Niets kan sneller gaan dan het licht. Het is een natuurkundige regel die verweven is met de structuur van Einsteins speciale relativiteitstheorie. Hoe sneller iets gaat, hoe dichter het time-frozen perspectief tot stilstand komt.
Ga sneller en je zult problemen tegenkomen met het omkeren van de tijd, knoeien met noties van oorzakelijk verband.
Maar onderzoekers van de Universiteit van Warschau in Polen en de Nationale Universiteit van Singapore hebben nu de grenzen van de relativiteitstheorie verlegd om met een systeem te komen dat niet in tegenspraak is met de huidige natuurkunde en de weg kan wijzen naar nieuwe theorieën.
Wat ze hebben bedacht is een “extensie speciale relativiteitDie drie dimensies van tijd en één dimensie van ruimte (“1 + 3 ruimte-tijd”) combineert, in tegenstelling tot de drie ruimtelijke dimensies en één tijdsdimensie die we allemaal gewend zijn.
In plaats van grote logische tegenstellingen te creëren, voegt deze nieuwe studie meer bewijs toe om het idee te ondersteunen dat objecten mogelijk sneller dan het licht kunnen bewegen zonder de bestaande natuurwetten volledig te overtreden.
“Er is geen fundamentele reden waarom waarnemers die in relatie tot de beschreven fysieke systemen bewegen met snelheden groter dan de lichtsnelheid er niet aan onderworpen zouden zijn,” zegt natuurkundige Andrei Draganvan de Universiteit van Warschau in Polen.
Dit nieuwe onderzoek is gebaseerd op vorige baan door enkele van dezelfde onderzoekers die stellen dat ultralumineuze perspectieven kunnen helpen de kwantummechanica te verbinden met de mechanica van Einstein De speciale relativiteitstheorie Twee takken van de natuurkunde die momenteel niet kunnen worden verzoend in één alomvattende theorie die de zwaartekracht beschrijft op dezelfde manier waarop we andere krachten verklaren.
Deeltjes kunnen in dit raamwerk niet meer als puntachtige objecten worden gemodelleerd, zoals ze dat wel kunnen in het perspectief van een gewoon driedimensionaal universum (naast tijd).
In plaats daarvan moeten we, om te begrijpen wat waarnemers zouden kunnen zien en hoe een superlichtgevend deeltje zich zou kunnen gedragen, ons wenden tot de soorten veldtheorieën die ten grondslag liggen aan de kwantumfysica.
Op basis van dit nieuwe model zouden de ultralichtgevende objecten eruit zien als een deeltje dat zich als een luchtbel door de ruimte uitbreidt – vergelijkbaar met een golf door een veld. Aan de andere kant zal een hogesnelheidslichaam verschillende tijdschalen ervaren.
De lichtsnelheid in een vacuüm zal echter constant blijven, zelfs voor die waarnemers die sneller reizen, met behoud van een van de basisprincipes van Einstein – een principe waaraan voorheen alleen werd gedacht in relatie tot waarnemers die langzamer reizen dan de lichtsnelheid. (zoals wij allemaal).
“Deze nieuwe definitie handhaaft de hypothese van Einstein dat de lichtsnelheid in een vacuüm constant is, zelfs voor superwaarnemers,” zegt Dragan.
“Dus onze uitgebreide speciale verhouding klinkt niet als een bijzonder extravagant idee.”
De onderzoekers erkennen echter dat de overstap naar het 1+3 ruimte-tijdmodel een aantal nieuwe vragen oproept, terwijl het ook andere beantwoordt. Ze suggereren dat het noodzakelijk is om de speciale relativiteitstheorie uit te breiden met referentieframes die sneller zijn dan het licht.
Hierbij kan gedacht worden aan lenen bij Kwantumveldentheorie: een combinatie van concepten uit de speciale relativiteitstheorie, kwantummechanica en klassieke veldentheorie (die tot doel heeft te voorspellen hoe fysieke velden met elkaar omgaan).
Als de natuurkundigen gelijk hebben, zullen de deeltjes van het universum allemaal ongebruikelijke eigenschappen hebben in de uitgebreide speciale relativiteitstheorie.
Een van de vragen die door het onderzoek worden opgeworpen, is of we dit uitgebreide gedrag al dan niet kunnen observeren – maar het beantwoorden daarvan zal veel tijd en veel wetenschappers vergen.
“De abstracte experimentele ontdekking van een nieuw fundamenteel deeltje is een Nobelprijswaardige prestatie die kan worden bereikt in een groot onderzoeksteam met behulp van de nieuwste experimentele technieken,” zegt natuurkundige Krzysztof Torzynskivan de Universiteit van Warschau.
“We hopen echter onze resultaten toe te passen op een beter begrip van het fenomeen van spontane symmetriebreking geassocieerd met de massa van het Higgs-deeltje en andere deeltjes in standaard vormvooral in het vroege heelal.
Onderzoek gepubliceerd in Klassieke en kwantitatieve zwaartekracht.
