Naukowcy mają nadzieję, że ich odkrycia przyczynią się do lepszego zrozumienia zjawiska spontanicznego łamania symetrii związanego z masą cząstki Higgsa i innych cząstek w Modelu Standardowym, szczególnie we wczesnym wszechświecie.
W jaki sposób nasz świat może być widziany przez obserwatorów poruszających się szybciej niż światło w próżni? Zdaniem teoretyków z Uniwersytetu Warszawskiego i Oksfordzkiego taki pogląd różniłby się od tego, z czym spotykamy się na co dzień, nie tylko ze zjawiskami spontanicznymi, ale także z cząstkami poruszającymi się wieloma ścieżkami jednocześnie.
Co więcej, całkowicie zmieniłoby się samo pojęcie czasu – nadświetlny świat musiałby mieć trzy wymiary czasu i jeden wymiar przestrzenny i powinien być opisany znanym językiem teorii pola. Okazuje się, że istnienie takich superobserwatorów nie prowadzi do niczego logicznie niespójnego, co więcej, jest całkiem możliwe, że superjasne obiekty naprawdę istnieją.
„Na początku XX wieku Albert Einstein na nowo zdefiniował sposób, w jaki postrzegamy czas i przestrzeń. Przestrzeń trójwymiarowa zyskała czwarty wymiar – czas, a pojęcia przestrzeni i czasu, dotychczas odrębne, zaczęto traktować jako całość. W szczególna teoria względności sformułowana przez Alberta Einsteina w 1905 r., Czas i przestrzeń różnią się tylko znakiem w niektórych równaniach” – wyjaśnia profesor Andrei Dragan, fizyk z Wydziału Fizyki UW Uniwersytet Warszawski Centrum Technologii Kwantowych Narodowy Uniwersytet w Singapurze.
Einstein oparł swoją szczególną teorię względności na dwóch założeniach – zasadzie względności Galileusza i niezmienności prędkości światła. Jak argumentuje Andrzej Dragan, kluczowa jest pierwsza zasada, która głosi, że w każdym układzie inercjalnym prawa fizyki są takie same, a wszyscy obserwatorzy inercjalni są równi.
Zwykle zasada ta dotyczy obserwatorów, którzy poruszają się względem siebie z prędkościami mniejszymi niż prędkość światła (c). Nie ma jednak fundamentalnego powodu, dla którego obserwatorzy poruszający się względem opisywanych układów fizycznych z prędkościami większymi od prędkości światła nie mieliby być temu poddawani – mówi Dragan.
Co się stanie, gdy założymy – przynajmniej w teorii – że świat można zobaczyć z ultrajasnych układów odniesienia? Istnieje możliwość, że pozwoliłoby to na zintegrowanie podstawowych zasad mechaniki kwantowej ze szczególną teorią względności. Ta rewolucyjna hipoteza prof. Andrzeja Dragana i prof. Artura Ekerta z Oxford University Po raz pierwszy została ona zaprezentowana w artykule „The Principle of Quantum Relativity” opublikowanym dwa lata temu w r Nowy Dziennik Fizyki.
Rozważali tam uproszczony przypadek obu rodzin obserwatorów w czasoprzestrzeni składającej się z dwóch wymiarów: przestrzennego i czasowego. W swojej najnowszej publikacji „Relativity of Super-observers in Spacetime 1 + 3” grupa 5 fizyków idzie o krok dalej – przedstawiając wnioski dotyczące pełnej czterowymiarowej czasoprzestrzeni. Autorzy wychodzą od koncepcji czasoprzestrzeni odpowiadającej naszej fizycznej rzeczywistości: z trzema wymiarami przestrzennymi i jednym wymiarem czasowym.
Jednak z punktu widzenia superobserwatora tylko jeden wymiar tego świata zachowuje charakter przestrzenny, wymiar, po którym cząstki mogą się poruszać.
„Pozostałe trzy wymiary to wymiary czasowe” – wyjaśnia profesor Andrei Dragan.
