تاکیون

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو

تاکیون (از یونانی ταχύς=سریع) به هر ذره فرضی که سرعتی بیشتر از سرعت نور داشته باشد گفته می‌شود.

نخستین توصیف نظری تاکیون در کارهای آرنولد زومرفلد آمده‌است هرچند این مفهوم در دیگر زمینه‌ها مثل نظریه ریسمان نیز مطرح می‌شود.

سرعت بالاتر از نور می‌تواند به معنی ارسال اطلاعات به گذشته باشد که نقض‌کننده اصل علیت در فیزیک است. اما بر اساس اصل تفسیر مجدد فینبرگ چنین اتفاقی رخ نخواهد داد: انجام عمل 'دریافت' یک تاکیون در زمان حال، خود مسبب ایجاد تاکیونی است که در آینده 'فرستاده' خواهد شد، آن‌چنان که انگار تاکیون در زمان حال فرستاده می‌شود تا در آینده دریافت گردد. به عبارت دیگر می‌توان با تفسیر دوباره 'فرستادن' و 'دریافت کردن' از این بن‌بست منطقی رهایی یافت.

خواص[ویرایش]

خواص عجیبی که به تاکیون‌ها نسبت داده می‌شود باعث محبوبیت این ذرات در افسانه‌های علمی شده‌است. تاکیون‌ها در همه افراد وجود دارند. در هومیوپاتی درمان با اثر بر تاکیون صورت می‌گیرد. داروهای هومیوپاتی با توجه به اینکه بسیار رقیق هستند روی تا کیون‌ها اثر می‌گذارند.

این برای همه مشخص است که سفر با سرعتی بالاتر از نور امکان ندارد. در بهترین حالت یک ذرهٔ بدون جرم با سرعت نور سفر می‌کند. اما آیا این درست است؟

اثبات[ویرایش]

در سال ۱۹۶۲: بیلانیوک [۱] و دشپند [۲] و سادرشان [۳] در شمارهٔ ۲۲، صفحهٔ ۴۳ مجلهٔ فیزیک امروز [۴] چنین می‌نویسند:

برداری بکشید که با نیروی حرکت (P) در بعد X و با انرژی (E) در بعد Y. حال مخروط نور را با دو خط رسم کنید. (با در نظر گرفتن این که نیروی حرکت در این مورد برابر با انرژی است «E = P»)این بردار فضا – زمان تک بعدی ما را به دو بخش تقسیم می‌کند. بالا و پایین بردار مربع‌هایی زمان شکل و چپ و راست آن مربع‌هایی فضا شکل ایجاد می‌شود.

حال حقیقت بنیادی نسبیت اینگونه‌است:

E^۲ – P^۲ = m^۲

از این به بعد برای آسودگی در کار سرعت نور را یک فرض می‌کنیم. (C = ۱). برای مقادیر غیر صفر در جرم (m) یک شکل هذلولی به همراه چند شاخه در قسمت زمان شکل ایجاد خواهد شد. این مقدار از نقطهٔ (P,E) = (۰,m) می‌گذرد که در آن ذره در توقف خواهد بود. هر ذره‌ای با جرم (m) ناگزیر است که به قسمت‌های بالای هذلولی حرکت کند. در غیر این صورت در مدتی بدون پوشش (تابع پوشش) خواهد شد. البته در مجامع از آنها با نام ذرات مجازی یاد می‌شود که این به دور از بحث ماست. برای ذرات بدون جرم E^۲ = P^۲ و به همین دلیل ذره به مخروط نور حرکت خواهد کرد. این دو مورد نام‌هایی از قبیل تاردیون (Tardyon) که در تحقیقات نوین به آن برادیون (Bradyon) می‌گویند را دارا هستند. لوگزون (Luxon) ذراتی با سرعت کم در حدود سرعت ذرات نور هستند. تاکیون (Tachyon) نامی است که به ذرات پر سرعت نسبت داده شده‌است که در صورت وجود در آنها V>C می‌باشد. تاکیون‌ها اولین بار توسط جرالد فینبرگ (Gerald Feinberg) به فیزیک معرفی شدند. این معرفی بر روی کاغذی (در مقاله‌ای) که در مراحل ابتدایی بود با نام «امکان ذراتی با سرعت بیشتر از نور» (On the possibility of faster than light particles) انجام شد.

