В 1960-х годах стало ясно, что общая теория относительности много говорит о путешествиях на скоростях, близких к cскорости света, но никогда не упоминала о чем-то, движущемся быстрее этой скорости за пределами системы отсчета. Джеральд Файнберг и Джордж Сударшан смогли показать, что если такая частица существует, то она не может двигаться медленнее, чем C (скорость света), то есть она всегда была быстрее скорости света. Теперь эта гипотетическая частица, называемая тахионом, имела бы много странных свойств, таких как уменьшение энергии по мере увеличения скорости. Следовательно, по мере приближения к бесконечной скорости энергия будет приближаться к нулю! Он и его коллега по антивеществу появлялись и выходили из квантового вакуума как виртуальные частицы.
Однако никаких экспериментальных доказательств их существования обнаружено не было. Либо тахионы слабо взаимодействуют с веществом, либо вообще не взаимодействуют. Скорее всего, они просто интересная идея. Даже Файнберг не думает, что они действительно существуют. Но что, если они существуют, и мы просто не можем их найти ... что тогда?
Разговор Эйнштейна
Когда ученые говорят о тахионах, они используют теорию относительности, разработанную Эйнштейном в начале 20- го века. Это означает, что нам нужно поговорить о преобразованиях Лоренца и системах отсчета, но там, где относительность показывает средства перемещения со скоростью меньше c, тахионам потребуется обратное (и, как оказывается, в некоторых случаях назад в пространстве-времени). И как они могут достичь своих скоростей FTL, если относительность говорит, что ничто не движется быстрее, чем C? Что ж, на самом деле это говорит о том, что ничто не может разогнаться до C, но если оно уже шло с такой скоростью, скажем, из Большого взрыва, то ничто не нарушается. Квантовая теория виртуальных частиц также справедлива, потому что она возникает и не ускоряется. Возможности здесь многочисленны.
Предсказывает ли относительность тахионы?
Это точно так. Помните, что E 2 = p 2 c 2 + m 2 c 4, где E - энергия, p - импульс, c - скорость света, а m - масса покоя. Если нужно найти E, возникает положительный и отрицательный корень, и в настоящее время относительность связана с положительным. Но как насчет отрицательного? Это возникнет из-за обратного движения во времени, в противоположность положительному решению. Чтобы интерпретировать это, мы призываем принцип переключения, который показывает, что прямая частица будет выглядеть так же, как и обратная частица с обращенными свойствами, и так далее. Но в тот момент, когда обратная или прямая частица сталкивается с фотоном, это переход на комплимент. Но для нас мы видим только фотон и знаем, что что-то должно было попасть в нашу частицу, которая в физике элементарных частиц является античастицей. Вот почему эти два свойства имеют противоположные свойства и представляют собой интересный неквантовый подход к доказательству античастиц и в данном случае тахионоподобной частицы.
Хорошо, теперь давайте посмотрим на математику здесь. В конце концов, это строгий и универсальный способ описания того, что происходит при переходе от тахионов. В теории относительности, мы говорим о системах отсчета и движения в них и через них. Таким образом, если я перемещаюсь из одной системы отсчета в другую, но ограничиваю свое движение одним направлением, тогда с движущейся назад частицей в системе отсчета R мы можем описать пройденное расстояние как x = ct или x 2 - c 2 t 2 = 0 , В другой системе отсчета R ' мы можем сказать, что мы переместили x ' = ct ' или x ' 2 -c 2 t '2= 0. Почему в квадрате? Потому что он заботится о знаках. Теперь, если я хотел связать два движения между кадрами R и R ' , нам нужно собственное значение, чтобы связать эти два движения вместе. Это можно записать как x '2 -c 2 t ' 2 = (v) (x 2 - c 2 t 2 ). Что если я вернусь назад от R ' к R с -v? Мы бы имели x 2 -c 2 t 2 = (-v) (x ' 2 - c 2 t' 2 ). Используя алгебру, мы можем переработать две системы и получить (v) (-v) = 1. Поскольку физика работает одинаково независимо от направления скорости, (v) (-v) = (v)2 так (v) = ± 1 (4).
