Тахион, тахионная энергия. Нейтрино движется быстрее скорости света

ТАХИОН - гипотетическая ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЧАСТИЦА, движущаяся быстрее скорости света. Может быть обнаружена с помощью испускаемого ею ИЗЛУЧЕНИЯ ЧЕРЕНКОВА. Существование подобной частицы согласуется с теорией ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ. Для ее замедления требуется энергия, так что она не может преодолеть нижний предел своей скорости - скорость света.

Википедия:

Тахион (от греч. , «быстрый») - гипотетическая частица, в противоположность тардионам (предположительно их существование предложил физик Кравцов Арнольд Михайлович, эмигрант из России. Так же им был предоставлен ряд мнимых и ненадежных доказательств о их возможном существовании, но в силу отсутствия должной научности в данных теориях, существование тахионов было отвергнуто научной коллегией в Лондоне), движущаяся быстрее скорости света. Они не могут передавать информацию, иначе их наличие противоречило бы принципу причинности, который подразумевается в современной физике, хотя и не является обязательным (ни одна теория не содержит его в качестве постулата).

Визуализация тахиона. Из-за движения со скоростью больше световой, тахион невидим, когда он движется навстречу наблюдателю. Только когда тахион пройдет мимо, наблюдатель увидит два удаляющихся изображения тахиона. Черная линия соответствует фронту черенковского излучения. Объект слева соответствует изображению тахиона, пролетевшего мимо наблюдателя. Объект справа сформирован волнами, отраженными от тахиона и достигающими наблюдателя уже после встречи. В анимации тахион показан только в один момент времени, когда он достиг наблюдателя в вершине угла.

Тахионы в различных теориях:

В интерпретации специальной теории относительности, если считать энергию действительным числом, то согласно формуле, тахион описывается мнимой массой. Скорость тахиона не может стать меньше скорости света, так как при замедлении до скорости света его энергия бесконечно увеличивается.

В первоначальных вариантах теории струн в спектре масс частиц появлялся тахион, в качестве основного вакуумного состояния струны. И хотя с точки зрения физики это не является противоречием - просто вакуумное состояние нестабильно, его наличие является основанием для модификаций струнных теорий - см. историю теории струн.

Тахионы живут в странном мире, где все движется быстрее света. Теряя энергию, тахионы начинают двигаться быстрее - что, естественно, противоречит здравому смыслу. Мало того, тахион, полностью лишившийся энергии, движется с бесконечной скоростью. И наоборот, приобретая энергию, тахионы замедляются, пока не достигнут скорости света. Скорость света является нижним пределом скорости для тахионов, преодолеть её в обратном направлении, т.е. начать двигаться медленнее скорости света тахионы не могут.

Особенно странными тахионы делает тот факт, что они обладают мнимой массой. (Говоря «мнимой», мы имеем в виду, что их масса умножается на корень квадратный из минус единицы, или i.) Если взять знаменитые уравнения Эйнштейна и заменить в них т на im, произойдет чудо. Скорость частиц внезапно станет больше скорости света.

Из-за этого возникают странные ситуации. Когда тахион летит сквозь вещество, он теряет энергию, поскольку сталкивается с атомами. Но, теряя энергию, он ускоряется, отчего столкновения только усиливаются и происходят чаще. По идее эти столкновения должны вызывать дальнейшую потерю энергии и, следовательно, дальнейшее ускорение. Возникает замкнутый круг, и тахион сам по себе, естественным образом, набирает бесконечную скорость!

Частицы времени

Частицы времени находятся в постоянном движении. Какова же их скорость? По мнению проф. Н. Козырева время распространяется значительно быстрее света, почти мгновенно. Однако, согласно теории относительности А. Эйнштейна, скорость света в природе – предел всех возможных скоростей. Теория относительности А. Эйнштейна утверждает: по мере приближения скорости любой материальной частицы, имеющей положительную массу, к скорости света, масса этой частицы будет расти в такой степени, что один какой-нибудь атом может достичь массы целой планеты.

Скорость света возможна только для квантов света – фотонов, имеющих нулевую массу покоя. Поэтому двигаться со скоростью, большей скорости света, могут только частицы, имеющие отрицательную массу покоя. По мнению доктора физ. - мат. наук В. Барашенкова, теория относительности не только не запрещает существование частиц, движущихся со сверхсветовыми скоростями, но и оказывается без этих частиц неполной, односторонней. Такие частицы в теоретической физике получили название тахионы от греческого слова “тахис”–быстрый.

Тахионы обладают рядом особенностей. Досветовые частицы с ростом энергии увеличивают свою скорость. Тахионы как раз наоборот. Они тем быстрее, чем меньше энергии содержат. Попытка затормозить их, отнимая энергию, приведет к увеличению скорости. И наоборот, добавляя энергию, они будут тормозиться. Если тахионы будут иметь отрицательную кинетическую энергию, то всякое тело, имеющее тахионы и теряющее их, будет тем самым набирать энергию, черпая ее буквально из ничего.

Итак, частицы времени - это тахионы, имеющие отрицательную массу, что позволяет им двигаться со сверхсветовыми скоростями. Для частиц времени, движущихся со сверхсветовыми скоростями, прошлое и будущее не противостоят друг другу, их можно противопоставлять так же условно, как в обыденной жизни мы противопоставляем левое и правое. При взаимодействии с материальными частицами положительной массы тахионы – кванты времени, проявляют себя только в масштабах ультрамалых пространств и ультракоротких промежутков времени.

Теперь становятся понятными чудесные эффекты энергии пирамид, например эффект самозатачивания бритвенных лезвий. Объясняется эффект самозатачивания лезвий тем, что частицы времени сталкиваются с лезвием, непрерывно бомбардируя его. В результате такой бомбардировки происходит эрозия поверхности лезвия. Из-за чрезвычайно малых размеров частиц времени этот эффект заметно проявляется только на острой кромке лезвия, хотя износ идет по всей поверхности лезвия.

