Einstein a spus că nimic nu poate călători mai repede decât viteza luminii. Probabil ai auzit ceva de genul ăsta. Dar este corect acest lucru?
Pentru a fi clari, nimeni nu știe în prezent să se deplaseze cu viteze mai mari decât lumina, așa că în acest sens nu este posibil. Dar deja știai asta și nu despre asta vom vorbi. În schimb, vreau să vedem dacă este posibilă, în principiu, deplasarea cu o viteză superluminică. Cu alte cuvinte, există ceva care ne împiedică să creăm vreodată o tehnologie care să permită deplasarea cu o viteză mai mare decât viteza luminii?
Pentru a afla, să aruncăm mai întâi o privire la ce a spus cu adevărat Einstein. Teoria specială a relativității conține o viteză pe care toți observatorii o vor măsura ca fiind la fel. Se poate demonstra că aceasta este viteza particulelor fără masă. Și din moment ce particulele de lumină sunt, după câte știm în prezent, fără masă, obișnuim să identificăm această viteză constantă cu viteza luminii. Dar, dacă s-ar dovedi într-o zi că particulele de lumină au masă, oricât de mică, atunci vom avea în continuare această viteză constantă în teoria lui Einstein, dar nu ar mai fi viteza luminii.
În continuare, Einstein a arătat că dacă aveți o particulă care se mișcă mai lent decât viteza luminii, atunci nu o puteți accelera mai repede decât viteza luminii. Nu puteți face asta pentru că ar lua o cantitate infinită de energie. Și din acest motiv auziți adesea că viteza luminii este limita superioară în ce privește viteza.
Cu toate acestea, în teoria lui Einstein nu există nimic care să interzică o particulă să se miște mai repede decât lumina. Doar nu știm să accelerăm ceva până la o asemenea viteză. Deci Einstein nu a exclus viteza superluminică, ci a afirmat că nu are nicio idee cum să ajungă la o astfel de viteză.
Cu toate acestea, există o problemă cu particulele care merg mai repede decât lumina, și anume faptul că pentru unii observatori acesta par a merge înapoi în timp. Într-adevăr, asta spune matematica.
Și asta este o mare problemă, pentru că odată ce poți călători înapoi în timp, poți crea paradoxuri cauzale, cum ar fi „paradoxl bunicului”. Ideea este că ai putea să te întorci în timp, să-ți ucizi propriul bunic, ceea ce duce la imposibilitatea de a te fi născut, deci nu ai fi putut călători în timp pentru a-l ucide, ceea ce nu are niciun sens.
Așadar, viteza superluminică este o problemă, deoarece poate duce la paradoxuri cauzale. Cel puțin asta vă vor spune cei mai mulți fizicieni sau poate v-au spus deja. Dar această abordare nu are sens.
Nici măcar nu este greu să vezi ce nu este în regulă cu acest mod de a gândi. Imaginați-vă că aveți o particulă care merge de la stânga, înapoi în timp; cum ar arăta? Ar arăta ca o particulă mergând de la stânga la dreapta, înainte în timp. Aceste două descrieri sunt matematic identice. O particulă nu cunoaște „direcția înainte” a timpului.
Observația noastră că „spre viitor” este diferit de „spre trecut” provine din creșterea entropiei. Devine evident atunci când analizăm comportamentul unui număr mare de particule luate împreună. Și dacă vorbim de multe particule luate împreună, putem, în principiu, să inversăm orice proces în timp, dar procesul invers va fi de obicei extrem de puțin probabil. Luați de exemplu frământarea aluatului. Este foarte ușor să îl amestecați, dar foarte dificil să reveniți la starea inițială, deși, încă o dată, în principiu, este posibil.
În orice caz, probabil că nu trebuie să fiți convinși că avem o săgeată a timpului și că săgeata timpului indică spre mai multe... riduri. O direcție este către înainte, cealaltă nu. Este destul de evident.
Motivul introducerii în discuție a paradoxului bunicului nu este pentru că ar avea legătură cu vitezele superluminice, ci pentru că astfel de povești „distrug” săgeata timpului. Te întorci în timp, dar tu continui să îmbătrânești. Aceasta este problema. Dar atâta timp cât ai o săgeată solidă a timpului, nu este nimic fizic greșit cu călătoriile cu viteze mai mari decât viteza luminii.
Așadar, argumentele pentru paradoxurile cauzale sunt slabe, sunt ușor de evitat, trebuie doar o săgeată a timpului clară.
Dar există o altă problemă cu călătoria cu viteze superluminice, care provine din mecanica cuantică.
Dacă iei în calcul mecanica cuantică, atunci o particulă care călătorește mai repede decât lumina va distruge universul. Pe de altă parte, asta ar fi trebuit să se fi întâmplat deja; prin urmare, existența unor particule care s-ar deplasa cu viteze mai mari decât viteza luminii pare să intre în contradicție cu ceea ce observăm.
Motivul este că particulele care se deplasează cu viteze superluminice pot avea energie negativă. Iar în mecanica cuantică putem crea perechi de particule noi, cu condiția ca energia totală să se conserve. Dar dacă avem particule cu energie negativă, le putem cupla cu particule de energie pozitivă, apoi putem crea cât de multe astfel de perechi de particule din nimic. Fizicienii spun apoi că vidul este instabil. Și pentru că asta este o confuzie des întâlnită: antiparticulele nu au energie negativă. Dar particulele cu viteze superluminice pot avea energie negativă.
Pe de altă parte, depinde de cât de în serios luăm teoria cuantică. Personal cred că teoria cuantică nu este fundamentală, ci doar o aproximare a unei teorii mai bune care nu a fost încă descoperită. Cea mai bună dovadă în acest sens este problema măsurării în mecanica cuantică. Așadar, cred că această presupusă problemă cu instabilitatea vidului vine din luarea prea în serios a mecanicii cuantice.
De asemenea, puteți evita problema energiei negative atunci când vorbim despre viteze superluminice - folosind găurile de vierme, deoarece în acest caz puteți utiliza particule obișnuite. Găurile de vierme sunt, în principiu, un fel de „scurtături” în spațiu. În loc să parcurgi drumul lung de pe Terra până la Andromeda, poți sări într-un capăt al unei găuri de vierme și să reapari imediat la celălalt capăt. Din păcate, există motive întemeiate pentru a crede că găurile de vierme nu există.
În rezumat, nu există niciun motiv, în principiu, ca deplasarea cu viteze superluminice ori comunicații cu viteze mai mari decât viteza luminii să nu fie posibile. Poate că nu ne-am dat seama cum să o facem încă.
Este călătoria cu viteze mai mari decât viteza luminii posibilă?
Textul este adaptarea textului videoclipului.
Opiniile autoarei nu coincid neapărat cu ale noastre. Sabine Hossenfelder este unul dintre cele mai implicați fizicieni în popularizarea fizicii, cu un apetit deosebit pentru discutarea aspectelor problematice al teoriilor existente. Credem că opiniile acesteia merită cu prisosință să fie publicate pe Scientia, pentru cititorii noștri interesați de cum evoluează gândirea științifică.
