Come sarebbe percepito il nostro mondo da osservatori che si muovono più velocemente della luce nel vuoto?
Tre dimensioni temporali ed una dimensione spaziale
Secondo i teorici delle università di Varsavia e Oxford, una tale visione sarebbe diversa da quella che incontriamo quotidianamente, con la presenza non solo di fenomeni spontanei ma anche di particelle che percorrono più percorsi contemporaneamente.
Inoltre, il concetto stesso di tempo verrebbe completamente trasformato: un mondo superluminale dovrebbe essere caratterizzato con tre dimensioni temporali e una dimensione spaziale e dovrebbe essere descritto nel linguaggio familiare della teoria dei campi. É stato scoperto che la presenza di tali osservatori superluminali non porta a nulla di logicamente incoerente, inoltre, è del tutto possibile che gli oggetti superluminali esistano davvero.
“All’inizio del XX secolo, Albert Einstein ha completamente ridefinito il modo in cui percepiamo il tempo e lo spazio. Lo spazio tridimensionale ha acquisito una quarta dimensione: il tempo, e i concetti di tempo e spazio, finora separati, hanno cominciato a essere trattati come un tutt’uno. Nella teoria della relatività ristretta formulata nel 1905 da Albert Einstein, tempo e spazio differiscono solo per il segno in alcune delle equazioni”, ha spiegato il professor Andrzej Dragan, professore della Facoltà di Fisica dell’Università di Varsavia e Centro per le Tecnologie Quantistiche dell’Università Nazionale di Singapore.
Einstein basò la sua teoria della relatività ristretta su due presupposti: il principio di relatività di Galileo e la costanza della velocità della luce. Come sostiene Andrzej Dragan, il primo principio è fondamentale, il quale presuppone che in ogni sistema inerziale le leggi della fisica siano le stesse e tutti gli osservatori inerziali siano uguali.
Tipicamente, questo principio si applica agli osservatori che si muovono l’uno rispetto all’altro a velocità inferiori alla velocità della luce (c). Tuttavia, non vi è alcuna ragione fondamentale per cui gli osservatori che si muovono in relazione ai sistemi fisici descritti con velocità superiori alla velocità della luce non dovrebbero esserne soggetti, sostiene Dragan.
Cosa succede quando assumiamo – almeno teoricamente – che il mondo possa essere osservabile da quadri di riferimento superluminali? C’è la possibilità che ciò consenta l’incorporazione dei principi di base della meccanica quantistica nella teoria della relatività ristretta. Questa ipotesi rivoluzionaria del professor Andrzej Dragan e del professor Artur Ekert dell’Università di Oxford è stata presentata per la prima volta due anni fa.
Lì hanno considerato il caso semplificato di entrambe le famiglie di osservatori in uno spazio-tempo costituito da due dimensioni: una spaziale e una temporale. Nella loro ultima pubblicazione “Relatività degli osservatori superluminali nello spaziotempo 1 + 3”, un gruppo di 5 fisici ha fatto un ulteriore passo avanti, presentando conclusioni sull’intero spaziotempo quadridimensionale. Gli autori sono partiti dal concetto di spazio-tempo corrispondente alla nostra realtà fisica: con tre dimensioni spaziali e una dimensione temporale.
Tuttavia, dal punto di vista dell’osservatore superluminale, solo una dimensione di questo mondo conserva un carattere spaziale, quella lungo la quale le particelle possono muoversi.
“Le altre tre dimensioni sono dimensioni temporali”, ha spiegato il professor Andrzej Dragan.
“Dal punto di vista di un tale osservatore, la particella “invecchia” indipendentemente in ciascuno dei tre tempi. Ma dal nostro punto di vista – mangiatori di pane illuminati – sembra un movimento simultaneo in tutte le direzioni dello spazio, cioè la propagazione di un’onda sferica quantomeccanica associata a una particella”, ha commentato il professor Krzysztof Turzyński, coautore dell’articolo.
Si tratta, come ha spiegato il professor Andrzej Dragan, in accordo con il principio di Huygens formulato già nel XVIII secolo, secondo il quale ogni punto raggiunto da un’onda diventa la sorgente di una nuova onda sferica. Questo principio inizialmente si applicava solo all’onda luminosa, ma la meccanica quantistica ha esteso questo principio a tutte le altre forme di materia.
Come hanno dimostrato gli autori della pubblicazione, l’inclusione di osservatori superluminali nella descrizione richiede la creazione di una nuova definizione di velocità e cinematica. – Questa nuova definizione preserva il postulato di Einstein della costanza della velocità della luce nel vuoto anche per gli osservatori superluminali. “Pertanto, la nostra relatività ristretta estesa non sembra un’idea particolarmente stravagante”, ha aggiunto Dragan.
Come cambia la descrizione del mondo a cui introduciamo gli osservatori superluminali?
Dopo aver preso in considerazione le soluzioni superluminali, il mondo diventa non deterministico, le particelle invece una alla volta iniziano a muoversi lungo molte traiettorie contemporaneamente, secondo il principio quantistico di sovrapposizione.
“Per un osservatore superluminale, la classica particella puntiforme newtoniana cessa di avere senso e il campo diventa l’unica quantità che può essere utilizzata per descrivere il mondo fisico”, ha osservato Andrzej Dragan.
“Fino a poco tempo fa si credeva generalmente che i postulati alla base della teoria quantistica fossero fondamentali e non potessero essere derivati da qualcosa di più basilare. In questo lavoro, abbiamo mostrato che la giustificazione della teoria quantistica usando la relatività estesa, può essere naturalmente generalizzata a 1 + 3 spaziotempo e tale estensione porta a conclusioni postulate dalla teoria quantistica dei campi”, hanno dichiarato gli autori.
Tutte le particelle, quindi, sembrano avere uno straordinario quanto, proprietà indivisibile nella relatività ristretta. Funziona al contrario? Possiamo rilevare particelle normali per gli osservatori superluminali, cioè particelle che si muovono rispetto a noi a velocità superluminali?
“Non è così semplice”, ha affermato il professor Krzysztof Turzyński.
“La mera scoperta sperimentale di una nuova particella fondamentale è un’impresa degna del Premio Nobel e realizzabile in un grande gruppo di ricerca utilizzando le più recenti tecniche sperimentali. Tuttavia, speriamo di applicare i nostri risultati per una migliore comprensione del fenomeno della rottura spontanea della simmetria associata alla massa della particella di Higgs e di altre particelle nel Modello standard, specialmente nell’universo primordiale”.
Andrzej Dragan ha aggiunto che l’ingrediente cruciale di qualsiasi meccanismo spontaneo di rottura della simmetria è un campo tachionico. Sembra che i fenomeni superluminali possano svolgere un ruolo chiave nel meccanismo di Higgs.