Аналогично объясняются бактерицидные свойства воздуха и воды при длительном воздействии на них частиц времени. Эти частицы быстро проникают в цитоплазматическую мембрану, нарушая функции клеточной оболочки и соответственно жизнеспособность бактерий и грибков. В результате достигается эффект уничтожения бактерий и грибков.

Воздействие частиц времени на воду вызывает ее структурирование вследствие замедления интенсивности броуновского движения молекул воды из-за сталкивания молекул с множеством быстро движущихся частиц времени. Структурирование воды делает ее целебной, улучшается вкус воды, она лучше усваивается организмом. Эффект оздоровления и омоложения организма человека в процессе его пребывания внутри пирамиды объясняется тем, что встречные потоки частиц времени, сталкиваясь в центре пирамиды, отталкиваются друг от друга, так как частицы времени имеют отрицательные одинаковые массы.

Как известно из физики, электрически заряженные частицы, имеющие одноименные заряды, отталкиваются, а имеющие противоположные заряды, положительный и отрицательный, притягиваются. Аналогично ведут себя и частицы времени, которые отталкиваются друг от друга вследствие отрицательного одноименного заряда массы.

Путенихин П.В. mailto: [email protected]

Тахион - это гипотетическая частица, движущаяся со сверхсветовой скоростью. В нижеследующих выкладках, если это не влияет на выводы, я не буду делать различия между тахионом (tachyon) и любой частицей, движущейся со сверхсветовой скоростью (faster than light), например, сверхсветовой частицей квантино (quantino), упоминавшейся Вейником . Общепринятой скорости движения тахиона нет, в литературе вообще не указывается какая-либо определённая скорость тахиона. Из логических соображений следует рассматривать три варианта этой скорости: бесконечно большая скорость (мгновенная), переменная в процессе движения и некая фиксированная сверхсветовая скорость. Первый вариант не физичен по причине бесконечности, поэтому не заслуживает серьёзного внимания. Реалистичным неявно считается второй вариант, но третий - более простой, более удобный для анализа. Общепризнано, что тахион впервые описал Зоммерфельд , затем теор етически его исследовали многие физики. Сам термин тахион (tachyon) был предложен в 1967 году Фейнбергом . Справедливости ради следует заметить, что Зоммерфельд исследовал не тахион, а сверхсветовое движение электрона, то есть электрически заряженной частицы, и его взаимодействие с собственным полем. Параграф 5 его статьи так и называется:

«§ 5.Сила, действующая на электрон со стороны его собственного поля, когда скорость постоянна и превышает скорость света».

Он приходит к выводу, что физическими законами движение электрона со сверхсветовой скоростью не запрещено, хотя и не является свободным, легко осуществимым:

«Несмотря на то, что движение с постоянной скоростью, превышающей скорость света, не является для электрона свободным, это движение не запрещено с физической точки зрения, так как требует (даже если скорость бесконечна) в каждый момент приложения только конечной силы, а также для любого конечного пути только конечной работы» .

Полученные выводы, таким образом, относить к тахиону, который, по мнению многих исследователей, не имеет заряда и может иметь любую сверхсветовую (superluminal) скорость, вряд ли корректно:

«Движение электронов, имеющих равномерный поверхностный заряд, с постоянной скоростью, превышающей скорость света, на самом деле невозможно, это потребовало бы бесконечно больших затрат сил и энерги и» .

В своих выкладках Зоммерфельд использовал подход, отличающийся от методики Лоренца и от используемого впоследствии аппарата теор ии относительности:

«... я использовал общие выражения для поля электрона, движущегося по произвольн ому пути, которые оказываются более простым, чем известные ныне формулы, в основе которых лежат работы Лоренца» .

Использование математики теор ии относительности, в основе которой лежат те же работы Лоренца, как известно, приводят к тому, что тахион приобретает весьма экзотические характеристики. Считается, что в момент испускания тахиона в сторону наблюдателя возникает картина, которую Википедия описывает следующим образом . Рассматривается тахион, «наивно уподобленный обычному «шарику», который можно наблюдать визуально в отраженном свете. Поскольку тахион движется быстрее света, он обгоняет отражённый от него свет, поэтому достигает наблюдателя раньше, чем собственное изображение. Лишь после этого наблюдатель увидит свет, отражённый от тахиона, то есть увидит сам тахион. Тахион как бы возникает перед наблюдателем из ничего. При этом наблюдателю будут видны две разлетающиеся в разные стороны частицы - тахионы:

Рис.1 Рисунок из Википедии: таким мог бы видеться наблюдателю тахион

Одна продолжает двигаться в первоначальном направлении, вторая - в том направлении, откуда тахион появился. При этом время на тахионе будет видеться наблюдателю текущим в обратном направлении. Это объясняется тем, что изображения тахиона от точки испускания будут достигать наблюдателя в обратном порядке: сначала он увидит последние «кадры» тахиона, затем предыдущие и так далее.

Кстати, рассмотренная картина не является чем-то экзотическим. Подобный эффект можно обнаружить со сверхзвуковым движением. Если мимо наблюдателя пролетит сверхзвуковой истребитель, то точно так же наблюдатель «услышит» его, когда тот с ним поравняется. Затем продолжится звук истребителя, удаляющегося в разные стороны от наблюдателя. Как и в случае с тахионом, обгоняющим испускаемый им свет, истребитель обгоняет звук, который сам издаёт.

