Zamisao da vrijeme nije “jedna crta” nego skup od tri dimenzije zvuči kao znanstvena fantastika, ali upravo takav okvir predlaže teorijski rad istraživača povezanih sa Sveučilištima u Varšavi i Oxfordu iz 2022. godine. Polazište je namjerno provokativno: što bi se dogodilo s fizikom kad bi postojali promatrači koji se već gibaju brže od svjetlosti? Autori tvrde da se tada naš uobičajeni odnos prostora i vremena preokreće, a posljedica je slika u kojoj se čudni zakoni kvantne mehanike počinju doimati manje “magično”, a više kao logičan ishod drukčije perspektive.
U svakodnevnoj slici svijeta oslanjamo se na dvije velike “knjige pravila”. Jedna je posebna teorija relativnosti Alberta Einsteina, prema kojoj su prostor i vrijeme spojeni u četverodimenzionalno prostorvrijeme: tri dimenzije prostora i jedna dimenzija vremena. Vrijeme je pritom izdvojeno jer se kroz njega krećemo samo prema budućnosti, dok se kroz prostor možemo kretati u svim smjerovima. U istom okviru postoji i strogo ograničenje brzine: gibanje kroz prostorvrijeme ne može biti brže od brzine svjetlosti, koja iznosi oko 300.000 kilometara u sekundi (točnije 299.792 km/s).
Druga knjiga pravila je kvantna mehanika, koja opisuje ponašanje sustava na subatomskim razinama, manjih od atoma. Tamo intuicija brzo otkaže. U tom opisu čestice se mogu doimati kao da su istodobno na više mjesta, a ishodi nisu unaprijed određeni: ne možemo sa sigurnošću reći gdje će čestica završiti. Zbog toga se u fizici ustalio pojam valno-čestične dualnosti, svojevrsni jezik kompromisa: čestice se ne tretiraju kao “sitne kuglice”, nego kao valovi vjerojatnosti koji se šire i mijenjaju. Na mjestima gdje je taj val najveći, veća je šansa da ćemo pri mjerenju pronaći česticu; gdje je val najmanji, vjerojatnost opažanja je mala.
No kvantna mehanika dopušta i ponašanja koja izgledaju kao direktan udar na relativnost. Primjer je kvantna spregnutost (entanglement), u kojoj jedna čestica može trenutačno utjecati na drugu, na način koji se doživljava kao “prelazak” ograničenja brzine svjetlosti. Upravo taj jaz između kvantnog opisa i relativističkog ograničenja stoji u pozadini ideje iz rada iz 2022.: umjesto da se takvi učinci uzmu kao polazišna danost bez dubljeg objašnjenja, autori traže okvir u kojem bi bili očekivana posljedica temeljnih pravila.
Što vidi promatrač koji je već brži od svjetlosti
Ključna točka rada je razlika između onoga što relativnost zabranjuje i onoga što matematički dopušta. Prema posebnoj teoriji relativnosti nije moguće krenuti ispod brzine svjetlosti i ubrzati do nje, a kamoli je prijeći. No isti formalizam dopušta i suprotan slučaj: da objekt od početka već bude brži od svjetlosti, uz dodatno ograničenje da se tada više nikada ne može usporiti ispod te granice.
U tom scenariju, tvrde autori, promatrač koji se giba brže od svjetlosti ne bi opisivao svijet s tri prostorne i jednom vremenskom dimenzijom. Vidio bi obrat: tri dimenzije vremena i samo jednu dimenziju prostora. Posljedica takve zamjene nije samo kozmetička. U takvom pogledu, kažu istraživači, čestice ne bi slijedile jednu jedinu putanju, nego više putanja istodobno. Drugim riječima, takvi bi objekti “ulazili” u više budućnosti u isto vrijeme.
Kad se čestica ponaša kao val, a budućnost se grana
Iz naše perspektive, u kojoj se gibamo sporije od svjetlosti, takvi bi objekti teško nalikovali klasičnim česticama. Autori to približavaju jednostavnom analogijom: bačena loptica ima jednu putanju, ali kad padne u obližnji ribnjak, valovi se šire u više smjerova istodobno. Po toj logici, ono što u kvantnoj mehanici opisujemo kao valno ponašanje i raspodjelu vjerojatnosti moglo bi se tumačiti kao odraz, odnosno projekcija, “brže-od-svjetlosti” perspektive u naš uobičajeni okvir.
Istraživači idu i dalje od toga. Tvrde da bi se u takvom “preokrenutom” opisu mnogi tipični kvantni učinci mogli pojaviti kao očekivana posljedica, a ne kao skup pravila koja jednostavno moramo prihvatiti. U toj slici kvantna spregnutost, nasumični ishodi mjerenja, valno-čestična dualnost i druge dobro poznate kvantne pojave više ne izgledaju kao iznimke, nego kao prirodan rezultat perspektive u kojoj su uloge prostora i vremena zamijenjene.
Posebno naglašavaju da se u tom okviru raspada i sama intuicija o čestici kao “točki” koja ima jednu jasnu putanju. Umjesto čestica, smislenije je govoriti o poljima, valnim strukturama koje su prisutne kroz prostor i vrijeme. To, kažu autori, nije nikakva egzotika: polja su već standardan alat u fizici. Mnoge teorije, posebno one koje se bave temeljnom fizikom vrlo ranog svemira, ionako počivaju na poljima koja pokazuju svojstva povezana s bržim-od-svjetlosti ponašanjem.
Ipak, ostaje otvoreno pitanje mogu li postojati pojedinačne čestice koje bi doista putovale brže od svjetlosti, često nazivane tahionima. Tu problem nije samo u mjerenju ili tehnologiji, nego u samim temeljima: takve bi čestice ozbiljno uzdrmale pojmove poput uzročnosti i uobičajenog slijeda od prošlosti prema budućnosti. Autori pritom podsjećaju da kvantna mehanika i bez tahiona već gura te pojmove na rub intuicije. Moguće je, sugeriraju, da svemir već funkcionira po pravilima koja nam djeluju neintuitivno, a da je ključ u tome da se ta pravila povežu u konzistentniji okvir.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
