Kim tahion. Care este viteza unui tahion? Produse Terra Tachyon

Acesta este numele dat particulelor a căror viteză depășește viteza luminii în vid. Să facem imediat o rezervă că vorbim despre particule ipotetice: încercările experimentale de a detecta astfel de particule nu au avut succes. Dar însăși presupunerea existenței lor pare paradoxală: SRT se bazează pe viteza limitată de transmisie a semnalului, iar limita este tocmai viteza c. Desigur, nu există restricții privind viteza „în general” (vezi § 8.1), dar transmisia semnalului este răspândirea energiei și a impulsului. Mișcarea particulelor cu care suntem obișnuiți poate servi cu siguranță drept semnal. În plus, pentru particulele obișnuite cu o masă finită în repaus, a căror existență ne-am obișnuit, viteza luminii este pur și simplu de neatins. Din ecuația relativistă a mișcării pentru astfel de particule rezultă că viteza luminii poate fi atinsă doar într-un timp infinit de lung (să nu mai vorbim de faptul că pentru ca acestea să atingă viteza luminii sunt necesare cantități infinit de mari de energie. ). Astfel, problema vitezei superluminale a particulelor din lumea noastră obișnuită dispare imediat.

Este posibil, totuși, să presupunem existența unui grup special de particule, trecerea de la care la particule obișnuite sau invers este imposibilă. Aceste particule ar putea fi generate într-un fel de transformări nucleare imediat la viteze superluminale. Ipoteza despre apariția tahionilor este inspirată din imaginea generării fotonilor: fotonii sunt generați imediat cu viteza luminii,

dar nu apar deloc „dinamic” în timpul accelerației particulelor obișnuite.

Exact în același mod ca în § 3.5, se poate demonstra că dacă într-un ISO viteza particulelor este mai mare decât c, atunci acest lucru este valabil și în orice alt ISO. În consecință, particulele obișnuite (fotoni) și tahionii formează grupuri independente de particule în sensul că tranzițiile de la un grup la altul din cauza accelerației particulelor sunt imposibile și că trecerea de la un ISO la altul lasă particula în același grup în care a fost localizat și în ISO original.

Să presupunem existența unor astfel de particule și să luăm în considerare consecințele cinematice ale acestei presupuneri.

Deci, presupunem că viteza tahionică (determinată în mod obișnuit) este mai mare decât c, adică . Apoi, pentru intervalul dintre două evenimente - pozițiile tahionului în două puncte din spațiu în două momente în timp - obținem, ca de obicei, (mișcare unidimensională de-a lungul axei

Pentru un tahion (spre deosebire de particulele obișnuite), adică intervalul este asemănător spațiului; Am văzut în § 3.4 că în acest caz conceptele de „mai târziu” și „mai devreme” pentru două evenimente nu mai sunt absolute. În consecință, există cadre de referință în care tahionul se mișcă într-o direcție și acelea în care se mișcă în direcția opusă. Este posibil să se găsească o condiție impusă vitezei tahionice, astfel încât într-un sistem K mișcarea sa să fie „inversă”. În sistemul K pentru tahion

Credem (pentru orice interval de timp va diferi ca semn de (ceea ce înseamnă o schimbare a succesiunii evenimentelor în timp), dacă de aici se găsește condiția dorită, este clar că Diferențele în descrierea mișcării tahionice în sisteme sunt vizibile clar în Fig. 8.7, a. Liniile de simultaneitate în K sunt axe paralele, trasându-le din ce în ce mai departe de-a lungul axei pozitive, marchem poziția tahionului din ce în ce mai mult spre dreapta - tahionul se deplasează spre dreapta. Liniile de simultaneitate din K sunt paralele cu axa x Dacă tragem aceste linii astfel încât să intersecteze axa din ce în ce mai departe de-a lungul direcției pozitive a axei, găsim tahionul din ce în ce mai mult spre stânga La stânga.

Același rezultat poate fi prezentat și mai dramatic (Fig. 8.7, b). Fie ca în sistemul K un tahion să părăsească punctul O și să ajungă la punctul mondial P. În sistemul K, așa cum se poate observa în figură, tahionul a fost „emis” în acest moment („mai devreme”) și a ajuns

la punctul P în acest moment, adică „mai târziu”. Aceeași diagramă prezintă axele spațiale și temporale ale sistemului K (liniile de simultaneitate în K sunt paralele cu axa. Figura arată că tahionul din sistemul K a fost anterior în punctul P (în momentul de față), apoi s-a deplasat la punctul 0, unde a fost absorbit (la moment) Astfel, numai prin alegerea unui cadru de referință se poate obține mișcarea unui tahion în direcția opusă în spațiu și se poate detecta absorbția tahionului în loc de emisie într-un cadru de referință.

Orez. 8.7. a) Mișcarea unui tahion considerată în două ISO. În sistemul K tahionul se deplasează spre dreapta, în sistemul K se deplasează spre stânga. Linia groasă este linia mondială a tahionului, b) Inversarea ordinii evenimentelor în timp pentru un tahion în mișcare.

Să remarcăm în treacăt imaginea curioasă a observării unui „tahion luminos”, adică a unui tahion care emite lumină. Din fig. 8.8 este clar că un observator în repaus în sistemul K va „vedea” doi tahioni plecând în două direcții opuse.

Să revenim acum la inversarea succesiunii evenimentelor în timp, în special la schimbul de locuri de „emisie” și „absorbție”. La prima vedere, această situație contrazice ideile obișnuite despre relația dintre cauză și efect. Într-adevăr, să se știe că în O există o sursă de tahioni. Sursa este „cauza” tahionului. Mișcarea tahionului spre P este o „consecință” a generării tahionului. Dar observația în sistemul K arată că tahionul provine din P și este absorbit în O. Oricât de neobișnuit ar fi acest lucru, trebuie totuși să admitem că succesiunea observată nu contrazice relațiile cauză-efect, dacă formulăm clar ceea ce am adică prin astfel de relaţii. Puteți raționa, de exemplu, așa.

Vom presupune că A este o cauză, un efect, dacă repetarea evenimentului A în momente alese în mod arbitrar duce invariabil la apariția evenimentului B în momentul de timp. Aici, repetări controlate ale evenimentului A și corelarea lor cu evenimentul B sunt esențiale în acest sens, relațiile cauză-efect nu depind de ce eveniment are loc „mai devreme” și care „mai târziu”.

Orez. 8.8. Imagine observată a mișcării unei particule luminoase care se mișcă cu viteză superluminală.

Secvența evenimentelor de-a lungul timpului nu face parte din definiția cauzalității și nu poate servi la distingerea dintre cauză și efect.

În exemplul nostru din sistemul K, evenimentul controlat este absorbția unui tahion. Această absorbție controlată va fi întotdeauna precedată de mișcarea tahionului de la P la O. Va trebui să recunoaștem absorbția ca cauză, iar mișcarea tahionului ca efect. Definiția de mai sus a cauzei și efectului nu corespunde afirmației obișnuite conform căreia „sensul absolut al cuvintelor „mai devreme” și „mai târziu”... este o condiție necesară pentru ca conceptele de cauză și efect să aibă sens”. Desigur, dacă „cauza” și „efectul” apar la un moment dat (într-un anumit ISO), atunci cauza trebuie să fie mai rapidă decât efectul. Dar atunci intervalul dintre evenimente este în mod evident asemănător cu timpul și în orice ISO efectul va fi „mai târziu” decât cauza. Acest lucru nu se poate întâmpla cu tahionii. Toate „evenimentele” cu tahioni au loc, din punctul nostru de vedere, în puncte diferite. Împărtășirea secvențelor de evenimente nu este înfricoșătoare.

Deci, o schimbare în succesiunea temporală a evenimentelor nu încalcă ideile obișnuite de cauzalitate. Dar există o condiție care trebuie îndeplinită necondiționat. Constă în faptul că nu se poate influența trecutul din prezent. Un semnal trimis dintr-un punct dat din spațiu nu poate apărea acolo înainte de a fi trimis.

