Intromettendoci nelle dimensioni dello spaziotempo, potremmo raggiungere la velocità di curvatura

Una nuova ricerca mostra che l '"osservatore superluminale" ha bisogno di tre dimensioni temporali separate per ottenere un trucco matematico a velocità di curvatura che farebbe piacere anche a Galileo

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Intromettendoci nelle dimensioni dello spaziotempo, potremmo raggiungere la velocità di curvatura, tempo

Il segreto per muoversi più veloce della luce potrebbe essere racchiuso nel raddoppiare il numero di dimensioni, secondo una ricerca pubblicata il mese scorso sulla rivista Classical and Quantum Gravity. 

Nello specifico, la soluzione potrebbe risiedere in tre dimensioni del tempo, con una sola che rappresenta lo spazio. La matematica è profonda e complicata ma c’è un trucco matematico alle supervelocità che potrebbe semplicemente “capovolgere” la prospettiva.

L’idea chiave è quella di un “osservatore superluminale“.

“Superluminale” significa più veloce della luce. L’osservatore superluminale è una cosa ipotetica che guarda l’universo mentre viaggia più veloce della luce. Sei tu nella tua navetta a velocità di curvatura di Star Trek.

star Trek
La navetta Galileo II (NCC-1701/7) appare nell’episodio di Star Trek , “The Way to Eden”. Nella foto William Shatner nei panni del capitano James T. Kirk e Leonard Nimoy nei panni del signor Spock. L’episodio è andato in onda originariamente il 21 febbraio 1969. Archivio fotografico CBS // Getty Images

Gli osservatori superluminali sono fantastici perché, in un certo senso, sposano due lati molto diversi della fisica: la relatività generale e la meccanica quantistica. La relatività generale è il lavoro incarnato da Albert Einstein, che governa il modo in cui lo spaziotempo funziona mentre i corpi si muovono nell’universo a velocità subluminali, o più lente della luce. La meccanica quantistica spiega come le particelle subatomiche si comportano, o non si comportano, in modi molto strani sulle scale più piccole.

Il gruppo di ricerca, guidato dal fisico teorico Andrzej Dragan dell’Università di Varsavia e dell’Università nazionale di Singapore, ha teorizzato che molte parti della fisica quantistica, come l’indeterminismo e la sovrapposizione, possono essere spiegate se si prende la relatività generale e si applicano i suoi principi all’osservatore superluminale.



In altre parole, quanto diventa disordinato lo spaziotempo se portiamo la nostra navetta alla velocità di curvatura? È tutto improvvisamente in più posti contemporaneamente?

Il nuovo lavoro di Dragan indica che è almeno una possibilità. Forse più interessante, il modo in cui la relatività generale diventando fenomeni quantistici a velocità maggiori della luce non sembra introdurre alcun paradosso causale.

In un lavoro precedente, pubblicato sul New Journal of Physics nel marzo 2020, Dragan e il suo coautore hanno studiato “solo” una dimensione spaziale e una dimensione temporale, note come 1+1. Nel nuovo documento, i ricercatori hanno alzato la posta per includere una dimensione spaziale e tre dimensioni temporali, o 1+3.

Quando il tempo e lo spazio capovolgono la matematica

Perché abbiamo bisogno di tre dimensioni temporali? Per capirlo, dobbiamo parlare di matematica. “[D] nonostante la nostra percezione comune, il tempo e lo spazio sono sorprendentemente simili secondo la relatività, e matematicamente l’unica differenza tra loro è il segno meno da qualche parte nelle equazioni“, spiega Dragan. Questa è una piccola differenza in matematica complicata, ma pensa all’esempio di algebra della differenza di due quadrati: x² – 16, per esempio, è il risultato di (x – 4)(x + 4). Con un segno capovolto, il termine medio nel polinomio cade.

Ma quando l’osservatore va più veloce della velocità della luce, cambia anche la differenza di segni. Questo perché il tempo e lo spazio devono capovolgere la matematica. “Il tempo dell’osservatore superluminale diventa spazio di quello subluminale, e il loro spazio diventa tempo“, dice Dragan.

In altre parole, lo spazio e il tempo dell’osservatore regolare, non alla velocità della luce, si trasformano nel tempo e nello spazio, relativamente, dell’osservatore più veloce della luce. “Quindi i loro segni corrispondenti devono scambiarsi“.

