Intervenendo sulle dimensioni dello spaziotempo, potremmo raggiungere la velocità di curvatura

Il segreto per andare più veloce della luce potrebbe essere quello di raddoppiare il numero delle dimensioni, secondo una ricerca pubblicata sulla rivista Classical and Quantum Gravity

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Intervenendo sulle dimensioni dello spaziotempo, potremmo raggiungere la velocità di curvatura
Intervenendo sulle dimensioni dello spaziotempo, potremmo raggiungere la velocità di curvatura

Il segreto per andare più veloce della luce potrebbe essere quello di raddoppiare il numero delle dimensioni, secondo una ricerca pubblicata sulla rivista Classical and Quantum Gravity. Nello specifico, la soluzione potrebbe risiedere nelle tre dimensioni del tempo, di cui una sola rappresenta lo spazio. I conti sono profondi e complicati, ma dopo tutto le idee potrebbero essere alla nostra portata. E c’è un trucco matematico.

L’idea chiave è quella di un “osservatore superluminale”, dove “Superluminale” significa più veloce della luce. L’osservatore superluminale è un qualcosa di ipotetico che osserva l’universo viaggiando più veloce della luce.

Gli osservatori superluminali sono interessanti perché, in un certo senso, sposano due aspetti molto diversi della fisica: la relatività generale e la meccanica quantistica. La relatività generale 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 su scala più piccola.

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 al mondo. In altre parole, quanto diventa disordinato lo spaziotempo se ci muovessimo a velocità di curvatura? All’improvviso tutto sarebbe in più posti contemporaneamente?

Il nuovo lavoro di Dragan indica che è almeno una possibilità. Forse la cosa più interessante è che il modo in cui la relatività generale diventa fenomeni quantistici a velocità superiori a quella 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, nota come 1+1. Nel nuovo articolo, 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 capire dobbiamo parlare di un po’ di matematica. “Nonostante la nostra percezione comune, il tempo e lo spazio sono sorprendentemente simili secondo la relatività, e matematicamente l’unica differenza tra loro è un 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, ad esempio, è il risultato di (x – 4)(x + 4). Con un segno invertito, il termine medio del polinomio scompare.



Quando l’osservatore va più veloce della luce, però,cambia anche la differenza tra i segni. Questo perché nei conti il ​​tempo e lo spazio devono invertirsi . Il tempo dell’osservatore superluminale diventa lo spazio di quello subluminale, e il loro spazio diventa tempo“, dice Dragan. In altre parole, lo spazio e il tempo dell’osservatore normale, che non viaggia alla velocità della luce, si trasformano, relativamente, nel tempo e nello spazio dell’osservatore che viaggia 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, diventando ridondanti. Se 50 = 50, non ha importanza identificare un 50 dall’altro (in logica, si chiama tautologia.) Ciò significa che se vogliamo veramente studiare lo spazio e il 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 di dimensioni equilibrate.

La simmetria in fisica

L’idea di simmetria in fisica può essere fatta risalire a Galileo“, afferma Dragan. “Fu il primo a notare 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 “riposo” sulla Terra”.
Ma le nostre concezioni della fisica sono limitate dalla convinzione che nulla possa viaggiare più velocemente della luce, spiega Dragan. Ciò significa che l’osservatore superluminale, per definizione, esiste come una sorta di eccezione su cui dobbiamo lavorare per estendere l’idea di simmetria.
Ha senso che un osservatore superluminale sia ancora soggetto alla simmetria? Il pappagallo che viaggia più veloce della luce è ancora lo stesso del pappagallo sulla nave o sulla Terra?

Abbiamo sostenuto che questa ulteriore ipotesi limitante non è necessaria“, afferma Dragan. Il ricercatore ritiene che la simmetria possa estendersi a velocità superiori a quelle della 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 grande unificata

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

L’idea di più di una dimensione temporale è stata presa in considerazione da altri nel corso degli anni, quindi quella particolare premessa non è nuova“, commenta Harold “Sonny” White, ex fisico della NASA e fondatore del Limitless Space Institute (LSI), un gruppo che finanzia e promuove i viaggi spaziali e la ricerca fisica. “Ma il quadro matematico sviluppato dagli autori dello studio è unico. Sembrerebbe che il vantaggio percepito dagli autori derivante dallo sforzo sia che esso stabilisce una base matematica per cui abbiamo bisogno di un quadro teorico sul campo”.

Cos’è un quadro teorico di campo? È il quadro generale della fisica che può riunire tutto. “Se immaginassimo i modelli standard della fisica come un diagramma di Venn, ci sarebbero due cerchi affiancati che si toccano in un unico punto tangente“, spiega White. “L’idea di una grande teoria del campo unificato potrebbe essere concepita come un cerchio più grande che circonda entrambi i cerchi più piccoli”.

Mostrando il loro lavoro, questi ricercatori hanno sottolineato un modo davvero specifico in cui un grande cesto della 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 cicaleccio superluminale è interessante. Ma la velocità di curvatura stessa è fantascienza, giusto? (almeno per ora: la LSI di White finanzia un’istruzione che potrebbe eventualmente portarci altrove). L’osservatore superluminale è solo un esercizio mentale… Giusto?

Dragan non ne è così sicuro. “L’ultima domanda rimasta è se gli oggetti superluminali siano solo una possibilità matematica o esistano effettivamente nella realtà“, conclude. “Crediamo 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 lontana che gli scrittori di fantascienza potessero immaginare, potrebbe incarnare un’elegante teoria che riunisce due tipi di fisica molto diversi. In effetti, gli oggetti nello specchio superluminale potrebbero essere più vicini di quanto appaiano.

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