| Kaj natančno je tahion in zakaj gre lahko hitreje od svetlobe? |
Tahion je oznaka za hipotetični delec, ki bi se gibal hitreje od svetlobe. Teoretično sicer obstoj takšnega delca ni prepovedan, ima pa kaj čudne lastnosti, zaradi katerih je njegov obstoj kaj malo verjeten. Da dospemo do njih, začnimo z Einsteinovo zvezo med maso m, gibalno količino p in energijo E relativističnega delca
E2=p2c2 +m2 c4
Gornja zveza ne določa vrednosti kvadrata mase m2, pač pa ta vstopa v enačbo kot prosti parameter, ki ga določimo s poskusi. Maso delcem namreč izmerimo, ne znamo je napovedati! Za vse opažene delce je kvadrat mase sicer pozitiven ali pa enak nič (maso nič imajo npr. fotoni- kvanti elektromagnetnega polja). Lahko pa vseeno predpostavimo, da je m2 negativen (masa m je tako imaginarna količina.) Pišimo torej
m2=-M2 < 0,
kjer smo vpeljali priročno realno količino M. Energija delca je po znani enačbi iz relativistične fizike enaka
.
Pri zadnji enakosti smo izkoristili dejstvo, da je m imaginaren, ga zamenjali z M in množili z -1 pod korenom. Tako smo dobili enačbo, ki vsebuje le realne količine, energijo E, količino M in koren, ki sedaj ne sme biti imaginaren. Hitrost tahiona v mora biti večja od svetlobne!. Iz gornje enačbe preberemo še ostale nenavadne lastnosti tahiona. Energija bo namreč tem manjša, kolikor hitreje se bo tahion gibal in bo enaka nič tedaj, ko se bo gibal z neskončno hitrostjo. Obratno bo energija tem večja čim bližje bo hitrost tahiona svetlobni (c). Če bi veljalo v=c, bi bil namreč izraz pod korenom enak nič, energija pa bi divergirala (bila neskončno velika).
Gornje lastnosti že dajo slutiti prve težave s katerimi mora razrešiti teorija, v kateri bi nastopali tahioni. Če namreč ti ne bi bili prosti delci, temveč bi interagirali z ostalimi delci, npr. z elektromagnetnim poljem, bi se jim zaradi interakcij zmanjševala energija. Predpostavimo zaradi enostavnosti, da so tahioni sklopljeni z elektromagnetnim poljem (so električno nabiti). Ker se giljejo hitreje od svetlobe, sevajo svetlobo Čerenkova. Zaradi tega se jim zmanjšuje energija. Ker se jim zmanjšuje energija, se gibljejo vedno hitreje! To povzroča resne teoretične težave. V vakuumu namreč lahko pride do spontane kreacije tahiona in njegovega antidelca, oba nato izgubljata energijo prek sevanja Čerenkova, zaradi česar vedno hitreje letita z mesta kreacije. Imamo torej mehanizem, ki napravi vakuum nestabilen!
Kljub temu, da so gornje težave zadosten razlog, da večina teoretičnih fizikov ne verjame v obstoj tahionov, pa je samo po sebi zanimivo vprašanje ali bi lahko s pomočjo tahionov (seveda, če bi ti obstajali) prenašali informacije hitreje od hitrosti svetlobe v vakuumu, torej v nasprotju s posebno terijo relativnosti? Odgovor je morda nekoliko presenetljivo : ne. S tahioni ne moremo prenašati informacij hitreje kot s hitrostjo svetlobe. Razlogi so nekaj globlje narave, skrivajo pa se za dejstvom, da valovna enačba, kateri mora zadosti tahionsko polje v okviru kvantne teorije polja, dopušča le dve možnosti. In sicer: 1) če lahko tahione lokaliziramo (ujamemo na nek del prostora ob danem trenutku), tedaj se signali gibljejo s hitrostjo svetlobe ali 2) če tahionov ne moremo lokalizirati, se motnja sicer širi s hitrostjo večjo od svetlobne, a na ta način ne moremo prenašati sporočil hitreje od svetlobe, ker tahioni niso lokalizirani! (nekaj več o tem lahko preberete v zapisu na Washingotnski Univerzi)
Po tem, ko smo se prepričali, da bodo tahioni verjetno ostali le hipotetični delci, nas morda preseneti dejstvo, da tahioni nastopajo v teorijah strun, ki so za sedaj edini resni kandidat za teorijo kvantne gravitacije. Seveda vsa stvar ni tako tragična kot se zdi na prvi pogled, saj nastopa tahion le v nesupersimetrični teoriji strun (v 26 dimenzijah!), medtem ko ob vpeljavi dodatne simetrije (supersimetrije) tahionov ni. Supersimetrične teorije strun torej ne vsebujejo tahionskih ekscitacij.
Morda še zadnja zanimivost. Kljub temu, da je tahion na samem obrobju sprejemljivega za teoretične fizike, pa se je očitno precej “New Age” podjetnikom ime tahion priljubilo. Tako lahko na internetu najdemo veliko podjetij, ki ponujajo vse od tahionskih ogrlic, olj, osvežilnih vodic pa do vložkov za čevlje. Ob branju tahionske “literature” na internetu dobršna mera skepse zato ni odveč.
Nekaj strani, kjer lahko preberete malce več o fiziki tahionov
Zapis na Washingonski Univerzi
Odgovor o tahionih na straneh Nase
Skeptičen zapis o tahionskih New Age podjetjih
Zapis o teoriji strun
Še en zapis o teoriji strun
Ter nekaj strani na Kvarkadabri
O superstrunah
O masi fotona
O energiji in masi
