Az elektromágneses hullám és a nem létező idő

Ma egy nagyon érdekes gondolatra bukkantam John Gribbin 1996-ban megjelent, Schrödinger kiscicái és a valóság keresése (Schrödinger’s Kittens and the Search for Reality. Back Bay Books. ISBN 0-316-32819-7) című, letehetetlenül olvasmányos könyvében:

Gribbin - Schrödinger kiscicái és a valóság keresése

A Föld légkörét az úgynevezett kozmikus sugárzás formájában szakadatlanul bombázzák különféle elemi részecskék a világűrből. Amikor ezek a részecskék kölcsönhatásba lépnek a felső légkör atomjaival, gyakran keltik más részecskék, az úgynevezett müonok záporát. Ezek a müonok nagyon rövid élettartamúak. Müonként csak néhány mikroszekundumig léteznek, ezután más részecskékké bomlanak el. Bár a fényéhez képest számottevő sebességgel mozognak, mégsem élnek elegendő ideig ahhoz, hogy az időről alkotott hétköznapi fogalmaink szerint átjussanak a légkörön és elérjék a Föld felszínét. Ennek ellenére a részecskefizikusok a keletkező müonok legtöbbjét a Föld felszínén is érzékelni tudják. Az ellentmondás magyarázata egyszerű: minthogy ezek a müonok a Földhöz képest rendkívül gyorsan száguldanak, számukra az idő lelassul. Pontosabban szólva a speciális relativitáselmélet szerint a müonok élettartama a 9-szeresére nő a mi óráink szerint mért időben, ahhoz képest, mintha nyugalomban lennének.

Emlékezzünk azonban vissza arra, amit korábban mondtunk: a speciális relativitáselmélet megengedi, hogy a müonok nyugvónak tartsák önmagukat. Saját vonatkoztatási rendszerükben viszont minden bizonnyal el kellene bomlaniuk, még mielőtt elérik a felszínt.

Nos, egyáltalán nem! Ha a müonokat nyugalomban lévőnek tekintjük (azaz hozzájuk rögzítjük vonatkoztatási rendszerünket), akkor a Föld a müonok felé rohan, méghozzá a fénysebesség számottevő hányadával. Ennek következtében természetesen a Föld összezsugorodik, legalábbis a müonok szempontjából nézve, méghozzá a Lorentz-transzformáció (A Lorentz-transzformáció egy-egyértelmű megfeleltetést teremt egy pontszerű esemény két inerciarendszerben mért helykoordinátái és időadatai között. Hendrik Antoon Lorentz írta le 1904-ben.) által előírt mértékben. Minthogy a szóban forgó sebesség ugyanakkora, és mivel az egyenletekben a tér és az idő szimmetrikusan jelenik meg, az összehúzódás mértéke pontosan ugyanakkora lesz, mint az idődilatációé volt az előző esetben – vagyis kilencszeres. Mivel az egyenletekben a tér és az idő előjele ellentétes egymással, a Föld légköre 9-ed részére zsugorodik. A müonok szempontjából tehát csak 9-szer kisebb távolságot kell megtenni ahhoz, hogy elbomlásuk előtt leérkezzenek a Föld felszínére, ehhez viszont elegendően hosszú az élettartamuk.

A speciális relativitáselmélet nem csupán holmi őrült hipotézis, hanem olyan elmélet, amelyik eleget tesz a kísérleti ellenőrzés Newton-féle kritériumának – „megmagyarázza a dolgok tulajdonságait”, és „kísérletek elvégzésére késztet”, amely kísérletek (sikeresen) felhasználhatók a magyarázatok ellenőrzésére.

De vajon mi történik akkor, amikor az idõdilatáció húrját a legvégsõ határig feszítjük?

Visszatérve az eredeti, Einsteint foglalkoztató kérdéshez, milyennek „látszana” a Világegyetem egy fénysugár (vagy foton, ha úgy jobban tetszik) számára, vagy esetleg a fénysugarat meglovagoló megfigyelő szemével nézve? És vajon hogyan múlik az idő a foton számára?

Kezdjük a választ a második kérdéssel – sehogyan. A Lorentz-transzformáció szerint a fénysebességgel mozgó objektum számára megáll az idő. A foton szemszögéből nézve természetesen minden az ellenkező irányba rohan, mégpedig fénysebességgel. Ilyen szélsőséges körülmények közt viszont a Lorentz-Fitzgerald-kontrankció értelmében az objektumok közötti távolság nullára csökken. Akár azt is mondhatjuk, hogy az elektromágneses hullám számára nem létezik az idő, tehát pályája mentén bárhová (a Világegyetem bármely pontjára) egyetlen szempillantás alatt eljuthat; de úgy is fogalmazhatunk, hogy az elektromágneses hullám számára nem létezik legyőzendő távolság, és ezért juthat el egyetlen pillanat alatt bárhová a Világegyetemben.

Ez rendkívül fontos gondolat, ám még soha nem láttam, hogy bárhol is kellő hangsúllyal szerepelt volna. A foton szempontjából nem telik időbe a Nap és a Föld közötti 150 millió kilométeres távolság legyőzése (vagy átszelni az egész Világegyetemet), azon egyszerű oknál fogva, mert a foton számára nem létezik térbeli távolság. Úgy tűnik, mintha a fizikusok nem fordítanának kellő figyelmet erre a fontos körülményre, mert tudják, hogy egyetlen anyagi objektum sem gyorsítható fel a fény sebességére, ezért egyetlen emberi (vagy automatikus) megfigyelő sem tapasztalhatja ezeket a különleges jelenségeket. Talán annyira megrökönyödnek azon, amit az egyenletek mondanak, hogy eszükbe sem jut végiggondolni az összes következményt.

Érdemes továbbgondolni ezt abban az aspektusban is, hogy az elektromágneses hullámok nem csak körülöttünk léteznek, hanem bennünk is – vajon ezek a hullámok mikor és merre kószálhatnak? Valaki egyszerűen lehallgathatja a gondolatainkat, akár az Univerzum másik végében is? Esetleg a gondolataink nem is a mi fejünkben fogannak, hanem valahonnan érkeznek és már rohannak is tovább?

Ha nem létezik a hullám számára az idő, akkor hogyan vagyunk képesek a mi – idő-orientált – világunkban gondolatokat, gondolatfolyamatokat készíteni? És miért vannak állandóan gondolataink, miért nem vagyunk képesek éber – alvó – állapotban gondolatok nélküli időszakokat létrehozni? Talán mert ezen hullámok számára nem létezik az idő?

Van min filozofálnom mostanában…