Tahhion: hüpoteetiline osake, mis liikuks valgusest kiiremini
Tahhion — hüpoteetiline osake, mis liiguks valgusest kiiremini: ajalugu, teooriad, teaduslikud vaidlused ja kaasaegne roll kujuteldavates massiväljades.
Tahhion on hüpoteetiline osake või kvantväljeline eksitatsioon, mis liikumiskiiruse mõistes oleks alati kiiremini kui valguskiirus. Termini "tahhion" (ingl. tachyon) kasutas esmakordselt Gerald Feinberg 1967. aastal, et tähistada selliseid superluminaarseid lahendusi relatiivsusteooria laiendustes.
Mida teoreetiliselt tähendab "tahhion"
Relatiivsusteoorias seostatakse osakese energia ja impulsiga võrrandiga E2 = p2c2 + m2c4. Tahhionite mudelis vastaks sellele soovile negatiivne massi ruut, mis matemaatiliselt tähendab, et otsitav mass oleks massiks kujuteldav arv. See väljendus viitab mitte reaalsele "imaginaarsele" massile füüsilises mõttes, vaid sellele, et standardne dispersiooniseos annab superluminaarseid (kõrgemat kui c) lahendeid.
Teoreetilised probleemid ja põhjuslikkus
- Põhjuslikkuse oht: tahhionid võiksid teoreetiliselt võimaldada informatsiooni edastamist viisil, mis rikub kohaliku põhjuslikkuse (causality) printsiipi — ehk põhjustus võib mõnes raamistikus sattuda aega tagurpidi, mis toob kaasa paradokse.
- Ei saa tavaliselt kiirendada läbi c: erirelatiivsuse järgi ei saa tavalisi osakesi kiirendada, et ületada valguskiirust; tahhionid oleksid alati superluminaarsed ja nende käitumine ei sobitu lihtsalt olemasolevate interaktsioonimudelitega.
- Energia- ja signaaliülekande probleemid: tahhionite interaktsioonid ja energialiikumine võivad anda mittetäielikke vankumisi ning nõuavad täiendavaid reegleid, et säilitada energiakonservatsiooni ja stabiilsust.
Otsingud ja eksperimentaalsed tähelepanekud
Enamik eksperimente ei ole leidnud veenavaid tõendeid tahhionite olemasolu kohta. Üks kuulsamaid jamaolukordi toimus 2011. aasta lõpus, kui mõne meediaraporti ja algupärase teaduskommunikatsiooni põhjal mainiti, et CERNi suures väljaandes oli täheldatud tau neutriino kiiremat liikumist kui valguskiirus. (Selles kontekstis oligi meedias segadust — tegelikud OPERA mõõtmised puudutasid muon-neutriinosid; asjaolud ja terminoloogia töötati hiljem täpsustuseks läbi.) Hiljem selgus, et esialgsed kiirust üle c näidanud tulemused tulenesid mõõtmissüsteemi vigadest: eelkõige vigasest fiiberoptilise ühenduse kontaktist ja kellasüsteemi probleemidest, ning OPERA tõrkesignaal tühistati kui instrumentaalne eksitus.
Tahhionid kaasaegses teoorias — "tachyonic" väljad
Kaasaegses teoreetilises füüsikas kasutatakse mõistet "tahhion" sageli teisiti: see viitab tahhioonsele massitermile vallas või Lagrange'i tiheduses (negatiivne massi ruut), mis ei tähenda otseselt reaalset kiiremini liikuvat osakest, vaid poliitiliselt stabiilsuse puudumist — instabilsust, mille tõttu süsteem langeb uude taustole. Näited:
- Higgs-mehhanism: Higgs-väljal on algselt tahhioonse iseloomuga massiterm, mis viib spontaanse sümmeetria murdumiseni ja kujundab masside tekkimise mehaanikat.
- Stringiteooria: bosoonilise stringiteooria madalaimas seisundis esineb tahhioon, mis näitab, et antud vakuum on ebastabiilne ja vajab ümberkujunemist stabiilsema tausta suunas.
Sellistel juhtudel ei tähenda "tahhion" kiiret osakest, vaid pigem ülesöeldud olukorda, kus füüsikaline süsteem "stabiilsust kaotab" ja läheb uude minimaalsesse olekusse.
Kokkuvõte ja tänapäevane seisukoht
Kuigi tahhionid on huvitav teoreetiline mõiste ja annavad väärtuslikke vihjeid vigadele ja stabiilsuse küsimustele teooriates, on enamik kaasaegseid füüsikuid ettevaatlikud nende kui reaalsete, valgusest kiiremate osakeste olemasolu suhtes. Tahhioonilised moodid mängivad olulist rolli teoreetilistes mehhanismides (nt sümmeetria murdumine, vundamendilised instabilsused stringiteoorias), kuid praegu puudub usaldusväärne eksperimentaalne tõend, mis kinnitaks reaalsete tahhionide olemasolu ja ohutut integreerimist fundamentaalsesse füüsikasse.
Peamised punktid:
- Tahhion—hüpoteetiline superluminaarne osake; termin pärineb 1967. aastast.
- Matemaatiliselt seotud negatiivse massi ruuduga (kujuline "imaginaalne" mass).
- Reaalsed tahhionid põhjustaksid põhjuslikkuse probleeme ja neid ei ole eksperimentaalselt kinnitatud.
- Kaasaegses teoorias viitab "tahhion" sageli instabiiilsusele või massitermile, mis viib uue ja stabiilsema seisundi tekkeni (nt Higgs, stringiteooria).
Küsimused ja vastused
K: Mis on tachyon?
V: Tahion on mis tahes hüpoteetiline osake, mis võib liikuda kiiremini kui valguskiirus.
K: Kas enamik teadlasi usub, et tahhionid on olemas?
V: Ei, enamik teadlasi ei usu, et tahhionid on olemas.
K: Mida väidab Einsteini eriline relatiivsusteooria?
V: Einsteini erirelatiivsusteooria väidab, et miski ei saa kiireneda kiiremini kui valguskiirus.
K: Kuidas teoreetiliselt sõidavad tahhionid?
V: Teooria kohaselt liiguvad tahhjonid pidevalt valguse kiirusest kiiremini.
K: Kui tahhion oleks olemas, siis milline oleks selle mass?
V: Kui tahhjon oleks olemas, oleks selle massiks kujuteldav arv.
K: Kas on võimalik, et miski liigub valguse kiirusest kiiremini?
V: Einsteini erirelatiivsusteooria kohaselt ei saa miski kiirendada kiiremini kui valguskiirus.
Otsige