Dacă tahionii ar putea servi ca semnale, atunci, așa cum se poate vedea din diagrama din Fig. 8.9, acestea ar putea fi folosite pentru a trimite un semnal, astfel încât un alt semnal cauzat de primul să revină la punctul de trimitere a primului semnal (ciclu cauză-efect) înainte ca primul semnal să fie emis. În fig. Figura 8.9 prezintă liniile mondiale ale două corpuri I și II, care au fost inițial în repaus, apoi se mișcau uniform și rectiliniu cu aceleași viteze și apoi din nou în repaus. Punctele lumii A și A se află pe linia simultaneității, care coincid pentru ambele corpuri în mișcare. Punctele lumii C la C se află pe linia simultaneității, care coincid pentru ambele corpuri în repaus. Figura arată, de asemenea, liniile lumii a două semnale superluminale și . Trimitând un semnal și apoi (după primirea semnalului) un alt semnal, vom primi semnalul într-un punct mai devreme decât a fost trimis semnalul de la A.

Orez. 8.9. Un ciclu închis cauză-efect care implică semnale superluminale. Linii I, 11 - linii mondiale a două sisteme de referință. Primul semnal superluminal este trimis din punctul A - linia de simultaneitate). Din sistemul II (punctul C) este trimis un semnal superluminal invers care ajunge la sistemul I (punctul mai devreme decât a fost trimis primul semnal (punctul A). Liniile de simultaneitate și liniile universale ale semnalelor superluminale sunt trasate în conformitate cu Fig. 2.6, b.

Astfel, avem un exemplu de ciclu închis cauză-efect, când există posibilitatea de a influența trecutul. Desigur, acest rezultat se aplică oricărui semnal superluminal, dar atunci când este aplicat la tahioni, aceasta înseamnă că tahionii înșiși (spre deosebire de particulele obișnuite) nu mai pot servi ca semnale.

Dacă presupunem posibilitatea existenței tahionilor și respectarea cerințelor ciclului cauză-efect, atunci tocmai posibilitatea de a inversa succesiunea evenimentelor în timp pentru tahioni ne permite să scăpăm de obiecțiile asociate cu „dinamica”. ” proprietățile acestor particule. Dacă considerăm că relațiile de bază ale SRT sunt valabile pentru tahioni, atunci din formulele de transformare pentru viteza și energia particulei

(vezi capitolul 3, 5)

rezultă că tocmai în acele sisteme de referință în care succesiunea evenimentelor pentru tahion își schimbă ordinea (și în care semnul vitezei se schimbă, ceea ce se datorează faptului că semn diferit), energia tahionică devine negativă. Energia negativă a tahionului este inacceptabilă deoarece prezența lui ar însemna posibilitatea producerii nelimitate de energie. Într-adevăr, generarea în comun a doi tahioni - unul cu energie negativă și celălalt cu energie pozitivă - nu ar necesita cheltuirea energiei, iar tahionul rezultat cu energie pozitivă ar putea efectua o muncă utilă.

Dar am văzut deja (vezi Fig. 8.8) că dacă în cadrul de referință K se observă emisia unui tahion, care este apoi absorbit, atunci în cadrul K, în care viteza tahionului satisface condiția, același proces poate fi descris ca un tahion absorbit care se mișcă în direcția opusă, iar energia tahionului va fi deja pozitivă. Această împrejurare ne permite să ocolim dificultatea asociată cu apariția energiilor negative.

În sfârșit, câteva note referitoare la impulsul și energia tahionilor. Din STR rezultă (vezi capitolul 5), dacă ne limităm la cazul unidimensional că

Dacă trasăm un grafic, obținem o hiperbolă și, după cum am văzut (§ 5.5),

Dacă o particulă accelerează, atunci în plan se deplasează de-a lungul hiperbolei (8.11). Panta tangentei este întotdeauna mai mică decât c, indiferent de modul în care crește energia particulei - fie din cauza accelerației particulei, fie din cauza tranziției la un alt cadru de referință. Deoarece energia particulei este pozitivă, ramura inferioară a hiperbolei nu este luată în considerare. Să acordăm atenție și faptului că asimptotele hiperbolei, a cărei ecuație va fi, corespund fotonilor. Dacă presupunem că formulele de bază ale mecanicii relativiste sunt aplicabile tahionilor (vezi capitolul 5), atunci ele devin cantități imaginare, deoarece de unde putem obține valori reale ale impulsului și energiei dacă considerăm cantitatea ca masă? este masa imaginară mai bună decât energia și impulsul imaginar? Dar ideea este că

Aceasta este masa imaginară propriu-zisă a tahionului și nu există un cadru de referință în care tahionul ar fi în repaus (cadru de referință este format din particule obișnuite, iar viteza sa este întotdeauna mai mică decât c). Prin urmare, masa proprie a tahionului este neobservabilă și poate fi considerată orice.

Dar apoi pe plan ar trebui să considerăm încă două hiperbole corespunzătoare masei proprii imaginare. Astfel, pe plan trebuie să luăm în considerare trei hiperbole (Fig. 8.10). Panta tangentei la aceste hiperbole este peste tot mai mare decât c. Desigur, factorul intră nu numai în expresiile pentru impuls și energie - el intră în definițiile lungimii prin propria lungime și intervale de timp prin propriul său timp. Dar putem abandona cu ușurință cantitățile „proprii”, considerându-le neobservabile.

Orez. 8.10. Tahioni în particule obișnuite reprezentate pe un plan

Trimitând cititorul la literatura de specialitate pentru detalii, haideți să rezumam câteva rezultate.

Recent, s-au făcut încercări - rămânând în cadrul STR - de a afla proprietățile particulelor a căror viteză depășește c. Din punctul de vedere al SRT, vitezele care nu corespund distribuției fizice reale a nimicului pot fi orice. Particulele obișnuite se mișcă întotdeauna cu viteze mai mici de c; orice „semnal” are o viteză mai mică de c. În consecință, tahionul în sine nu poate servi drept semnal, adică interacțiunea sa cu lumea noastră este extrem de limitată. Este posibil să se permită interacțiunea tahionilor cu lumea noastră doar prin schimbul de semnale electromagnetice.

Dacă pornim de la principiul „tot ceea ce nu este interzis are dreptul de a exista”, ar trebui să admitem posibilitatea existenței tahionilor. Nu există încă o interdicție teoretică directă asupra tahioanelor. Cu toate acestea, pare puțin probabil ca astfel de particule să existe cu adevărat. Experimentul are ultimul cuvânt.

§ 8.4. Paradoxul ceasului. Acest paradox – dacă există într-adevăr un paradox aici – apare datorită diferențelor discutate în mod repetat în sincronizarea intervalelor de timp dintre evenimente în diferite ISO-uri. Să ne amintim pe scurt rezultatele necesare în continuare.

Fie corpul în repaus în sistemul K și, în funcție de ceasul care se mișcă cu el și sistemul K, două evenimente au fost notate în punctul x în momentele de timp și Intervalul este o perioadă de timp propriu și este firesc. pentru a-l desemna prin . Observatorii din K vor marca aceleași două evenimente în două puncte ale sistemului K cu două ore, aceste evenimente sunt înregistrate la momente și Intervalul de timp dintre aceleași două evenimente va fi egal Știm că

adică intervalul de timp propriu dintre evenimente este mai mic decât intervalul dintre acele evenimente, numărat de ceasul sistemului în raport cu care se mișcă corpul (cf. § 3.3).

În formula (8.13) există o asimetrie evidentă în sincronizare. S-ar părea că se poate raționa așa. Deoarece toate ceasurile din K sunt sincronizate, timpul numărat de diferite ceasuri din K poate fi echivalat cu numărarea unei perioade de timp cu un ceas în K. Apoi se dovedește că ceasurile identice din două ISO-uri K și K funcționează diferit. Dar SRT se bazează pe simetria completă a sistemelor inerțiale! Și ea chiar este! Doar că raționamentul nostru a omis un detaliu important. Deoarece simultaneitatea este relativă, ceasurile care sunt sincronizate într-un sistem nu sunt deloc sincronizate din punctul de vedere al altuia. Sincronizarea ceasului este relativă! Cantitatea nu este deloc intervalul de timp adecvat pentru un ceas din K. Să facem calculul corespunzător.

