22 دسامبر 2022 – توسط دانشگاه ورشو-اعتبار: دامنه عمومی Pixabay/CC0
ناظرانی که سریعتر از نور در خلاء حرکت می کنند، جهان ما را چگونه می بینند؟ چنین تصویری به وضوح با آنچه ما هر روز با آن روبرو می شویم متفاوت خواهد بود. نظریه‌پردازان دانشگاه‌های ورشو و آکسفورد می‌گویند: «ما باید انتظار داشته باشیم که نه تنها پدیده‌هایی را ببینیم که خود به خود و بدون علت قطعی اتفاق می‌افتند، بلکه ذراتی را که همزمان در مسیرهای متعدد حرکت می‌کنند نیز مشاهده کنیم».
همچنین مفهوم زمان به طور کامل دگرگون می شود – یک جهان ابر نور باید با سه بعد زمانی و یک بعد فضایی مشخص شود و باید به زبان آشنای نظریه میدان توصیف شود. به نظر می رسد که وجود چنین ناظران ابردیدگانی به هیچ چیز از نظر منطقی ناسازگار منجر نمی شود، علاوه بر این، کاملاً ممکن است که اجسام ابر نور واقعاً وجود داشته باشند.
در اوایل قرن بیستم، آلبرت انیشتین به طور کامل نحوه درک ما از زمان و مکان را بازتعریف کرد. فضاي سه‌بعدي بعد چهارمي به دست آورد – زمان، و مفاهيم زمان و مكان، كه تاكنون از هم جدا بودند، به عنوان يك كل در نظر گرفته شدند. پروفسور آندری دراگان، فیزیکدان از دانشکده فیزیک دانشگاه ورشو و مرکز فناوری‌های کوانتومی دانشگاه ملی سنگاپور توضیح می دهد: «در نظریه نسبیت خاص که در سال 1905 توسط آلبرت انیشتین فرموله شد، زمان و مکان فقط در علامت در برخی از معادلات با هم تفاوت دارند..
اینشتین نظریه نسبیت خاص خود را بر دو فرض استوار کرد: اصل نسبیت گالیله و ثبات سرعت نور. همانطور که آندره دراگان استدلال می کند، اصل اول بسیار مهم است، که فرض می کند در هر سیستم اینرسی قوانین فیزیک یکسان است و همه ناظران اینرسی برابر هستند. “معمولاً، این اصل برای ناظرانی اعمال می شود که نسبت به یکدیگر با سرعت کمتر از سرعت نور (ج) در حال حرکت هستند. با این حال، هیچ دلیل اساسی وجود ندارد که چرا ناظران در رابطه با سیستم های فیزیکی توصیف شده با سرعت های بیشتر از سرعت حرکت می کنند. دراگان استدلال می کند که نور نباید در معرض آن باشد.
چه اتفاقی می‌افتد وقتی ما – حداقل از نظر تئوری – فرض کنیم که جهان می‌تواند از چارچوب‌های مرجع ابردیدگانی قابل مشاهده باشد؟ این امکان وجود دارد که بتوان اصول اولیه مکانیک کوانتومی را در نظریه نسبیت خاص گنجاند. این فرضیه انقلابی پروفسورآرتور اکرت از دانشگاه آکسفورد برای اولین بار در مقاله “اصل کوانتومی نسبیت” که دو سال پیش در مجله نیو فیزیک منتشر شد، ارائه شد.
در آنجا آنها حالت ساده شده هر دو خانواده ناظران را در یک فضا-زمان متشکل از دو بعد در نظر گرفتند: یکی بعد مکانی و یک بعد زمانی. گروهی متشکل از 5 فیزیکدان در آخرین مقاله خود در مجله Classical and Quantum Gravity، با عنوان “نسبیت ناظران ابر نور در فضازمان 1 + 3″، گامی فراتر گذاشته و نتایجی را در مورد فضازمان چهار بعدی کامل ارائه کردند.
نویسندگان از مفهوم فضا-زمان مطابق با واقعیت فیزیکی ما شروع می کنند: با سه بعد مکانی و یک بعد زمانی. با این حال، از دیدگاه ناظر ابردیدگانی، تنها یک بعد از این جهان یک ویژگی فضایی را حفظ می کند، یکی که ذرات می توانند در امتداد آن حرکت کنند.
