Новая дикая физическая теория объясняет, почему путешествия во времени невозможны

Однако при столкновении электромагнитной волны с электромагнитными полями, окружающими частицы материи, картина резко меняется. При движении по этой запутанной местности скорость света может значительно замедлиться.

Мы наблюдаем это явление, когда свет преломляется при прохождении через стакан с водой или когда рассеиваются мириады цветов радуги.

Физики давно используют уравнения 19-го века для объяснения этого явления в контексте света и электромагнетизма. Тем не менее, они до сих пор не могут полностью объяснить внезапное изменение скорости света при его переходе из одной среды в другую с точки зрения физических волн.

Трио физиков из Университета Тампере предложило потенциальное решение этой загадки, но не без переоценки некоторых фундаментальных принципов, касающихся прохождения световой волны через пространство и время.

«По сути, я нашел очень аккуратный способ вывести стандартное волновое уравнение в 1+1 измерении», — говорит первый автор исследования Матиас Койвурова, работающий сейчас в Университете Восточной Финляндии.

«Единственное предположение, которое мне требовалось, — это то, что скорость волны постоянна. Затем я подумал: а что, если она не всегда постоянна? Это оказался действительно хороший вопрос».

Скорость света — или, сокращенно, c — это универсальный предел для информации, движущейся в вакууме. Хотя материя может эффективно замедлять общее движение частицы, специальная теория относительности утверждает, что это фундаментальное свойство не может измениться.

Однако иногда физика требует полета фантазии, чтобы исследовать новые горизонты. Так, Койвурова вместе со своими коллегами Чарльзом Робсоном и Марко Орниготти отложила в сторону эту неудобную истину, чтобы рассмотреть последствия стандартного волнового уравнения, в котором произвольная световая волна может ускоряться.

Изначально их решение не имело особого смысла. Только когда они добавили постоянную скорость в качестве системы отсчета, все встало на свои места.

Если отправить космический корабль в глубины космоса на большой скорости, то его пассажиры будут воспринимать время и расстояние иначе, чем наблюдатели, следящие за их путешествием издалека. Этот контраст обусловлен теорией относительности, которая неоднократно успешно проверялась в самых разных масштабах.

Если рассматривать ускоряющуюся волну в сравнении с постоянной скоростью света, то странные эффекты нового решения стандартного волнового уравнения, предложенного группой исследователей, выглядят так же, как и эффекты, накладываемые теорией относительности. Полученные результаты имеют глубокие последствия для дискуссии о том, увеличивается или уменьшается импульс световой волны при ее 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 колебания струны, по мере увеличения ее скорости в уравнение должны быть введены меры относительности и сохранения импульса. Это обобщение должно было иметь еще одно весьма примечательное, хотя и несколько разочаровывающее следствие.

Будь то наши бесстрашные космические путешественники, летящие к Альфе Центавра со скоростью, равной скорости света, или их родные и близкие, медленно стареющие на Земле, — часы каждого из них тикают в такт, считающийся правильным временем. Эти два времени могут не совпадать по длине на одну секунду, но каждое из них является надежной мерой прохождения лет в своих собственных рамках.

Если все волны также испытывают должный уход времени от относительности, утверждают физики, то любая физика, управляемая волнами, должна иметь строгое временное направление. Оно не может быть просто изменено на противоположное для любой части.

До сих пор уравнения решались только для одного измерения пространства (и времени). Необходимо также провести эксперименты, чтобы убедиться в справедливости такой точки зрения на волны.

Если это так, то наше коллективное путешествие по Вселенной действительно является улицей с односторонним движением.