Для случая (v) = 1 мы приходим к знакомым преобразованиям Лоренца. Но для (v) = -1 мы получаем x '2 -c 2 t ' 2 = (- 1) (x 2 - c 2 t 2 ) = c 2 t 2 -x 2 . У нас нет того же формата сейчас! Но если бы мы сделали x = iX и ct = icT, мы бы вместо этого имели X 2 -c 2 T 2, и поэтому у нас есть знакомые преобразования Лоренца ct ' = (cT-Xv / c) / (1-v 2 / c 2 ) 1/2 и x ' = (X-vT) / (1-v 2 / c 2 ) 1/2, Включение обратно для x и t и рационализация дает нам ct ' = ± (ct-xv / c) / (v 2 / c 2 -1) 1/2 и x ' = ± (x-vt) / (v 2 / с 2 -1) 1/2 . Это должно выглядеть знакомо, но с изюминкой. Обратите внимание на корень: если v меньше, чем C, мы получаем нереальные ответы. Наши тахионы представлены здесь! Что касается знака спереди, то это только относительно направления движения.
механика
В физике удобно говорить о действии, обозначаемом S, которое является максимумом или минимумом для любого движения, которое мы совершаем. Без каких-либо сил, действующих на что-либо, Третий Закон Ньютона утверждает, что тахион будет двигаться по прямой линии, поэтому мы можем сказать, что дифференциал dS = a * ds, где a - коэффициент, связывающий бесконечно малый дифференциал действия с таковым линейного отрезка , Для тахиона этот дифференциал dS = a * c * (v 2 / c 2 -1) 1/2 dt. Этот внутренний компонент - наше действие, и из физики мы знаем, что импульс - это изменение в действии по отношению к скорости, или p (v) = (a * c * (v 2 / c 2 -1) 1/2 ). Кроме того, поскольку энергия - это изменение импульса относительно времени, E (v) = v * p (v) + a * c * (v2 / c 2 -1) 1/2 (что вытекает из правила продукта). Упрощение этого дает нам p (v) = (a * v / c) / (v 2 / c 2 -1) 1/2 и E (v) = (a * c) / (v 2 / c 2 -1) 1/2 . Обратите внимание, что когда мы ограничиваем их по мере того, как скорость становится все больше и больше, p (v) = a и E (v) = 0. Как странно ! Энергия стремится к нулю, чем быстрее и быстрее мы движемся, и импульс сходится к нашей константе пропорциональности! Обратите внимание, что это была сильно упрощенная версия того, какова возможная реальность тахионов, но тем не менее это полезный инструмент для понимания сути.
Огромное событие
Теперь, что может генерировать тахионы? По словам Херба Фрида и Ива Габеллини, какое-то огромное событие, которое сбрасывает тонну энергии в квантовый вакуум, может привести к тому, что эти виртуальные частицы разлетятся и войдут в настоящий вакуум. Эти тахионы и их частицы антивещества взаимодействуют с электронами и позитронами (которые сами возникают из виртуальных частиц), поскольку математика, обнаруженная Фридом и Габеллини, подразумевает существование воображаемых масс. Что имеет массу с мнимым коэффициентом? Тахионы. И взаимодействия между этими частицами могут объяснить инфляцию, темную материю и темную энергию.
Таким образом, огромное событие, которое произвело их, вероятно, было Большим взрывом, но как это объясняет темную материю? Оказывается, тахионы могут проявлять гравитационную силу, а также поглощать фотоны, делая их невидимыми для наших инструментов. И если говорить о Большом Взрыве, он мог быть создан тахионом, встречающим своего аналога антивещества, и вызывает разрыв в квантовом вакууме, сбрасывающий много энергии в реальный вакуум, создавая новую Вселенную. Все это хорошо вписывается, но, как и во многих космологических теориях, его еще предстоит проверить, если это вообще возможно.
