Jak by se na náš vesmír dívali pozorovatelé pohybující se rychleji než světlo ve vakuu? Podle nové studie by se tento obraz naprosto lišil od toho, jak ho vnímáme sami. Z našeho pohledu by nedával vůbec smysl, protože by v něm mnohdy následek předcházel příčinu.
„Měli bychom očekávat, že uvidí nejen jevy, které se dějí spontánně, tedy bez nějaké příčiny, ale budou pozorovat také částice pohybující se současně po více drahách,“ tvrdí teoretičtí fyzici z univerzit ve Varšavě a Oxfordu.
Také samotný pojem času by se zcela proměnil – svět by musel být popsán třemi časovými rozměry, ale pouze jedním prostorovým rozměrem a musel by být popsán pomocí jazyka teorie pole. Ukázalo se ale, že přítomnost takových nadsvětelných pozorovatelů nevede z hlediska fyziky k ničemu logicky nekonzistentnímu.
Čas, prostor, chaos
Tato studie je čistě teoretická, nepředpokládá, že by takoví pozorovatelé existovali – byť je docela dobře možné, že nějaké „nadsvětelné objekty“ skutečně existují. Její závěry odporují čemukoliv, co člověk normálně vidí kolem sebe – právě proto, že využívá vnějšího pozorovatele, který podle fyzikálních zákonů musí pozorovat zbytek vesmíru zcela odlišně.
Dalo by se to snad přirovnat k tomu, kdyby někdo pozoroval zcela průhledné letadlo letící vysokou rychlostí. Uvnitř něj se cestující navzájem vidí jako statičtí, nepohybliví a jen svět kolem nich ubíhá velmi rychle. Člověk ze země je ale vidí v pohybu a jen jako šmouhy.
Na počátku 20. století Albert Einstein zcela nově definoval způsob, jakým vnímáme čas a prostor. Trojrozměrný prostor získal čtvrtý rozměr, jímž je čas. Díky tomu se do té doby oddělené pojmy času a prostoru začaly považovat za jeden celek – časoprostor. „Ve speciální teorii relativity, kterou v roce 1905 formuloval Albert Einstein, se čas a prostor liší pouze znaménkem v některých rovnicích,“ vysvětluje profesor Andrzej Dragan, fyzik z Fyzikální fakulty Varšavské univerzity a Centra pro kvantové technologie Národní univerzity v Singapuru.
Einstein založil svou speciální teorii relativity na dvou předpokladech: jsou jimi Galileův princip relativity a konstantnost rychlosti světla. Podle Dragana je klíčový první princip, který předpokládá, že v každé inerciální soustavě platí stejné fyzikální zákony a všichni inerciální pozorovatelé jsou si rovni.
- Jako inerciální vztažná soustava se ve fyzice označuje taková vztažná soustava, v níž platí 1. Newtonův pohybový zákon, tj. těleso, na které nepůsobí žádná síla nebo výslednice sil je nulová, je v klidu nebo se pohybuje rovnoměrně přímočaře. Platí zde zákon setrvačnosti a každá vztažná soustava, je-li vzhledem k dané inerciální soustavě v klidu nebo pohybu rovnoměrném přímočarém, je rovněž inerciální. Jako příklad se uvádí například stěny vagonu, který se pohybuje po přímé trati stálou rychlostí.
„Typicky se tento princip vztahuje na pozorovatele, kteří se vůči sobě pohybují rychlostí menší než rychlost světla. Neexistuje ale žádný zásadní důvod, proč by se neměl vztahovat na pozorovatele pohybující se vůči popsaným fyzikálním soustavám rychlostmi většími než rychlost světla,“ tvrdí Dragan.
Vesmír vymknutý z kloubů
Co se stane, když předpokládáme – alespoň teoreticky – že svět by mohl být pozorovatelný z nadsvětelných rychlostí? Podle hypotézy Andrzeje Dragana a Artura Ekerta z Oxfordu je možné, že by to umožnilo začlenit základní principy kvantové mechaniky do speciální teorie relativity.
Autoři vycházejí z pojetí prostoročasu odpovídajícího naší fyzické realitě, se třemi prostorovými rozměry a jedním rozměrem časovým. Z pohledu nadsvětelného pozorovatele se ale všechno obrátí – prostorový charakter si totiž zachovává pouze jeden rozměr tohoto světa, a to ten, po kterém se mohou pohybovat částice.
„Ostatní tři rozměry jsou rozměry časové,“ vysvětluje profesor Dragan. „Z pohledu takového pozorovatele částice stárne nezávisle v každém ze tří časů. Ale z našeho pohledu to vypadá jako současný pohyb ve všech směrech prostoru, tedy jako šíření kvantově-mechanické sférické vlny spojené s částicí,“ doplňuje profesor Turzyński.
Podle obou autorů je to plně v souladu se známým Huygensovým principem formulovaným v 18. století, podle něhož se každý bod, kterého vlna dosáhne, stává zdrojem nové vlny. Tento princip původně platil pouze pro světelné vlnění, ale kvantová mechanika ho rozšířila na všechny ostatní formy hmoty.
Svět s nadsvětelnými pozorovateli se podle autorů práce stává nedeterministickým. To znamená, že částice se nepohybují po jedné dráze, ale současně po více současně. Jako by kulka vystřelená z pistole letěla najednou po různých trajektoriích. Vypadá to nesmyslně, ale je to v souladu s takzvaným kvantovým principem superpozice.
„Pro nadsvětelného pozorovatele přestává mít klasická Newtonova bodová částice smysl a jedinou veličinou, kterou lze použít k popisu fyzikálního světa, se stává pole,“ poznamenává Andrzej Dragan.
