Na początku XX wieku Albert Einstein całkowicie zmienił postrzeganie czasu i przestrzeni przez ludzi, dokonując rewizji
Dwie zasady i szczególna teoria względności
Fizyk sformułował taką wizję świataw szczególnej teorii względności w 1905 roku przez Alberta Einsteina. Czas i przestrzeń „według Einsteina” w niektórych równaniach różnią się jedynie znakiem.
Ogólnie rzecz biorąc, fizyk oparł swoją szczególną teorię względności na dwóch założeniach: zasadach względności Galileusza i stałości prędkości światła.
- WedługZasada względności Galileusza, prawa mechaniki są we wszystkich takie sameinercyjne układy odniesienia. Oznacza to, że matematyczna postać drugiej i trzeciej zasady Newtona nie zmienia się przy przejściu z jednego inercjalnego układu odniesienia do drugiego.
- Wedługzasada stałości prędkości światła, prędkość światła w próżni jest taka sama we wszystkich inercjalnych układach odniesienia i nie zależy od ruchu źródeł i odbiorników światła.
Co naukowcy chcieli przetestować?
Autorzy nowego badania zwracają na to szczególną uwagęzwrócono uwagę na pierwszą zasadę, która zakłada, że w każdym układzie inercjalnym obowiązują te same prawa fizyki i wszyscy obserwatorzy inercjalni są sobie równi. Warto zauważyć, że stosuje się go zwykle do obserwatorów, którzy poruszają się względem siebie z prędkościami mniejszymi niż prędkość światła. Nie ma jednak zasadniczego powodu, dla którego obserwatorzy poruszający się względem opisanych układów fizycznych z dużymi prędkościami nie doświadczyliby tego samego. Postulat ten stał się podstawą nowego badania.
Fizycy postanowili sprawdzić (oczywiście na razieteoretycznie), co się stanie, jeśli będziemy obserwować świat z nadświetlnych układów odniesienia. Być może pozwoli to na włączenie podstawowych zasad mechaniki kwantowej do szczególnej teorii względności. Autorami hipotezy rewolucyjnej są profesorowie Andrzej Dragan i Arthur Eckert z Uniwersytetu Oksfordzkiego.
Główne pytania
Naukowcy zastanawiali się, jak zobaczą nasz światobserwatorów, którzy poruszają się szybciej niż prędkość światła w próżni. Założyli, że będą obserwować nie tylko zjawiska zachodzące spontanicznie, bez deterministycznej przyczyny, ale także cząstki poruszające się po kilku ścieżkach jednocześnie.
Ponadto fizycy uważają, że sama koncepcjaczas byłby inny. Zatem świat nadświetlny charakteryzowałby się trzema wymiarami czasowymi i jednym przestrzennym. Jednocześnie należałoby to opisać znanym językiem teorii pola. Okazuje się, że obecność obserwatorów nadświetlnych logicznie rzecz biorąc nie jest sprzeczna z nauką. Oznacza to, że obiekty nadświetlne naprawdę istnieją. Naukowcy postanowili to sprawdzić.
Autorzy wychodzą od koncepcjiczasoprzestrzeń odpowiadająca naszej rzeczywistości fizycznej: z trzema wymiarami przestrzennymi i jednym wymiarem czasowym. Jednak z punktu widzenia nadświetlnego obserwatora tylko jeden wymiar tego świata zachowuje charakter przestrzenny, po którym mogą poruszać się cząstki. Pozostałe trzy to wymiary czasu
Z punktu widzenia takiego obserwatora cząstka„starzeje się” niezależnie w każdym z trzech razy. Ale dla nas wygląda to na równoczesny ruch we wszystkich kierunkach przestrzeni, tj. propagacja kwantowo-mechanicznej fali sferycznej związanej z cząstką.
Pomysł artysty na fale kwantowe. Zdjęcie: maxpixel.net
Odpowiada to zasadzie Huygensa,sformułowane w XVIII wieku, zgodnie z którym każdy punkt, do którego dociera fala, staje się źródłem nowej fali sferycznej. Pierwotnie stosowano ją tylko do fal świetlnych, ale mechanika kwantowa rozszerzyła ją na inne formy materii.
W efekcie uwzględnienie w opisieobserwatorów nadświetlnych wymaga stworzenia nowej definicji prędkości i kinematyki. Zachowuje postulat Einsteina o stałości prędkości światła w próżni, nawet dla obserwatorów nadświetlnych. Dlatego ich rozszerzona szczególna teoria względności nie wydaje się aż tak „ekstrawagancką ideą” – wyjaśniają naukowcy.
Jak to zmienia świat?
Po uwzględnieniu rozwiązań nadświetlnych świat staje się niedeterministyczny, a cząstki poruszają się jednocześnie po wielu trajektoriach, zgodnie z kwantową zasadą superpozycji.
Zgodnie z zasadą determinizmu takścisły jednoznaczny związek między wielkościami charakteryzującymi stan układu mechanicznego w danym momencie a wartościami tych wielkości w dowolnym późniejszym (lub poprzednim) momencie.
W świecie determinizmu każde zdarzenie zz konieczności spowodowane przez poprzednika, jak również przez prawa natury. Sztywny determinizm procesów rozumiany jest jako jednoznaczna predeterminacja, czyli każdy skutek ma ściśle określoną przyczynę. W rezultacie, zgodnie z rozszerzoną teorią względności, nasza rzeczywistość staje się nieprzewidywalna.
Właściwie dla nadświetlnegoobserwatora cząstka żyjąca według praw mechaniki klasycznej przestaje mieć sens, a pole staje się jedyną wielkością, którą można opisać świat fizyczny.
Pomysł artysty na fraktal, który odzwierciedla czwarty wymiar. Zdjęcie: maxpixel.net
Do niedawna tak uważanoZasady stanowiące podstawę teorii kwantowej są fundamentalne. Jednak eksperyment myślowy przeprowadzony przez naukowców wykazał: uzasadnienie teorii kwantowej za pomocą rozszerzonej teorii względności można uogólnić poprzez koncepcję czterech wymiarów (przestrzeń i czasoprzestrzeń 1+3). To rozszerzenie łączy teorię względności z implikacjami postulowanymi przez kwantową teorię pola.
Jaki jest wynik?
Zatem w rozszerzonym wydaniu specjalnymWedług teorii względności wszystkie cząstki wydają się mieć niezwykłe właściwości. Ale czy to działa w drugą stronę? Czy możliwe jest znalezienie cząstek typowych dla obserwatorów nadświetlnych, czyli takich, które poruszają się względem nas z prędkością ponadświetlną?
Niestety, nie jest to takie proste – wyjaśniają naukowcy.Samo eksperymentalne odkrycie nowej cząstki podstawowej jest już wyczynem. Naukowcy w dalszym ciągu mają jednak nadzieję, że wyniki badań wykorzystają do lepszego zrozumienia zjawisk spontanicznego łamania symetrii związanych z masą bozonu Higgsa i innych cząstek Modelu Standardowego, szczególnie we wczesnym Wszechświecie.
Kluczowy element każdego mechanizmu spontanicznegoNaruszeniem symetrii jest pole tachionowe. Być może to właśnie zjawiska nadświetlne odgrywają kluczową rolę w mechanizmie Higgsa (teorii opisującej, w jaki sposób cząstki nośnika oddziaływania słabego nabywają masę).
Czytaj więcej:
Okazało się, jak stara jest woda, którą dziś pijemy
17-letni inżynier wymyślił silnik bez magnesu: można go stosować w pojazdach elektrycznych
Niedaleko Ziemi odkryto dwie planety. Być może są zamieszkane