Fie ca ceasul III să fie în repaus la începutul sistemului K, mișcându-se cu viteza V în raport cu K. Ceasul I, sincronizat în sistemul K și în repaus în acest sistem, este în punct și ceasul II este în punct

Coordonata variabilă a ceasului III din sistemul K este egală cu. Astfel, coordonatele ceasurilor I, II, III din sistemul K vor fi

Din formula de transformare Lorentz se poate obține dependența coordonatei x în sistemul K de timpul V în acest sistem și coordonatele x în K și anume:

Deci vom constata că este evident că Prin urmare,

Ca întotdeauna, credem că este posibil să comparăm citirile ceasului de la două sisteme atunci când acestea se află în aceeași locație. Atunci este de fapt posibil să facem următoarele comparații. În primul rând, se pot compara citirile ceasului III cu citirile ceasului I pe măsură ce trec unul pe altul; vom nota citirile corespunzătoare ale ceasului în al doilea rând, putem compara citirile ceasurilor III și II, când ceasul III trece pe lângă ceas, vom nota aceste citiri prin (Fig. 8.11). Când ceasurile III coincid cu I, atunci ambele ceasuri sunt la punctul, prin urmare, conform (8.17), vom găsi valorile momentelor de timp și anume: . În același timp, din (8.16) obținem . Citirile sunt citirile a două ceasuri diferite sincronizate în sistemul K.

Orez. 8.11. Explicarea simetriei complete a două sisteme de referință icercial în raport cu „încetinirea” timpului. În orice sistem de referință, intervalul de timp adecvat dintre două evenimente va fi mai mic decât intervalul de timp dintre aceleași două evenimente, măsurat cu două ore de la orice alt ISO.

Conform sincronizării în acest sistem, când ceasul II arăta momentul, atunci ceasul I arăta același moment. Diferența este timpul scurs în sistemul de referință K, în care citirea ceasului III s-a schimbat în . Din punctul de vedere al sistemului K, cursul ceasului III este determinat de relația

așa cum ar trebui să fie, deoarece este o perioadă de timp potrivită. Deoarece ceasurile în mișcare observate din sistemul K sunt în urmă. Știm toate acestea. Acum trecem la pasul decisiv: trebuie să comparăm progresul ceasurilor așa cum apare din punctul de vedere al sistemului K. Pentru a judeca progresul ceasurilor, trebuie să urmărim progresul unora

ore, să zicem ore II. Dar pentru aceste ceasuri există o singură indicație directă: când erau opuse ceasului III, atunci ceasul III arăta și ceasul II arăta O altă citire a ceasului II trebuie calculată (cf. § 2.4). Vom afla unde a fost ceasul II și ce a arătat când ceasul I era vizavi de ceasul III. Vom răspunde la toate întrebările puse din punctul de vedere al sistemului K. Când ceasul III a fost în fața I, a arătat ora a fost situat de la ceasul I în funcție de distanță. Dar când ceasul I era vizavi de III, atunci coordonatele lor. Prin urmare, aceasta este coordonata ceasului II în momentul în care ceasurile I și III coincid. Dar acum nu este greu să găsiți citirea ceasului II în același moment în timp. În formulă

vom înlocui valorile (Valoarea, datorită sincronizării ceasurilor în K, va coincide cu citirea ceasului din K, situat în punctul astfel) Ca urmare a înlocuirii, vom obține citirea a ceasului II:

Dacă ceasurile I și II ar fi sincronizate, ar afișa aceeași oră. Dar ele sunt sincronizate doar în K, dar nu și în K. Vedem că din punctul de vedere al lui K, ceasurile sistemului K se confruntă cu desincronizare, se acumulează o diferență de citiri.

crescând pe măsură ce orele se îndepărtează unele de altele. Am obținut deja acest rezultat în § 2.4. Deoarece în sistemul K distanța este, atunci citirea ceasului II va fi Cuprinzând diferența dintre timpul marcat și cel calculat, obținem

sau, conform (8.20),

Și asta înseamnă că un observator din sistemul K va descoperi că ceasul care se mișcă în raport cu el rămâne în urmă. Astfel, este dovedită egalitatea completă a sistemelor.

Acest rezultat confirmă egalitatea completă a celor două sisteme inerțiale considerate: dacă două ISO au două

ceasuri identice, atunci intervalele de timp adecvate numărate de aceste ceasuri sunt identice. Desigur, nu poate fi altfel, deoarece unul dintre primele principii ale SRT este principiul relativității: dacă ceasurile identice ar funcționa diferit în două ISO-uri, atunci aceasta ar fi o modalitate fizică de a distinge aceste sisteme.

Deși trebuia făcută această clarificare, acesta nu este, desigur, paradoxul ceasului. Să presupunem că am comparat citirile a două ceasuri: unele din sistemul K și altele din K. Ceasurile, desigur, se vor diverge imediat după comparație și se vor îndepărta din ce în ce mai mult unul de celălalt. Dar dacă, totuși, unul dintre ele este întors cumva în același punct în care se află celelalte ceasuri, iar citirile lor sunt din nou comparate, ce vom descoperi atunci? Răspunsul la această întrebare se numește paradoxul ceasului. Acest răspuns nu este deloc simplu, iar cititorul ar trebui să aibă răbdare.

Orez. 8.12. Liniile mondiale de două ore I și II. Linia mondială corespunde ceasului I, care este în repaus în K. Ceasul II se mișcă mai întâi uniform de la ceasul I (linia, după ce și-a schimbat viteza exact la T într-o direcție egală, dar opusă, se apropie din nou de ceasul I. Într-un punct se găsesc unul lângă altul și le puteți compara din nou citirile (prima comparație a avut loc la punctul O Comparația citirilor ceasului este tocmai ceea ce se numește paradoxul ceasului: linia mondială a unuia). ceasul revenind la un punct.

În primul rând, observăm că toate formulele SRT se referă la cantități considerate în cadrul sistemelor de referință inerțiale. Toate măsurătorile de timp care se fac în stația de service sunt efectuate de un ceas staționar într-unul sau altul ISO. După ce am comparat două ceasuri o dată, nu le mai putem reuni din nou la un moment dat din spațiu fără a le scoate din cadrul de referință unde erau în repaus în timpul primei comparații. Într-adevăr, dacă mișcarea este rectilinie, este necesar să încetinești mai întâi un ceas, apoi să îi dai o viteză de aceeași valoare, dar în sens opus. Apoi ceasul, a cărui direcție de mișcare am schimbat-o, după ceva timp se va găsi în același loc cu ceasul cu care s-a făcut comparația. Toate acestea sunt clar vizibile pe diagrama Minkowski, care arată liniile lumii a două ceasuri - (Fig. 8.12).

Este foarte convenabil să luăm în considerare „paradoxul ceasului” folosind metoda coeficienților (§ 3.7). Vom folosi diagrama spațiu-timp din Fig. 8.12. Aici sunt reprezentate liniile lumii a trei ceasuri: unele situate la începutul lui K (linia altora (II), odihnindu-se la începutul lui K (linia , în sfârșit, putem găsi intervalul de timp dintre recepția semnalului luminos prin ceasul I (punctul E) și întâlnirea ceasurilor I și III la punctul Am văzut în § 3.7 că atunci când semnul vitezei relative a celor două sisteme de referință se modifică, coeficientul k se modifică prin urmare, intervalul de timp, care este reprezentat în fig. 8.12 printr-un segment, este egal cu Din simetria experimentului de gândire utilizat, este clar că Notând valoarea acestui interval de timp prin obținem, că perioada de timp măsurată de ceasul I între întâlnirea ceasului I cu ceasul II și ceasul III este egal cu

Dar timpul total numărat de doi observatori (ceasurile II și III) este egal cu . Această valoare este întotdeauna mai mică decât (8.22), deoarece din inegalitate rezultă imediat că

Acest raționament are meritul neîndoielnic că toate citirile de timp sunt făcute de ceasuri în repaus în cadre de referință inerțiale. Deci, se obține un interval de timp mai scurt între evenimente atunci când este măsurat de doi observatori inerțiali în comparație cu intervalul de timp intenționat de un observator. Să fim atenți la faptul că aici, spre deosebire de cazul în care intervalul de timp măsurat de un ceas a fost comparat cu intervalul de timp dintre aceleași evenimente pe două ore ale altui ISO, intervalele de timp măsurate de ceasurile a trei ISO-uri. sunt comparate.

