Войти
 Поскольку тахион всегда движется быстрее света, его невозможно увидеть приближающимся. После того, как тахион пройдет поблизости, наблюдатель сможет увидеть два его изображения, появляющиеся и уходящие в противоположных направлениях. Черная линия - ударная волна черенковского излучения, показанная только в один момент времени. Этот эффект двойного изображения наиболее заметен для наблюдателя, находящегося непосредственно на пути сверхсветового объекта (в этом примере это сфера, показанная серым цветом). Правая голубоватая фигура - это изображение, образованное синим светом с доплеровским смещением, поступающим на наблюдателя, который находится на вершине черных черенковских линий, из сферы по мере приближения. Красноватое изображение слева образовано светом с красным смещением, который покидает сферу после того, как проходит мимо наблюдателя. Поскольку объект прибывает раньше света, наблюдатель ничего не видит до тех пор, пока сфера не начнет проходить мимо наблюдателя, после чего изображение, видимое наблюдателем, разделяется на две части: одна из прибывающих сфер (справа) и одна из удаляющихся сфер (слева). | |
| Состав | Элементарные частицы |
|---|---|
| Статус | гипотетический |
| Теоретический | 1967 |
| Масса | мнимый |
A тахионная частица () или тахионная частица - это гипотетическая частица, которая всегда движется быстрее света. Большинство физиков считают, что частицы быстрее скорости света не могут существовать, потому что они не согласуются с известными законами физики. Если бы такие частицы действительно существовали, их можно было бы использовать для создания тахионного антителефона и передачи сигналов быстрее света, что (согласно специальной теории относительности ) привело бы к нарушению причинно-следственной связи.. Никаких экспериментальных доказательств существования таких частиц не найдено.
Э. К. Г. Сударшан, В. К. Дешпанде и Байдьянат Мишра были первыми, кто предположил существование частиц быстрее света и назвал их «мета-частицами». После этого возможность частиц, движущихся быстрее света, была также предложена Робертом Эрлихом и Арнольдом Зоммерфельдом независимо друг от друга. В статье 1967 года, в которой был введен термин, Джеральд Фейнберг предположил, что тахионные частицы могут быть квантами квантового поля с мнимой массой. Однако вскоре стало понятно, что возбуждения таких полей мнимой массы ни при каких обстоятельствах не распространяются быстрее света, и вместо этого мнимая масса вызывает нестабильность, известную как тахионная конденсация. Тем не менее, в современной физике термин тахион часто относится к полям воображаемой массы, а не к частицам быстрее скорости света. Такие поля стали играть важную роль в современной физике.
Этот термин происходит от греческого : ταχύ, тахи, что означает быстрый. Дополнительные типы частиц называются люксонами (которые всегда движутся со скоростью скорости света ) и брадионами (которые всегда движутся медленнее света); как известно, существуют оба этих типа частиц.
В специальной теории относительности частица, быстрее света, будет иметь пространственно-подобную четырехимпульс, в отличие от обычных частиц, которые имеют временподобный четырехимпульс. Хотя в некоторых теориях масса тахионов рассматривается как мнимая, в некоторых современных формулировках масса считается реальной, и формулы для импульса и энергии переопределяются с этой целью. Более того, поскольку тахионы ограничены пространственноподобной частью графика энергии-импульса, они не могут замедляться до субсветовых скоростей.
В Теория инварианта лоренца, те же формулы, которые применяются к обычным частицам медленнее света (иногда называемым «брадионами при обсуждении тахионов), также должны применяться к тахионам. В частности, соотношение энергия-импульс :
(где p - релятивистский импульс брадиона, а m - его масса покоя ) должен по-прежнему применяться вместе с формулой для полной энергии частицы:
Это уравнение показывает что полная энергия частицы (брадиона или тахиона) содержит вклад от ее массы покоя («масса покоя – энергия») и вклад от ее движения, кинетической энергии. Когда v больше, чем c, знаменатель в уравнении энергии будет мнимым, поскольку значение под радикалом отрицательно. Поскольку общая энергия должна быть действительной, числитель также должен быть мнимым: т.е. масса покоя mдолжна быть мнимой, как чисто мнимое число, деленное на другое чистое мнимое число - это действительное число.
В некоторых современных формулировках теории масса тахионов считается реальной.
Любопытный эффект заключается в том, что, в отличие от обычных частиц, скорость тахион увеличивается с уменьшением его энергии. В частности, 
Как отмечалось Альбертом Эйнштейном, Толменом и другими, специальная теория относительности подразумевает, что частицы быстрее скорости света, если они существовали, можно использовать для обратной связи во времени.
