- 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.