Tahion

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

Tahionul (din grecescul ταχύς tachýs , „rapid”) este o particulă ipotetică având o masă imaginară și o viteză mai mare decât cea a luminii .

Prima descriere teoretic-conceptuală este atribuită lui Arnold Sommerfeld , în timp ce încercările de interpretare în cadrul relativității speciale au fost făcute de George Sudarshan în 1962 [1] . Termenul "tahion" a fost folosit pentru prima dată de Gerald Feinberg în 1964. În cercetarea fizică modernă, conceptul apare în diverse contexte, în special în teoria corzilor și teoria M.

Tahionul este adesea menționat în literatura științifico-fantastică , deși, de obicei, are proprietăți care nu corespund în totalitate celor științifice.

Proprietăți de bază

Reprezentarea grafică a unui tahion.
Deoarece un tahion se mișcă mai repede decât lumina, nu putem vedea cum se apropie. După ce ne trece, ar trebui să vedem apariția a două imagini, care se separă și se îndepărtează în direcții opuse. Linia neagră este partea din față a undei de șoc a radiației Čerenkov , afișată doar într-o clipă. Acest efect de imagine dublă este mai evident pentru un observator care se află pe calea unui obiect care este mai rapid decât lumina. Imaginea din dreapta este formată de lumina mutată de efectul Doppler spre albastru care ajunge la observatorul plasat în partea de sus a undei de radiație Čerenkov; imaginea din stânga este formată de lumina mutată de efectul Doppler spre roșu care părăsește obiectul după ce a trecut de observator.

Existența ipotetică a tahionului este compatibilă cu teoria relativității speciale , conform căreia este o particulă cu un spațiu de patru impulsuri , relegată la o porțiune de tip spațial a graficului energie-impuls; de aceea nu ar putea încetini niciodată până la viteza luminii sau mai mică.

Dacă energia și impulsul ei ar fi reale , masa de repaus ar fi imaginară sau dacă masa de repaus și impulsul ar fi reale, energia ar fi imaginară. Este dificil de interpretat semnificația fizică a unei mase de valoare complexă . Un efect curios este că, spre deosebire de particulele obișnuite, viteza unui tahion crește pe măsură ce energia acestuia scade. Aceasta este o consecință a relativității speciale, deoarece tahionul în teorie are o masă care este pătrată negativ. Potrivit lui Einstein, masa totală a unei particule în raport cu un sistem de referință dat este suma masei sale în repaus și creșterea masei datorită energiei cinetice . Dacă m reprezintă masa în repaus, atunci energia totală este dată de relația:

sau:

Luați în considerare această relație valabilă atât pentru tahioni, cât și pentru particule comune („bradioni” sau „întârzieri”). În situații obișnuite această ecuație arată că E crește odată cu creșterea vitezei, tindând spre infinit pe măsură ce v se apropie de c , viteza luminii . Pe de altă parte, dacă m este o valoare imaginară, numitorul fracției trebuie să fie și imaginar, astfel încât valoarea energiei să rămână în câmpul numerelor reale, întrucât o valoare imaginară împărțită la un alt imaginar dă una reală. Numitorul este imaginar dacă cantitatea din rădăcină este negativă, ceea ce se întâmplă dacă v este mai mare decât c . Deci, din același motiv pentru care este imposibil ca bradionii să depășească viteza barierei luminii, tahionii nu pot avea viteze mai mici decât cea a luminii.

Existența unor astfel de particule pune probleme interesante pentru fizica modernă. Luați de exemplu formulele radiației electromagnetice și presupuneți că un tahion are o sarcină electrică (nu este posibil să se stabilească a priori dacă un tahion este neutru sau încărcat); atunci un tahion accelerat ar genera unde electromagnetice ca orice particulă încărcată. Totuși, așa cum am văzut, prin scăderea energiei unui tahion crește viteza și, prin urmare, într-o astfel de situație, o accelerație mică ar produce una mai mare, ducând la un efect de lanț similar cu catastrofa ultravioletă .

În 1973, Philip Crough și Roger Clay au anunțat o particulă mai rapidă decât lumina aparent datorită unui val de raze cosmice . Observația nu a fost nici confirmată, nici repetată. [2]

Cauzalitate

Proprietatea cauzalității , un principiu fundamental al fizicii particulelor, pune o problemă pentru existența fizică a tahionilor. Dacă un tahion ar exista și ar putea interacționa cu materia obișnuită, cauzalitatea ar putea fi încălcată: în linii mari, nu ar mai exista nicio modalitate de a distinge diferența dintre viitor și trecut de-a lungul liniei evenimentelor dintr-o anumită cantitate de materie obișnuită. O particulă ar putea trimite energie sau informații în trecutul său, formând așa-numita buclă cauzală . Acest lucru ar duce la paradoxuri logice, cum ar fi paradoxul bunicului , cu excepția cazului în care teoria este stabilită pentru a le preveni. În prezent, o astfel de soluție nu este cunoscută: de exemplu, principiul auto-consistenței lui Novikov nu a fost obținut în cadrul unei teorii cuantice a câmpului , ci trebuie aplicat. Cel puțin, principiul relativității speciale ar trebui abandonat. Conform teoriei relativității generale este posibil să se construiască modele de spațiu-timp în care unele particule să călătorească mai repede decât lumina față de un observator îndepărtat. Un exemplu este metrica Alcubierre . Cu toate acestea, acestea nu sunt tahioane ca cele precedente, deoarece local nu depășesc viteza luminii.