В 1985 году Чодос предположил, что нейтрино может иметь тахионную природу. Возможность частиц стандартной модели, движущихся со сверхсветовой скоростью, может быть смоделирована с использованием условий, нарушающих лоренц-инвариантность, например, в расширении стандартной модели. С этой точки зрения нейтрино испытывают лоренц-инвариантные осцилляции и могут двигаться быстрее света при высоких энергиях. Это предложение подверглось резкой критике.
Тахион с электрическим зарядом будет терять энергию как черенковское излучение - точно так же, как обычные заряженные частицы, когда они превышают локальный скорость света в среде (кроме жесткого вакуума). Заряженный тахион, путешествующий в вакууме, поэтому испытывает постоянное ускорение собственное время и, по необходимости, его мировая линия образует гиперболу в пространстве-времени. Однако уменьшение энергии тахиона увеличивает его скорость, так что образованная одиночная гипербола состоит из двух противоположно заряженных тахионов с противоположными импульсами (одинаковой величины, противоположного знака), которые аннигилируют друг друга, когда они одновременно достигают бесконечной скорости в одном и том же месте пространства. (При бесконечной скорости два тахиона не имеют энергии каждый и имеют конечный импульс противоположного направления, поэтому при их взаимной аннигиляции не нарушаются законы сохранения. Время аннигиляции зависит от кадра.)
Даже электрически нейтральный тахион можно ожидать, что он будет терять энергию из-за гравитационного черенковского излучения (если гравитоны сами не являются тахионами ), потому что он имеет гравитационную массу и, следовательно, увеличивается в скорости по мере движения, как описано выше. Если тахион взаимодействует с любыми другими частицами, он также может излучать черенковскую энергию в эти частицы. Нейтрино взаимодействуют с другими частицами Стандартной модели, и Эндрю Коэн и Шелдон Глэшоу использовали это, чтобы доказать, что аномалия нейтрино, превышающая скорость света, не может быть Это объясняется тем, что нейтрино распространяются быстрее света, и вместо этого должно быть связано с ошибкой в эксперименте. Дальнейшее исследование эксперимента показало, что результаты действительно были ошибочными.
Причинность - фундаментальный принцип физики. Если тахионы могут передавать информацию быстрее света, то согласно теории относительности они нарушают причинность, что приводит к логическим парадоксам типа «убить своего дедушку». Это часто иллюстрируется мысленными экспериментами, такими как «парадокс тахионного телефона» или «логически пагубный самоограничитель».
Проблема может быть понята с точки зрения относительности одновременность в специальной теории относительности, которая гласит, что разные инерциальные системы отсчета не будут иметь согласия в отношении того, произошли ли два события в разных местах «одновременно» или нет, и они также могут не согласиться по порядку два события (технически эти разногласия возникают, когда пространственно-временной интервал между событиями является «пространственно-подобным», что означает, что ни одно событие не лежит в будущем световом конусе другого).
Если одно из двух событий представляет отправку сигнала из одного места, а второе событие представляет прием того же сигнала в другом месте, то до тех пор, пока сигнал движется со скоростью света или медленнее, математика одновременности гарантирует, что все опорные кадры согласны с тем, что передача-e вентиляция произошла перед приемом-мероприятием. Однако в случае гипотетического сигнала, движущегося быстрее света, всегда будут некоторые кадры, в которых сигнал был получен до того, как он был отправлен, так что можно сказать, что сигнал переместился назад во времени. Поскольку один из двух фундаментальных постулатов специальной теории относительности гласит, что законы физики должны работать одинаково во всех инерциальных системах отсчета, если сигналы могут двигаться назад во времени в любом одном кадре, они должны быть возможным во всех кадрах. Это означает, что если наблюдатель A отправляет сигнал наблюдателю B, который движется быстрее света в кадре A, но назад во времени в кадре B, а затем B отправляет ответ, который движется быстрее света в кадре B, но назад во времени в кадре A, может получиться так, что A получит ответ до того, как послать исходный сигнал, оспаривая причинность в каждом кадре и открывая дверь для серьезных логических парадоксов. Математические детали можно найти в статье тахионный антителефон, а иллюстрацию такого сценария с использованием пространственно-временных диаграмм можно найти в Baker, R. (2003)
Принцип реинтерпретации утверждает, что тахион, отправленный назад во времени, всегда может быть интерпретирован как тахион, движущийся вперед во времени, потому что наблюдатели не могут различить излучение и поглощение тахионов. Попытка обнаружить тахион из будущего (и нарушить причинную связь) фактически создаст тот же тахион и отправит его вперед во времени (что является причинным).