Deci, utilizarea a două ceasuri (II și III) ne-a condus la concluzia că intervalele de timp sunt numărate diferit. Uneori se propune utilizarea acelorași ceasuri în sistemele de referință K și K": în punctul T, ceasul II este pur și simplu transferat în sistem și apare

posibilitatea de a epuiza perioada de timp care ne interesează doar cu un singur ceas. Merită să insistăm asupra acestei propuneri. Deși măsuram intervalul de timp dintre evenimentele O și două ceasuri (I și II), aceste ceasuri în versiunea propusă nu sunt în niciun caz egale. Când ceasul II este transferat de la acesta, experimentează accelerație și se găsește într-un cadru non-inerțial. Linia lor mondială este deja curbă (vezi insertul în Fig. 8.12). Dar mișcarea inerțială nu este în niciun caz echivalentă cu mișcarea neinerțială. Este foarte posibil ca un ceas care se mișca constant prin inerție să conteze o perioadă mai lungă de timp decât un ceas care a participat la mișcare non-inerțială. Nu există nicio contradicție aici; Teoria gravitației a lui Einstein duce și ea la această concluzie.

Am spus deja (vezi § 3.3) că, în principiu, orice accelerație afectează ceasul. În principiu, ceasurile „funcționează corect” sunt în cadre de referință inerțiale. Lăsați linia mondială a particulei să fie curbată (ceea ce înseamnă că particula experimentează accelerație). În orice moment al mișcării cu accelerație, se poate găsi un observator inerțial care se deplasează tangențial la traiectoria mișcării adevărate cu viteza instantanee a mișcării reale. Un ceas care se mișcă cu accelerație se mișcă „corect” dacă cursul său coincide exact cu cursul unui ceas de același design, mișcându-se în modul indicat împreună cu un observator inerțial.

În ce punct de pe linia lumii apare diferența dintre citirile ceasurilor schnercial și non-inerțial? Din principiul relativității rezultă că ceasurile cu același design funcționează în toate ISO-urile în același mod. De aici este clar că diferența dintre citirile a două ceasuri care se găsesc în același punct în spațiu se datorează accelerației ceasului, adică părții curbe a liniei lumii. O obiecție adesea prezentată este că partea curbă a liniei mondiale poate fi făcută cât de mică se dorește, adică accelerația poate fi asigurată într-un timp foarte scurt. Și diferența acumulată în citiri poate fi foarte mare. Să nu uităm, totuși, că accelerația într-o perioadă scurtă de timp înseamnă apariția unor forțe colosale, iar o inversare a vitezei relativiste este asociată cu o accelerație semnificativă. În plus, diferența dintre lungimea unei linii universale curbe și lungimea unei linii universale drepte care leagă aceleași puncte este determinată nu de lungimea părții sale curbe, ci de faptul că este curbată ca întreg. Această afirmație este perfect ilustrată în fig. 8.13: deși calea II de la orașul A la orașul L este „aproape tot timpul dreaptă”, este cu siguranță mai lungă decât calea de la A la B, dar în linie dreaptă I. Dacă accelerația nu afectează ceasul, atunci lungimea lui linia mondială a particulei determină intervalul de timp propriu.

Drum mai scurt Ei bine, deși poteca II diferă de cea directă doar într-o zonă mică. Diferența de lungimi se datorează nu atât faptului că există o secțiune curbă, cât și faptului că întregul drum II în ansamblu nu este drept.

Această tranziție este responsabilă pentru diferența semnificativă a nocazelor orelor I și III. Dacă luăm două organisme vii identice drept două ceasuri identice, vom ajunge la „paradoxul gemenilor”.

Dar trecerea la organisme vii implică o serie de complicații și vom trimite cititorul la literatură.

Putenichin P.V.
[email protected]

Dacă aplicăm transformarea Lorentz unui obiect superluminal, inevitabil apare o situație contradictorie. De exemplu, viteza tahionului, în conformitate cu aceste transformări, devine dependentă de viteza ISO de la care este observat, ducând în toate cazurile la o „călătorie în trecut” inevitabilă. Nicio mișcare în trecut nu este posibilă; nu este un fenomen fizic.

Să luăm în considerare mișcarea unui tahion într-un anumit ISO în mișcare. Pentru a-i determina viteza, aplicăm regula Lorentz pentru adăugarea vitezelor. O caracteristică a oricărei viteze tahionice predeterminate în acest caz este că există întotdeauna un ISO în care această viteză devine nelimitată de sus, adică infinit de mare sau instantanee. Să găsim viteza unui astfel de ISO la care viteza tahionului va fi egală cu infinitul:

u este viteza ISO inițial;

V este viteza tahionului în cadrul de repaus al acestui ISO;

v este viteza ISO dorită, la care V devine infinit de mare.

Folosim un sistem de măsurare în care viteza luminii este egală cu unitatea. Este ușor de observat din ecuație că paradoxul apare în cazul mișcării multidirecționale a două sisteme, adică ISO dorit se mișcă cu viteza v în direcția negativă, deci:

Viteza tahionului va fi egală cu infinit dacă viteza v a acestui cadru de referință este egală cu:

În acest caz, viteza tahionului u în cadrul de referință original poate fi oricare, atâta timp cât este mai mare decât viteza luminii, chiar și cu o cantitate nesemnificativă. De exemplu:

Aceste calcule analitice pot fi descrise clar pe diagramele dinamice Minkowski.

Fig. 1 Diagrame dinamice Minkowski, care arată că atunci când viteza unui ISO cu un tahion care se mișcă în el se modifică în cadrul de referință al laboratorului, viteza tahionului poate fi egală cu infinitul. La anumite viteze, tahionul se mișcă în direcția opusă a timpului - în trecut.

Diagrama prezintă două ISO - unul care emite și unul care primește un tahion, o particulă care se mișcă mai repede decât viteza luminii. Viteza ISO care emite depinde de viteza relativă a unui sistem de laborator, condiționat staționar. Putem alege un sistem de laborator în care viteza tahionului poate fi egală cu infinitul. La alte viteze ale sistemului de laborator, tahionul demonstrează mișcarea în trecut. Viteza tahionului în sistemul de referință studiat, original din diagramă, este considerată nesemnificativă - aproximativ 1,5 viteze ale luminii. Toate evenimentele sunt luate în considerare în momentele de timp ale diferitelor sisteme de referință de laborator când tahionul le traversează. Aceasta este de aproximativ 80 până la 90 de unități de timp. Să acordăm atenție faptului că capetele tahionului „alunecă” de-a lungul hiperbolei - izocrona. O izocronă este o linie care întrerupe momente egale de timp de la începutul mișcării la toate ISO. În consecință, o astfel de alunecare înseamnă că emisia și absorbția tahionului din orice punct de vedere au avut loc în sistemele A și B în același timp după propriile ceasuri. Este clar că nu poate fi altfel: indiferent din ce sistem de referință ne uităm, după propriile ceasuri A și B, evenimentele de emisie și absorbție au un singur sens.

Fiecare sistem de referință are propriile viteze relative ale sistemelor A și B. Putem spune și asta: sărim de la un sistem de laborator la altul, având în vedere că viteza acestui sistem de laborator este cea care se modifică. Diagrama este împărțită în trei intervale de viteze relative sau, echivalent, viteze ale cadrului de referință de laborator. Primul interval este cadrul de referință din punctul de vedere al căruia tahionul se mișcă normal din trecut în viitor. Tabelul de lângă acesta prezintă parametrii mișcării: viteza tahionului și două ISO-uri care schimbă acest tahion. Al doilea interval, sau mai bine zis, nu este nici măcar un interval, ci singurul cadru de odihnă în care viteza tahionului este egală cu infinitul. Linia mondială a tahionului din acest cadru de odihnă este arătată de o săgeată roșie groasă. După cum se poate observa din tabel, acest caz corespunde unor viteze egale și direcționate opus ale ISO-urilor A și B care schimbă tahionii. În acest caz, sistemul de laborator este mediu sau simetric pentru ele. Al treilea interval de viteză include toate ISO de laborator în care tahionul are parametri non-fizici de mișcare.

