Nowe odkrycie polskich naukowców. Teoria Einsteina nadal aktualna

W świecie fizyki koncepcja cząstek poruszających się szybciej niż światło zawsze była nieco szalona. Tachiony do niedawna były powszechnie uważane za twory nie do końca pasujące do szczególnej teorii względności. Ale nowe badania sugerują, że nasze wcześniejsze założenia dotyczące tachionów mogły być błędne. W publikacji, która ukazała się na łamach pisma "Physical Review D" (DOI: 10.1103/PhysRevD.110.015006), fizycy z Uniwersytetu Warszawskiego i Uniwersytetu Oksfordzkiego wykazali, że tachiony nie tylko nie są wykluczone przez tę teorię, ale pozwalają lepiej zrozumieć jej strukturę przyczynową.

Ruch z prędkością przekraczającą prędkość światła jest jedną z najbardziej kontrowersyjnych kwestii w fizyce. W 1905 roku Albert Einstein stworzył szczególną teorię względności, która opisuje związek między przestrzenią a czasem. Zasadnicza część teorii głosi, że obiekty materialne nie mogą przekroczyć prędkości światła.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Hipotetyczne cząstki, które mogłyby poruszać się szybciej nie do końca pasowały do szczególnej teorii względności. Dlaczego? Po pierwsze, stan podstawowy pola tachionowego miał być niestabilny, co oznaczałoby, że takie cząstki nadświetlne tworzyłyby się lawinowo same z siebie. Po drugie, zmiana obserwatora inercjalnego miała prowadzić do zmiany liczby cząstek obserwowanych w jego układzie odniesienia, a przecież istnienie np. siedmiu cząstek nie może zależeć od tego, kto na nie patrzy. Trzeci powód to energia cząstek nadświetlnych, która mogłaby przyjmować wartości ujemne.

Ale fizykom udało się zrobić miejsce dla tachionów w teorii Alberta Einsteina. Zespół badaczy kierowany przez prof. Andrzeja Dragana z UW oraz prof. Artura Ekerta z uczelni w Oxfordzie wskazał właśnie, że dotychczasowe trudności z tachionami miały wspólną przyczynę.

Okazało się, że "warunki brzegowe", które określają przebieg procesów fizycznych, obejmują nie tylko stan początkowy, ale także stan końcowy układu. Aby obliczyć prawdopodobieństwo procesu kwantowego z udziałem tachionów, konieczna jest znajomość nie tylko jego przeszłego stanu początkowego, ale także przyszłego stanu końcowego. Gdy fakt ten został uwzględniony w teorii, wszystkie wcześniej wspomniane trudności całkowicie zniknęły, a teoria tachionów stała się matematycznie spójna – czytamy w komunikacie udostępnionym na stronach internetowych UW.

- To trochę jak reklama internetowa — jeden prosty trik może rozwiązać twoje problemy — mówi cytowany w komunikacie Andrzej Dragan. - Pomysł, że przyszłość może wpływać na teraźniejszość, a nie, że teraźniejszość determinuje przyszłość, nie jest nowy w fizyce. Jednak do tej pory tego typu pogląd był w najlepszym razie nieortodoksyjną interpretacją pewnych zjawisk kwantowych, a tym razem zostaliśmy zmuszeni do tego wniosku przez samą teorię. Aby "zrobić miejsce" dla tachionów, musieliśmy rozszerzyć przestrzeń stanów – wyjaśnia.

Autorzy przewidują także, że rozszerzenie warunków brzegowych ma swoje konsekwencje: pojawia się w teorii nowy rodzaj splątania kwantowego mieszającego przeszłość z przyszłością, którego nie ma w konwencjonalnej teorii cząstek. W pracy pada też odpowiedź na pytanie, czy opisywane w ten sposób tachiony są wyłącznie "matematyczną możliwością", czy też cząstki takie mają szanse zostać w kiedyś zaobserwowane.

Według autorów tachiony są nie tylko możliwym, ale są wręcz nieodzownym składnikiem procesu spontanicznego łamania symetrii odpowiedzialnego za powstawanie materii. Hipoteza ta oznaczałaby, że wzbudzenia pola Higgsa, zanim symetria została spontanicznie złamana, mogłyby się w próżni przemieszczać z nadświetlnymi prędkościami.

Źródło: Uniwersytet Warszawski, PAP, fot. Pixabay/ CC0

Twórz treści i zarabiaj na ich publikacji. Dołącz do WP Kreatora