Тахіён

Так выглядае аб’ект сферычнай формы, які рухаецца скарэй чым святло (так мог бы выглядаць тахіён, калі б мог адбіваць святло).

Тахіён (ад грэч. ταχύς, «хуткі») — гіпатэтычная часціца^{[заўв 1]}, якая рухаецца са скорасцю, якая перавышае скорасць святла^{[заўв 2]} у вакууме, у супрацьлегласць звычайным часціцам, званым ў тэарэтычных працах па тахіёнам тардыёнамі, якія рухаюцца заўсёды павольней святла, здольным пакоіцца, і люксонам (напрыклад, фатону), якія рухаюцца заўсёды толькі са скорасцю святла.

Гіпатэтычныя палі, якія адпавядаюць апісанай часціцы, называюцца тахіённымі палямі. Звычайна ў якасці такіх разглядаюцца палі, што падпарадкоўваюцца ўраўненню Клейна-Гордана (або Дзірака, тэорыя Янга — Мілса^{[заўв 3]} і пад.) з процілеглым знакам у масавага члена (гэта значыць з адмоўным квадратам масы; часам, як у выпадку ўраўнення Дзірака, дзе параметр масы ўваходзіць ў першай ступені, яго прыходзіцца рабіць ўяўным — ці матрычным і т. п. — відавочна). Цікава заўважыць, што падобныя палі досыць лёгка рэалізуюцца ў тым ліку ў простых механічных мадэлях, а таксама могуць сустракацца пры апісанні няўстойлівых асяроддзяў ў фізіцы цвёрдага цела.

Калі тахіёны наогул існуюць, то могуць існаваць розныя іх тыпы, якія адрозніваюцца масамі і іншымі ўласцівасцямі. Пры навуковым ўжыванні тэрміна пад тахіёнамі (або тахіённымі палямі) маюцца на ўвазе ў прынцыпе Лорэнц-інварыянтныя аб’екты, г.зн. аб’екты, якія не парушаюць прынцып адноснасці^{[заўв 4]}.

Гісторыя

Элементарныя часціцы, чыя скорасць больш за скорасць святла ў вакууме, былі ўпершыню разгледжаны Зомерфельдам у 1904 годзе^[1], а ў 1939 годзе матэматычны апарат для апісання іх паводзін быў дасканала распрацаваны Вігнерам^[2]. Лічыцца, што канцэпцыю тахіёнаў прапанаваў у 1962 годзе Джэральд Фейнберг^[en][3], ён жа і ўвёў сам тэрмін. Савецкі навуковец Леў Штрум у 1923 годзе таксама разглядаў гэтую канцэпцыю. Ідэя аб існаванні тахіёнаў на макраскапічным узроўні была выказана Якавам Цярлецкім у 1960 годзе.

Тахіёны ў тэорыі адноснасці

Самы просты спосаб фармальнага ўвядзення тахіёна ў межах спецыяльнай тэорыі адноснасці складаецца ў тым, каб задаць у формулах для энергіі і імпульсу

${\displaystyle E={mc^{2} \over {\sqrt {1-{v^{2} \over {c^{2}}}}}}}$; ${\displaystyle {\stackrel {\rightarrow }{p}}={m{\stackrel {\rightarrow }{v}} \over {\sqrt {1-{v^{2} \over {c^{2}}}}}}}$

масу ${\displaystyle m}$ не рэчаісным, а чыста ўяўным лікам. Тады, мяркуючы, што энергія і імпульс павінны быць рэчаіснымі, прыходзім да неабходнасці ${\displaystyle v}$ ${\displaystyle >}$ ${\displaystyle c}$. Гэта значыць, што атрымліваем тахіён — часціцу, скорасць якой не можа быць менш за скорасць святла.

Адзін цікаўны эфект заключаецца ў тым, што, у адрозненне ад звычайных часціц, скорасць тахіёна павялічваецца па меры памяншэння яго энергіі. Энергія набліжаецца да нуля, калі скорасць v імкнецца да бясконцасці. Таму тахіён не здольны мець скорасць ніжэй за скорасць святла c, таму што для дасягнення бар’ера зверху ці знізу патрабуецца бясконцая энергія. Як адзначалі Альберт Эйнштэйн і Рычард Толман, спецыяльная тэорыя адноснасці мяркуе, што часціцы са звышсветлавой скорасцю, калі яны існуюць, могуць быць выкарыстаны для зваротнай сувязі ў часе^[4].