Pe lângă viteza superluminală, tahionul se mută și în trecut. Fenomenul mișcării în trecut este inerent exclusiv în teoria relativității speciale. Numai matematica sa, atunci când este aplicată obiectelor superluminale, duce inevitabil la comunicare instantanee și la un fenomen non-fizic - mișcarea în trecut. Cu toate acestea, este imposibil să ne imaginăm un dispozitiv care trimite un semnal în trecut. Desigur, nu vorbim despre romane științifico-fantastice și misticism.

În plus, viteza infinit de mare forțează relativitatea specială să tragă concluzii absurde. Pentru orice ISO, cu excepția sistemului de laborator prezentat în figură și a celor similare, viteza tahionului va fi diferită de infinit, de transmisie instantanee. Cu toate acestea, să presupunem că semnalul a fost trimis în întregul Univers. Din punctul de vedere al sistemului de referință de laborator considerat - instantaneu, de la o planetă la o margine a Universului la o planetă la cealaltă. În mod ideal, sunt trimise scrisori directe și de răspuns. Acest lucru poate fi verificat cu ușurință în sistemul de repaus pe diagramă prin simpla interceptare a unora dintre aceste mesaje. După cum se poate observa din diagramele din Fig. 1, există ISO-uri în care viteza acestui tahion (litera) depășește doar viteza luminii, dar nu instantanee. În consecință, un astfel de ISO, de exemplu, lângă una dintre cele două planete menționate nu va putea explica un astfel de schimb de scrisori. Inclusiv cele prezentate în diagramă. Din punctul lor de vedere, va dura aproximativ 20 de miliarde de ani (în sistemele lor de repaus, tahionul încă se mișcă mai repede decât lumina) pentru ca scrisoarea să ajungă la destinatar, iar răspunsul către expeditor. Sistemele de referință încetează să fie egale, așa cum este cerut de teoria relativității.

În „extensiile” superluminale ale relativității speciale, așa-numitul principiu al reinterpretării este utilizat în prezent ca instrument principal ca postulat suplimentar. Conform acestui principiu, un tahion care se deplasează în trecut și, prin urmare, are energie negativă poate fi considerat ca un antitahion care se deplasează în mod normal în viitor și are energie pozitivă. Cu toate acestea, în spatele acestei fraze aparent științifice se află o esență absurdă. Niciunul dintre susținătorii reinterpretării nu vrea să vadă că „emisia antitahionului” rezonabilă și logică la prima vedere înseamnă o emisie inexistentă, a cărei emisie nu a avut loc:

Fig.2 O copie a ilustrației pentru articolul de E. Recami „The Tolman-Regge Antitelephone Paradox: Its Solution by Tachyon Mechanics.” Răspunsul tahion 2 este trimis în direcția opusă a timpului.

Figura 2 prezintă o copie a ilustrației pentru articolul lui E. Recami „Paradoxul antitelefonic Tolman-Regge: soluția sa de mecanica tachionică”. Articolul examinează așa-numitul „paradox anti-telefonic” și propune o soluție a acestuia în cadrul mecanicii tahionice bazată pe principiul reinterpretării. Din sistemul A, tahionul 1 este trimis către sistemul B, de unde un răspuns tahionul 2 este trimis către sistemul A. După cum vedem, conform condițiilor problemei din sistemul de repaus A, tahionul 2 se mișcă în sens invers al timpului, spre trecut. Ca soluție se propune o reinterpretare a celui de-al doilea tahion. Ar trebui considerat ca un antitahion emis de sistemul A. În acest caz, s-ar părea că totul cade la loc: antitahionul se mișcă normal - din trecut în viitor. Antitahionul în acest caz a fost emis de sistemul A. Dar se pune întrebarea: pe ce bază se afirmă că sistemul A a emis antitahionul? Acest lucru nu s-a întâmplat! Nu există și nu a fost în sistemul A un dispozitiv conceput pentru emisia de antitahioni, iar la momentul indicat în sistemul A nimeni nu a emis antitahioni.

O astfel de „emisie care nu s-a întâmplat” este o afirmație absurdă, contrară logicii și principiilor științifice. Cum putem vorbi despre emisia unei particule la un anumit moment în timp, dacă în acel moment nimeni nu a emis nimic? Există o singură soluție corectă la această problemă: teoria specială a relativității nu este capabilă să rezolve probleme cu semnale superluminale.

În plus, după cum se știe, corelațiile și interacțiunile superluminale sunt clar demonstrate în realitate, într-un experiment fizic specific, prin întanglement cuantic și nonlocalitate. Cu toate acestea, nicio interacțiune, oricât de iluzorie și mistică (nelocală) ar părea, nu poate avea loc fără schimbul anumitor purtători materiale. Astfel, nonlocalitatea cuantică nu numai că este de acord slab cu teoria relativității, dar o contrazice cu siguranță.

De fapt, natura iluzorie a tahionului nu este o caracteristică exclusivă a relativității speciale. Viteza mișcării sale, depășind viteza luminii, duce automat la apariția mirajelor. Într-adevăr, nu observăm niciodată vreun obiect direct. Ochii noștri primesc lumina reflectată de obiecte. Tahionul poate fi considerat și un astfel de obiect reflectorizant sau emitent. Când un tahion zboară rapid pe lângă un observator, lumina de la acesta începe să ajungă la observator după ce tahionul însuși s-a îndepărtat deja. Acest fenomen nu contrazice deloc fizica clasică, nu necesită transformări relativiste.

Să ne uităm la cum arată procesul mișcării tahionice pe diagramele dinamice Minkowski. Mai întâi, luați în considerare cazul în care viteza tahionului este de 3 ori mai mare decât viteza luminii:

Fig.3 Diagrame Minkowski dinamice: un tahion în mișcare determină apariția a două miraje vizuale care se mișcă în direcții opuse. Viteza tahionica - 3s.

În cadrul de repaus al diagramei este reprezentat observatorul D, situat la o distanță de 200 de unități de la origine. Linia lumii t D a observatorului D este reprezentată verde. Toate evenimentele care au loc în diagrame sunt pe aceeași linie orizontală, afișată de linia portocalie - linia prezentului (timpului) a sistemului de odihnă. Tot ce este sub această linie s-a întâmplat deja, tot ce este deasupra ei se poate întâmpla în viitor. În momentul inițial de timp, de la origine este emis un tahion, care în cazul în cauză are o viteză de 3c - trei viteze ale luminii. De-a lungul traseului său, la fiecare 20 de unități există dispozitive de înregistrare, care sunt reprezentate de segmente verticale cu puncte gri. Când un tahion ajunge la fiecare dintre aceste înregistratoare, fie aprinde o lampă pe el, fie aprinde toată iluminarea de la bord, fie trimite alt semnal cu viteza luminii. Observatorul D nu vede tahionul în sine, el vede doar semnalele emise de tahion din aceste puncte de control.

La momentul 66,7 unități în cazul în cauză, tahionul ajunge la observator. În acest moment începe procesul de înregistrare de către observatorul D a semnalelor inițiate de tahion. Deoarece viteza tahionului este mare, acesta trece rapid de punctul de întâlnire și, îndepărtându-se, nu mai are nicio influență asupra procesului. Observatorul începe să primească semnale de la punctele de înregistrare: din partea radiației și din partea în care tahionul s-a îndepărtat. Aceste semnale sunt prezentate în diagrame cu săgeți roșii. Capătul inferior al săgeții (marcat cu un punct) este asociat cu momentul emiterii semnalului, iar capătul superior, săgeata, arată locul în spațiu-timp în care se află purtătorul de semnal (fotonul). În momentul în care următorul purtător de semnal - săgeata ajunge la observatorul D, observatorul înregistrează o „bliț” sau o „imagine” a tahionului, corespunzătoare poziției acestuia la momentul la care a fost inițiat acest bliț. Adică, observatorul va părea să vadă tahionul în acest punct din spațiu, așa cum se arată în diagramă sub formă de imagini ale tahionului. Dar, să ne amintim, nu există nici un tahion acolo, este doar lumină (semnal) care a venit de la tahion când era acolo. Tahionii, prezentați în diagrame ca două copii colorate ale acestuia, sunt de fapt miraje.

