Los observadores que viajan rápido podrían presenciar una gran cantidad de física cray-cray

¿Cómo verían nuestro mundo los observadores que se mueven más rápido que la luz en el vacío? Tal imagen sería claramente diferente de lo que encontramos todos los días.

Deberíamos esperar ver no solo fenómenos que ocurren espontáneamente, sin una causa determinista, sino también partículas que viajan simultáneamente a lo largo de múltiples caminos, argumentan los teóricos de las universidades de Varsovia y Oxford. Además, el concepto mismo de tiempo se transformaría por completo: un mundo superlumínico tendría que caracterizarse con tres dimensiones de tiempo y una dimensión espacial y tendría que describirse en el lenguaje familiar de la teoría de campos. Resulta que la presencia de tales observadores superlumínicos no conduce a nada lógicamente inconsistente, además, es muy posible que los objetos superlumínicos realmente existan.

A principios del siglo XX, Albert Einstein redefinió por completo la forma en que percibimos el tiempo y el espacio. El espacio tridimensional ganó una cuarta dimensión: el tiempo, y los conceptos de tiempo y espacio, hasta ahora separados, comenzaron a tratarse como un todo. – En la teoría especial de la relatividad formulada en 1905 por Albert Einstein, el tiempo y el espacio difieren solo en el signo en algunas de las ecuaciones – explica el prof. Andrzej Dragan, físico de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia y Centro de Tecnologías Cuánticas de la Universidad Nacional de Singapur. Einstein basó su teoría especial de la relatividad en dos supuestos: el principio de relatividad de Galileo y la constancia de la velocidad de la luz. Como argumenta Andrzej Dragan, el primer principio es crucial, que asume que en cada sistema inercial las leyes de la física son las mismas y que todos los observadores inerciales son iguales. – Por lo general, este principio se aplica a los observadores que se mueven entre sí a velocidades inferiores a la velocidad de la luz (c). Sin embargo, no hay una razón fundamental por la que los observadores que se mueven en relación con los sistemas físicos descritos con velocidades superiores a la velocidad de la luz no deban estar sujetos a ella, argumenta Dragan.

¿Qué sucede cuando asumimos, al menos teóricamente, que el mundo podría ser observable desde marcos de referencia superlumínicos? Existe la posibilidad de que esto permita la incorporación de los principios básicos de la mecánica cuántica en la teoría especial de la relatividad. Esta hipótesis revolucionaria del prof. Andrzej Dragan y el prof. Artur Ekert de la Universidad de Oxford presentó por primera vez en el artículo “Principio cuántico de la relatividad” publicado hace dos años en el “New Journal of Physics”. Allí consideraron el caso simplificado de ambas familias de observadores en un espacio-tiempo que consta de dos dimensiones: una espacial y otra temporal. En su última publicación «Relatividad de los observadores superlumínicos en el espacio-tiempo 1 + 3», un grupo de 5 físicos va un paso más allá y presenta conclusiones sobre el espacio-tiempo de cuatro dimensiones completo. Los autores parten del concepto de espacio-tiempo correspondiente a nuestra realidad física: con tres dimensiones espaciales y una dimensión temporal. Sin embargo, desde el punto de vista del observador superlumínico, sólo una dimensión de este mundo conserva un carácter espacial, aquella a lo largo de la cual las partículas pueden moverse. – Las otras tres dimensiones son dimensiones temporales”, explica el prof. Andrzej Dragan. – Desde el punto de vista de tal observador, la partícula «envejece» independientemente en cada uno de los tres tiempos. Pero desde nuestra perspectiva, comedores de pan iluminados, parece un movimiento simultáneo en todas las direcciones del espacio, es decir, la propagación de una onda esférica mecánica cuántica asociada con una partícula, comenta el prof. Krzysztof Turzyński, coautor del artículo.

Es, como explica el prof. Andrzej Dragan, de acuerdo con el principio de Huygens formulado ya en el siglo XVIII, según el cual cada punto alcanzado por una onda se convierte en fuente de una nueva onda esférica. Este principio se aplicó inicialmente solo a la onda de luz, pero la mecánica cuántica extendió este principio a todas las demás formas de materia.

Como demuestran los autores de la publicación, la inclusión de observadores superlumínicos en la descripción requiere la creación de una nueva definición de velocidad y cinemática. – Esta nueva definición conserva el postulado de Einstein de la constancia de la velocidad de la luz en el vacío incluso para los observadores superlumínicos – prueban los autores del artículo. —Por tanto, nuestra relatividad especial extendida no parece una idea especialmente extravagante —añade Dragan.

¿Cómo cambia la descripción del mundo al que introducimos a los observadores superlumínicos? Después de tener en cuenta las soluciones superlumínicas, el mundo se vuelve no determinista, las partículas, en lugar de una a la vez, comienzan a moverse a lo largo de muchas trayectorias a la vez, de acuerdo con el principio cuántico de superposición. – Para un observador superluminal, la partícula puntual newtoniana clásica deja de tener sentido y el campo se convierte en la única cantidad que puede usarse para describir el mundo físico, señala Andrzej Dragan. “Hasta hace poco, se creía generalmente que los postulados subyacentes a la teoría cuántica son fundamentales y no pueden derivarse de nada más básico. En este trabajo, mostramos que la justificación de la teoría cuántica utilizando la relatividad extendida puede generalizarse naturalmente a 1 + 3 espacio-tiempo y tal extensión lleva a las conclusiones postuladas por la teoría cuántica de campos”, escriben los autores de la publicación.

¡Todas las partículas, por lo tanto, parecen tener un cuántico extraordinario! – propiedades en la relatividad especial extendida. ¿Funciona al revés? ¿Podemos detectar partículas que son normales para los observadores superlumínicos, es decir, partículas que se mueven en relación con nosotros a velocidades superlumínicas? “No es tan simple”, dice el prof. Krzysztof Turzyński. – El mero descubrimiento experimental de una nueva partícula fundamental es una hazaña digna del Premio Nobel y factible en un gran equipo de investigación utilizando las últimas técnicas experimentales. Sin embargo, esperamos aplicar nuestros resultados a una mejor comprensión del fenómeno de ruptura de simetría espontánea asociada con la masa de la partícula de Higgs y otras partículas en el Modelo Estándar, especialmente en el universo primitivo. Andrzej Dragan agrega que el ingrediente crucial de cualquier mecanismo espontáneo de ruptura de simetría es un campo taquiónico. Parece que los fenómenos superlumínicos pueden desempeñar un papel clave en el mecanismo de Higgs.

Facultad de Física de la Universidad de Varsovia. La física y la astronomía de la Universidad de Varsovia aparecieron en 1816 como parte de la entonces Facultad de Filosofía. En 1825, se estableció el Observatorio Astronómico. Actualmente, la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia consta de los siguientes institutos: Física Experimental, Física Teórica, Geofísica, el Departamento de Métodos Matemáticos en Física y el Observatorio Astronómico. La investigación cubre casi todas las áreas de la física moderna, en escalas desde la cuántica hasta la cosmológica. El personal docente e investigador de la Facultad está formado por más de 200 profesores académicos, 81 de los cuales son profesores. Cerca de 1.000 estudiantes y más de 170 estudiantes de doctorado estudian en la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia.

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