На рисунке не учтены релятиви стские эффекты - сжатие движущихся объектов, хотя в литературе в большинстве случаев принимается, что тахион не нарушает лоренц-инвариантности. В этом случае, казалось бы, уравнение должно иметь такой же вид, как и для досветовой скорости:

Здесь L - это собственная длина движущегося тахиона, а L` - его длина в неподвижной системе отсчета. Поскольку скорость тахиона выше скорости света, из уравнения следует, что длина движущегося объекта должна стать мнимой. Для простоты примем, что на рисунке объект - тахион, движущийся слева направо, изображён вытянутым в 3-4 раза. Это соответствует скорости тахиона, превышающей скорость света примерно в 4 раза. Отношение квадратов скоростей существенно больше единицы, поэтому отбросим единицу за малостью:

В левой половине рисунка лоренц-инвариантность не учтена: сфера тахиона не вытянута, а сжата, хотя некоторые авторы считают, что под научным употреблением термина тахион подразумеваются лоренц-инвариантные объекты, которые не нарушают принцип относительности.

Если внимательно приглядеться, то можно сделать вывод, что приведённый из Википедии рисунок более соответствует ньютоновой физике: приближающийся тахион видится сжатым, а удаляющийся - вытянутым. Действительно, если осветить приближающийся тахион, то свет от ближнего края отразится лишь ненамного раньше, чем от дальнего, поскольку дальний край тахиона успеет переместиться вперёд после отражения света от переднего края, сокращая кажущуюся длину тахиона. Напротив, удаляющийся тахион будет казаться вытянутым, поскольку дальний край тахиона успеет удалиться вперёд после отражения света от ближнего края, что визуально увеличивает его длину.

Теперь посмотрим, что показывают часы, движущиеся со сверхсветовой скоростью, часы на тахионе. Аналогичные уравнения для времени показывают:

Признавать энерги ю мнимой величиной считается невозможным, следовательно, для сохранения равенства какая-то из величин в правой его части должна быть мнимой. Выбор, как говорится, невелик: мнимой может быть только масса тахиона. Аналогично, получаем уравнение для импульса тахиона:

Как в уравнении для энерги и, здесь также мнимой приходится сделать массу. Все эти мнимые параметры тахиона мы получили, применив к нему математику специальной теор ии относительности. То есть, вся эта «мнимость» - следствие релятиви стских операций над тахионом. Что такое «мнимая длина» представить вряд ли возможно. Для того, чтобы характеристики тахиона стали измеримыми, Биланюк предлагает:

«Единственный способ сделать их такими - это вновь постул ировать, что их собственные длины, собственные времена жизни - мнимые параметры, подобно собственной массе. И поскольку никакая величина, которая должна описываться мнимым параметром, недоступна измерению, их мнимость не должна служить источником беспокойства» .

В этом случае уравнение будет иметь иной, «спокойный» вид:

где l - мнимая собственная длина тахиона.

В приведённых лоренц-уравнениях для тахиона мнимую единицу можно было бы «присоединить» к скорости тахиона. Тогда мы получили бы во всех уравнениях единственную единую для всех уравнений мнимую величину - мнимую сверхсветовую скорость тахиона. Однако этому противится теор ия струн, в которой основное состояние струны является тахионом, так как для квадрата массы струны получается отрицательное выражение, то есть, мнимая масса .

Применение к тахиону лоренц-инвариантности формально исключает вопросы о нарушении причинности. В некоторых работах проскальзывает мысль, что сверхсветовая скорость тахиона - едва ли не условность, что она не позволяет передавать информацию быстрее света, следовательно, не нарушает постул атов СТО, что и приводит к сохранению причинности. Другими словами, поскольку тахион не передает информации со сверхсветовой скоростью, он не нарушает постул атов СТО и причинности. С другой стороны, есть противоположный подход к передаче информации, от противного. Тахион потому не может передавать информацию со сверхсветовой скоростью, что будет нарушена причинность. Здесь важно отметить, что причинность нарушается при сверхсветовой передаче информации только в теор ии относительности, только в СТО при этом возникают эффекты движения в прошлое, изменение направления причинно-связанных событий.

По мнению Мандельштама «...опровергнуть [теор ию относительности] можно только в том случае, если в природе найдутся процессы сигнального характера , более скорые, чем свет».

Наличие таких сигнальных процессов неизбежно привело бы и к другим противоречиям:

«Если бы сверхсветовые частицы существовали в действительности, их можно было бы естественным образом использовать для синхронизации часов наблюдателей при относительном движении. Такие наблюдатели были бы связаны не лоренц-преобразованиями, а новой группой преобразований, и тогда отпала бы часть аргументов в пользу требования лоренц-инвариантности. Более детальный анализ показывает, что такая точка зрения обманчива» .

Это интересное замечание. К нему следует добавить ещё одно интересное высказывание Биланюка, которое он противопоставляет претензиям к лоренц-инвариантности тахиона:

«Следует ожидать, что наши друзья-скептики так легко от нас не отстанут. Они могут указать, что величина 1/2 встречается не только в выражении для массы, но также и в выражении для длины, интервала времени и т. п. Поскольку все эти величины измеримы, они должны описываться действительными числами» .

И это верно! Друзья-скептики утверждают, что преобразования Лоренца появились как следствие инвариантности скорости света. Если есть инвариантная скорость, то она становится предельной скоростью передачи информации и наоборот . В этом случае нет и быть не может других скоростей, превышающих эту, инвариантную. Отсюда следует, что признание сверхсветовой скорости тахиона требует, как предположил Фейнберг, замены инварианта скорости света на инвариант скорости тахиона. Хотя он тут же и отвергает такую возможность, но её следует проанализировать более тщательно. Рассмотрим одно из приведённых выше уравнений Лоренца «поэлементно»:

Нас должно интересовать главным образом подкоренное выражение. Опишем входящие в него величины полным, развёрнутым текстом:

с - это скорость света, инвариантной величины; значение этой скорости неизменно, из какой бы системы отсчёта мы её ни фиксировали;

v - это скорость инерциальной системы отсчёта, движущейся относительно нашей условно неподвижной системы, и длину которой мы вычисляем в этом уравнении; инерциальная система отсчета представляет собой, условно говоря, некоторую тележку, с которой связана система координат, и на которой установлены часы.

