Niente può andare più veloce della luce. È una regola della fisica intessuta nel tessuto stesso della teoria della relatività ristretta di Einstein. Più velocemente qualcosa va, più lo scorrere del tempo rallenta, fino a fermarsi.
Vai ancora più veloce e ti imbatti in problemi di inversione del tempo, incasinando le nozioni di causalità.
Ma i ricercatori dell’Università di Varsavia in Polonia e dell’Università nazionale di Singapore hanno ora spinto i limiti della relatività per creare un sistema che non sia in contrasto con la fisica esistente e che potrebbe persino indicare la strada a nuove teorie.
Quello che hanno escogitato è una estensione della relatività ristretta che combina tre dimensioni temporali con un’unica dimensione spaziale (“1+3 spazio-tempo”), in contrasto con le tre dimensioni spaziali e una dimensione temporale cui noi siamo abituati.
Piuttosto che creare grandi incoerenze logiche, questo nuovo studio aggiunge ulteriori prove a sostegno dell’idea che gli oggetti potrebbero essere in grado di andare più veloci della luce senza infrangere completamente le nostre attuali leggi della fisica.
“Non c’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“, ha affermato il fisico Andrzej Dragan, dell’Università di Varsavia in Polonia.
Questo nuovo studio si basa sul lavoro precedente di alcuni degli stessi ricercatori che postulano che le prospettive superluminali potrebbero aiutare a legare insieme la meccanica quantistica con la teoria della relatività speciale – due rami della fisica che attualmente non possono essere riconciliati in un’unica teoria generale che descriva la gravità allo stesso modo delle altre forze.
Nella relatività, infatti, la gravità non è propriamente una forza ma è descritta come un effetto della massa quando interagisce con il tessuto dello spazio-tempo.
Le particelle non possono più essere modellate come oggetti puntiformi in questa struttura, come potremmo fare nella più banale prospettiva a tre dimensioni (più tempo) dell’Universo in cui viviamo.
Invece, per dare un senso a ciò che gli osservatori potrebbero vedere e a come potrebbe comportarsi una particella superluminale, dovremmo rivolgerci ai tipi di teorie di campo che sono alla base della fisica quantistica.
Sulla base di questo nuovo modello, gli oggetti superluminali sembrerebbero una particella che si espande come una bolla nello spazio, non diversamente da un’onda attraverso un campo. L’oggetto ad alta velocità, d’altra parte, “sperimenterebbe” diverse linee temporali diverse.
Anche così, la velocità della luce nel vuoto rimarrebbe costante anche per quegli osservatori che vanno più veloci di essa, il che preserva uno dei principi fondamentali di Einstein, un principio che in precedenza era stato pensato solo in relazione agli osservatori che vanno più lenti della velocità della luce (come tutti noi).
“Questa nuova definizione preserva il postulato di Einstein della costanza della velocità della luce nel vuoto anche per gli osservatori superluminali“, dice Dragan. “Pertanto, la nostra relatività ristretta estesa non sembra un’idea particolarmente stravagante“.
Tuttavia, i ricercatori riconoscono che il passaggio a un modello spazio-temporale 1+3 solleva alcune nuove domande, anche se risponde ad altre. Suggeriscono, infatti, che è necessario estendere la teoria della relatività ristretta per incorporare quadri di riferimento più veloci della luce.
Ciò potrebbe comportare un prestito dalla teoria quantistica dei campi: una combinazione di concetti della relatività ristretta, della meccanica quantistica e della teoria dei campi classica (che mira a prevedere come i campi fisici interagiranno tra loro). Se questi fisici avessero ragione, le particelle dell’Universo avrebbero tutte proprietà straordinarie nella relatività ristretta estesa.
Una delle domande sollevate dalla ricerca è se saremo mai in grado di osservare questo comportamento esteso, ma rispondere richiederà molto più tempo e molti più ricercatori all’opera.
“La mera scoperta sperimentale di una nuova particella fondamentale è un’impresa degna del Premio Nobel e realizzabile da un grande gruppo di ricerca utilizzando le più recenti tecniche sperimentali“, afferma il fisico Krzysztof Turzyński, dell’Università di Varsavia.
“Tuttavia, speriamo di applicare i nostri risultati a 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“.
La ricerca è stata pubblicata su Classical and Quantum Gravity.
