Tachyón

Tachyón (gr.) je hypotetická, doteraz nedokázaná častica pohybujúca sa iba nadsvetelnou rýchlosťou, ktorá sa vyskytovala v bozónovej teórii superstrún. Oproti klasickým časticiam by sa tachyóny správali paradoxne – so zväčšujúcou sa energiou by sa spomaľovali a so zmenšujúcou zrýchľovali. Z hľadiska matematického formalizmu sú takéto častice prípustné, ale žiadna všeobecnejšie prijímaná súčasná fyzikálna teória ich neobsahuje, nie sú potrebné na vysvetlenie žiadneho pozorovaného javu.

V súlade s princípom Occamovej britvy možno predpokladať, že tachyóny neexistujú.

Tachyóny boli prvýkrát navrhnuté fyzikom Arnoldom Sommerfeldom a pomenované Geraldom Feinbergom. Slovo tachyón je odvodené od gréckeho takhus čo znamená rýchly, okamžitý. Mohlo by sa zdať, že ak by tachyóny existovali, popierali by kauzalitu, teda vzťah medzi dvomi udalosťami príčinou a následkom. Existujú však koncepty, podľa ktorých by k narušeniu kauzality nedochádzalo. Tachyónom možno priradiť vlastnosti ako normálnym časticiam: spin a tiež antičastica (antitachyón). Moderná prezentácia tachyónovej teórie umožňuje tachyónom mať hmotnosť.

Fyzici sa zaoberali konceptom tachyónov od začiatku 60.-tych rokov do polovice 70.-tych rokov a niektorí vykonali experimenty na zachytenie tachyónov v kozmických spŕškach. Myšlienkou bolo, že vysokoenergetické častice kozmického žiarenia dochádzajú do stretu s molekulami vzduchu v hornej atmosfére a tým vznikajú sekundárne spŕšky miliárd molekúl, z ktorých niektoré môžeme zmerať pomocou prístrojov na Zemi. Je možné, že tachyóny by mohli byť vytvorené zrážkou v týchto výškach viac ako 20 km nad Zemou.

Tachyóny by mohli byť pozorované 60 mikrosekúnd predtým ako hlavná sekundárna spŕška. V roku 1973 dvojica austrálskych vedcov Roger Clay a Philip Crouch namerala úspešné zachytenie tachyónu, ale nikto nebol schopný tento experiment zopakovať. V roku 2011 CERN nameral časticiam nazývaným neutríno rýchlosť vyššiu ako rýchlosť svetla. Tieto merania sa však ukázali ako chybné.

Častica s imaginárnou hmotnosťou

Najjednoduchší spôsob ako zaviesť tachyóny v rámci špeciálnej teórie relativity spočíva v tom, že vo vzorcoch pre energiu a hybnosť

$E={\frac {mc^{2}}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}$

${\vec {p}}={\frac {m{\vec {v}}}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}$

zadáme hmotnosť $m$ ako imaginárne číslo.

Potom, za predpokladu, že energia a hybnosť musia byť reálne, nevyhnutne musí byť $\ v>c$, teda dostávame tachyón – časticu ktorej rýchlosť nemôže byť menšia ako rýchlosť svetla. Pri spomalení takej častice sa energia zväčšuje, pričom pri spomalení na rýchlosť svetla narastá do nekonečna, čiže tachyón nemožno zbrzdiť na rýchlosť svetla, podobne ako tradičné častice s reálnou kladnou pokojovou hmotnosťou nemožno zrýchliť na rýchlosť svetla.

Pre tachyóny bude v rámci špeciálnej teórie relativity vzťah medzi energiou a hybnosťou nasledujúci:

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

Tachyónové polia

Najjednoduchší spôsob opísania (skonštruovania) tachyónového poľa v termínoch rovníc poľa je pre skalárny alebo vektorový tachyón:

$\partial _{x}^{2}\psi +\partial _{y}^{2}\psi +\partial _{z}^{2}\psi -{1 \over c^{2}}\partial _{t}^{2}\psi -{m^{2}c^{2} \over \hbar ^{2}}\psi =0,$

Diracova rovnica pre спинорного (asi spinový):

$\left(mc^{2}\alpha _{0}+c\sum _{j=1}^{3}\alpha _{j}p_{j}\right)\psi =i\hbar {\frac {\partial \psi }{\partial t}},$

a tomu podobné zovšeobecnenia, iba so zápornou hodnotou pre člen vyjadrujúci kvadrát hmotnosti $(m^{2}<0)$ v prvom prípade so zjavným použitím imaginárnej hmotnosti $m$ v druhom buď znova použijeme imaginárnu hmotnosť, alebo sa použije iný objekt, ktorého mocnina bude záporná, napríklad matica.

Inými slovami, ak označíme imaginárnu hmotnosť $m=i\ \mu$, kde $\mu$ – je reálne číslo, možno zapísať rovnice Kleina-Gordona-Foka a Diraka v tvare:

$\partial _{x}^{2}\psi +\partial _{y}^{2}\psi +\partial _{z}^{2}\psi -{1 \over c^{2}}\partial _{t}^{2}\psi +{\mu ^{2}c^{2} \over \hbar ^{2}}\psi =0,$

$\left(i\mu c^{2}\alpha _{0}+c\sum _{j=1}^{3}\alpha _{j}p_{j}\right)\psi =i\hbar {\frac {\partial \psi }{\partial t}}.$

Externé odkazy

• What is Tachyons? What are Tachyonized Materials? na YouTube
• Článok v Sciene World (po anglicky)
• Článok o vlastnotiach tachyonu Archivované 2016-08-13 na Wayback Machine (po anglicky)
• Článok o vlastnostiach tachyonovej energie od ATTI

Zdroje

• FILIT – zdroj, z ktorého pôvodne čerpal tento článok.

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Тахион na ruskej Wikipédii.