Три измерения времени. Физики выяснили, как будет выглядеть Вселенная, если превысить скорость света

Три времени и одно пространство

Именно так называется исследование, опубликованное 30 декабря 2022-го. В отличие от единого эйнштейновского пространства-времени, ученые предположили, что при пересечении порога скорости света возникает два дополнительных измерения времени.

«Мы должны ожидать увидеть не только явления, которые происходят спонтанно, без какой-либо определенной причины, но и частицы, путешествующие одновременно по множеству путей», — заявили авторы работы из Варшавского и Оксфордского университетов, а также Центра квантовых технологий Национального университета Сингапура.

Как известно, в основе СТО Эйнштейна лежит принцип относительности Галилея. Это принцип предполагает, что законы механики одинаковы во всех инерциальных системах отсчета. Иными словами, законы физики постоянны для всех наблюдателей, которые движутся друг относительно друга со скоростями, меньшими скорости света.

Однако, по словам ведущего автора исследования профессора Анджея Драгана, «нет фундаментальной причины, по которой наблюдатели, движущиеся относительно описываемых физических систем со скоростями, большими скорости света не должны подвергаться этому».

Команда Драгана смоделировала ситуацию, в которой наблюдатель изначально существует в «сверхсветовой» системе отсчета.

Физики считают, что если в классическом четырехмерном «досветовом» пространстве-времени существует три измерения пространства и одно измерение времени, в сверхсветовой системе все будет наоборот. То есть, так называемый сверхсветовой наблюдатель будет существовать в одном пространственном измерении и сразу в трех временных измерениях.

«С точки зрения такого наблюдателя частица „стареет“ независимо в каждом из трех времен. Но с нашей точки зрения это выглядит как одновременное движение во всех направлениях пространства, то есть это квантово-механическая сферическая волна, связанная с движущейся частицей», — объясняет соавтор статьи профессор Кшиштоф Туржински.

Туржински имел в виду основной постулат волновой теории света, также известный как принцип Гюйгенса — Френеля. Согласно этому принципу, любая точка пространства, которой достигла волна, является источником вторичных волн, распространяющихся во всех направлениях.

Изначально этот принцип применялся только к световой волне, но по мере развития квантовой механики волновая теория распространилась на все другие формы материи.

Ученые считают, что включение в СТО сверхсветовых наблюдателей требует создания нового определения скорости и кинематики. «Новое определение сохраняет постулат Эйнштейна о постоянстве скорости света в вакууме даже для сверхсветовых наблюдателей. Поэтому наша расширенная специальная теория относительности не кажется особенно экстравагантной идеей», — заявил Драган.

Пока ключевым выводом работы является то, что при потенциальном достижении сверхсветовых скоростей частицы могут начать двигаться по множеству траекторий одновременно. Экспериментальное открытие частиц с такими необычными характеристиками позволило бы доказать предположения физиков.

Переписываем Эйнштейна?

Ранее другие физики усомнились в точности не только СТО, но и общей теории относительности Эйнштейна (ОТО): группа ученых из Великобритании и Канады заявила, что эйнштейновская гравитация может работать по-другому в макромасштабах, и что ОТО, вероятно, придется корректировать.

Физики проверили ключевые постулаты ОТО в макромасштабах с использованием данных расширения Вселенной, влияния гравитации на свет и влияния гравитации на материю.

Эти параметры были определены с помощью инструментов анализа реликтового излучения спутника Planck, каталогов сверхновых звезд, а также наблюдения за формой и распределением отдаленных галактик наземными телескопами многоспектральных изображений.

Полученные данные не соответствовали так называемой модели лямбда-холодной темной материи (LCDM), которая отражает рассчеты Эйнштейна.

Согласно этой модели, в космосе содержится 70% темной энергии (энергии вакуума), 25% темной материи (материя, которая не участвуюет в электромагнитном взаимодействии) и 5% обычной материи. Темная материя и темная энергия влияют на скорость расширения Вселенной или постоянную Хаббла.

Сегодня эта постоянная является камнем преткновения для большинства астрофизиков, поскольку разные методы ее измерения показывают довольно большие погрешности.

«Наше исследование также показало, что очень сложно решить проблему постоянной Хаббла, только изменив теорию гравитации. Полное решение, вероятно, требует наличие нового компонента космологической модели, существовавшего до того времени, когда протоны и электроны впервые объединились в водород сразу после Большого взрыва. Этим компонентом может быть особая форма темной материи или первичные магнитные поля», 一 заявили ученые.