Evident, un miraj care se retrage spre radiație este vizibil pentru observator ca partea din față a tahionului („fața” tahionului). Dimpotrivă, un miraj care se retrage în direcția mișcării tahionului este vizibil pentru observator din partea lui „spate a capului”.

În diagramă, liniile luminoase ale lumii sunt reprezentate de linii întrerupte înclinate. Este vizibil un model interesant: mirajul „întoarcerea” al tahionului are o viteză care depășește viteza luminii, dar mai mică decât tahionul în sine. Dar mirajul, care se deplasează după tahion, are o viteză mai mică decât viteza luminii. Poate că acest lucru se datorează vitezei destul de scăzute a tahionului? Să ne uităm la diagramele în care tahionul are o viteză de 10 ori mai mare decât viteza luminii:

Fig.4 Diagrame Minkowski dinamice: mirajul tahionic, deplasându-se în spatele lui, are o viteză mai mică decât viteza luminii. Viteza tahionica - 10s.

În această diagramă, ca și în cea anterioară, mirajul tahionic, deplasându-se după el, se deplasează și deasupra liniei mondiale a luminii, adică viteza sa în acest caz este, de asemenea, mai mică decât viteza luminii. Punctul de vizibilitate al mirajului tahionic este partea sa „occipitală”, care se află deasupra liniei luminii mondiale. Pentru a vă convinge în sfârșit de modelul descoperit, luați în considerare o altă diagramă în care viteza tahionului depășește viteza luminii de 100 de ori:

Fig.5 Diagrame Minkowski dinamice: mirajul tahionic, deplasându-se în spatele lui, are o viteză mai mică decât viteza luminii. Viteza unui tahion este de 100 de ori viteza luminii.

În diagramă, linia mondială a tahionului aproape a fuzionat cu axa orizontală, iar tahionul însuși zboară atât de repede în diagrama dinamică încât este aproape invizibil. Aici putem verifica în sfârșit că viteza mirajului tahionic care se mișcă în spatele lui este mai mică decât viteza luminii. Este clar că o creștere a vitezei tahionului duce la apropierea vitezei mirajului de viteza luminii. Al doilea miraj, „întoarcerea”, după cum se vede în diagrame, dimpotrivă, și-a redus viteza, apropiindu-l cât mai mult de viteza luminii. În această diagramă, partea „vizibilă” a mirajului este partea frontală și practic alunecă de-a lungul liniei luminii mondiale. Aceasta înseamnă că viteza sa este apropiată de viteza luminii. Rețineți că viteza tahionului în sine, care a provocat aceste miraje, depășește viteza luminii de 100 de ori.

În concluzie, este logic să luăm în considerare situația opusă, cazul când viteza tahionică este apropiată de viteza luminii. Este incomod să luați o viteză prea mică, deoarece întreaga imagine depășește rapid diagrama. Prin urmare, să luăm o viteză egală cu două viteze ale luminii:

Fig.6 Diagrame Minkowski dinamice: viteza tahionului este de 2 ori viteza luminii.

După cum s-ar putea aștepta, viteza mirajului de „prindere din urmă” a devenit și mai mică, iar viteza mirajului de „întoarcere” a crescut.

În diagramele considerate ale mirajelor tahionice, nu am folosit matematica teoriei speciale a relativității. Singurul lucru care este prezent aici din el sunt diagramele dinamice Minkowski, care în acest caz își demonstrează claritatea ridicată și, s-ar putea spune, universalitatea.

Trebuie subliniat că traiectoriile mirajelor au fost calculate din considerente logice evidente și relații găsite intuitiv. Pentru a calcula vitezele antitahionului - mirajul „întoarcerea” și mirajul „prinderea din urmă”, au fost utilizate următoarele ecuații:

vreveni- viteza mirajului „întoarcerii”;

vmarele danez- viteza mirajului „caching up”;

v atingere- viteza tahionica.

Din ecuații rezultă clar că viteza mirajelor se apropie de viteza luminii pe măsură ce viteza tahionului crește. Viteza mirajului de „întoarcere” se apropie de viteza luminii de jos, iar viteza celui de „prindere” - de sus.

Deci, se poate răspunde la întrebarea pusă în titlul articolului: viteza tahionului este determinată doar de viteza sistemului de referință și poate avea o valoare de la depășirea minimă a vitezei luminii până la infinit.

Informații suplimentare

Motor tahionic

Progresul științific se realizează adesea astfel: mai întâi apare o invenție, apoi se fac eforturi pentru a afla ce a fost de fapt inventat. Joanita Estevez a construit un motor tahionic cu cinci ani înainte de a realiza esența descoperirii ei.

Realizarea ei a fost dovada că este posibil să se proiecteze și să construiască un motor tahionic, știind doar auzite despre tahioni. Când Estevez și-a dat seama în sfârșit cum funcționează invenția ei, ea a numit efectul, iar apoi motorul, „tahion”, după particulele care se mișcau mai repede decât lumina în vid. Evident, tahionii nu au nimic de-a face cu asta, dar numele a rămas totuși blocat. La un secol după ce o nouă invenție a făcut posibil ca o navă din spațiul profund să călătorească prin hiperspațiu pentru prima dată și să se întoarcă în siguranță pe Pământ, motorul era încă numit motor tahionic.

Desigur, dr. Juanita Estevez a fost un geniu, deși, potrivit unora dintre colegii săi, „cu mare respect”.

Dispozitivul, care s-a dovedit în cele din urmă a fi un prototip al unui motor tahionic, a fost conceput de ea ca un „separator de materie”. Obiectele plasate în câmpul său au dispărut, s-au „despărțit” în particulele lor constitutive și, probabil, s-au disipat în atmosferă. Păsându-se mai ales de propria ei siguranță, doctorul nu se grăbea să împărtășească rezultatele intermediare ale muncii ei. Dimpotrivă, Estevets s-a aruncat cu capul în cap, concentrându-se pe cercetare în două direcții: în primul rând, a vrut să măsoare intensitatea radiației particulelor „separate” în atmosferă și, în al doilea rând, a încercat să determine puterea „ separator” în sine, experimentând cu obiecte din diverse materiale si greutati diferite.

Doctorul nu a putut determina „puterea radiațiilor”, dar experimentele cu obiecte cu caracteristici fizice diferite au dat rezultate neașteptate.

Dar chiar și atunci a intervenit șansa. Între timp, dr. Estevets habar n-avea că obiectele testate încă se mișcă undeva, și nu „separate”, ci în întregime. De asemenea, ea nu știa că locația obiectului mutat depinde de influența reciprocă a mărimii câmpului, de masa obiectului, precum și de direcția și viteza dată obiectului atunci când este expus la câmp (în timpul acestor experimente, rotația Stației de Laborator asigura atât direcția cât și viteza).

Într-o bună zi, dr. Estevets a plasat un semifabricat de titan în câmpul dispozitivului ei. Aproape în același moment, Stația de Laborator a fost zguduită de o explozie care a sfâșiat unul dintre pereții ei. Cauza exploziei a devenit clară atunci când un bloc de titan a fost găsit blocat în peretele etanș. Golul, după ce a trecut prin hiperspațiu, a intrat în spațiul fizic ocupat deja de peretele etanș. Deoarece semifabricatul s-a dovedit a fi mai dur decât peretele etanș, acesta din urmă nu l-a putut suporta și a izbucnit.

Desigur, nimeni nu a acordat vreo semnificație acestui incident până când doctorul Estevets a recunoscut destul de timid că blancul îi aparținea ei.

Continuarea cercetărilor a fost pusă sub semnul întrebării. Dr. Estevez însăși, stânjenită de lipsa ei de înțelegere a propriilor experimente, a devenit și mai retrasă și mai suspicioasă. Directorul științific al stației era sfâșiat între dorința de a continua experimentele începute de dr. Estevez și tentația de a o scoate din cercetare. Administratorul economic al stației s-a opus întregului proiect, argumentând că întreaga stație riscă să sufere de distrugere.

Dar cercetările Dr. Estevez au mers prea departe pentru a fi oprite. De-a lungul timpului, beneficiile pe care le puteau aduce au devenit evidente. Au fost construite noi modele de „separator de materie”. S-au reluat experimentele privind mișcarea obiectelor prin hiperspațiu. Rezultatele experimentelor au fost procesate de computere. Pe baza rezultatelor obținute s-au construit ipoteze care, la rândul lor, au fost testate prin experimente ulterioare.

Deci, motorul tahionic s-a găsit în cele din urmă în serviciul oamenilor. Cu ajutorul ei, trecerea de la o dimensiune la alta a devenit posibilă imediat ce au fost calculate principalele caracteristici ale câmpului hiperspațial (masă, viteză, histerezis), ceea ce s-a întâmplat cu mult înainte de înțelegerea hiperspațiului însuși de către comunitatea științifică a Pământului.

Ca întotdeauna, umanitatea a făcut mai întâi un pas și abia apoi s-a gândit la consecințele sale.

Tahionii trăiesc într-o lume ciudată în care totul se mișcă mai repede decât lumina. Pierzând energie, tahionii încep să se miște mai repede - ceea ce, în mod natural, contrazice bunul simț. Mai mult, tahionul, complet lipsit de energie, se mișcă cu viteză infinită. Dimpotrivă, pe măsură ce câștigă energie, tahionii încetinesc până ating viteza luminii.

Ceea ce face tahionii deosebit de ciudați este faptul că au masă imaginară. (Când spunem „imaginar”, ne referim la faptul că masa lor este înmulțită cu rădăcina pătrată a lui minus unu, sau i.) Dacă luați celebrele ecuații ale lui Einstein și înlocuiți m cu im, se întâmplă un miracol. Viteza particulelor va deveni brusc mai mare decât viteza luminii.

Din această cauză, apar situații ciudate. Pe măsură ce un tahion zboară prin materie, el pierde energie pe măsură ce se ciocnește cu atomii. Dar, pierzând energie, accelerează, motiv pentru care ciocnirile nu fac decât să se intensifice și să apară mai des. În teorie, aceste ciocniri ar trebui să provoace pierderi suplimentare de energie și, prin urmare, o accelerare suplimentară. Apare un cerc vicios, iar tahionul însuși câștigă în mod natural o viteză infinită!

(Tahionii sunt diferiți atât de antimaterie, cât și de materia negativă. Antimateria are energie pozitivă, se mișcă mai încet decât lumina și poate fi produsă în acceleratorii noștri de particule. Conform teoriei, antimateria se supune legii gravitației și cade conform așteptărilor. Antimateria corespunde cu materia obișnuită care se mișcă înapoi în timp Materia negativă are energie negativă și, de asemenea, se mișcă mai lent decât lumina, dar sub influența gravitației cade în sus, adică nimeni nu a văzut niciodată materie negativă în laborator. cantitati mari poate servi drept combustibil pentru o mașină a timpului. Tahionii se mișcă mai repede decât lumina și au masă imaginară; modul în care se comportă sub influența gravitației nu este clar. Încă nu au fost obținute nici în laborator.

Tahionii, desigur, sunt particule foarte ciudate, dar fizicienii le studiază serios; includ, de exemplu, regretatul Gerald Feinberg de la Universitatea Columbia și George Sudarshan de la Universitatea Texas din Austin. Problema este că nimeni nu a văzut vreodată un tahion într-un laborator. Dovezi experimentale de încredere pentru existența tahionilor ar fi o încălcare a cauzalității. Feinberg a sugerat chiar ca fizicienii să examineze fasciculul laser înainte de a porni laserul. Dacă există tahioni, atunci este posibil ca lumina unui fascicul laser să poată fi detectată chiar înainte ca dispozitivul să fie pornit.

În science fiction, tahionii sunt folosiți în mod regulat ca mijloc de a trimite mesaje către trecut, către strămoși. Dar din fizica fenomenului este complet neclar dacă acest lucru este chiar posibil teoretic. Feinberg, de exemplu, credea că emisia de tahioni care se mișcă înainte în timp corespunde exact cu absorbția tahionilor cu energie negativă care se deplasează înapoi în timp (similar cu situația cu antimaterie), deci nu are loc nicio încălcare a cauzalității.

Lăsând la o parte science ficțiunea, fizicienii cred în prezent că tahionii ar fi putut exista la momentul Big Bang, sfidând cauzalitatea, dar acum nu mai există. Mai mult, se poate foarte bine ca tahionii să fi jucat un rol semnificativ în faptul că Universul a explodat în primul rând. În acest sens, ele joacă un rol important în unele teorii ale Big Bang-ului.

Tahionii au o altă proprietate amuzantă. Când sunt introduse în orice teorie, ele destabilizează „vidul”, adică cea mai scăzută stare de energie a sistemului. Dacă tahionii sunt prezenți în sistem, înseamnă că acesta se află într-o stare de „vid fals” și, prin urmare, este instabil și se va prăbuși în starea de vid adevărat.

Imaginați-vă un baraj care reține apă într-un lac. Acesta este un „vid fals”. Deși barajul pare a fi destul de fiabil, există o stare cu energie și mai mică. Și dacă apare o crăpătură în baraj, apa începe să curgă rapid din lac și să curgă până la nivelul mării - atunci sistemul ajunge într-o stare de vid adevărat.

În același mod, se crede că Universul înainte de Big Bang a existat într-o stare de vid fals, unde existau tahioni. Dar prezența lor însemna că aceasta nu era cea mai scăzută stare de energie a sistemului și, prin urmare, sistemul era instabil. Apoi a apărut o mică „lacrimă” în țesătura spațiu-timpului, reprezentând un adevărat vid. Gaura a început să se lărgească și a apărut o bulă. Tahionii încă existau în afara bulei, dar nu erau înăuntru. Odată cu creșterea bulei, a apărut Universul pe care îl cunoaștem - Universul fără tahioni. Acesta a fost Big Bang-ul.

O teorie pe care cosmologii o iau foarte în serios este că procesul inițial de inflație a fost început de un singur tahion, cunoscut sub numele de „inflaton”. Teoria universului inflaționist afirmă că a început ca o minusculă bulă de spațiu-timp care a cunoscut o perioadă super-rapidă de expansiune (inflație). Fizicienii cred că Universul a existat inițial într-o stare de vid fals, unde tahionul era câmpul inflaționist. Dar prezența tahionului a destabilizat vidul și s-au format bule minuscule. În interiorul uneia dintre aceste bule, câmpul de inflație era într-o stare de vid adevărat. Această bulă a început să se umfle rapid până s-a transformat în Universul nostru. În interiorul universului nostru cu bule, inflația a dispărut, motiv pentru care nu poate fi înregistrată în Universul nostru. Se pare că tahionii sunt o stare cuantică bizară în care obiectele se mișcă mai repede decât lumina și, poate, chiar și cauzalitatea este încălcată. Dar tahionii au dispărut cu mult timp în urmă, dând posibil viață Universului însuși.

Probabil, toate acestea arată ca un raționament inactiv care nu poate fi verificat. Dar primul experiment de testare a teoriei unui vid fals începe cu lansarea Large Hadron Collider în Elveția, în vecinătatea Genevei. Una dintre principalele sarcini ale LHC este detectarea bosonilor Higgs, ultima particulă a Modelului Standard care nu a fost încă găsită, piesa finală a puzzle-ului științific. (Particula Higgs este atât de importantă și atât de evazivă încât laureatul Nobel Leon Lederman a numit-o „particulă de zeu”.)

