Timp de o sută de ani, teoria relativității speciale a lui Einstein a menținut o limită inviolabilă: viteza luminii este o limită pe care niciun observator nu o poate trece. Fizicienii din Varșovia Andrzej Dragan și Krzysztof Tuzynski propun să nu desființeze această graniță, ci să înceteze să o considere o interdicție absolută.
Într-o lucrare publicată în revista Classical and Quantum Gravity, cercetătorii au reanalizat matematica relativității speciale. S-a dovedit că ecuațiile conțin două ramuri de soluții. Primul descrie observatorii care se mișcă mai încet decât lumina. Al doilea sunt cei care se mișcă mai repede decât lumina. A doua ramură a fizicii a fost respinsă timp de un secol ca fiind lipsită de sens fizic. Dragan și Tuzynski sugerează să o părăsească. Și reconsiderați tot ce urmează.
Principala schimbare se referă la însuși conceptul de particule. În imaginea clasică, o particulă se mișcă pe o singură traiectorie. Dacă la teorie se adaugă observatori superluminali, această imagine se prăbușește. Particula este forțată să se propagă pe mai multe căi simultan – exact așa cum o descrie mecanica cuantică. Autorii susțin că comportamentul cuantic, care timp de un secol a arătat ca un set ciudat de reguli suplimentare, se poate dovedi a fi o consecință directă a faptului că am exclus observatorii superluminali din teorie.
În diagramele spațiu-timp, acest efect pare dramatic. Un proces care într-un cadru de referință arată ca mișcarea unui foton de la o sursă la o oglindă și apoi la un detector, într-un cadru de referință superluminal extrem se transformă în mișcare pe două căi simultan. De îndată ce ambele clase de observatori – atât subluminali, cât și superluminali – sunt recunoscute ca fiind egale, ideea clasică a unei singure traiectorii clare a unei particule devine imposibilă.
Principala obiecție la mișcarea superluminală a fost întotdeauna legată de cauzalitate. Dacă ceva poate călători mai repede decât lumina, poate ajunge la destinație înainte de a fi trimis? Acest lucru duce la paradoxuri. Autorii nu neagă problema. Ei susțin că forțează o schimbare în însăși descrierea relațiilor cauză-efect. Dacă există procese superluminale, atunci nu poate exista o descriere relativistă, locală, deterministă a acestora. Un observator nu poate, folosind doar informații din imediata vecinătate, să prezică exact când va avea loc un astfel de eveniment.
Această incertitudine nu rămâne în lumea ipotetică a tahionilor – particulele ipotetice care se mișcă mai repede decât lumina. Prin comutarea între cadre de referință, aceeași problemă pătrunde în lumea particulelor obișnuite. O dezintegrare care apare locală și clasică într-un sistem apare ca un proces superluminal în alt sistem. Pentru a păstra principiul relativității, autorii ajung la concluzia: descrierile locale deterministe trebuie să cedeze loc celor probabiliste. Aleatoritatea teoriei cuantice devine nu un postulat separat, ci o consecință a principiului extins al relativității.
Aceeași logică se aplică amplitudinilor probabilității cuantice, una dintre componentele fundamentale ale mecanicii cuantice. Autorii explorează ce cantitate relativistic invariantă ar putea descrie mișcarea unei particule între două puncte atunci când mai multe căi sunt posibile. Prin impunerea cerințelor de simetrie și interpretare probabilistică, ei ajung la amplitudini de probabilitate complexe – aceleași care sunt familiare fizicienilor. În interpretarea lor, aceste amplitudini nu sunt un dispozitiv matematic arbitrar. Aceasta este ceea ce rămâne dintr-o descriere a mișcării de-a lungul mai multor căi atunci când solicităm ca această descriere să fie invariantă din punct de vedere relativist.
Cea mai neașteptată concluzie a lucrării se referă la structura lumii noastre. În spațiu-timp complet cu patru dimensiuni – cu o dimensiune temporală și trei dimensiuni spațiale – simetria dintre observatorii subluminali și superluminali nu mai funcționează la fel de pur ca în modelul bidimensional simplificat. Observatorii FTL devin distinși fizic. În interpretarea propusă, ceea ce numim spațiu-timp schimbă caracterul. Trei dimensiuni se comportă ca și cum ar fi temporare. Rămâne doar unul spațial.
Aceasta înseamnă că cadrul FTL nu este doar o versiune mai rapidă a noastră. Acesta este un mod fundamental diferit de a organiza realitatea. Cercetătorii cred că această caracteristică poate explica de ce valurile călătoresc așa cum o fac și de ce materia se comportă într-o manieră cuantică.
Lucrarea indică, de asemenea, mecanismul Higgs, procesul care stă la baza modului în care particulele elementare dobândesc masă în modelul standard. Dragan a susținut anterior că câmpul tahionic asociat cu particulele superluminale se află în centrul ruperii spontane a simetriei. Dacă este așa, atunci procesele superluminale ar putea să nu fie un plus exotic la fizică, ci baza sa ascunsă.
Autorii nu fac pretenții cu privire la detectarea experimentală a particulelor superluminale sau a observatorilor. Lucrarea rămâne în domeniul teoriei. Dar se lovește de o fisură profundă în fizica modernă: de ce relativitatea și mecanica cuantică – ambele confirmate în mod strălucit experimental – există încă ca două limbaje care descriu o singură realitate, dar nu doresc să fuzioneze într-una singură. Timp de mai bine de un secol, mișcarea superluminală a fost considerată un semn că ceva nu a mers prost în calcule. Drăgan și Tuzynski inversează acest instinct. Problema, sugerează ei, nu apare din faptul că soluțiile mai rapide decât lumina sunt reținute, ci din faptul că sunt aruncate prea repede.
Întrebarea care rămâne fără răspuns este: dacă trăim într-o lume în care trei dimensiuni pot fi temporare, de ce percepem doar una? Și nu înseamnă asta că simțul nostru al timpului nu este o proprietate fundamentală a realității, ci doar o consecință a vitezei cu care ne mișcăm în ea?