Сразу же с далеко идущими последствиями становится видна весьма сомнительная процедура применения этого выражения (1) к тахиону. Действительно, мы считаем, что в этом выражении v - это скорость тахиона. Тогда в соответствии с канонами специальной теор ии относительности мы фактически утверждаем, что с тахионом связана инерциальная система отсчёта, тележка с часами и осями координат. Из этого сразу же следует вывод об ошибочности мнения Фейнберга: место инварианта - в знаменателе! Если хотя бы предполагается использовать тахион в качестве нового инварианта, скорость тахиона должна быть подставлена вместо скорости света. В противном случае это банальная подмена понятий, естественно и неизбежно ведущая к появлению субстанции, имеющей сомнительно материальную природу с большим набором мнимых характеристик: нельзя требовать от ИСО инвариантности её скорости.

Более того, если существует скорость передачи информации (или движения), превышающая скорость инварианта, в теор ии относительности неизбежно возникает парадокс, абсурд. Представим себе эту систему отсчёта, связанную с тахионом, из которой мы наблюдаем за движущимися мимо неё фотонами. Эти фотоны из тахионной системы отсчёта будут иметь разную скорость, которая зависит от скорости тахиона! Представим себе, например, попутное и встречное движение фотона в тахионной системе отсчета. В этих случаях фотон ведёт себя не менее удивительно, чем тахион. Во-первых, в одном из направлений - попутном, фотон вообще не может двигаться от источника. Во-вторых, в тахионной системе отсчёта фотон может двигаться только во встречном направлении. В-третьих, если же директивно применить к тахионной системе отсчёта инвариантность скорости света, требуя, чтобы внутри неё фотон двигался с неизменной скоростью во всех направлениях, то для любой обычной досветовой ИСО, движущейся мимо, этот фотон будет иметь скорость не меньше скорости тахионной системы отсчета. Таким образом, в случае тахионной инерциальной системы отсчёта скорость света в принципе не может быть инвариантом ! Но если скорость света - не инвариант, а скорость тахиона - не постоянная, то мы возвращаемся к давно отвергнутой физике Ньютона. Суть её в том, что скорости суммируются, то есть, к скорости тахиона может быть прибавлена скорость его источника.

Однако, постоянство скорости тахиона отвергается именно его якобы лоренц-инвариантностью, что следует из релятиви стского уравнения для энерги и тахиона. Поскольку, мол, энерги я тахиона изменяется, то скорость его не может быть одинаковой для всех ИСО. Но ведь изменчивость энерги и тахиона возникает вследствие того, что мы это сами и постул ировали, применив к нему лоренц-инвариантность. Как можно требовать постоянства энерги и и инварианта скорости, если тахиону постул ятивно «назначены» непостоянная энерги я и непостоянная скорость? Если же мы признаемся, что лоренц-инвариантность к тахиону неприменима, то всё неожиданно встаёт на свои разумные места, опровергая доводы Фейнберга:

«Инвариантность скорости света относительно различных наблюдателей связана не только с использованием света для синхронизации часов, но и с тем эмпирическ им фактом, что относительно любого наблюдателя скорость света не зависит от его энерги и, т. е. скорости источника света. Поскольку для тахионов это условие не может быть выполнено, их скорость будет различной для различных наблюдателей» .

Заключение о невыполнимости условия независимости энерги и тахиона от его скорости следует из релятиви стского уравнения его энерги и. Из уравнения, которое само по себе противоречит «расширенной» сверхсветовыми коммуникациями теор ии относительности, её исходным положениям. Тахион не является релятиви стским объектом, к нему неприменима теор ия относительности. Значит, и положение о зависимости его энерги и от скорости тоже неверно. И теперь уже ничто не препятствует тому, чтобы скорость тахиона стала инвариантом. В этом случае сразу же исчезают все мнимости в его описании, и мы получаем либо физику Ньютона с возможностью бесконечных скоростей, либо тахионную теор ию относительности с новым инвариантом скорости.

Казалось бы, в этом случае теор ия относительности превращается в ошибочную теор ию. Но не следует спешить. Теор ия относительности - это исключительно математическая теор ия. Вследствие этого она принципиально не может быть ошибочной, но только в рамках своих математических постул атов. Кроме того, применение её к реальности не имеет признанно подтверждённых отклонений. Поэтому все попытки противников релятиви зма опровергнуть его мысленными (читай: математическими) экспериментам обречены на провал . Только реальный физический эксперимент может показать, насколько полно математика специальной теор ии относительности относится к реальному физическому миру.

Конечно, все приведённые выкладки имеют смысл только при условии существования тахиона, сверхсветовой частицы. Пока она не обнаружена, но зато известно физическое, экспериментально подтверждённое явление - квантовая запутанность, объяснить которое без привлечения сверхсветовой коммуникации невозможно. В связи с этим следует ожидать, что физический эксперимент покажет нарушение инвариантности скорости света .

Литература

Sommerfeld A. «Simplified deduction of the field and the forces of an electron, moving in a given way» Proc. Amsterdam Acad. 7 346 (1904)
Барбашов Б.М., Нестеренко В.В. «Суперструны - новый подход к единой теор ии фундаментальных взаимодействий», УФН 150 (4) 489 (1986)
Биланюк О., Сударшан Е., Частицы за световым барьером (Перевод Урнова А.М.). В книге «Эйнштейновский сборник. 1973», М., Наука, 1974, стр. 112-133.

Tachyon and the special relativity

[email protected]

Abstract

Superluminal communication, move and tachyon are incompatible with the special relativity. Introduction to the special relativity superluminal particles - tachyons (quantino) allows movement to the past, leads to disruption of causality denies Lorentz invariance and invariance of the speed of light - the second postulate of special relativity. Moving of superluminal particles into the past and violation of causality - this phenomenon, inherent only the special relativity. In reality no the movement to the past and there is no violation of causality. Predictions of special relativity in regarding to tachyon are wrong, absurd and rejects the invariance of the speed of light. Invariant`s should be the speed of tachyons. In this case, there is no movement in time and violation of causality. However, in the limits of its applicability, in part of their postulates the mathematic of the special relativity is irrefutable by any thought experiments.

