Движението със скорости, надвишаващи скоростта на светлината, е един от най-противоречивите въпроси във физиката. Хипотетичните частици, които биха могли да се движат със свръхсветлинни скорости, наречени тахиони (от гръцки tachýs-бърз, светкавичен), са "един от най-противоречивите въпроси" на съвременната физика. До неотдавна те бяха разглеждани като измислици, които не се вписват в Специалната теория на относителността.
Но наскоро публикувана във Physical Review D статия на физици от Варшавския университет и Оксфордския университет обаче показва, че много от тези предразсъдъци са били неоснователни. Тахионите не само не се изключват от теорията, но и ни позволяват да разберем по-добре нейната причинно-следствена структура.
През 1905 г. Айнщайн създава своята теория за специалната теория на относителността, която описва връзката между пространството и времето (E=mc² ). Основна част от теорията твърди, че скоростта на светлината може да бъде достигната, но не и достигната от материални обекти.
За разлика от други хипотетични частици като аксиони и тъмни фотони - и двата вида кандидати за тъмна материя, чието съществуване не е доказано - има няколко причини, поради които тахионите може да не съществуват.
Досега бяха известни поне три причини за несъществуването на тахионите в рамките на квантовата теория.
- Първата: предполагаше се, че основното състояние на тахионното поле е нестабилно, което би означавало, че такива свръхсветлинни частици биха образували "лавини".
- Втората: предполагаше се, че промяната на инерциалния наблюдател ще доведе до промяна в броя на наблюдаваните в неговата отправна система частици, но съществуването на, да речем, седем частици не може да зависи от това кой ги наблюдава.
- Третата причина: енергията на свръхсветлинните частици би могла да придобие отрицателни стойности.
Екипът на Варшавския университет) и Артър Екерт (Artur Ekert) от Оксфордския университет посочват, че досегашните трудности с тахионите имат обща причина. Оказа се, че "граничните условия", които определят протичането на физичните процеси, включват не само началното, но и крайното състояние на системата.
Как изглежда тахион
Ето как би ни изглеждал един сферичен тахион, ако можеше да отразява светлината.
 Тахион. Илюстрация: wikipedia |
Подобно на самолетите, които летят по-бързо от звука и изпреварват своя шум, тахионите се движат по-бързо от светлината и по този начин изпреварват своето оптично изображение
Когато премине през най-близката точка от траекторията си покрай наблюдателя, последният ще види внезапно изникнал обект да се разделя на два отдалечаващи се един от друг обекта - единият от тях се приближава до наблюдателя и след това се отдалечава, движейки се в посока, съвпадаща с реалната на обекта, а вторият обект се движи назад, като промените на обекта се наблюдават развиващи се обратно във времето.
Черната линия е ударната вълна на лъчението на Черенков под ъгъл, съответстващ на ъгъла на конуса, когато обектът става видим. Ефектът на Черенков е аналогичен на преминаването на звуковата бариера, което предизвиква звукови ударни вълни, а ефектът на Черенков - ударни светлинни вълни.
 Анимацията е на wikimedia с добавени функционалности |
Обектът горе е синкав заради синьото отместване на Доплеровия ефект - обектът се приближава към наблюдателя, който се намира на върха на черната линия, а левият обект е с червеникав цвят, който се формира от червеното Доплерово отместване на светлината, защото се отдалечава от наблюдателя.
Проблемите с причинността
Ако вложим v > c (скоростта на обекта да е по-голяма от скоростта на светлината) във формулите за Лоренцовите трансформации, знаменателите стават имагинерни. Принципът за причинността изисква причината да предхожда следствието, а заради граничната скорост за подаване на сигнали - скоростта на светлината, то надвишаването й би довело до възможността бъдещето да влияе на миналото, примки във времето и други логически парадокси. Съществуването на тахионите няма противоречие с математиката на теорията на относителността - проблемите са по-скоро с принципа на причинността.
Смесване на минало и бъдеще
Казано по-просто: за да се изчисли вероятността на квантов процес, включващ тахиони, е необходимо да се знае не само миналото му начално състояние, но и бъдещото му крайно състояние. След като този факт е включен в теорията, всички споменати по-рано трудности напълно изчезват и тахионната теория става математически последователна.
"Това е малко като интернет рекламата - един прост трик може да реши проблемите ви", коментира Анджей Драган (Andrzej Dragan), главният вдъхновител на цялото изследователско начинание.
"Идеята, че бъдещето може да влияе на настоящето, вместо настоящето да определя бъдещето, не е нова във физиката. Досега обаче този тип възгледи бяха в най-добрия случай неортодоксална интерпретация на някои квантови явления, а този път бяхме принудени да стигнем до това заключение от самата теория. За да "направим място" за тахионите, трябваше да разширим пространството на състоянията", обобщава Драган.
Авторите предвиждат също, че разширяването на граничните условия има своите последствия: в теорията се появява нов вид квантово вплитане, смесване на минало и бъдеще, което не присъства в конвенционалната теория на частиците. В статията се повдига и въпросът дали тахионите, описани по този начин, са чисто "математическа възможност" или е вероятно такива частици да бъдат наблюдавани някой ден.
Според авторите тахионите не само са възможни, но всъщност са незаменим компонент на процеса на спонтанно разкъсване, отговорен за образуването на материята. Тази хипотеза би означавала, че възбужданията на полето на Хигс, преди симетрията да бъде спонтанно нарушена, биха могли да се движат със свръхсветлинна скорост във вакуума.
И докато размишляваме върху хипотезите: Ако някои други интелигентни същества във Вселената са измислили как да пътуват по-бързо от светлината, доказателства за тяхното постижение може да се открият в гравитационните вълни, произведени от тяхната технология, както беше предложено от скорошен екип от физици.
Подобно на самия тахион, хипотезата е много спекулативна. Изследването на неща, които се движат по-бързо от светлината, винаги е изисквало малко въображение.
Справка: Jerzy Paczos et al, Covariant quantum field theory of tachyons, Physical Review D (2024). DOI: 10.1103/PhysRevD.110.015006. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2308.00450
Източник:
Physicists suggest tachyons can be reconciled with the special theory of relativity, University of Warsaw
Още по темата
Космос
Вселената може да е доминирана от частици, които се движат по-бързо от светлината, предполага нова статия
Космос
Струите в гама импулсите може да са по-бързи от светлината и да се движат назад във времето
Физика
Революция във физиката: Три измерения на времето, едно измерение на пространството
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари