Tachionas: hipotetinė dalelė, keliaujanti greičiau už šviesą

Atraskite tachionus — hipotetines už šviesą greitesnes daleles: teorija, Einšteinas, CERN OPERA atvejis ir jų vaidmuo šiuolaikinėje fizikoje.

Tachionas — tai bet kokia hipotetinė dalelė, galinti keliauti greičiau už šviesos greitį. Terminą „tachionas“ 1967 m. sukūrė Geraldas Feinbergas. Nors idėja intriguojanti, dauguma fizikos bendruomenės narių abejoja tachionų egzistavimu dėl rimtų teorinių ir eksperimentinių priežasčių.

Kaip tai dera su reliatyvumu?

Einšteino specialiojoje reliatyvumo teorijoje teigiama, kad klasinės dalelės, turinčios teigiamą masę, negali pasiekti ar viršyti šviesos greičio c. Energijos ir momento ryšys laisvame erdvėlaikyje išreiškiamas lygtimi E² = p²c² + m²c⁴. Jei m² yra neigiamas, lygtis formaliai leidžia sprendinius, kurių greitis būtų didesnis už c — tokius sprendinius paprastai vadiname tachionais.

Todėl tachionui priskiriama savybė, kad jo masė būtų įsivaizduojamas skaičius (t. y. masės kvadratas m² < 0). Praktinis pasekmių aiškinimas sukelia daug keblumų: tokios dalelės turėtų energiją, kuri mažėja didėjant jų greičiui, ir egzistuoja problemos su stabilumu bei kauzalumu (laiko priežastingumu).

Teoriniai sunkumai ir kauzalumas

Tachionai, jeigu jie leistų perduoti informaciją, gali sukelti priežastingumo pažeidimus (galimybę sukurti paradoksus, panašius į laikines kilpas ar „keliones laiku“). Dėl to daug teorijų, leidžiančių tachionus, turi papildomas taisykles arba reinterpretavimo principus (pvz., „reinterpretation principle“), kad išvengtų tiesioginių priežastingumo prieštaravimų. Tačiau nėra vieningos, visus prieštaravimus nutraukiančios, konsensusinės sprendimo schemos.

Tachionai kvantinės lauko teorijoje ir stygų teorijoje

Šiuolaikinėje fizikoje žodis „tachionas“ dažnai naudojamas ne tiek apie realias už šviesos greičio greitesnes daleles, kiek apie tachioninius lauko režimus — tai laukų būsenos, kurioms būdingas neigiamas masės kvadratas (m² < 0). Tokios būsenos reiškia, kad vakuumas yra nestabilus ir sistema linkusi persirikiuoti į žemesnės energijos, stabilų būvį — šį procesą vadiname tachionine kondensacija.

Pavyzdžiui, Higso mechanizme pradiniame etape atsirandantis neigiamas masės kvadratas reiškia laukų nestabilumą, kuris galiausiai sukelia simetrijos spontaninį sulaužymą ir suteikia dalelėms masę. Stygų teorijoje bosoninio tipo modeliuose randami tachionai, kurių buvimas interpretuojamas kaip teorijos vakuumo (fondo) netvarumo požymis — dažnai tai reiškia, kad modelis turi būti pakeistas arba stabilizuotas.

Eksperimentinės paieškos ir OPERA anomalija

Dauguma mokslininkų netiki, kad tachionai egzistuoja kaip tikros, stebimos dalelės. Pastaraisiais dešimtmečiais nebuvo patikimų stebėjimų, patvirtinančių superluminalinį dalelių judėjimą. 2011 m. rugsėjį CERN paskelbė, kad tau neutrinas skriejo greičiau už šviesą; ši žinia sukėlė plačią diskusiją ir daugybę nepriklausomų patikrinimų. Vėlesni OPERA eksperimento tyrimai parodė, kad netikslūs rodmenys atsirado dėl „sugedusio eksperimento optinio pluošto laiko nustatymo sistemos elemento“ (televizijos jungties / laiko sinchronizacijos gedimas) ir kitų kalibracijos klaidų, todėl rezultatas buvo panaikintas.

Santrauka ir dabartinė nuomonė

• Teoriškai tachionai įmanomi formaliose lygtimis, tačiau jų buvimas sukelia rimtus fizikos principų (pvz., kauzalumo) klausimus.
• Praktikoje nėra patikimų eksperimentinių įrodymų už šviesos greitį skriejančioms dalelėms.
• Šiuolaikinėje teorijoje terminas „tachionas“ dažnai reiškia lauko nestabilumą (m² < 0) ir yra naudingas, apibūdinant fazių perėjimus, simetrijų sulaužymą ir vakuumo kondensaciją (pvz., Higso mechanizmas, stygų teorijos stabilizacija).

Galutinė išvada — tachionas išlieka įdomia teorine koncepcija, kuri tiek istorijoje, tiek šiuolaikinėse teorijose padeda suprasti nestabilių būsenų ir simetrijų vaidmenį fizikoje, tačiau kaip reali, stebima dalelė jis iki šiol neįrodytas.

Klausimai ir atsakymai

Klausimas: Kas yra tachionas?

K: Ar dauguma mokslininkų mano, kad tachionai egzistuoja?

K: Ką teigia Einšteino specialioji reliatyvumo teorija?

K: Kaip teoriškai manoma, kad tachijonai keliauja?

K: Jei tachionas egzistuotų, kokia būtų jo masė?

K: Ar įmanoma, kad kas nors keliautų greičiau už šviesos greitį?

Paieška pagal raidę