کریستوف تورزینسکی، یکی از نویسندگان مقاله.توضیح می دهد: «سه بعد دیگر، ابعاد زمانی هستند.. “از دیدگاه چنین ناظری، ذره به طور مستقل در هر یک از سه زمان “پیر” می شود. اما از دیدگاه ما – ذرات نورانی – مانند حرکتی همزمان در تمام جهات فضا به نظر می رسد، یعنی انتشار یک موج کروی مکانیکی کوانتومی مرتبط با یک ذره.”
همانطور که توسط پروفسور توضیح داده شده است مطابق با اصل هویگنس که در قرن هجدهم فرموله شد، که بر اساس آن هر نقطه ای که یک موج به آن می رسد، منبع موج کروی جدیدی می شود. این اصل در ابتدا فقط برای موج نور اعمال می شد، اما مکانیک کوانتومی این اصل را به تمام اشکال دیگر ماده تعمیم داد.
همانطور که نویسندگان مقاله ثابت می کنند، گنجاندن ناظران ابر نور در توضیحات مستلزم ایجاد یک تعریف جدید از سرعت و سینماتیک است. نویسندگان مقاله ثابت می‌کنند: «این تعریف جدید فرضیه انیشتین در مورد ثبات سرعت نور در خلاء را حتی برای ناظران ابردیدگانی حفظ می‌کند». دراگان می‌افزاید: «بنابراین، نسبیت خاص ما ایده‌ای عجیب به نظر نمی‌رسد.
توصیف جهانی که ناظران ابر نور را به آن معرفی می کنیم چگونه تغییر می کند؟ پس از در نظر گرفتن راه‌حل‌های ابردیدگانی، جهان غیرقطعی می‌شود، ذرات – به جای یکی در یک زمان – مطابق با اصل کوانتومی برهم نهی، شروع به حرکت در امتداد چندین مسیر در یک زمان می‌کنند.
آندره دراگان خاطرنشان می‌کند: «برای یک ناظر ابردیدگانی، ذره نقطه‌ای نیوتنی کلاسیک دیگر معنا پیدا نمی‌کند و میدان تنها کمیتی می‌شود که می‌توان برای توصیف جهان فیزیکی از آن استفاده کرد». “تا همین اواخر اعتقاد بر این بود که فرضیه های زیربنای نظریه کوانتومی بنیادی هستند و نمی توان آنها را از چیز اساسی تر استخراج کرد. در این کار ما نشان دادیم که توجیه نظریه کوانتومی با استفاده از نسبیت بسط یافته، به طور طبیعی می تواند به فضازمان 1 + 3 تعمیم داده شود. نویسندگان این نشریه می نویسند که گسترش منجر به نتایجی می شود که توسط نظریه میدان کوانتومی فرض شده است.
بنابراین به نظر می رسد همه ذرات دارای خواص خارق العاده ای در نسبیت خاص گسترده هستند. آیا برعکس عمل می کند؟ آیا می‌توانیم ذرات طبیعی را برای ناظران ابردیدگانی تشخیص دهیم، یعنی ذراتی که نسبت به ما با سرعت‌های فوق‌دیدگانی حرکت می‌کنند؟
پروفسور کریستوف تورزینسکی می گوید: «به این سادگی نیست. “کشف آزمایشی صرف یک ذره بنیادی جدید، شاهکاری شایسته جایزه نوبل است و در یک تیم تحقیقاتی بزرگ با استفاده از آخرین تکنیک های آزمایشی قابل انجام است. با این حال، ما امیدواریم که نتایج خود را برای درک بهتر پدیده شکست تقارن خود به خودی مرتبط با جرم ذره هیگز و سایر ذرات در مدل استاندارد، به ویژه در جهان اولیه به کار ببریم..”
آندری دراگان می افزاید که عنصر حیاتی هر مکانیسم شکست تقارن خود به خودی میدان تاکیونیک است. به نظر می رسد که پدیده های ابر نوری ممکن است نقش کلیدی در مکانیسم هیگز داشته باشند.