Tahioni, EPR și propunerea lui Bohm

O altă posibilitate de a rezolva paradoxurile cauzale, propuse la momentul de David Bohm pentru a face față cu paradoxul EPR , constă în impunerea existența unui sistem de referință privilegiat în care semnalele, chiar superluminal, că mutarea nu sunt observate. Înapoi în timp sa relativă (în acest moment un fel de timp universal în sens larg). În acest fel, este imposibil să se creeze bucle de timp, în orice sistem de referință . Mișcarea aparentă înapoi a unor semnale ar deveni apoi doar un fel de efect optic . În cadrul privilegiat de referință nu există mișcare înapoi în timp. Aceasta are consecința că observatorii care se deplasează cu privire la sistemul de referință privilegiat nu pot vedea și emite semnale arbitrare, ci doar cele superluminale care avansează în timp pentru sistemul de referință privilegiat. Rețineți că în cadrul relativității restricționate subluminale nu ar fi niciodată posibil să descoperiți un astfel de „eter”, mișcarea cu privire la care, totuși, ar putea fi dezvăluită prin măsurarea în fiecare direcție a vitezei maxime în acea direcție particulară a unui observabil. semnal superluminal. În acest sens, tahionii cauzali, sau efectele nelocale ale mecanicii cuantice , sunt compatibile cu relativitatea specială în care există un „ eter ” în fundal, de fapt cele două postulate ale relativității speciale rămân valabile, deoarece forma legile naturale sub formă diferențială nu este atinsă (rămânând astfel covariantă), dar se adaugă de fapt o condiție de graniță.

Dovezi experimentale

Revelația tahionului ar fi putut fi, în istoria fizicii, un interesant domeniu de cercetare, teoretic și experimental. Fizica clasică nu prevede o viteză limită pentru o particulă, înainte de teoria relativității speciale nu ar putea fi exclus faptul că un corp ar putea atinge o viteză nelimitată, în termeni matematici de limită. În timpul fazei în care fizica clasică a evoluat în fizica modernă actuală a existat introducerea teoriei relativității speciale a lui Albert Einstein. Una dintre schimbările de paradigmă a fost trecerea de la conceptul că viteza unui corp se poate întinde până la infinit în măsura în care viteza maximă permisă este cea a luminii în vid. Neputând fi verificat imediat experimental, au existat multe încercări de a mistifica afirmația că ar admite existența unei viteze limitative.

Mulți dintre oamenii de știință implicați în evoluția științifică care a condus la formarea fizicii moderne au propus ipoteze teoretice și aparate experimentale privind existența sau detectarea unui impuls, cum ar fi o particulă, care ar putea depăși local viteza luminii: Tahionul.

În ciuda interesului științific și popular pe care l-ar aduce cu sine această descoperire, trebuie remarcat faptul că majoritatea comunității științifice nu mai consideră, în prezent, tahionul ca o particulă de descoperit, ci este considerată o eroare legată de soluție a unei categorii de ecuații, care, așa cum se întâmplă adesea în fizică, au un sens matematic, dar nu un sens corespunzător care descrie realitatea.

Pe lângă faptul că nu există dovezi științifice care să-i demonstreze existența, nu există aparate experimentale de cercetare semnificative al căror scop principal să fie revelarea acestei particule ipotetice.

Teorii de câmp și șir

În teoria cuantică a câmpului, un tahion este cantitatea de câmp , de obicei un câmp scalar , a cărui masă pătrată este negativă, deci este exprimată printr-un număr imaginar . Existența unei astfel de particule duce la instabilitatea spațiului-timp gol, deoarece energia vidului are mai mult decât un minim, cel puțin în ceea ce privește direcția tahionului. Un impuls foarte mic, chiar și o fluctuație cuantică normală, va face ca câmpul să se prăbușească cu o creștere exponențială a înălțimii, inducând condensarea tahionului . Mecanismul Higgs este un exemplu elementar, dar important pentru a înțelege că odată ce câmpul tahionic a atins potențialul minim, adică a suferit procesul de condensare, cuantele sale nu mai sunt tahioni, ci bosoni Higgs , care au masă pozitivă. Important, chiar și pentru câmpurile cuantice tahionice, operatorii de câmp comută sau se deplasează spre puncte spațiale separate.

Tahionii apar în multe versiuni ale teoriei șirurilor . În general, teoria șirurilor spune că ceea ce se numește „particule” (electroni, fotoni, gravitoni și așa mai departe) sunt de fapt modalități diferite de a vibra aceleași structuri fundamentale, șiruri. Masa unei particule poate fi dedusă din vibrațiile șirului: adică masa depinde de vibrația șirului, precum și „nota” depinde de vibrația șirului. Tahionele apar adesea în spectrul posibilelor stări de șir, în sensul că unele stări au masă imaginară; un exemplu este starea de bază a șirului bosonic.

Tahioni în science fiction

Datorită naturii lor misterioase și, în special, a caracteristicii deplasării la viteze superluminale , tahionele au stimulat adesea imaginația autorilor de science fiction : în multe povești, de fapt, ele sunt folosite ca mijloc de a face comunicările mai rapide decât lumina sau fac parte din unele tehnologie pentru călătorii în timp .

Notă

  1. ^ (EN) Sudarshan, Deshpande și Bilaniuk, Meta Relativity , în American Journal of Physics, vol. 30, 1962, p. 718, Bibcode : 1962AmJPh..30..718B , DOI : 10.1119 / 1.1941773 .
  2. ^ scienceworld
  3. ^ Eobard Thawne . Wikipedia , 15 octombrie 2020. Adus pe 3 decembrie 2020 .

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității LCCN (EN) sh85131853 · GND (DE) 4058869-5
Fizică Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Tachione&oldid=119606189 ”