Ну очень специальная теория относительности!

Если проводящиеся сейчас эксперименты по поиску нарушения лоренц-инвариантности нашего мира дадут положительный результат, вместо теории относительности Эйнштейна на первый план могут выйти менее симметричные ее разновидности (изображение с сайта physicsweb.org)

Американские физики-теоретики предложили теорию релятивистских явлений, чуть «менее симметричную», чем специальная теория относительности Эйнштейна. Новая теория хорошо согласуется с опытом и содержит неожиданные связи с микромиром.

Специальная (или, как иногда говорят, частная) теория относительности (СТО), созданная Эйнштейном сто лет назад, основывается на двух постулатах: во всех инерциальных системах отсчета скорость света постоянна и все физические явления протекают в них совершенно одинаковым образом.

Это же можно выразить чуть более формально. Есть математический факт: у уравнений, описывающих все электромагнитные явления (уравнений Максвелла), есть многочисленные симметрии. Постулаты Эйнштейна заключаются, по сути, в следующем утверждении:

Эти симметрии относятся не только к электромагнитным, но и вообще к любым физическим явлениям.

(См. подробности в популярной статье Тютин И. В. Симметрия в физике элементарных частиц. Часть 1. Пространственно-временные симметрии // СОЖ, 1996, №5, с. 64–69.)

Несмотря на то что многие последствия этого предположения экспериментально проверены, во всей этой конструкции остается некоторая недосказанность. Непонятно, является ли это предположение необходимым(?), достаточным(?), или, может быть, единственно приемлемым(?) для описания релятивистских явлений.

Недавно выяснилось, что предположение Эйнштейна можно всё же немного ослабить, получив при этом некую разновидность «менее симметричной» теории относительности. В свежем препринте Эндрю Коэна (Andrew Cohen) и Нобелевского лауреата Шелдона Глэшоу (Sheldon Glashow) hep-ph/0601236 рассматривается новая интересная возможность:

Во что выльется предположение, что все физические явления инвариантны относительно не всех электромагнитных симметрий, а лишь некоторых из них?

Оказывается, есть целый набор таких «урезанных симметрий», и каждая из них приводит к миру, по-своему отличающемуся (впрочем, ненамного) от «слишком симметричного» мира канонической теории относительности. Такого типа теории авторы и назвали «очень специальными теориями относительности» (VSR, very special relativity).

Поскольку в «очень специальной теории относительности» исходно закладывается чуть меньше требований, чем в обычной СТО, в ней, в принципе, возможны некоторые запрещенные в СТО ситуации. Именно поэтому так важны проводящиеся сейчас экспериментальные проверки предсказаний теории относительности и лоренц-инвариантности (см. наши заметки Очередной эксперимент подтверждает изотропию скорости света и Астрофизики в недоумении: у Вселенной, похоже, есть выделенная ось).

Еще одно забавное свойство новых теорий состоит в том, что в них совершенно неожиданно появляются связи с физикой микромира. В частности, совершенно новую интерпретацию может получить явление CP-нарушения в распадах элементарных частиц, а также многие из свойств нейтрино — сверхлегких элементарных частиц, с которыми еще толком не разобралась современная физика элементарных частиц. (Чуть подробнее об этой работе читайте в ЖЖ-сообществе «Обсуждение препринтов astro-ph».)

Интересно, кстати, отметить, что у «очень специальной теории относительности» есть «антипод»: так называемая «дважды специальная теория относительности» (doubly special relativity), см., например, статью G. Amelino-Camelia, Nature 418, (2002) 34 (доступную также как gr-qc/0207049). В ней кроме максимальной скорости (т. е. скорости света) существует и максимально возможная энергия отдельной частицы. Пока что последствия этого предположения изучаются физиками, однако уже ясно, что она может дать свежий взгляд на проблему космических лучей сверхвысокой энергии.

Игорь Иванов

Последние новости: Физика, Игорь Иванов