20世紀初頭、アルバート・アインシュタインは、時間と空間に対する人々の認識を完全に変えました。
二原理と特殊相対論
物理学者はこの世界のビジョンを定式化した1905 年にアルバート・アインシュタインが提唱した特殊相対性理論。 「アインシュタインによれば」時間と空間は、一部の方程式の符号が異なるだけです。
一般に、物理学者は、ガリレオの相対性原理と光速度の不変性という 2 つの仮定に基づいて彼の特殊相対性理論を構築しました。
- によるとガリレオの相対性原理、力学の法則はすべて同じです慣性基準システム。これは、ニュートンの第 2 法則と第 3 法則の数学的形式は、ある慣性座標系から別の慣性座標系に移動しても変化しないことを意味します。
- によると光速不変の原理、空間内の光の速度は、すべての慣性座標系で同じであり、光源や受信機の動きには依存しません。
科学者たちは何をテストしたかったのですか?
新しい研究の著者らは特別な注意を払っているは、各慣性系で同じ物理法則が機能し、すべての慣性観測者が等しいことを前提とする最初の原理に注目しました。通常、光速よりも遅い速度で相対的に移動する観測者に適用されることは注目に値します。しかし、記述された物理システムに対して高速で移動する観察者が同じことを経験しないという根本的な理由はありません。この仮説は新しい研究の基礎となりました。
物理学者たちは、（もちろん今のところは）チェックすることにしました。理論的には)、超光速基準系から世界を観察すると何が起こるでしょうか。おそらくこれにより、量子力学の基本原理を特殊相対性理論に組み込むことが可能になるでしょう。この革命的な仮説の著者は、オックスフォード大学のアンジェイ・ドラガン教授とアーサー・エッカート教授です。
主な質問
科学者たちは、私たちの世界をどのように見るか疑問に思いました真空中を光速より速く移動する観測者。彼らは、決定論的な原因なしに自発的に発生する現象だけでなく、複数の経路を同時に移動する粒子も観測すると想定していました。
さらに、物理学者は、その概念自体が時間は違っていただろう。したがって、超光速世界は 3 つの時間次元と 1 つの空間次元によって特徴付けられることになります。同時に、それは場の理論という使い慣れた言語で説明する必要があるが、超光速観測者の存在は論理的には科学と矛盾しないことが判明した。これは、超光速天体が実際に存在することを意味します。科学者たちはこれを確認することにしました。
著者はコンセプトから進めます私たちの物理的現実に対応する時空: 3 つの空間次元と 1 つの時間次元。しかし、超光速観測者の観点から見ると、この世界の 1 つの次元だけが、粒子が移動できる空間的性質を保持しています。他の 3 つは時間の次元です
このような観察者の観点から見ると、粒子は3 回のそれぞれで独立して「熟成」します。しかし、私たちにとって、それは空間の全方向への同時の動きのように見えます。粒子に伴う量子力学的球面波の伝播。
量子波のアーティストのアイデア。写真：maxpixel.net
これはホイヘンスの原理に対応します。18 世紀に定式化され、波が到達した各点が新しい球状波の源となるというものです。もともとそれは光波にのみ適用されていましたが、量子力学はそれを他の形態の物質にも拡張しました。
その結果、説明に含める超光速観測者は、速度と運動学の新しい定義を作成する必要があります。これは、超光速観測者であっても、真空中の光速度の一定性に関するアインシュタインの仮説を維持します。したがって、彼らの拡張された特殊相対性理論はそれほど「贅沢なアイデア」ではないようだと科学者たちは説明しています。
これは世界をどのように変えますか？
超光速解を考慮すると、世界は非決定論的になり、粒子は重ね合わせの量子原理に従って複数の軌道に沿って同時に移動します。
決定論の原理によれば、特定の時点での機械システムの状態を特徴付ける量と、その後の (または前の) 時点でのこれらの量の値との間の厳密で明確な関係。
決定論の世界では、自然の法則だけでなく、必然的に前例によっても引き起こされます。プロセスの厳密な決定論は、明確な事前決定として理解されます。つまり、各効果には厳密に定義された原因があります。その結果、拡張相対性理論によれば、私たちの現実は予測不可能になります。
実際、超光速の場合、観察者にとって、古典力学の法則に従って存在する粒子は意味を失い、場が物理世界を記述するために使用できる唯一の量になります。
4 次元を反映するフラクタルのアーティストのアイデア。写真：maxpixel.net
最近まで、次のように信じられていました量子論のまさに基礎を形成する原理は基本的なものです。しかし、科学者らによる思考実験により、拡張相対性理論を用いた量子論の正当性は、4次元（時空1+3）の概念によって一般化できることが示された。この拡張は、相対性理論を場の量子理論によって仮定される含意に結び付けます。
結果はどうなりましたか?
したがって、拡張スペシャルでは相対性理論によれば、すべての粒子は異常な特性を持っているようです。しかし、それは逆に機能するのでしょうか？超光速観測者に共通する粒子、つまり私たちに対して超光速で移動する粒子を見つけることは可能でしょうか?
残念ながら、それはそれほど単純ではありません、と科学者たちは説明します。新しい基礎粒子を実験的に発見するだけでも、すでに偉業です。しかし科学者たちは、この研究結果を利用して、標準模型、特に初期宇宙におけるヒッグス粒子やその他の粒子の質量に関連する自発的対称性の破れ現象をより深く理解したいと依然として望んでいる。
自発的なメカニズムの重要な要素対称性の破れはタキオン場です。おそらく、ヒッグス機構（弱い力を運ぶ粒子がどのように質量を獲得するかを説明する理論）において重要な役割を果たすのは超光速現象である。
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