ТАХИОН
Тахио́н (от греч. ταχύς, «быстрый») либо дромотро́н (от греч. δρόμος, «бег») — гипотетическая частица с массой, равной комплексному числу , движущаяся со скоростью, превышающей скорость света в вакууме, в противоположность обычным частицам, называемым в теоретических работах по тахионам тардионами, движущимся всегда медленнее света, способным покоиться, и люксонам (например, фотону), движущимся всегда только со скоростью света.
Тахионы способны излучаться, поглощаться и переносить энергию.
Гипотетические поля, соответствующие описанной частице, называются тахионными полями. Обычно в качестве таковых рассматриваются поля, подчиняющиеся уравнению Клейна — Гордона (или Дирака, Янга — Миллса и т. п.) с противоположным знаком у массового члена (то есть с отрицательным квадратом массы; иногда, как в случае уравнения Дирака, где параметр массы входит в первой степени, его приходится делать мнимым — или матричным и т. п. — явно). Интересно заметить, что подобные поля достаточно легко реализуются в том числе в простых механических моделях, а также могут встречаться при описании неустойчивых сред в физике твердого тела.
Если тахионы вообще существуют, то могут существовать различные их типы, различающиеся массами и другими свойствами. При научном употреблении термина под тахионами (или тахионными полями) подразумеваются в принципе лоренц-инвариантные объекты, то есть объекты, не нарушающие принцип относительности.
Элементарные частицы, чья скорость превышает скорость света в вакууме, были впервые рассмотрены Зоммерфельдом в 1904 г.[1] Математический аппарат для описания их поведения был детально разработан Вигнером в 1939 г..
Долгое время считалось, что концепцию тахионов предложили в 1962 году учёные Сударшан, Олекса-Мирон Биланюк, Виджай Дешпанд (Vijay Deshpande), и Джеральд Фейнберг. Последнему принадлежит и сам термин.
Также данная концепция рассматривалась в 1923 году советским учёным Львом Яковлевичем Штрумом. Именно Лев Яковлевич Штрум разработал данную концепцию гипотетических частиц, имеющих сверхсветовую скорость, не используя, конечно, придуманный позже термин «тахион». Идея о существовании тахионов на макроскопических масштабах была высказана Терлецким в 1960 г.
При кажущейся синонимичности понятий тахиона и тахионного поля (как это бывает с обычными полями и обычными частицами в квантовой теории поля), следует иметь в виду, что здесь могут иметь место некоторые терминологические и содержательные особенности.
Хотя по определению тахионным полем можно считать поле, групповая скорость волн которого больше скорости света, тем не менее, не все типы возбуждений тахионного поля распространяются со столь большой скоростью. Так, например, передние фронты ограниченных в пространстве волновых пакетов тахионного поля, насколько известно (из расчётов и экспериментов с формальными аналогами), практически во всех исследованных случаях распространяются не быстрее, чем со скоростью с (а именно только такие волновые пакеты пригодны для того, чтобы быть сигналами при передаче информации).
С другой стороны, тахион как частица — результат квантования тахионного поля. Такое квантование прежде всего представляет проблему само по себе, так как содержит неустойчивый сектор (длинноволновый). Казалось бы, можно ограничиться только достаточно коротковолновым сектором, в котором этой проблемы нет. Однако, так ограничивая спектр, мы оказываемся ограничены случаем плохо локализованных волновых пакетов (то есть бесконечно протяжённых возбуждений), которые в принципе нельзя, например, излучить за конечное время в конечной области пространства. Если же мы хотим исследовать волновые пакеты конечного пространственного размера, мы должны использовать весь спектр (включая и сектор неустойчивости или мнимой энергии).
В этом видится серьёзное содержательное расхождение между понятием тахионного поля и тахиона как частицы. В частности, если совсем игнорировать тахионное поле и рассматривать тахион как чисто классическую (не квантовую) частицу (материальную точку), соотношение между энергией и импульсом каковой описано выше, то действительно можно столкнуться с парадоксом причинности, описанным ниже, а путь, на котором проблема могла бы быть решена, остаётся тогда неясным (впрочем, принципиально чисто классическая частица в современной физике в любом случае была бы предметом очень больших сомнений).
В общепринятой картине мира, в которой правит та самая Теория Относительности — «ТО», скорость света «С» считается предельной скоростью, и эту же величину приписывают предельной скорости взаимодействия, протекания всех процессов во вселенной. Та же ТО утверждает зависимость энергии и массы тела от скорости – знаменитое уравнение E=m*c2.
Т.е. для объекта, обладающего массой, и достигшего С, время попросту остановится, а масса и энергия станут бесконечными, что сами понимаете весьма нежелательно на практике как и любой парадокс).
Поэтому все частицы движущиеся со скоростью света, общее название «люксоны», среди них и фотоны, рассматриваются как частицы не имеющие массы покоя. Попросту говоря с нулевой массой, ведь на сколько нуль не умножай – нулем и останется, а значит и парадокса не произойдет. Ура!
Для частиц с досветовыми скоростями тоже нашли парочку замысловатых слов «тардио́ны» или «брадио́ны», и им даже разрешили иметь массу покоя, т.к. они световых скоростей не достигают, а значит правильных теорий не нарушают…
Но физики — ребята творческие, и стоит им что-то незыблемое постановить, как тут же возникает соблазн это опровергнуть. Что в принципе и понятно, потому что любая теория это вовсе не абсолютный закон, а лишь предположение, дополненное расчетами, и в различной степени подтверждаемое или опровергаемое опытным путем.
Однако, по каким то загадочным причинам, принято крайне щепетильно считаться с Теорией Относительности. И зачем то выверять соответствуют ли ей новые теории или данные полученные экспериментально… Не смотря на то, что это тоже всего лишь теория.
Поэтому когда в 1967 американский физик Джеральд Фейнберг рискнул удивить мир новой, сверхсветовой частицей, то он не стал лезть на рожон, и сразу математически доказал, что существование её вовсе не противоречит ТО!
И все остались довольны.
Назвал он этот класс частиц «тахионами».
Их скорость всегда быстрее света, но для этого им приходится иметь некую «мнимую» массу (что это значит, а главное – кто её «мнит», наверно, не скажет даже физик), и свойство терять скорость при поглощении энергии, тогда как все «нормальные» частицы ускоряются.
Все это конечно плачевно сказалось на тахионах, т.к. пришлось признать что их время течет вспять, и то что тахионы не могут доносить информацию, т.к. это к примеру, нарушило бы принцип причинности, и вообще не могут как либо взаимодействовать с частицами нашего мира, т.к. их скорость выше скорости взаимодействия в нашей вселенной. Они просто выпадают из нашей пространственно-временной и причинно-следственной структуры!
По этой причине, обнаружение и фиксация таких частиц представляются скорее всего невозможными… Пока не найдется новый сообразительный физик, конечно!
Есть также интересная попытка «изобразить» как бы выглядел тахион, если бы его удалось таки увидеть…
«Увидеть» его возможно после момента пролета его мимо. Приближающийся тахион невиден, так как изображение его вместе со светом запаздывает за ним. После же его пролета вблизи можно наблюдать его раздвоенное изображение, части которого разлетаются в разные стороны:
одна часть, по ходу движения -это свет улетающего тахиона, и вторая, против его движения, – постепенно долетающие изображения тахиона, которые он оставил позади, пока летел к нам.
Забавно…