Eine wilde neue Physiktheorie erklärt, warum Zeitreisen unmöglich sind: ScienceAlert

Das Licht gleitet mühelos durch die gesamte Leere des Weltraums und legt dabei eine konstante Distanz von 299.792.458 Metern pro Sekunde zurück. Nicht mehr und nicht weniger.

Dies alles ändert sich, wenn diese Welle des Elektromagnetismus gezwungen wird, mit den elektromagnetischen Feldern zu interagieren, die die Materieteilchen umgeben. Beim Durchqueren dieses Sumpfes kann sich die Gesamtlichtgeschwindigkeit auf eine relative Kriechgeschwindigkeit verlangsamen.

Wir sehen dieses Phänomen in der Krümmung des Lichts, wenn es durch ein Glas Wasser wandert, oder sogar in der schillernden Trennung von Wellen in einem Regenbogen.

Während Physiker diese Verzögerung mit beschreiben können Gleichungen des 19. Jahrhunderts In Bezug auf Licht und Elektromagnetismus ist es ihnen bisher nicht gelungen, die plötzliche Änderung der Lichtgeschwindigkeit zwischen verschiedenen Medien in Messungen physikalischer Wellen ausreichend zu erfassen.

Drei Physiker der Universität Tampere haben eine mögliche Lösung für dieses Problem gefunden, allerdings nicht bevor sie einige recht grundlegende Prinzipien über den Verlauf einer Lichtwelle durch die Zeit und eine Raumdimension überdacht haben.

„Im Grunde habe ich einen sehr eleganten Weg gefunden, die Standardwellengleichung in 1+1 Dimensionen abzuleiten.“ sagen Der Erstautor der Studie, Mattias Koivurova, ist jetzt an der Universität Ostfinnland.

„Die einzige Annahme, die ich brauchte, war, dass die Wellengeschwindigkeit konstant ist. Dann dachte ich mir: Was wäre, wenn sie nicht immer konstant wäre? Das war eine wirklich gute Frage.“

Die Lichtgeschwindigkeit – oder c, wenn wir die Abkürzung verwenden – ist eine globale Grenze für die Bewegung von Informationen durch ein Vakuum. Während Materie den Gesamtflug eines Teilchens effektiv verlangsamen kann, besagt die spezielle Relativitätstheorie, dass sich diese grundlegende Eigenschaft nicht wirklich ändern kann.

Allerdings erfordert die Physik manchmal gelegentliche Höhenflüge der Fantasie, um neue Gebiete zu erkunden. Also legte Koivurova zusammen mit den Kollegen Charles Robson und Marco Ornigotti diese unbequeme Tatsache beiseite, um die Konsequenzen der Standardwellengleichung zu betrachten, bei der eine zufällige Lichtwelle beschleunigt werden kann.

Ihre Lösung ergab zunächst keinen großen Sinn. Erst als sie die konstante Geschwindigkeit wieder als Referenzrahmen hinzufügten, fügten sich die Teile zusammen.

Wenn Sie ein Raumschiff schnell in die Tiefen des Weltraums schicken, werden seine Passagiere Zeit und Entfernung anders erleben als Beobachter, die ihre Reise aus der Ferne beobachten. Dieses Paradoxon ist der Relativitätstheorie zu verdanken, einer Theorie, die auf allen möglichen Skalen immer wieder erfolgreich getestet wurde.

Durch die Darstellung einer sich beschleunigenden Welle gegen eine konstante Lichtgeschwindigkeit sahen die seltsamen Effekte der neuen Lösung des Teams für die Standardwellengleichung genau denen aus, die durch die Relativitätstheorie auferlegt wurden. Ihre Untersuchung hatte tiefgreifende Auswirkungen auf … Kontroverse darüber, ob der Impuls einer Lichtwelle Sie nimmt zu oder ab, wenn sie in ein neues Medium überführt wird.

„Wir haben gezeigt, dass aus der Sicht der Welle nichts mit ihrem Impuls passiert. Mit anderen Worten, der Impuls der Welle bleibt erhalten.“ sagen Koivurova.

Unabhängig davon, um welche Welle es sich handelt, ob sie sich in einem elektromagnetischen Feld, einer Welle auf einem Teich oder einer Vibration unter einer Schnur befindet, müssen Messungen der Relativität und der Impulserhaltung in die Gleichung einbezogen werden, wenn sie an Geschwindigkeit gewinnt. Diese Verallgemeinerung hatte eine weitere bemerkenswerte, wenn auch etwas enttäuschende Konsequenz.

Ob es unsere unerschrockenen Raumfahrer sind, die mit einem Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit auf Alpha Centauri zurasen, oder ihre trauernde Familie, die langsam auf der Erde altert, jede ihrer Uhren tickt mit dem, was … Die passende Zeit. Die beiden Zeiten können sich um die Länge einer Sekunde unterscheiden, aber jede ist ein zuverlässiges Maß für den Verlauf von Jahren innerhalb ihres eigenen Rahmens.

Wenn alle Wellen auch die richtige Zeitrichtung der Relativitätstheorie haben, sagen Physiker, dann muss jede von Wellen beherrschte Physik eine strikte Zeitrichtung haben. Eine Sache, die einfach für keinen Teil rückgängig gemacht werden kann.

Bisher wurden die Gleichungen nur für eine Dimension des Raums (und der Zeit) gelöst. Es müssen auch Experimente durchgeführt werden, um zu sehen, ob diese Wellenansicht richtig ist.

Wenn ja, dann ist unsere gemeinsame Reise durch das Universum wirklich eine Einbahnstraße.

Diese Forschung wurde veröffentlicht in Optik.