Быстрее, чем скорость света: тахионы, способные обогнать фотон, 8 картинок и текст

Быстрее, чем скорость света: тахионы, способные обогнать фотон, 8 картинок и текст

8

Слова «нельзя», «невозможно», «предел» вызывают у человека ещё больший азарт: что значит, нельзя двигаться быстрее скорости света? И хотя мы не знаем даже, как можно достичь пусть и околосветовых скоростей, мы всё равно уже начинаем мечтать о том, как двигаться быстрее скорости света, или хотя бы найти того, кому под силу обогнать фотон.
Впервые идея о том, что может быть частица, способная двигаться быстрее скорости света в вакууме, рассматривалась немецким физиком-теоретиком Зоммерфельдом в 1904 году. В 1939 году математическую модель описания подобных частиц предложил американский физик Вигнер, и только в 1962 году Джеральд Фейнберг, учёный из Колумбийского университета, предложил термин «тахион». 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».
Что же такое тахионы?

Это гипотетические субатомные частицы, которые способны двигаться быстрее скорости света. Согласно Теории относительности Эйнштейна, чем быстрее скорость объекта, тем медленнее идёт время. При движении в пространстве с околосветовыми скоростями время будет замедляться, а на скорости света оно остановится вообще. Но как же тогда будет идти время для того, кто сможет обогнать свет? Теоретически, мы никогда не сможем познакомиться с тахионами, потому что они всегда будут в будущем. Однако некоторые исследователи считают, что именно в тахионах можно найти разгадку путешествий во времени.

Однако в квантовой теории много разных моментов, которые трудно укладываются в голове. Согласно концепции о тахионах, они «живут» в странном мире, где всё движется быстрее света. Тахионы способны излучаться, поглощаться и переносить энергию, а если они её теряют, то движутся быстрее – это противоречит здравому смыслу.Ведь чтобы бежать быстрее, нам понадобится затратить больше энергии! А тут наоборот! И это ещё не все странности: потерявший полностью всю энергию, тахион движется с бесконечной скоростью. Приобретая энергию, тахионы начинают «тормозить», и процесс их «торможения» будет до тех пор, пока они не сбросят скорость до скорости света.

Энергию тахион будет терять, когда он будет двигаться сквозь вещество. В этом моменте все логично: куда проще идти по суше, чем под водой, к примеру. Но почему же он, теряя энергию, ускоряется? Здесь не всё так просто. При движении сквозь вещество тахионы сталкиваются с другими частицами, а при ускорении столкновения происходят всё чаще, удары их друг об друга становятся сильнее, и, по идее, эти удары должны вызвать дальнейшую потерю энергии и дальнейшее ускорение, то есть частицы сами уже ещё сильнее своими ударами расталкивают тахионы, как бы разгоняя их. То есть, тахион потратил энергию, чтобы ворваться в вещество, а дальше частицы этого вещества «пинают» его, как футбольный мяч, перекидывая от одной частицы к другой и так до бесконечности.

Джеральд Фейнберг.
Звучит всё это невероятно и интересно, но никто никогда не видел тахион в лаборатории или в космосе. Джеральд Фейнберг предлагал изучать лазерный луч до его включения. Ведь если тахионы существуют, то луч должен появиться раньше, чем лазер будет включен.

В начале статьи упоминалось, что именно при помощи тахионов могут быть возможны путешествия во времени. В научной фантастике тахионы используются для отправки сообщений в прошлое (вспомним хотя бы «Звёздный путь», где нередко тахионы упоминаются, когда речь заходит о времени). Однако путешествия во времени часто ставят под сомнения хотя бы потому, что нарушается причинно-следственная связь.
Есть мнение, что тахионы, возможно, существовали в момент Большого взрыва, нарушая причинность, но теперь мы их больше никогда не найдём и не узнаем о них ничего, так как они уже исполнили свой долг – именно благодаря ним родилась наша Вселенная, какую мы знаем.

Какую роль они сыграли в процессе Большого взрыва?

Теория инфляционной (расширяющейся) Вселенной утверждает, что она возникла как крошечный пузырек пространства-времени, переживший сверхбыстрый период расширения (инфляции). Изначально был лишь ложный вакуум. Но присутствие тахиона дестабилизировало вакуум, и образовались крошечные пузырьки. Внутри одного из этих пузырьков инфляционное поле оказалось в состоянии истинного вакуума. Этот пузырек начал стремительно раздуваться, пока не превратился в нашу Вселенную. Получается, что тахионы представляют собой причудливое квантовое состояние, в котором объекты движутся быстрее света и, быть может, даже нарушается причинность. Но тахионы давно исчезли, дав при этом, возможно, жизнь самой Вселенной.
Теоретически тахионы дестабилизируют «вакуум», т. е. самое низкоэнергетическое состояние системы. Если в системе присутствуют тахионы, значит, она находится в состоянии «ложного вакуума», а следовательно, нестабильна и будет разрушаться до состояния истинного вакуума.
Объясняя понятие ложного вакуума, учёные предлагают представить плотину, которая удерживает воду в озере. Это и есть ложный вакуум. Хотя плотина и кажется надежной, существует состояние с еще более низкой энергией. И если в плотине появляется трещина, вода начинает стремительно вытекать из озера и стекать на уровень моря — тогда-то система и достигает состояния истинного вакуума.
Точно так же считается, что Вселенная до Большого взрыва существовала в состоянии ложного вакуума, где были тахионы. Но их присутствие означало, что это не самое низкоэнергетическое состояние системы, а потому система нестабильна. Затем в ткани пространства-времени появилась крошечная трещина, представляющая истинный вакуум. Трещина начала увеличиваться, появился пузырь. Вне пузыря тахионы по-прежнему существовали, но внутри их уже не было. С ростом пузыря появилась та Вселенная, которую мы знаем, — Вселенная без тахионов. Это и был Большой взрыв.

Может быть, тахионы всё ещё существуют за границей нашей Вселенной. Если они и есть, то, судя по всему, явно не у нас, поэтому возвращаемся к началу: даже если в нашей Вселенной они есть, они в будущем, и мы не можем их обнаружить, а если они уже сыграли для нас свою роль, то придётся признать, что всё-таки фотон так и останется на первом месте по званию самой быстрой частицы во Вселенной! Ну, по крайней мере, пока.