Nic nemůže letět rychleji než světlo. To je fyzikální pravidlo vytesané do základů Einsteinovy speciální teorie relativity.

Z teorie vyplývá, že prolomení rychlosti světla by vedlo zborcení posloupnosti příčin a následků. Z jistých míst bychom mohli pozorovat situaci, kdy by signál letící rychleji než světlo, někam dorazil dřív, než byl odjinud vyslán.

Z našeho pohledu by takový svět nedával smysl. Vědci působící na Univerzitě v Oxfordu, Varšavské univerzitě a Národní univerzitě v Singapuru na to mají pohled.

Úplně jiný vesmír

V nové studii, publikované v magazínu Classical and Quantum Gravity, posouvají fyzici hranice speciální relativity. Navrhují systém, který s Einsteinovou fyzikou není v rozporu a může ukazovat cestu k novým teoriím. Podle něj by objekty mohly letět rychleji než světlo, aniž by porušovaly známé fyzikální zákony.

„Rozšířená speciální teorie relativity“, popisovaná ve studii, na rozdíl od Einsteinových tří prostorových rozměrů a jednoho časového rozměru („3+1 časoprostor“) kombinuje v podmínkách nadsvětelné rychlosti tři časové rozměry s jedním prostorovým rozměrem („1+3 časoprostor“).

Pro toho, kdo by letěl nadsvětelnou rychlostí, by se tedy fyzika obrátila vzhůru nohama. Prostorový charakter by měl pouze rozměr, po kterém by se pohyboval.

„Pozorovatelé pohybující se nadsvětelnou rychlostí by měli očekávat, že uvidí nejen jevy, které se dějí spontánně, tedy bez nějaké příčiny, ale i to, že budou pozorovat částice pohybující se současně po více drahách,“ upozorňují fyzici ve studii.

Poměřováno naším pohledem na svět se to jeví jako absurdní. Představte si  situaci, kdy vesmírná loď vybavená warp pohonem letí takovou rychlostí, že za sebou nechává světlo, které z ní vyzařuje. To způsobí nějakou obdobu sonického třesku.

V jednu chvíli tato loď dožene pomalejší kosmický koráb. Světlo od rychlejší lodi přitom dorazí z více směrů, takže posádka pomalejší lodi uvidí, jak rychlejší loď přilétá ve směru letu i proti němu. Tato situace je popsána v následujícím videu.

Jak to vysvětlit?

Nová vědecká práce navazuje na dřívější studie, které dospěly k závěru, že nadsvětelné perspektivy by mohly pomoci propojit kvantovou mechaniku s Einsteinovou speciální teorií relativity. Tato dvě odvětví fyziky zatím neumíme uspokojivě sladit pod zastřešující teorii.

Autoři studie, která je čistě teoretická a nedokazuje, ale ani nevylučuje, že nadsvětelné objekty existují, upozorňují, že v rozšířené speciální teorii relativity se nedají částice modelovat jako bodové objekty v Einsteinově časoprostoru.

„Abychom pochopili, co mohou pozorovatelé vidět a jak se nadsvětelné částice mohou chovat, museli jsme použít kvantovou teorie pole,“ píší fyzici.

V jejich modelu se nadsvětelné objekty podobaly částicím rozpínajícím se jako bubliny v prostoru. Pohybovaly se současně po více drahách.

Takový pohyb vypadá zdánlivě nesmyslně, avšak odpovídá kvantovému principu superpozice, podle něhož se dá kvantový stav popsat jako součet několika různých stavů.

Rozšířená relativita počítá s tím, že rychlost světla ve vakuu (299 792 kilometrů za sekundu) zůstává stálá také pro pozorovatele, kteří se pohybují rychleji než světlo. Tím se zachovává jeden z Einsteinových základních principů, o kterém se dříve uvažovalo pouze v souvislosti s pozorovateli pohybujícími se pomaleji než rychlostí světla. Těmi jsme my všichni.

„Naše teorie zachovává Einsteinovo pravidlo stálosti rychlosti světla ve vakuu i pro nadsvětelné pozorovatele. Proto se naše rozšířená speciální teorie relativity nemusí jevit jako extravagantní myšlenka,“ cituje žurnál Science Alert jednoho z autorů studie Andrzeje Dragana z Varšavské univerzity.

Vznikne z toho Einstein plus?

Vědci připouštějí, že přechod na časoprostorový model 1+3 vyvolává některé nové otázky, i když na jiné odpovídá. Navrhují proto rozšířit speciální teorii relativity o vztažné soustavy rychlejší než světlo.

Pokud by teorie předložená ve studii platila, měly by všechny částice ve vesmíru v rozšířené speciální relativitě také rozšířené vlastnosti. Jednou z otázek, které výzkum vyvolává, je, zda bychom někdy byli schopni tyto rozšířené vlastnosti pozorovat.