("Познавательная Статья из Мира Науки").

Особенно странными тахионы делает тот факт, что они обладают мнимой массой. (Говоря "Мнимой", мы имеем в виду, что их масса умножается на корень квадратный из минус единицы, или і.) если взять знаменитые уравнения Эйнштейна и заменить в них m на im, произойдет чудо. Скорость частиц внезапно станет больше скорости света.

Из-за этого возникают странные ситуации. Когда тахион летит сквозь вещество, он теряет энергию, поскольку сталкивается с атомами. Но, теряя энергию, он ускоряется, отчего столкновения только усиливаются и происходят чаще. По идее, эти столкновения должны вызывать дальнейшую потерю энергии и, следовательно, дальнейшее ускорение. Возникает замкнутый круг, и тахион сам по себе, естественным образом, набирает бесконечную скорость!

(Тахионы отличаются и от антивещества, и от отрицательного вещества. Антивещество обладает положительной энергией, движется медленнее света и может быть получено в наших ускорителях частиц. Согласно теории, антивещество подчиняется закону тяготения и, как положено, падает вниз. Антивещество соответствует обычному веществу, движущемуся назад во времени. Отрицательное вещество обладает отрицательной энергией и тоже движется медленнее света, но под воздействием тяготения падает вверх, т. е. прочь от притягивающего тела из обычного вещества. Отрицательное вещество в лаборатории еще никто не видел. В теории в больших количествах оно может служить топливом для машины времени. Тахионы движутся быстрее света и обладают мнимой массой; как они ведут себя под воздействием силы тяжести, неясно. Их пока тоже не удалось получить в лаборатории.

Тахионы, конечно, частицы очень странные, но физики серьезно их изучают; можно назвать, например, покойного Джеральда фейнберга из колумбийского университета и Джорджа сударшана из университета техаса в остине. Проблема в том, что никто никогда не видел тахиона в лаборатории. Надежным экспериментальным свидетельством существования тахионов было бы нарушение причинности. Фейнберг даже предлагал физикам исследовать лазерный луч до включения лазера. В том случае, если тахионы существуют, то не исключено, что свет лазерного луча можно обнаружить даже раньше, чем аппарат будет включен.

В научной фантастике тахионы регулярно используются как средство отправки сообщения в прошлое, предкам. Но из физики явления совершенно непонятно, возможно ли такое хотя бы теоретически. Фейнберг, к примеру, считал, что эмиссия тахионов, движущихся во времени вперед, точно соответствует поглощению тахионов с отрицательной энергией, движущихся во времени назад (аналогично положению с антивеществом), поэтому никакого нарушения причинности не происходит.

В том случае, если оставить фантастику в стороне, то в настоящий момент физики считают, что тахионы, возможно, существовали в момент большого взрыва, нарушая причинность, но теперь их больше не существует. Более того, очень может быть, что тахионы сыграли существенную роль в том, что вселенная вообще взорвалась. В этом смысле они играют важную роль в некоторых теориях большого взрыва.

У тахионов есть еще одно забавное свойство. При введении в любую теорию они дестабилизируют "Вакуум", т. е. самое низкоэнергетическое состояние системы. В случае если в системе присутствуют тахионы, значит, она находится в состоянии "Ложного Вакуума", а следовательно, нестабильна и будет разрушаться до состояния истинного вакуума.

Представьте себе плотину, которая удерживает воду в озере. Это и есть "Ложный Вакуум". Хотя плотина представляется вполне надежной, существует состояние с еще более низкой энергией. И если в плотине появляется трещина, вода начинает стремительно вытекать из озера и стекать на уровень моря - тогда-то система и достигает состояния истинного вакуума.

Точно так же считается, что вселенная до большого взрыва существовала в состоянии ложного вакуума, где были тахионы. Но их присутствие означало, что это не самое низкоэнергетическое состояние системы, а потому система нестабильна. Затем в ткани пространства - времени появилась крошечная "Прореха", представляющая истинный вакуум. Прореха начала увеличиваться, появился пузырь. Вне пузыря тахионы по-прежнему существовали, но внутри их не было. С ростом пузыря появилась та вселенная, которую мы знаем, - вселенная без тахионов. Это и был большой взрыв.

Одна из теорий, которую космологи воспринимают очень серьезно, состоит в том, что первоначальный процесс инфляции начал один - единственный тахион, известный как "Инфлятон". Теория инфляционной вселенной утверждает, что она возникла как крошечный пузырек пространства - времени, переживший сверхбыстрый период расширения (инфляции. Физики считают, что первоначально вселенная существовала в состоянии ложного вакуума, где инфляционным полем был тахион. Но присутствие тахиона дестабилизировало вакуум, и образовались крошечные пузырьки. Внутри одного из этих пузырьков инфляционное поле оказалось в состоянии истинного вакуума. Этот пузырек начал стремительно раздуваться, пока не превратился в нашу вселенную. Внутри нашего пузыря - вселенной инфляция исчезла, поэтому ее и не удается зарегистрировать в нашей вселенной. Получается, что тахионы представляют собой причудливое квантовое состояние, в котором объекты движутся быстрее света и, быть может, даже нарушается причинность. Но тахионы давно исчезли, дав при этом, возможно, жизнь самой вселенной.

