Nichts kann schneller sein als das Licht. Es ist eine physikalische Regel, die in das Gewebe von Einsteins spezieller Relativitätstheorie eingewoben ist. Je schneller etwas geht, desto näher rückt die zeitgefrorene Perspektive zum Stillstand.
Gehen Sie schneller, und Sie werden auf Probleme mit der Umkehrung der Zeit stoßen und mit Vorstellungen von Kausalität herumspielen.
Aber Forscher der Universität Warschau in Polen und der National University of Singapore haben jetzt die Grenzen der Relativitätstheorie erweitert, um ein System zu entwickeln, das der aktuellen Physik nicht widerspricht und möglicherweise den Weg zu neuen Theorien weist.
Was sie sich ausgedacht haben, ist eine „Erweiterung Spezielle RelativitätDie drei Dimensionen der Zeit und eine Dimension des Raums („1 + 3 Raumzeit“) kombiniert, im Gegensatz zu den drei räumlichen Dimensionen und einer Zeitdimension, an die wir alle gewöhnt sind.
Anstatt größere logische Widersprüche zu schaffen, fügt diese neue Studie weitere Beweise hinzu, die die Idee unterstützen, dass sich Objekte möglicherweise schneller als Licht bewegen können, ohne die bestehenden Gesetze der Physik vollständig zu brechen.
„Es gibt keinen grundsätzlichen Grund, warum Beobachter, die sich in Bezug auf die beschriebenen physikalischen Systeme mit Geschwindigkeiten über der Lichtgeschwindigkeit bewegen, nicht davon betroffen sein sollten.“ sagt der Physiker Andrei Draganvon der Universität Warschau in Polen.
Diese neue Studie basiert auf vorherige Arbeit von einigen der gleichen Forscher, die postulieren, dass ultraleuchtende Perspektiven helfen können, die Quantenmechanik mit Einsteins Mechanik zu verbinden Die spezielle Relativitätstheorie Zwei Zweige der Physik, die derzeit nicht zu einer umfassenden Theorie in Einklang gebracht werden können, die die Schwerkraft genauso beschreibt, wie wir andere Kräfte erklären.
Teilchen können in diesem Rahmen nicht mehr als punktartige Objekte modelliert werden, wie dies in der Perspektive eines gewöhnlichen dreidimensionalen Universums (zusätzlich zur Zeit) möglich ist.
Um zu verstehen, was Beobachter sehen könnten und wie sich ein superleuchtendes Teilchen verhalten könnte, müssen wir uns stattdessen den Arten von Feldtheorien zuwenden, die die Quantenphysik untermauern.
Basierend auf diesem neuen Modell würden die ultraleuchtenden Objekte wie ein Teilchen aussehen, das sich wie eine Blase durch den Weltraum ausdehnt – nicht unähnlich einer Welle durch ein Feld. Andererseits erfährt ein Hochgeschwindigkeitsobjekt mehrere unterschiedliche Zeitskalen.
Die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum bleibt jedoch auch für schneller reisende Beobachter konstant, wodurch eines der Grundprinzipien Einsteins gewahrt bleibt – ein Prinzip, das bisher nur in Bezug auf Beobachter gedacht wurde, die sich langsamer als die Lichtgeschwindigkeit bewegen. (wie wir alle).
„Diese neue Definition hält Einsteins Hypothese einer Konstanz der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum auch für Superbeobachter aufrecht“, Sagt Dragan.
„Unser erweitertes Sonderverhältnis klingt also nicht nach einer besonders ausgefallenen Idee.“
Die Forscher räumen jedoch ein, dass der Wechsel zu einem 1+3-Modell der Raumzeit einige neue Fragen aufwirft, auch wenn es andere beantwortet. Sie schlagen vor, dass eine Erweiterung der speziellen Relativitätstheorie um Referenzrahmen, die schneller als Licht sind, notwendig ist.
Dies kann das Ausleihen von beinhalten Quantenfeldtheorie: eine Kombination von Konzepten aus der speziellen Relativitätstheorie, der Quantenmechanik und der klassischen Feldtheorie (die darauf abzielt, vorherzusagen, wie physikalische Felder miteinander interagieren).
Wenn die Physiker Recht haben, hätten die Teilchen des Universums alle ungewöhnliche Eigenschaften in der erweiterten speziellen Relativitätstheorie.
Eine der von der Forschung aufgeworfenen Fragen ist, ob wir dieses erweiterte Verhalten beobachten können oder nicht – aber die Beantwortung dieser Frage wird viel Zeit und viele Wissenschaftler in Anspruch nehmen.
„Die abstrakt experimentelle Entdeckung eines neuen Elementarteilchens ist eine nobelpreiswürdige Leistung, die in einem großen Forscherteam mit modernsten experimentellen Techniken erreicht werden kann“, sagt der Physiker Krzysztof Torzynskivon der Universität Warschau.
„Wir hoffen jedoch, unsere Ergebnisse für ein besseres Verständnis des Phänomens der spontanen Symmetriebrechung im Zusammenhang mit der Masse des Higgs-Teilchens und anderer Teilchen anwenden zu können Standardformbesonders im frühen Universum.
Forschung veröffentlicht in Klassische und quantitative Schwerkraft.
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