Tachyon: hypotetisk partikel, der bevæger sig hurtigere end lyset
Opdag tachyoner: den hypotetiske partikel, der skulle bevæge sig hurtigere end lys, konflikt med relativitet og dens teoretiske, "imaginære" masse forklaret.
En tachyon er en hypotetisk partikel, der kan bevæge sig hurtigere end lysets hastighed.
Hvad menes der med "tachyon"?
Navnet kommer fra græsk tachys, der betyder "hurtig". Forestillingen om tachyoner opstår i teoretiske undersøgelser af relativitet og kvantefeltteori som partikler, hvis egenskaber adskiller sig fundamentalt fra almindelige kendte partikler: de har en form for efterspurgt superluminal bevægelse og vil, i de simple teoretiske modeller, altid bevæge sig hurtigere end lyset.
Teoretiske egenskaber
Hvis en tachyon eksisterede, ville den have et imaginært tal som masse. Mere præcist fører relativistiske energirelationer til, at massens kvadrerede værdi m² er negativ. I den klassiske energi-impuls-relationen
E² = p²c² + m²c4
giver et negativt m², at partiklens hastighed v må være større end lysets hastighed c. Et andet karakteristisk træk i disse simple modeller er, at tachyoner får lavere energi, når de mister momentum, og at deres hastighed nærmer sig c fra oven (dvs. fra hastigheder > c), så de ikke kan "bremses" til at bevæge sig langsommere end lyset.
Relativitet, kausalitet og problemer
Einsteins specielle relativitetsteori forbyder ikke matematisk set hastigheder større end c i alle tænkelige regnestykker, men den fastsætter, at intet med reelt hvilemasse kan accelereres op til eller over lysets hastighed. Introduktionen af tachyoner fører til alvorlige problemer med kausalitet: i visse inertialsystemer kan en superluminal partikel fremstå som om den ankommer før den afgår, hvilket åbner for tidsparadokser (tilsyneladende tidsrejse). Disse konsekvenser er hovedårsagen til, at de fleste fysikere betragter tachyoner som utroværdige som fysiske, observerbare partikler.
Tachyoner i moderne fysik
I kvantefeltteori bruges begrebet "tachyonisk" ofte i en lidt anden betydning: en felttilstand med negativ massekvadreret (m² < 0) indikerer typisk, at vakuumtilstanden er ustabil og spontan vil omorganisere sig til en ny, stabil tilstand. Dette kaldes tachyonkondensation. Et kendt eksempel er i strengteori, hvor visse varianter (f.eks. bosonisk strengteori) har en tachyonisk ground state, hvilket tolkes som en indikation af, at den valgte model er instabil og kræver et nyt baggrundsvakuum.
Søgning og observation
Der er ingen troværdige eksperimentelle observationer af tachyoner. Gentagne forsøg og højt præcisions-eksperimenter har ikke fundet partikler, der bevæger sig hurtigere end lyset eller har de forventede tegn på imaginær masse. Desuden ville ægte superluminal kommunikation eller partikler skabe konflikt med velafprøvede dele af relativitetsteorien og føre til signifikante omvæltninger i vores forståelse af fysikkens fundament.
Samlet vurdering og kulturel indflydelse
De fleste fagfolk anser tachyoner som teoretiske konstruktioner, der enten indikerer en matematisk/teoretisk instabilitet i en model eller fører til uacceptable fysiske konsekvenser såsom brud på kausalitet. Alligevel fungerer tachyon-begrebet som et nyttigt redskab i teoretiske studier (fx til at identificere ustabile vakuumtilstande) og optræder ofte i science fiction, hvor de bruges til at forklare hurtig rumrejse eller overlys-hastighedskommunikation.
- Nøglepunkter:
- Tachyoner er hypotetiske og ikke observerede.
- De vil, i simple teorier, have negativt m² (imaginær masse).
- Deres eksistens skaber kausalitetsproblemer og konflikter med speciel relativitet.
- I moderne teori ses "tachyoniske" tilstande ofte som tegn på instabilitet, ikke som stabile partikler.
Historie
E. C. G. Sudarshan, V.K. Deshpande og Baidyanath Misra var de første til at foreslå eksistensen af partikler hurtigere end lyset og kaldte dem "meta-partikler". Derefter blev muligheden for partikler, der bevæger sig hurtigere end lyset, også foreslået af Robert Ehrlich og Arnold Sommerfeld, uafhængigt af hinanden. Senest blev et lignende begreb opfundet med betegnelsen "tachyon" af Gerald Feinberg i 1967.
I september 2011 blev det rapporteret, at en tau-neutrino havde bevæget sig hurtigere end lysets hastighed i en større meddelelse fra CERN; senere opdateringer fra CERN om OPERA-projektet viser imidlertid, at de hurtigere målinger end lysets hastighed skyldtes "et defekt element i eksperimentets fiberoptiske tidsbestemmelsessystem".
Anden betydning: imaginært massefelt
I moderne fysik henviser udtrykket "tachyon" ofte til imaginære massefelter snarere end til partikler, der er hurtigere end lyset. Ideen om disse massefelter stammer til dels fra kvantefeltteorien og den klassiske feltteori.
Imaginære massefelter er kommet til at spille en vigtig rolle i den moderne fysik.
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er en tachyon?
A: En tachyon er en hypotetisk partikel, der kan bevæge sig hurtigere end lysets hastighed.
Q: Tror de fleste forskere, at tachyoner eksisterer?
A: Nej, de fleste videnskabsmænd mener ikke, at tachyoner eksisterer.
Spørgsmål: Hvad siger Einsteins specielle relativitetsteori?
A: Einsteins specielle relativitetsteori siger, at intet kan accelerere hurtigere end lysets hastighed.
Spørgsmål: Hvordan teoretiseres det, at tachyoner bevæger sig?
Svar: Tachyoner teoretiseres til konstant at bevæge sig hurtigere end lysets hastighed.
Spørgsmål: Hvis en tachyon eksisterede, hvad ville dens masse så være?
Svar: Hvis en tachyon eksisterede, ville den have et imaginært tal som masse.
Spørgsmål: Er det muligt for noget at rejse hurtigere end lysets hastighed?
Svar: Ifølge Einsteins specielle relativitetsteori kan intet accelereres hurtigere end lysets hastighed.
Søge