Наверное, все это похоже на досужие рассуждения, которые невозможно проверить. Но первый эксперимент по проверке теории ложного вакуума начинается с пуском в Швейцарии, в окрестностях Женевы, большого адронного коллайдера. Одна из основных задач бак - обнаружение бозонов хиггса, последней до сих пор не найденной частицы стандартной модели, последней детали научной головоломки. (Частица хиггса так важна и так неуловима, что нобелевский лауреат Леон ледерман назвал ее "Частицей - Богом". Физики считают, что бозон хиггса начал свое существование как тахион. В ложном вакууме ни одна из субатомных частиц не имела массы. Но присутствие тахиона дестабилизировало вакуум, и вселенная перешла в новое состояние, к новому вакууму, в котором бозон хиггса обернулся обычной частицей. После этого перехода - из состояния тахиона в состояние обычной частицы - субатомные частицы приобретают массу, которую мы сегодня измеряем в лаборатории. Таким образом, обнаружение бозона хиггса не только поставит на место последнюю недостающую деталь стандартной модели, но и подтвердит, что тахионное состояние когда-то существовало, но позже трансформировалось в обычную частицу.

Ньютонова физика полностью отвергает возможность предвидения будущего. Железное правило причины и следствия никогда не нарушается. Квантовая теория допускает иные состояния вещества, такие как антивещество, которое соответствует обычному веществу, движущемуся назад во времени, но принцип причинности не нарушается. Более того, антивещество в квантовой теории необходимо для восстановления причинности. Тахионы на первый взгляд нарушают принцип причинности, но физики считают, что они исполнили свое предназначение - запустили механизм большого взрыва и исчезли из нашей вселенной.

Посвященная прямому измерению скорости движения нейтрино. Результаты звучат сенсационно: скорость нейтрино оказалась слегка - но статистически достоверно! - больше скорости света. Статья коллаборации содержит анализ разнообразных источников погрешностей и неопределенностей, однако реакция подавляющего большинства физиков остается очень скептической, прежде всего потому, что такой результат не согласуется с другими экспериментальными данными по свойствам нейтрино.

Рис. 1.

Подробности эксперимента

Идея эксперимента (см. OPERA experiment) очень проста. Нейтринный пучок рождается в ЦЕРНе, летит сквозь Землю в итальянскую лабораторию Гран-Сассо и проходит там сквозь специальный нейтринный детектор OPERA. Нейтрино очень слабо взаимодействуют с веществом, но из-за того, что их поток из ЦЕРНа очень велик, некоторые нейтрино всё же сталкиваются с атомами внутри детектора. Там они порождают каскад заряженных частиц и тем самым оставляют в детекторе свой сигнал. Нейтрино в ЦЕРНе рождаются не непрерывно, а «всплесками», и если мы знаем момент рождения нейтрино и момент его поглощения в детекторе, а также расстояние между двумя лабораториями, мы можем вычислить скорость движения нейтрино.

Расстояние между источником и детектором по прямой составляет примерно 730 км и измерено оно с точностью 20 см (точное расстояние между реперными точками составляет 730 534,61 ± 0,20 метров). Правда, процесс, приводящий к рождению нейтрино, вовсе не локализован с такой точностью. В ЦЕРНе пучок протонов высокой энергии вылетает из ускорителя SPS, сбрасывается на графитовую мишень и порождает в ней вторичные частицы, в том числе мезоны. Они по-прежнему летят вперед с околосветовой скоростью и на лету распадаются на мюоны с испусканием нейтрино. Мюоны тоже распадаются и порождают дополнительные нейтрино. Затем все частицы, кроме нейтрино, поглощаются в толще вещества, а те беспрепятственно долетают до места детектирования. Общая схема этой части эксперимента приведена на рис. 1.

Весь каскад, приводящий к появлению нейтринного пучка, может растянуться на сотни метров. Однако поскольку все частицы в этом сгустке летят вперед с околосветовой скоростью, для времени детектирования нет практически никакой разницы, родилось нейтрино сразу или через километр пути (однако имеет большое значение, когда именно тот исходный протон, который привел к рождению данного нейтрино, вылетел из ускорителя). В результате рожденные нейтрино по большому счету просто повторяют профиль исходного протонного пучка. Поэтому ключевым параметром здесь является именно временной профиль пучка протонов, вылетающих из ускорителя, в особенности - точное положение его переднего и заднего фронтов, а этот профиль измеряется с хорошим временны м разрешением (см. рис. 2).

Каждый сеанс сброса протонного пучка на мишень (по-английски такой сеанс называется spill , «выплеск») длится примерно 10 микросекунд и приводит к рождению огромного числа нейтрино. Однако практически все они пролетают Землю (и детектор) насквозь без взаимодействия. В тех же редких случаях, когда детектор всё-таки регистрирует нейтрино, невозможно сказать, в какой именно момент в течение 10-микросекундного интервала оно было испущено. Анализ можно провести лишь статистически, то есть накопить много случаев детектирования нейтрино и построить их распределение по временам относительно момента начала отсчета для каждого сеанса. В детекторе за начало отсчета принимается тот момент времени, когда условный сигнал, движущийся со скоростью света и излученный ровно в момент переднего фронта протонного пучка, достигает детектора. Точное измерение этого момента стало возможно благодаря синхронизации часов в двух лабораториях с точностью в несколько наносекунд.

На рис. 3 показан пример такого распределения. Черные точки - это реальные нейтринные данные, зарегистрированные детектором и просуммированные по большому числу сеансов. Красная кривая показывает условный «опорный» сигнал, который двигался бы со скоростью света. Видно, что данные начинаются примерно на 1048,5 нс раньше опорного сигнала. Это, впрочем, еще не означает, что нейтрино действительно на микросекунду опережает свет, а является лишь поводом для того, чтобы тщательно перемерить все длины кабелей, скорости срабатывания аппаратуры, времена задержки электроники и так далее. Эта перепроверка была выполнена, и оказалось, что она смещает «опорный» момент на 988 нс. Таким образом, получается, что нейтринный сигнал действительно обгоняет опорный, но лишь примерно на 60 наносекунд. В пересчете на скорость нейтрино это отвечает превышению скорости света примерно на 0,0025%.