Fizicienii cred că bosonul Higgs și-a început existența ca tahion. Într-un vid fals, niciuna dintre particulele subatomice nu avea masă. Dar prezența tahionului a destabilizat vidul, iar Universul s-a mutat într-o nouă stare, într-un nou vid, în care bosonul Higgs s-a transformat într-o particulă obișnuită. După această tranziție - de la starea unui tahion la starea unei particule obișnuite - particulele subatomice capătă masa pe care o măsurăm în laborator astăzi. Astfel, descoperirea bosonului Higgs nu numai că va pune la punct ultima piesă lipsă din Modelul Standard, ci va confirma și faptul că starea tahionica a existat cândva, dar s-a transformat ulterior într-o particulă obișnuită.

Fizica newtoniană respinge complet posibilitatea de a prevedea viitorul. Regula de fier a cauzei și efectului nu este niciodată încălcată. Teoria cuantică permite alte stări ale materiei, cum ar fi antimateria, care corespunde materiei obișnuite care se mișcă înapoi în timp, dar principiul cauzalității nu este încălcat. Mai mult, antimateria în teoria cuantică este necesară pentru a restabili cauzalitatea. La prima vedere, tahionii încalcă principiul cauzalității, dar fizicienii cred că și-au îndeplinit scopul - au lansat mecanismul Big Bang și au dispărut din Universul nostru.

Este posibilă călătoria în timp? Și cum să trimiteți tehnic mesaje în trecut? Cum să vorbești cu viitorul tău sine? Aceste întrebări pentru o lungă perioadă de timp a servit drept subiect al dezbaterilor aprinse și al celor mai pasionate căutări din comunitatea științifică.

„Timpul este o dimensiune, dar în acest sens este atât de neobișnuit încât ne putem permite doar să mergem înainte, odată cu curgerea, atâta timp cât existența noastră în Univers este posibilă. Încercăm să găsim o cale către trecut, dar, făcând acest lucru, vom influența o parte foarte importantă a universului nostru fizic numită cauzalitate. Dacă vrem să călătorim înapoi în timp, trebuie să găsim o modalitate de a preveni ruperea cauzalității”, spune Charles Liu, profesor de astrofizică la City University of New York College of Staten Island.

Libera circulație în continuumul spațiu-timp este un subiect destul de controversat din cauza lipsei unei baze de dovezi suficiente. Nu există fapte pe care să te bazezi. Nici un indiciu. Cu toate acestea, subiectul este foarte demn și necesită soluții non-standard. Ce se întâmplă dacă, în loc să căutăm o modalitate de a călători în trecut sau viitor, facem ceva mai realist – comunicarea intertemporală, de exemplu?

Dr. John Kramer, profesor emerit de fizică la Universitatea din Washington, consideră că, pentru a aborda această problemă globală, trebuie să învățăm arta pașilor mici. Dacă nu am învățat încă cum să ne mișcăm în timp, atunci de ce să nu începem cu lucruri mai simple. La urma urmei, în loc de oameni, putem trimite un mesaj. ÎN în acest moment Profesorul lucrează la capacitatea de a primi un mesaj text cu o milisecundă înainte de a fi trimis. El își desfășoară cercetările în laboratoarele universitare folosind fascicule laser. Cramer chiar speră să ajungă într-o zi cu ipoteza lui Einstein de „acțiune fantomatică la distanță” (colapsul instantaneu non-local al funcției de undă), ieșind în sfârșit din labirintul logic al înlocuirii reciproce a conceptelor principiilor dinamice și cinematice ale relativității. . În acest scop nobil, el încearcă să divizeze fotonii folosind o serie de nanocristale semiconductoare pentru a demonstra că nonlocalitatea cuantică este destul de potrivită pentru comunicarea între timpuri.

„Trebuie să recunoaștem că putem trimite și primi aceeași scrisoare în același timp”, spune acum cunoscutul fizician nuclear Cramer, care s-a ocupat chiar și de Large Hadron Collider din Elveția.

Pentru cei care nu au studiat niciodată fizica în liceu, vom încerca să explicăm acest lucru în cuvinte mai simple și mai ușor de înțeles. Dacă luați o pereche de fotoni creați în același timp și încercați să schimbați unul dintre ei, va avea ca rezultat o schimbare instantanee corespunzătoare în al doilea. Chiar dacă sunt separate de o distanță egală cu o galaxie. Aceasta înseamnă că puteți comunica la viteze care depășesc viteza luminii și puteți trimite mesajele la distanțe inimaginabile.

Desigur, acest lucru nu este de acord cu postulatul de bază al teoriei relativității, care afirmă că nicio interacțiune nu poate avea loc la o viteză care depășește viteza luminii în vid. Din acest motiv, Einstein a numit o astfel de încurcătură „acțiune fantomatică la distanță”.

Nici măcar Einstein nu s-a supus și pare cumva neplauzibil, o astfel de interacțiune este teoretic posibilă. Fizicienii o numesc „comunicare cuantică nonlocală”.

„Veți putea comunica cu alte planete în timp real”, spune John Kramer. - „Purtă o cască virtuală și conduce-ți căruciorul de-a lungul dunelor îndepărtate de pe Marte.”

Cu alte cuvinte, ar oferi agențiilor spațiale mondiale capacitatea de a comunica cu aeronavele lor în timp real. Din păcate, din cauza finanțării insuficiente, soarta proiectului timp dat atârnat de un fir. Dar omul de știință nu își pierde inima.

„Va trebui mai întâi să dezvoltăm o modalitate de a detecta cel mai eficient fotonii necesari experimentului”, spune el. - „altfel nu se mai pot face măsurători.”

Pe baza celebrei „teorii a corzilor” (filamente ultramicroscopice, cele mai subțiri obiecte unidimensionale care pot efectua un număr infinit de vibrații rezonante și, atunci când sunt combinate, pot crea microparticule în zece dimensiuni), teoria corzilor bozonice vorbește despre o particulă elementară care nu are masa, care se numește tahion și se poate mișca mai repede decât lumina. Dar tahionii există în realitate? Și vor permite mesajelor să călătorească în spațiu și timp? Nimeni nu știe asta încă. Prezența unui tahion în această teorie indică doar instabilitatea acestuia. Această instabilitate în teoria corzilor se explică prin supersimetrie, care, la rândul său, duce la apariția teoriei superstringurilor - o structură cosmică ipotetică care deține materia primară a Universului.

Vizualizarea tahionului

Tahionii dezvăluie până acum doar inconsecvența calculelor matematice tradiționale. Se crede că această întrebare este dură doar pentru fizicieni, care insistă asupra unui singur lucru: faptul că nimeni nu a văzut vreodată tahioni nu înseamnă deloc că aceștia nu există. Poate că încă nu s-au născut oamenii de știință care pot crea instrumentele necesare. La urma urmei, partea leului de succes depinde de asta.

Și dacă tahionul există, atunci teoretic ar fi posibil să se trimită mesaje la viteze superluminale. Aceste particule ar putea călători cu ușurință în trecut și își pot lăsa urme acolo. Pentru a evita această problemă (la urma urmei, călătoria în timp poate distruge toate legile existente ale lumii fizice!) încă din 1967, fizicianul teoretician american Gerald Feinberg și-a prezentat principiul reinterpretării: un tahion care călătorește în trecut, în antilume - o logică. consecință a teoriei viitoare a gravitației cuantice bucle - este un tahion care călătorește în viitor. Cu alte cuvinte, oricât de ciudat ar părea, trimiterea și primirea tahionului este aceeași acțiune, combinând două fețe ale aceleiași monede.

„Nu există altă modalitate de a explica diferența care ar face posibilă trimiterea și primirea unor astfel de mesaje”, au scris Andrew Zimmerman Jones și Daniel Robbins în cartea lor String Theory for Dummies.

Dacă Kramer reușește să facă primul pas, atunci al doilea s-ar putea dovedi a fi cu adevărat fatidic în istoria omenirii. „Sunt puțin speriat pentru că consecințele pot fi imprevizibile”, spune profesorul.