Mikään ei voi liikkua valon nopeutta nopeammin. Tämä on yksi Einsteinin erityisen suhteellisuusteorian kulmakivistä.
Puolalaisen Varsovan yliopiston ja brittiläisen Oxfordin yliopiston teoreettisen fysiikan tutkijat venyttävät nyt suhteellisuusteorian rajoja uudella teorialla, jota he itse kutsuvat Einsteinin teorian jatkoksi.
Teorian mukaan hiukkanen voi liikkua valoa nopeammin, jos se liikkuu aika-avaruudessa, jossa on kolme aikaulottuvuutta ja yksi tilaulottuvuus.
Ja tämä onnistuu Einstein periaatteita rikkomatta, kirjoittavat fyysikot Classical and Quantum Gravity -lehdessä julkaistussa artikkelissa.
Kolme aikaa, yksi tilaulottuvuus
Jos liikkuisimme tyhjiössä valon nopeudella eli noin 300 000 kilometriä sekunnissa, aika pysähtyisi. Näin sanoo suhteellisuusteoria.
Ja jos taas likkuisimme valoa nopeammin, aika alkaisi erityisen suhteellisuusteorian mukaan kulkea taaksepäin.
Näin tapahtuisi, jos liikumme neliulotteisessa aika-avaruudessa, jossa on kolme tilaulottuvuutta ja aika.
Nyt puolalaiset ja brittiläiset fyysikot ovat sorkkineet aika-avaruutta.
Yli valon nopeudella kulkeva hiukkanen vaikuttaa tarkkailijasta kuplalta, joka liikkuu moneen eri suuntaan samanaikaisesti.
Klassisen aika-avaruuden sijaan tutkijat käyttivät laskelmissaan aika-avaruutta, jossa on kolme aikaulottuvuutta ja yksi tilaulottuvuus.
Jotta laskelmat saatiin toimimaan, fyysikot turvautuivat kvanttimekaniikkaan, joka kuvaa universumin pienimpiä osasia.
Kvanttimekaniikasta he lainasivat superposition, joka tarkoittaa sitä, että hiukkasella voi olla enemmän kuin yksi tila samaan aikaan.
Siten hiukkanen voi liikkua montaa eri reittiä samaan aikaan ja uuden teorian aika-avaruudessa siis monessa eri ajassa samaan aikaan.
Kupla moneen suuntaan
Fyysikkojen uuden mallin mukaan superlumiaalinen (yli valon nopeudella liikkuva) hiukkanen vaikuttaa tarkkailijasta hiukkaselta, joka laajenee tilassa moneen suuntaan samaan aikaan liikkuvaksi kuplaksi.
Hiukkanen siis ”kokee” kolme aikaulottuvuutta samaan aikaan, joten se vanhenee eri tavalla kussakin ulottuvuudessa, kun se liikkuu yhdessä tilaulottuvuudessa.
Samaan aikaan valon nopeus tyhjiössä pysyy vakiona myös hiukkaselle, joka liikkuu valoa nopeammin.
Hiukkanen ei koskaan ylitä valon nopeutta tilaulottuvuudessa, mutta se voi ylittää sen aikaulottuvuuksissa. Näin teoria ei ole ristiriidassa erityisen suhteellisuusteorian kanssa.
Fyysikot kuitenkin epäilevät, voidaanko hiukkasten käyttäytymistä laajennetussa avaruusajassa tarkkailla.
He uskovat silti, että heidän teoriansa voi olla silta kvanttifysiikan ja erityisen suhteellisuusteorian välillä ja siten auttaa ymmärtämään Higgsin mekanismia, joka antaa hiukkaselle massan.