Погрешность этого измерения была оценена авторами анализа в 10 наносекунд, что включает в себя и статистическую, и систематическую погрешности. Таким образом, авторы утверждают, что они «видят» сверхсветовое движение нейтрино на уровне статистической достоверности в шесть стандартных отклонений.

Отличие результатов от ожиданий на шесть стандартных отклонений уже достаточно велико и называется в физике элементарных частиц громким словом «открытие». Однако надо правильно понимать это число: оно лишь означает, что вероятность статистической флуктуации в данных очень мала, но не говорит о том, насколько надежна методика обработки данных и насколько хорошо физики учли все инструментальные погрешности. В конце концов, в физике элементарных частиц имеется немало примеров, когда необычные сигналы с исключительно большой статистической достоверностью не подтверждались другими экспериментами.

Чему противоречат сверхсветовые нейтрино?

Вопреки широко распространенному мнению, специальная теория относительности не запрещает само по себе существование частиц, движущихся со сверхсветовой скоростью. Однако для таких частиц (их обобщенно называют «тахионы») скорость света тоже является пределом, но только снизу - они не могут двигаться медленнее нее. При этом зависимость энергии частиц от скорости получается обратной: чем больше энергия, тем ближе скорость тахионов к скорости света.

Гораздо более серьезные проблемы начинаются в квантовой теории поля. Эта теория приходит на смену квантовой механике, когда речь идет про квантовые частицы с большими энергиями. В этой теории частицы - это не точки, а, условно говоря, сгустки материального поля, и рассматривать их отдельно от поля нельзя. Оказывается, что тахионы понижают энергию поля, а значит, делают вакуум нестабильным. Пустоте тогда выгоднее спонтанно рассыпаться на огромное число этих частиц, и потому рассматривать движение одного тахиона в обычном пустом пространстве просто бессмысленно. Можно сказать, что тахион - это не частица, а нестабильность вакуума.

В случае тахионов-фермионов ситуация несколько сложнее, но и там тоже возникают сравнимые трудности, мешающие созданию самосогласованной тахионной квантовой теории поля, включающей обычную теорию относительности.

Впрочем, это тоже не последнее слово в теории. Так же, как экспериментаторы измеряют всё, что поддается измерению, теоретики тоже проверяют все возможные гипотетические модели, которые не противоречат имеющимся данным. В частности, существуют теории, в которых допускается небольшое, не замеченное пока отклонение от постулатов теории относительности - например, скорость света сама по себе может быть переменной величиной. Прямой экспериментальной поддержки у таких теорий пока нет, но они пока и не закрыты.

Под этой краткой зарисовкой теоретических возможностей можно подвести такой итог: несмотря на то что в некоторых теоретических моделях движение со сверхсветовой скоростью возможно, они остаются исключительно гипотетическими конструкциями. Все имеющиеся на сегодня экспериментальные данные описываются стандартными теориями без сверхсветового движения. Поэтому если бы оно достоверно подтвердилось хоть для каких-нибудь частиц, квантовую теорию поля пришлось бы кардинально переделывать.

Стоит ли считать результат OPERA в этом смысле «первой ласточкой»? Пока нет. Пожалуй, самым главным поводом для скепсиса остается тот факт, что результат OPERA не согласуется с другими экспериментальными данными по нейтрино.

Во-первых, во время знаменитой вспышки сверхновой SN1987A были зарегистрированы и нейтрино, которые пришли за несколько часов до светового импульса. Это не означает, что нейтрино шли быстрее света, а лишь отражает тот факт, что нейтрино излучаются на более раннем этапе коллапса ядра при вспышке сверхновой, чем свет. Однако раз нейтрино и свет, проведя в пути 170 тысяч лет, не разошлись более, чем на несколько часов, значит, скорости у них очень близки и различаются не более чем на миллиардные доли. Эксперимент же OPERA показывает в тысячи раз более сильное расхождение.

Тут, конечно, можно сказать, что нейтрино, рождающиеся при вспышках сверхновых, и нейтрино из ЦЕРНа сильно различаются по энергии (несколько десятков МэВ в сверхновых и 10–40 ГэВ в описываемом эксперименте), а скорость нейтрино меняется в зависимости от энергии. Но это изменение в данном случае работает в «неправильную» сторону: ведь чем выше энергия тахионов, тем ближе их скорость должна быть к скорости света. Конечно, и тут можно придумать какую-то модификацию тахионной теории, в которой эта зависимость была бы совсем другой, но в таком случае придется уже обсуждать «дважды-гипотетическую» модель.

Далее, из множества экспериментальных данных по нейтринным осцилляциям, полученным за последние годы, следует, что массы всех нейтрино отличаются друг от друга лишь на доли электронвольта. Если результат OPERA воспринимать как проявление сверхсветового движения нейтрино, то тогда величина квадрата массы хотя бы одного нейтрино будет порядка –(100 МэВ) 2 (отрицательный квадрат массы - это и есть математическое проявление того, что частица считается тахионом). Тогда придется признать, что все сорта нейтрино - тахионы и обладают примерно такой массой. С другой стороны, прямое измерение массы нейтрино в бета-распаде ядер трития показывает, что масса нейтрино (по модулю) не должна превышать 2 электронвольта. Иными словами, все эти данные согласовать друг с другом не удастся.

Вывод отсюда можно сделать такой: заявленный результат коллаборации OPERA трудно вместить в какие-либо, даже в самые экзотические теоретические модели.

Что дальше?

Во всех больших коллаборациях в физике элементарных частиц нормальной практикой является ситуация, когда каждый конкретный анализ выполняется небольшой группой участников, и лишь затем результаты выносятся на общее обсуждение. В данном случае, по-видимому, этот этап был слишком кратким, в результате чего далеко не все участники коллаборации согласились подставить свою подпись под статьей (полный список насчитывает 216 участников эксперимента, а у препринта имеется лишь 174 автора). Поэтому в ближайшее время, по всей видимости, внутри коллаборации будет проведено множество дополнительных проверок, и только после этого статья будет послана в печать.