„Z punktu widzenia tego obserwatora cząsteczka „starzeje się” niezależnie za każdym z trzech okresów. Natomiast z naszego punktu widzenia – świetlistych chlebożerców – wygląda to na jednoczesny ruch we wszystkich kierunkach przestrzeni, czyli propagację kwantowo-mechanicznej fali sferycznej związanej z cząstką” – komentuje prof. Krzysztof Torzyński, współautor pracy.
Dzieje się tak, jak wyjaśnia prof. Andrzej Dragan, zgodnie ze sformułowaną już w XVIII wieku zasadą Huygensa, zgodnie z którą każdy punkt, do którego dociera fala, staje się źródłem nowej fali sferycznej. Zasada ta była początkowo stosowana tylko do fali świetlnej, ale mechanika kwantowa rozszerzyła tę zasadę na wszystkie inne formy materii.
Jak pokazują autorzy publikacji, włączenie supermonitorów do opisu wymaga stworzenia nowej definicji prędkości i kinetyki. – Ta nowa definicja podtrzymuje założenie Einsteina o stałości prędkości światła w próżni nawet dla superobserwatorów – dowodzą autorzy artykułu. „Więc nasz rozszerzony współczynnik specjalny nie brzmi jak szczególnie ekstrawagancki pomysł” — dodaje Dragan.
Jak zmienia się opis świata, do którego wprowadzamy Super-Obserwatorów? Po uwzględnieniu rozwiązań nadświetlnych świat staje się niedeterministyczny, cząstki – zamiast jedna po drugiej – zaczynają poruszać się po wielu trajektoriach jednocześnie, zgodnie z kwantową zasadą superpozycji.
Andrzej Dragan zauważa: „Dla obserwatora znajdującego się ponad jasnością klasyczna Newtonowska cząstka punktowa przestaje mieć sens, a pole staje się jedyną wielkością, za pomocą której można opisać świat fizyczny”.
Do niedawna powszechnie uważano, że podstawowe założenia teorii kwantowej są fundamentalne i nie można ich wyprowadzić z niczego bardziej fundamentalnego. W tej pracy pokazaliśmy, że uzasadnienie teorii kwantowej za pomocą rozszerzonej teorii względności daje się w naturalny sposób uogólnić na czasoprzestrzeń 1 + 3 i to rozszerzenie prowadzi do wniosków postulowanych przez kwantową teorię pola” – piszą autorzy wpisu.
Dlatego wszystkie cząstki wydają się mieć coś nadprzyrodzonego – kwantowego! – Własności w rozszerzonej szczególnej teorii względności. Czy pracujesz w przeciwnym kierunku? Czy możemy wykryć normalne cząstki o nadświetlności, to znaczy cząstki, które poruszają się względem nas z nadświetlnymi prędkościami?
– To nie takie proste – mówi prof. Krzysztof Turzyński.
„Abstrakcyjne eksperymentalne odkrycie nowej cząstki elementarnej to wyczyn godny nagrody Nobla, który można osiągnąć w dużym zespole badawczym przy użyciu najnowszych technik eksperymentalnych. Mamy jednak nadzieję, że nasze wyniki zostaną zastosowane do lepszego zrozumienia zjawiska spontanicznego łamania symetrii” związane z masą cząstki Higgsa i innych cząstek w Modelu Standardowym, zwłaszcza we wczesnym Wszechświecie”.
Andrzej Dragan dodaje, że kluczowym składnikiem każdego mechanizmu spontanicznego łamania symetrii jest pole tachionowe. Wydaje się, że zjawiska nadświetlne mogą odgrywać główną rolę w mechanizmie Higgsa.
Źródło: „Relativity of super-observers in space-time 1 + 3” autorstwa Andrzeja Dragana, Kacpra Dębskiego, Szymona Charzyńskiego, Krzysztofa Turzyńskiego i Artura Ekerta, 30 grudnia 2022 r., Dostępne tutaj. Grawitacja klasyczna i ilościowa.
DOI: 10.1088/1361-6382/acad60
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