In uno scenario 1+1, ciò significa che le due dimensioni sono le stesse, rendendole ridondanti. Se 50 = 50, ha importanza quale 50 è quale? (In logica, chiamiamo questo una tautologia). Ciò significa che se vogliamo veramente studiare spazio e tempo come cose diverse, dobbiamo aggiungere un secondo “insieme” di due dimensioni: spazio e tempo 1, insieme, rappresentano lo spazio; mentre il tempo 2 e il tempo 3, insieme, rappresentano il tempo. Non è proprio la differenza di due quadrati, ma abbiamo due insiemi bilanciati di dimensioni.

La simmetria in fisica

C’è un altro aspetto interessante in questa ricerca, perché il team di Dragan vuole dimostrare che anche a velocità superluminali, la fisica mostra simmetria.

L’idea della simmetria in fisica può essere fatta risalire a Galileo“, dice Dragan.

Galileo ha notato che non importa a quale velocità ci muoviamo, finché quella velocità è costante, la nostra fisica rimane la stessa. Un pappagallo che vola su una nave in movimento sperimenta le stesse leggi dinamiche di quando è ‘a riposo’ sulla Terra“.

Ma le nostre concezioni della fisica sono limitate dalla convinzione di lunga data (e ragionevole!) che nulla possa viaggiare più veloce della luce, spiega Dragan. Ciò significa che l’osservatore superluminale, per definizione, esiste come una sorta di eccezione in cui dobbiamo lavorare per estendere l’idea di simmetria.

Ha senso che un osservatore superluminale sia ancora soggetto a simmetria? Il pappagallo che viaggia più veloce della luce è ancora lo stesso del pappagallo sulla nave o sulla Terra?

Abbiamo sostenuto che questa ipotesi limitante aggiuntiva non è necessaria“, afferma Dragan. Crede che la simmetria possa estendersi a velocità superiori alla luce, e il nostro amico pappagallo sarebbe altrettanto influenzato dalle stesse leggi della fisica mentre viaggia nella navetta a velocità di curvatura.

Verso una teoria della grande unificazione

Quindi, questo documento non tratta di viaggiare a velocità di curvatura, ma piuttosto di un’analisi della fisica per mostrare come possiamo unire due rami della fisica molto diversi. Perché è di per sé così importante?

L’idea di più di una dimensione temporale è stata considerata da altri nel corso degli anni, quindi quella particolare premessa non è una novità“, dice Harold “Sonny” White, ex fisico della NASA e fondatore del Limitless Space Institute (LSI), un gruppo che finanzia e promuove i viaggi nello spazio e la ricerca fisica. “Ma il quadro matematico sviluppato dagli autori in questo articolo pubblicato è unico. Sembrerebbe che il vantaggio percepito dagli autori dallo sforzo sia che stabilisce una base matematica per il motivo per cui abbiamo bisogno di un quadro teorico di campo”.

Cos’è un quadro teorico di campo? È il quadro generale della fisica che può riunire tutto. “Se immaginiamo il modello standard della fisica come un diagramma di Venn, ci sarebbero due cerchi fianco a fianco che si toccano in un unico punto tangente“, spiega White. “L’idea di una grande teoria di campo unificata potrebbe essere immaginata come un cerchio più ampio che circonda entrambi i cerchi più piccoli“.

Presentando il loro lavoro, questi ricercatori hanno indicato un modo davvero specifico in cui un grande cesto di fisica, piuttosto che due cesti che non siamo sicuri di come trasportare contemporaneamente, avrebbe più senso in termini pratici e matematici.

Ok, certo, potresti pensare: “tutto questo è interessante. Ma la stessa velocità di curvatura è fantascienza, giusto? (Almeno per ora: l’LSI di White finanzia l’istruzione che alla fine potrebbe portarci altrove). L’osservatore superluminale è solo un esercizio di pensiero. . . Giusto?“.

Dragan non ne è così sicuro. “L’ultima domanda rimanente è se gli oggetti superluminali siano solo una possibilità matematica o esistano effettivamente nella realtà“, conclude. “Riteniamo che quest’ultimo sia il caso, e questo è lo scopo della nostra ulteriore ricerca“.

Ciò significa che la nostra navetta a velocità di curvatura, una volta la cosa più straordinaria che gli scrittori di fantascienza potessero persino immaginare, potrebbe incarnare un’elegante teoria che riunisce due tipi di fisica molto diversi. In effetti, gli oggetti nello specchio superluminale possono essere più vicini di quanto sembri.

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