Mi történne, ha sikerülne túllépni a fénysebességet?

Valószínűleg többször is hallottad már, hogy a fénysebességet nem lehet túllépni. Ennek számos oka van.

Leggyakrabban azzal magyarázzák, hogy lehetetlen végtelen energiával rendelkezni, ami ahhoz szükséges, hogy egy tömeggel rendelkező test elérje a fénysebességet. Ezért a tömeg nélküli fotonok képesek fénysebességgel haladni, míg más testek nem.

Egy másik, megalapozottabb magyarázat magának a tér-időnek a szerkezete, ahol a fénysebesség szinte az egyetlen állandó, és minden fizikai folyamatban együtthatóként szerepel. Fénysebesség felett sérülne az oksági elv, és maga a tér-idő szövete megszűnne létezni.

De képzeljük el egy pillanatra, hogy mégis sikerül túllépni ezt a sebességet. Például megjelenik egy végtelen energiaforrás. Mi történne ilyenkor?

A képzelet fantasztikus dolgokat fest elénk. Valamiféle fekete lyukakat vagy átjárókat más dimenziókba. De ezek csak merész feltételezések. Főleg a fekete lyukakról szólók, amelyek a tömeggel és a gravitációval kapcsolatosak. Azonban most minden gondolatmenetünk inkább elméleti lesz.

Ma még nem tudjuk biztosan állítani, hogy mi fog történni.

Talán a leghelyesebb abból kiindulni, hogy „mi akadályozza meg a fénysebesség túllépését”? Hiszen ettől függ az is, hogy mi fog „elromlani” globális értelemben.

A fénysebesség főnöke Einstein. Tudjuk, hogy ő jelölte meg ezt a sebességet fizikai állandóként, de honnan jöttek ezek a gondolatok? Egyesek feltételezik, hogy az értékeket szó szerint a semmiből húzták elő. Majd pedig e köré épült fel az egész modern fizika. Logikus, hogy ha ezt az értéket megváltoztatjuk, akkor az egész fizika összeomlik.

Nem világos, hogy mi lenne akkor azon elméletekkel, amelyek közül néhány jól megmagyarázza a történéseket, és bizonyítást is nyert.

Honnan származik ez a híres érték?

Sok irodalmi forrás rámutat, hogy Einstein valóban a fénysebességet posztulálta a világegyetem maximális sebességének. A „posztulátum” szó nagyon ravasz. Egyszerűen fogalmazva, a posztulátum megnevezés még nem jelenti azt, hogy ez egy bizonyított dolog.

Az ember felállít egy posztulátumot, majd köré épít egy elméletet. Az elmélet pedig képes (vagy nem) valamit megmagyarázni és leírni. A posztulátum azonban nem a sebesség maximális voltát, hanem annak invarianciáját feltételezte. A határ ezen logika kifejlesztéséből következik.

A hiba csak az, hogy a fénysebesség nem egy légből kapott érték. Einstein a fénysebességről alkotott elképzelését Maxwell munkáiból vette át. Minden a mágneses és elektromos mező közötti kapcsolat nehézségeivel kezdődött. Maxwell elektromágneses térre vonatkozó egyenleteiből következik, hogy a fénysebesség csak a közeg mágneses és elektromos állandójától függ, és nem függ a fényforrás sebességétől. A fénysebesség felső határát a vákuum elektromágneses állandói határozzák meg. Ennél bővebben itt és most nehéz lenne kifejteni.

Fontos kiemelni, hogy a fénysebesség nem egy üres állandó. Az akkori fizika megértésének eredménye.

Játék az idővel

Einstein beépítette a fénysebességről alkotott elképzeléseit a relativitáselméletébe. Ebből, mint emlékszünk, az következik, hogy a tárgy mozgási sebessége az idő múlására is hatással van.

Ezért az első dolog, ami eszünkbe jut, amikor a fénysebesség túllépéséről van szó, az az időgép megjelenése. Ha a fénysebességet túllépik, akkor az óra visszafelé forog. Igaz, ez a feltételezés nagyon fantasztikusnak tűnik.

Ez az ötlet abból adódott, hogy ha a fénysebesség hirtelen nagyobb lenne, akkor a jól ismert képlet gyöke alatt negatív érték lenne. A negatív szám gyöke már valami olyasmit sugall, ami nem egészen standard folyamat.

Az óra visszafelé forgásáról szóló fantáziálgatások arra tett kísérletek, hogy sablon szerint folytassuk az időváltozásról szóló gondolatmenetet. Emlékezzünk a cézium atomórákkal végzett kísérletre. Minél nagyobb a sebesség az órához képest, annál jobban eltér az idő rajtuk, és a fénysebességgel megegyező sebességnél megállnak, tehát ennek a határnak az átlépésekor visszafelé kellene fordulniuk. Tekintettel arra, hogy geometriai elméletekről beszélünk, ez nem egészen helyénvaló.

