Новая дикая физическая теория объясняет, почему путешествия во времени невозможны
Беззаботно скользя по полной пустоте космоса, свет каждую секунду охватывает постоянные 299 792 458 метров. Не больше, не меньше. Все меняется, когда волна электромагнетизма вынуждена преодолевать электромагнитные поля, окружающие частицы материи. Проходя через эту трясину, общая скорость света может замедлиться до относительно низкой.
Мы видим это явление в преломлении света при его прохождении через стакан воды или даже в ослепительном разделении волн в радуге.
Хотя физики могут описать эту задержку, используя уравнения света и электромагнетизма XIX века, им еще предстоит адекватно отразить резкое изменение скорости света между различными средами в мерах физических волн.
Трое физиков из Университета Тампере предложили потенциальное решение этой проблемы, но не раньше, чем пересмотрели некоторые довольно фундаментальные принципы движения световой волны во времени и одном измерении пространства. Это исследование было опубликовано в журнале Optica .
«По сути, я нашел очень изящный способ вывести стандартное волновое уравнение в измерениях 1+1», — говорит первый автор исследования Матиас Койвурова из Университета Восточной Финляндии. «Единственное предположение, которое мне требовалось, заключалось в том, что скорость волны постоянна. Тогда я подумал: а что, если она не всегда постоянна? Это оказался действительно хороший вопрос».
Скорость света – или c, если использовать ее сокращение – является универсальным пределом для информации, перемещающейся в вакууме. Хотя материя может эффективно замедлять общее путешествие частицы, специальная теория относительности утверждает, что это фундаментальное свойство не может по-настоящему измениться.
Однако иногда физика требует периодического полета фантазии, чтобы исследовать новые области. Поэтому Койвурова вместе со своими коллегами Чарльзом Робсоном и Марко Орниготти отложила эту неудобную истину, чтобы рассмотреть последствия стандартного волнового уравнения, согласно которому произвольная световая волна может ускоряться.
Поначалу их решение не имело особого смысла. И только когда они снова добавили постоянную скорость в качестве системы отсчета, части сошлись воедино.
Отправьте космический корабль в глубины космоса на высокой скорости, и его пассажиры будут ощущать время и расстояние иначе, чем наблюдатели, наблюдающие за их путешествием издалека. Этот контраст возникает благодаря теории относительности, теории, которая снова и снова успешно проверялась на всех масштабах.
При сопоставлении ускоряющейся волны с постоянной скоростью света странные эффекты нового решения команды стандартного волнового уравнения выглядели точно так же, как те, которые навязываются теорией относительности. Их реализация имела глубокие последствия для дебатов о том, увеличивается или уменьшается импульс световой волны при переходе в новую среду.
«Мы показали, что с точки зрения волны с ее импульсом ничего не происходит. Другими словами, импульс волны сохраняется», — говорит Койвурова.
Независимо от того, что представляет собой волна, будь то электромагнитное поле, рябь на пруду или вибрация по струне, в уравнении необходимо учитывать меры относительности и сохранения импульса, когда они набирают скорость. Это обобщение имело еще одно весьма примечательное, хотя и несколько разочаровывающее последствие.
Будь то наши бесстрашные космические путешественники, приближающиеся к Альфе Центавра со скоростью, составляющей долю скорости света, или их скорбящая семья, медленно стареющая на Земле, каждые из их соответствующих часов отсчитывают время, которое считается собственным временем. Эти два времени могут не совпадать по поводу продолжительности секунды, но каждое из них является надежным показателем течения лет внутри своей собственной структуры.
Если все волны также испытывают надлежащую временную заботу относительности, утверждают физики, любая физика, управляемая волнами, должна иметь строгое временное направление. Тот, который нельзя просто перевернуть для какой-либо одной части.
До сих пор уравнения были решены только для одного измерения пространства (и времени). Также необходимо будет провести эксперименты, чтобы увидеть, верна ли эта точка зрения на волны.
Если это так, то наше коллективное путешествие по Вселенной — это действительно улица с односторонним движением.
Обсудим?
Смотрите также:
