Тахионы — разгадывают ли они тайны Вселенной и существуют ли они вообще?
Есть частицы, которые, по мнению некоторых, могут объяснить величайшие загадки современной науки — темную материю, темную энергию, тайну большого взрыва, космическую инфляцию и секреты черных дыр. Единственная проблема заключается в том, существуют ли вообще тахионы (1), потому что пока они представляют собой чисто теоретическую сущность.
Гипотетические свойства тахионов кажутся весьма экзотическими. Например, говорят, что они путешествуют быстрее света.
Между тем, согласно Специальная теория относительности Эйнштейна и, судя по результатам современных исследований, в нашем «реальном» мире никакие частицы никогда не превышают эту скорость. Мы обязаны этому пределу больше, чем можно было бы ожидать — например, тем, что мы видим следствие через причину, а не наоборот.
Физическая модель, созданная Герберт Фрид из Университета Брауна и Ивеса Габеллинего из Университета Ниццы предполагает существование тахионов и вызывает, конечно, огромные споры, но специальная теория относительности — хотя и запрещает сверхсветовое движение обычной материи и фотонов — не исключает полностью этот тип частиц.
Как объясняет Фрид, в случае крупномасштабных космических событий, например взрывов сверхновых, тахионы могут быть вырваны из квантового вакуума и отправлены в реальный, т.е. наш обыденный мир, как настоящие частицы, которые мы просто еще не зафиксировали. Имея большие массы и малый масштаб воздействия, они мало находят отклика в нашем пространстве.
Согласно специальной теории относительности, масса покоя тахиона является мнимым числом, в отличие от массы покоя обычных частиц. Габеллини и Фрид поняли, что, добавляя в модель тахион (и антитахион), можно получить много преимуществ, например, возможность объяснить космическую инфляцию.
Фрид с энтузиазмом заявил в СМИ.
Более того, по мнению обоих ученых, если высокоэнергетический тахион упадет в реальный вакуум, он может столкнуться и аннигилировать антитахию, а образовавшийся квантовый энергетический «взрыв» сможет стать ядром большого взрыва, породив новая вселенная. Эти гипотезы дополняют другие концепции, включая прежде всего теория мультивселенной (2).
2. Визуализация мультивселенной, изобилующей большими взрывами
Можно сделать то же самое, что, согласно этой идее, было тахионным полем до спонтанного нарушения симметрии. Все теории о тахионных полях являются случаями спонтанное нарушение симметрии. Механизм Хиггса является примером спонтанного нарушения симметрии и, следовательно, также примером тахионного поля в начале Вселенной.
Энергия, хранящаяся в квантовом вакууме, обычно достаточно велика, чтобы противодействовать гравитационному стремлению галактик схлопываться друг в друга. Однако в теории Фрида и Габеллини, когда создается новая вселенная, через «слезу», пролитую тахион-анти-тахионной аннигиляцией, из этой пустоты вытекает огромное количество энергии. В конце концов, затрагиваются даже отдаленные части старой вселенной — энергия квантового вакуума старой вселенной просачивается в новую подобно тому, как воздух выходит через отверстие в воздушном шаре.
Уменьшение своеобразного энергетического буфера квантового вакуума противодействует гравитации в старой вселенной, предполагая, что, когда старая вселенная умирает, многие из ее галактик образуют сверхмассивные черные дыры в новой вселенной, каждая из которых содержит массу звезд и планет в старой галактике. .
Некоторые из этих новых черных дыр могут стать центрами новых галактик в новой Вселенной. Все, что нас беспокоит сейчас в космологии, начинает красиво оформляться и объясняться.
К сожалению, только в теории.
Уроженец научной фантастики
Название «тахион» пришло из фантастических фильмов. Впервые он появился в «Звездном пути» в 1970 году, когда частицы с таким названием использовались в качестве транспортной среды. В сериале «Флэш» тахионы — это следы путешествий во времени. В свою очередь, в сериале «Вавилон» они используются для связи в режиме реального времени на большие расстояния.
Действительно ли теория относительности утверждает, что ничто не может двигаться быстрее света? На самом деле это только говорит о том, что ничто с ненулевой массой не может разогнаться до скорости света (и выше), потому что для этого потребовалась бы бесконечная энергия и получение бесконечной массы.
Только когда частица не имеет массы (например, фотоны и глюоны), это возможно. Таким образом, согласно теории относительности, частица не сможет разогнаться до скорости большей, чем скорость света. Но что, если бы она всегда имела эту скорость с самого начала Вселенной? Или если бы она родилась такой во время Большого Взрыва?
Если бы такая частица существовала, она не сможет замедлить до скорости меньше скорости света. У него будет странное свойство: необходимая ему энергия будет уменьшаться по мере увеличения его скорости, поэтому он будет приближаться к своему наинизшему энергетическому состоянию по мере приближения к бесконечной скорости. И наоборот — потребовалась бы бесконечная энергия, чтобы замедлиться до скорости света, поэтому он никогда не смог бы превысить этот предел скорости. Это делает скорость света двусторонним барьером для частиц, движущихся с этой скоростью с обеих сторон.
Это не нарушило бы правил относительности, но привело бы к другим странным свойствам. Как мы упоминали, тахионы, например, будут иметь воображаемую массу покоя. Наблюдатель мог видеть их в противоположном направлении с течением времени, так что он мог видеть их до их создания.
В тахионной классификации обычные частицы с ненулевой массой, движущиеся медленнее света, называются тардионами (или брадионами), а безмассовые частицы, движущиеся со скоростью света — луксонами.
Тахионы могли бы очень точно объяснить фундаментальные для нашей космологии явления. Так что многие ученые очень хотели бы, чтобы они действительно существовали. Однако одной красоты и непротиворечивости теории недостаточно. Такая часть должна быть поймана «с поличным», в мире, доступном для наших органов чувств и приборов обнаружения.