Az idő visszafelé forgása egy nagyon hipotetikus elképzelés. Könnyebb komolyan venni az idő megállásának gondolatát, mint a visszafelé forgását.

Valószínűleg maga az anyag is szétesik

Egy olyan tárgy, amelynek sebessége megközelíti a fénysebességet, a tárgyon belüli mezők feszültségének hirtelen növekedése miatt elveszíti belső atom-molekuláris stabilitását. Az anyag visszafordíthatatlanul kaotikus állapotba kezd átmenni. Az anyag hihetetlen tulajdonságokkal rendelkező sugárzások halmazává alakul.

Mivel az oksági elv sérül, előfordulhat, hogy a részecskék annihilálódni kezdenek, vagy megváltoztatják a jeleiket. Ami már antianyaggá alakult, magával rántja a maradék anyagot is. Elég nehéz elképzelni, hogyan mehet végbe egy ilyen folyamat. De az a tény, hogy az anyag állapotát leíró legtöbb törvényben szerepel a vákuumbeli fénysebesség, azt jelzi, hogy vagy az összes anyag valami ismeretlenné válik, vagy az elmélet nem egészen átfogó.

Téridő

Nagyjából azt mondhatjuk, hogy a tér a fénysebességen keresztül kapcsolódik az időhöz. Ezt a kapcsolatot írta le Einstein. Később kiderült, hogy a gravitáció is egészen logikus, és sok más jelenség (úgy tűnik) összefügg egymással.

Ebből az következik, hogy a kapcsolat megsértése a tér-idő kontinuum megváltozásához vezet. Ezt el lehet képzelni úgy, mint egy metrókocsit, amely hirtelen gyorsabban megy, mint ahogyan azt eredetileg tervezték. Mi fog történni? Valahol nem fog tudni bevenni egy kanyart, valahol akár magától le is ugorhat a sínről.

De vajon elmondhatjuk-e, hogy a tér-idő ugyanúgy működik, mint egy metrókocsi? Valószínűleg nem. Másrészt a meglévő fizika már nem úgy fog működni, ahogyan azt elvárjuk.

Miután Einstein kidolgozta a relativitáselmélet logikáját, rájött, hogy mégiscsak maradtak kérdések. Élete végéig az Egységes Térelméleten dolgozott, amely képes lett volna kiküszöbölni a hiányosságokat, és kapcsolatot teremteni a két fizika (a kvantumfizika és a klasszikus fizika) között. Az ilyen hihetetlen ellentmondások félreértésekre utalnak. Ha létezik félreértés, akkor nem zárható ki a tér-idő tulajdonságainak nem egészen teljes leírása sem.

Érdekes megjegyezni, hogy a tér-idő négydimenziós változatának elemzése szempontjából a vákuumbeli fénysebességnek valóban valami olyasminek kell lennie, mint egy táblázatos mennyiség, amely a kontinuum jellemzőit tartalmazza. Durván fogalmazva, nem lehet 50 km/h sebességre tervezett vasúton 300 km/h sebességgel haladni, mert a vonat kisiklik. De mi van, ha több dimenzió létezik?

Akkor kiderül, hogy mégiscsak lehet!?

Fontos kiemelni egy nagyon érdekes pontot. Az, hogy a fénysebesség a maximális érték, számos olyan jelenségre vonatkozik, amelyeket abban az időben leírtak (a fizika egy bizonyos fejlettségi szintjével rendelkező időpillanatban), és amelyeket Einstein megvizsgált.

A fizika valójában nem tiltja a fénysebesség túllépését. Más kérdés, hogy azok a jelenségek, amelyeket eddig tanulmányoztunk, valóban ilyen maximumot feltételeznek.

Feltételezhetjük-e, hogy maga a fizika leírása nem teljes? Persze, hát hogyne. Nem kizárt, hogy a fénysebesség valóban állandó érték, és ez a határ. De ez csak a vizsgált kérdés kis részére vonatkozhat.

A fénysebességet azonban már régóta túllépték :)… Emlékezzünk a kvantum-összefonódásra, ahol az információ azonnal (!) képes leküzdeni a fényéveket, és megváltoztatni a kapcsolódó kvantumrészecske tulajdonságait. Einstein ezt kísérteties távolhatásnak nevezte. A jelenség felfedezése arra utalt, hogy a fénysebességet mégiscsak túl lehet lépni, csak éppen nem illik bele az elméletbe.