерением. Однако с точки зрения наблюдателя, движущегося быстрее скорости света, только одно измерение этого мира сохраняет свой пространственный характер: измерение, по которому могут двигаться частицы. Остальные три — временные измерения
С точки зрения такого наблюдателя, частицы «стареют» независимо в каждом из этих трех периодов времени. Но для нас это выглядит как одновременное движение во всех направлениях в пространстве, распространение квантовомеханической сферической волны, связанной с частицами.
Это согласуется с принципом Гюйгенса, предложенным в XVIII веке, согласно которому каждая точка, до которой достигает волна, становится источником новой сферической волны. Первоначально оно применялось только к световым волнам, но квантовая механика распространила его и на другие формы материи.
Поэтому включение в описание сверхсветовых наблюдателей требует создания новых определений скорости и кинематики. Он сохраняет предположение Эйнштейна о том, что скорость света в вакууме постоянна даже для сверхсветовых наблюдателей. Поэтому ученые объясняют, что их расширенная теория относительности не выглядит «экстравагантной идеей.
Как это меняет мир
После объяснения решения о скорости, превышающей скорость света, мир становится неопределенным: частицы движутся одновременно по нескольким траекториям в соответствии с принципом квантовой суперпозиции.
Согласно принципу детерминизма, существует строгая однозначная связь между величинами, характеризующими состояние механической системы в данный момент времени, и значениями этих величин в любой последующий (или предыдущий) момент времени.
В детерминированном мире каждое событие обязательно вызвано предыдущими событиями и законами природы. Под строгим детерминизмом процесса мы подразумеваем явное предопределение того, что каждое следствие имеет строго определенную причину. В результате, согласно расширенной теории относительности, наша реальность становится неопределенной и напоминает хаос.
Фактически для сверхсветовых наблюдателей частицы, живущие по законам классической механики, больше не имеют смысла, и поля становятся единственными величинами, которые можно использовать для описания физического мира.
До недавнего времени принципы, лежащие в основе квантовой теории, считались фундаментальными. Однако мысленный эксперимент ученых показал, что использование расширенной теории относительности для обоснования квантовой теории можно обобщить с помощью концепции четырех измерений (пространство-время 1+3). Это расширение связывает теорию относительности с выводами, постулируемыми квантовой теорией поля.
Теория относительности: что в итоге
Таким образом, в расширенной специальной теории относительности все частицы обладают необычайными свойствами. Но разве наоборот? Возможно ли нам найти частицы, общие для тахионных наблюдателей, т е те, которые движутся относительно нас со скоростью, превышающей скорость света?
К сожалению, объясняют ученые, все не так просто. Открытие новых элементарных частиц только посредством эксперимента — это подвиг. Однако ученые все еще надеются использовать полученные результаты, чтобы лучше понять явления спонтанного нарушения симметрии, связанные с массой бозона Хиггса и других частиц в Стандартной модели, особенно в ранней Вселенной.
Ключевым компонентом любого механизма спонтанного нарушения симметрии является тахионное поле. Возможно, сверхсветовые явления играют ключевую роль в механизме Хиггса (теории, описывающей, как слабые частицы-носители силы приобретают массу).
Статьи по теме:
