Studie zeigt, wie das Universum aussehen würde, wenn Sie die Lichtgeschwindigkeit brechen würden, und es ist seltsam: ScienceAlert

Nichts kann schneller sein als das Licht. Es ist eine Regel der Physik, die in das Gewebe von Einsteins spezieller Relativitätstheorie eingewoben ist. Je schneller etwas geht, desto näher kommt es seiner Perspektive des Stillstands der Zeit.

Wenn Sie noch schneller werden, stoßen Sie auf Probleme mit der Zeitumkehr, die 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 nicht mit der bestehenden Physik in Konflikt gerät und sogar den Weg zu neuen Theorien weisen könnte.

Was sie sich ausgedacht haben, ist eine “Erweiterung von Spezielle Relativität“, das drei Zeitdimensionen mit einer einzigen Raumdimension (“1+3 Raumzeit”) kombiniert, im Gegensatz zu den drei Raumdimensionen und einer Zeitdimension, an die wir alle gewöhnt sind.

Anstatt größere logische Widersprüche zu schaffen, fügt diese neue Studie weitere Beweise hinzu, um die Idee zu untermauern, dass Objekte durchaus in der Lage sein könnten, sich schneller als Licht zu bewegen, ohne unsere derzeitigen 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 Andrzej Draganvon der Universität Warschau in Polen.

Diese neue Studie baut darauf auf vorherige Arbeit von einigen der gleichen Forscher, die postulieren, dass superluminale Perspektiven helfen könnten, die Quantenmechanik mit der von Einstein zu verbinden Spezielle Relativitätstheorie – zwei Zweige der Physik, die derzeit nicht zu einer einzigen übergreifenden Theorie in Einklang gebracht werden können, die die Schwerkraft genauso beschreibt, wie wir andere Kräfte erklären.

Teilchen können unter diesem Rahmen nicht länger als punktartige Objekte modelliert werden, wie wir es in der eher profanen 3D-Perspektive (plus Zeit) des Universums tun würden.

Um zu verstehen, was Beobachter sehen und wie sich ein superluminales Teilchen verhalten könnte, müssten wir uns stattdessen den Arten von Feldtheorien zuwenden, die die Quantenphysik untermauern.

Basierend auf diesem neuen Modell würden superluminale Objekte wie ein Teilchen aussehen, das sich wie eine Blase durch den Raum ausdehnt – nicht unähnlich einer Welle durch ein Feld. Das Hochgeschwindigkeitsobjekt hingegen würde mehrere unterschiedliche Zeitachsen „erfahren“.

Trotzdem würde die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum auch für schnellere Beobachter konstant bleiben, was eines der Grundprinzipien Einsteins bewahrt – ein Prinzip, das bisher nur in Bezug auf Beobachter gedacht wurde, die langsamer als die Lichtgeschwindigkeit sind (wie wir alle).

„Diese neue Definition bewahrt Einsteins Postulat der Konstanz der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum auch für superluminale Beobachter“, sagt Dragan.

„Deshalb scheint unsere erweiterte spezielle Relativitätstheorie keine besonders extravagante Idee zu sein.“

Die Forscher räumen jedoch ein, dass der Wechsel zu einem 1+3-Raum-Zeit-Modell einige neue Fragen aufwirft, auch wenn es andere beantwortet. Sie schlagen vor, dass eine Erweiterung der speziellen Relativitätstheorie zur Aufnahme von schneller als Licht-Bezugssystemen erforderlich ist.

Das kann durchaus eine Kreditaufnahme beinhalten Quantenfeldtheorie: eine Kombination aus Konzepten aus der speziellen Relativitätstheorie, der Quantenmechanik und der klassischen Feldtheorie (die darauf abzielt, vorherzusagen, wie physikalische Felder miteinander interagieren werden).

Wenn die Physiker recht haben, hätten alle Teilchen des Universums außergewöhnliche Eigenschaften in der erweiterten speziellen Relativitätstheorie.

Eine der von der Forschung aufgeworfenen Fragen ist, ob wir dieses ausgedehnte Verhalten jemals beobachten können oder nicht – aber die Beantwortung dieser Frage wird viel mehr Zeit und viel mehr Wissenschaftler erfordern.

„Die bloße experimentelle Entdeckung eines neuen Elementarteilchens ist eine nobelpreiswürdige Leistung und in einem großen Forschungsteam mit modernsten experimentellen Techniken machbar“, sagt der Physiker Krzysztof Turzyńskivon der Universität Warschau.

„Wir hoffen jedoch, unsere Ergebnisse auf ein besseres Verständnis des Phänomens der spontanen Symmetriebrechung anwenden zu können, die mit der Masse des Higgs-Teilchens und anderer Teilchen in der Erde verbunden ist Standardmodellbesonders im frühen Universum.”

Die Forschung wurde in veröffentlicht Klassische und Quantengravitation.