Конечно, сейчас можно ожидать и поток теоретических статей с разнообразными экзотическими объяснениями этого результата. Однако пока заявленный результат не будет надежно перепроверен, считать его полноправным открытием нельзя.

Тахион – гипотетическая элементарная частица, обладающая корпускулярной или волновой природой, движущаяся со скоростью больше скорости света. Тахионы присутствуют в некоем абстрактном мире, в котором объекты обладают отрицательной массой и время идет в обратном направлении. Тахионная энергия используется, в том числе, для сканирования «подпространства» в научно-фантастической передаче Star Trek Voyager. До сих пор не найдены никакие эмпирические свидетельства существования тахионов. «Даже если бы тахионы и существовали, их использование было бы весьма сложно сочетать с представлениями современной физики» – считает ученый из NASA Том Бриджман. Несмотря на умозрительность тахионов, их проблематичную утилитарность и степень этой утилитарности, тахионы представляют собой основной ингридиент целого ряда товаров, предлагаемых представителями направления Нью Эйдж – от бус, поясов и обувных стелек до энергетических подушек, масел для массажа и пузырьков с тахионной водой. И разумеется, на эту тему написаны книги. Например, «Тахионная энергия: новая парадигма в холистическом лечении» Габриэла Казенса и Дэвида Вагнера.

Некоторые предприимчивые представители Нью Эйдж заявляют о своей уверенности в существовании тахиона и в том, что им удалось поставить себе на службу его энергию. Например, Фред Пулвер из Карбондейлского центра макробиотических исследований утверждает, что тахионное поле восполняет потребность всех живых организмов в энергии и способствует установлению баланса, после чего поле на время ослабляет свою силу, до тех пор пока оно вновь не понадобится. Когда происходит истощение и когда снова возникает необходимость в тахионном поле, оно приходит на выручку и снова устанавливается баланс. Однако, если природе не удается поддерживать ваш тахионный баланс, вы можете получить всю необходимую энергию, воспользовавшись продукцией Пулвера.

Пулвер делает неслыханные заявления. Например:

Построены двигатели, черпающие энергию из тахионного поля. Они ведут себя странным образом: например, чем дольше они запущены, тем выше их скорость, несмотря на то, что они не подключены ни к одному источнику энергии.

Где эти двигатели? Никто их не видел, но мы должны принять на веру эти заявления. Может быть, они используются в НЛО, прилетающих на Землю для увечий скота или проведения экспериментов над людьми.

Вот еще один пассаж:

За счет согласования полярности атомов улучшает естественную способность организма черпать недостающую энергию из тахионного поля. Спортсмены обнаружили, что благодаря тахионным изделиям они становятся проворнее, выносливее и тратят меньше времени на восстановление сил. Тахионные изделия проявили себя на спортивной арене в качестве проводников энергии поля.

Кто эти спортсмены? Те, которые носят обувь с магнитными стельками и надевают на себя кристаллы для защиты от враждебной энергии?

Что это за “Тахионное поле”?

Тахионное поле крайне плотно. Его плотность нельзя измерить, поскольку она представляет собой отрицательную величину, принадлежащую другому миру, который зеркален по отношению к миру положительной плотности. Теория отрицательной плотности подкрепляется явлением, поддающимся наблюдению – постоянным расширением Вселенной, которое происходит в силу давления, возникающего от расширения невидимой Вселенной. Давление, оказываемое тахионным полем на нашу Вселенную, свидетельствует о существовании невидимой Вселенной, обладающей высокой плотностью, такой Вселенной и является тахионное поле.

Тахионное поле может быть плотным, однако ему предстоят сложные преобразования, прежде чем оно будет соответствовать невнятной модели, предлагаемой «альтернативными» физиками. Его интерпретации явно чего-то недостает, а именно – фундаментального понимания действительности. Нам предлагают поверить в существование невидимой Вселенной, оказывающей давление на нас, которое нельзя зафиксировать современными приборами.

Но подождите, это еще не все!

Теория тахионов целостна, поскольку допускает наличие двух взаимозависимых вселенных, которое представляет собой неделимое целое – видимая вселенная с досветовыми скоростями и невидимая со сверхсветовыми скоростями. Тахионная теория также подтверждает сугубо метафизическую концепцию Бога. Вездесущее может иметь место только на сверхсветовых скоростях, поскольку досветовые скорости требуют времени на перемещение в пространстве. Следовательно, вездесущее может быть атрибутом исключительно тахионной вселенной, где едины пространство и время.

Пулвер еще и “альтернативный” метафизик! Его рассуждения отдают бесконечностью. «Нервная система и мозг – это не что иное, как чрезвычайно сложная антенна и приемник, функция которых заключается в поглощении, обработке и преобразовании ресурсов тахионного поля». «Целители научились находить доступ к ресурсам тахионного поля, способствующим исцелению и справляются с этим лучше любого человека».

Кстати, приведенными выше фразами сопровождается сбыт тахионных изделий – в продаже есть тахионные бусы, 10 штук по 118 долларов, которые содержат антенну, фокусирующую тахионную энергию. Есть тахионный пояс ценой 268,95 долларов, который улучшает кровообращение и придает силы. Безупречно чистая тахионная вода продается по 27 долларов за маленький флакончик.

Еще одна компания, Advanced Tachyon Technologies (ATT), предлагает более широкий ассортимент изделий, включая изделия для кошек и собак. АТТ выпускает товары для улучшения ваших интимных отношений и ваших атлетических навыков. Вниманию покупателей предлагаются изделия, которые способны облегчить боль и улучшить ваши умственные способности. В ассортименте также комплект для балансировки чакр и тахионная шелковая шаль для медитаций, которая поможет вам «медитировать с вашим возлюбленным перед занятием сексом».