Для тахіёнаў, гэтак жа як і для тардыёнаў, у межах СТА суадносіны энергіі і імпульсу будуць наступнымі:

${\displaystyle E^{2}=p^{2}c^{2}+m^{2}c^{4}}$

Гл. таксама

• Тэорыя струн
• Звышсветлавы рух

Заўвагі

1. Маецца на ўвазе не любая ўяўная часціца з адпаведнай уласцівасцю хуткага руху, а, як гэта бывае ў большасці тэорый сучаснай фізікі, не парушае Лорэнц-інварыянтнасці.
2. Кажучы дакладней, гаворка ідзе пра тое, што для тахіёна большая за скорасць святла фармальна палічаная скорасць — напрыклад, праз звычайныя суадносіны СТА з заменай масы часціцы на ўяўны лік ці як групавая скорасць — таксама вылічаная фармальна — для тахіённага поля. Пытанне аб тым, ці можа тахіённае поле рэальна (нават толькі тэарэтычна рэальна) распаўсюджвацца са скорасцю, якая перавышае скорасць святла, прыкметна складаней (самыя простыя ўскладненні звязаныя з нестабільнасцю тахіённага поля і з тым, што стабілізуючыя мадыфікацыі могуць ліквідаваць магчымасць распаўсюджвання хвалі хутчэй святла або зрабіць перавышэнне знікаюча малым; гл. ў асноўны артыкуле).
3. Маецца на ўвазе, вядома, варыянт масіўнага янг-мілсаўскага поля.
4. Часціцы (або ўзбуджэнні нейкіх гіпатэтычных палёў), якія рухаюцца скарэй за святло, але пры гэтым і парушаюць прынцып адноснасці, наогул кажучы, вельмі лёгка ўявіць, але ў рамках існуючай тэрміналогіі яны не называюцца тахіёнамі або тахіённымі палямі, і цалкам выходзяць за рамкі праблематыкі, якая абмяркоўваецца у сувязі з імі. У прыватнасці, пытанне аб парушэнні прычыннасці іх сігналамі, нават у самой сваёй пастаноўцы, цалкам выходзіць за рамкі падыходу пры абмеркаванні такога пытання для тахіёнаў, і, відаць, не мае з апошнім нічога агульнага, ці нават наогул не ўзнікае. Не кажучы ўжо пра тое, што сучасная фізіка ў цэлым не бачыць пакуль прычын, ні ў вобласці тэорыі, ні ў вобласці эксперыменту, (і не выяўляе жадання) адмаўляцца ад Лорэнц-інварыянтнасці.

Крыніцы

1. A. Sommerfeld, Nachr. Kgl. Ges. Wiss. Gottingen 99, 363 (1904)
2. E. Wigner, Ann. Math. 40, 149 (1939)
3. Фейнберг Дж. О возможности существования частиц, движущихся быстрее света // Эйнштейновский сборник 1973. — М., Наука, 1974. — с. 134—177
4. Benford, G.; Book, D.; Newcomb, W. (1970). «The Tachyonic Antitelephone». Physical Review D. 2 (2): 263—265. Bibcode: 1970PhRvD…2..263B, doi:10.1103/PhysRevD.2.263

Літаратура

• Feinberg, G. Particles That Go Faster than Light(англ.) // Scientific American. — February 1970. — Vol. 222. — № 2. — P. 68-81.
• Benford, G. A., Book, D. L., & Newcomb, W. A. The Tachyonic Antitelephone(англ.) // Physical Review D. — American Physical Society, 1970. — Vol. 2. — № 2. — P. 263–265. — DOI:10.1103/physrevd.2.263
• Барашенков В. С. Тахионы. Частицы, движущиеся со скоростями больше скорости света // УФН. — 1974. — Т. 114. — С. 133—149. — DOI:10.3367/UFNr.0114.197409f.0133

Спасылкі

• Сверхсветовая волна в усиливающей среде. Оптические тахионы.
• Корухов, В. В. Теоретические и методологические аспекты кинематики тахионов. — из первоисточника 21-05-2009.
• Манида, С. Н. Преобразования Лоренца-Фока: относительность бесконечности(недаступная спасылка).