Однако этот принцип не получил широкого признания в качестве разрешения парадоксов. Вместо этого, чтобы избежать парадоксов, потребуется то, что в отличие от любой известной частицы, тахионы никак не взаимодействуют и никогда не могут быть обнаружены или наблюдаемы, потому что в противном случае тахионный луч можно было бы модулировать и использовать для создания анти-телефона или " логически пагубный самоингибитор ". Считается, что все формы энергии взаимодействуют, по крайней мере, гравитационно, и многие авторы утверждают, что сверхсветовое распространение в лоренц-инвариантных теориях всегда приводит к причинным парадоксам.
В современной физике все фундаментальные частицы рассматриваются как возбуждения квантовых полей. Есть несколько различных способов включения тахионных частиц в теорию поля.
В статье, в которой был введен термин «тахион», Джеральд Фейнберг изучал лоренц-инвариантные квантовые поля с мнимой массой. Поскольку групповая скорость для такого поля сверхсветовая, наивно кажется, что его возбуждения распространяются быстрее света. Однако быстро стало понятно, что сверхсветовая групповая скорость не соответствует скорости распространения какого-либо локализованного возбуждения (например, частицы). Вместо этого отрицательная масса представляет собой нестабильность к тахионной конденсации, и все возбуждения поля распространяются субсветовым образом и согласуются с причинной связью. Несмотря на отсутствие скорости распространения, превышающей скорость света, такие поля во многих источниках называются просто «тахионами».
Тахионные поля играют важную роль в современной физике. Возможно, наиболее известным является бозон Хиггса из Стандартной модели физики элементарных частиц, который имеет мнимую массу в своей неконденсированной фазе. В целом, явление спонтанного нарушения симметрии, которое тесно связано с тахионной конденсацией, играет важную роль во многих аспектах теоретической физики, включая Гинзбурга – Ландау и BCS теории сверхпроводимости. Другим примером тахионного поля является тахион теории бозонных струн.
Тахионы предсказываются теорией бозонных струн, а также секторами Невё-Шварца (NS) и NS-NS, которые соответственно являются открытый бозонный сектор и закрытый бозонный сектор теории суперструн RNS до проекции ГСО. Однако такие тахионы невозможны из-за гипотезы Сена, также известной как тахионная конденсация. Это привело к необходимости проекции ГСО.
В теориях, которые не соблюдают лоренц-инвариантность, скорость света не является (обязательно) препятствием, и частицы могут двигаться быстрее, чем скорость света без бесконечной энергии или причинных парадоксов. Класс полевых теорий этого типа - так называемые расширения Стандартной модели. Однако экспериментальные доказательства лоренц-инвариантности чрезвычайно хороши, поэтому такие теории очень жестко ограничены.
Изменяя кинетическую энергию поля, можно возможно создание лоренц-инвариантных теорий поля с возбуждением, распространяющимся сверхсветовым образом. Однако такие теории, как правило, не имеют четко определенной задачи Коши (по причинам, связанным с проблемами причинности, обсуждавшимися выше), и, вероятно, квантово-механически несовместимы.
Термин тахион был придуман Джеральдом Фейнбергом в статье 1967 года, озаглавленной «Возможность частиц быстрее света». Его вдохновил научно-фантастический рассказ «Бип» Джеймса Блиша. Файнберг изучал кинематику таких частиц согласно специальной теории относительности. В своей статье он также ввел поля с мнимой массой (теперь также называемые тахионами) в попытке понять микрофизическое происхождение таких частиц.
Первую гипотезу, касающуюся частиц быстрее скорости света, иногда приписывают немецкому физику Арнольду Зоммерфельду в 1904 году, а более поздние обсуждения произошли в 1962 и 1969 годах.
В В сентябре 2011 года сообщалось, что тау-нейтрино двигалось быстрее скорости света в крупном выпуске ЦЕРНа; однако более поздние обновления ЦЕРН по проекту OPERA показывают, что показания быстрее скорости света были вызваны неисправным элементом оптоволоконной системы хронометража эксперимента.
появились тахионы во многих художественных произведениях. Они использовались в качестве резервного механизма, на который полагаются многие авторы научной фантастики для установления связи быстрее света, со ссылкой на проблемы причинности или без них. Слово тахион стало широко известно до такой степени, что оно может придавать научно-фантастический оттенок, даже если рассматриваемый объект не имеет особого отношения к сверхсветовым путешествиям (форма техно-болтовня, сродни позитронный мозг ).
 | Найдите тахион в Викисловаре, бесплатном словаре. |
 | Викискладе есть медиафайлы, связанные с тахионами. |