حال مانوس ترین معادلهٔ نسبیت به حالت زیر است:

E = m [۱ – (V/C) ^۲] ^ (-۰٫۵)

این بدان معناست که انرژی در این مورد مجازی است. اگرچه ما مقدار جرم را مجازی تصور می‌کنیم. آن هنگام انرژی به صورت حقیقی اما منفی برابر با مقدار زیر خواهد بود:

E^۲ – P^۲ = m^۲<۰ P^۲ – E^۲ = M^۲ or):)

که در اینجا M نیز حقیقی است. این مقدار هذلولی ای را در قسمت فشا شکل نمودار فضا – زمان ایجاد می‌کند. انرژی و نیروی حرکت یک تاکیون باید این رابطه را توجیه کند. بدین وسیله نیز می‌توان خواص جالبی از تاکیون‌ها را درک کرد. برای مثال هنگامیکه نیروی حرکت تاکیون‌ها کم شود آنها شتاب می‌گیرند. اگر آنها انرژی خود را از دست دهند سریعتر از نهایت به انرژی صفر می‌رسند که این فراتر از قوانین است. البته اینها نتایج عمیقی را به دنبال دارند. برای مثال فرض می‌کنیم که تاکیون‌ها دارای بار الکتریکی هستند: از آنجاییکه آنها با سرعت بیشتر از نور در خلا حرکت می‌کنند باید از خود تشعشعات چرنکوف (Cherenkov Radiation) منتشر کنند. انرژی کمتر آنها باعث می‌شود که سرعت آنها بیشتر شود. بهتر اینکه اگر تاکیون‌ها دارای بار الکتریکی باشند در یک واکنش به ذرات گریزان تبدیل می‌شوند و مقدار مطلقی از انرژی خود را رها می‌کنند. این مطلب بیان می‌کند که به رو آمدن با یک نظریهٔ مشهود از هیچ (به جز تاکیون‌های آزاد که بدون فاصله هستند) تقریباً برای اکتشاف و درک سخت است.

مشکل اینجاست که ما در آخر به خودانگیز بود خلقت تاکیون‌ها و جفت ضد تاکیونی (Anti-Tachyon Pair) می‌رسیم. البته برای حل این مشکل واکنش ذرات گریزان و نا پایدار بودن خلا را پیشنهاد کرده‌ایم. اگرچه برای برطرف کردن احتیاجات در تئوری میدان کوانتومی کار کمی پیچیده‌است و این آسان نیست که خلاصه بندی ای از نتایج داشته باشیم. اما یک راه معقول مراجعه به «تاکیون‌ها ذراتی تک قطبی» (Tachyons, Monopoles particles) و موضوعات مربوط است. (ای. رکمی «E. Recami» آموزش هلند شمالی – آمستردام – ۱۹۷۸).

البته تاکیون‌ها ذراتی کاملاً ناپدید نیستند. ممکن است تصور کنید که می‌توان آنها را در واکنشهای برون هسته‌ای تولید کرد. اگر آنها را بارور کنیم با تعقیب روشنایی تشعشعات چرنکاو می‌توانیم آنها را بیبینیم. اگرچه با بارور کردن آنها سرعت آنها بیشتر و بیشتر می‌شود. در این زمینه آزمایشات زیادی انجام گرفت اما تاکیونی پیدا نشد. تاکیون‌های طبیعی در آزمایشات باید از خود مواد طبیعی قابل رویت توزیع کنند اما در نتیجه و دوباره هیچ تاکیونی پیدا نشد.

اما آیا می‌توان توسط تاکیون‌ها در نقض نسبیت اطلاعات را انتقال داد؟

هنگامیکه مکانیک کوانتوم و همچنین نسبیتی این ذرات را بررسی کنیم درک جواب این سوال که آیا آنها سریعتر از نور می‌روند مشخص می‌شود. در این چهارچوب تاکیون‌ها موج هستند و باید معادلهٔ امواج را توجیه کنند. برای آسودگی بیشتر در کار اسپین تاکیون‌های آزاد را صفر فرض می‌کنیم. همانطور که گفته شد C = ۱ فرض می‌کنیم تا محاسبات تمیز تر باشند. حال انتظار می‌رود که امور امواج منفرد با معادلهٔ معمول برای ذرات با اسپین صفر مطابق باشد. رابطهٔ کلین – گردن (Klein – Gordon):

(BOX, m^۲) Phi = ۰

که در آن BOX همان D'Alembertian است که در ۳ بعد برابر مقدار زیر می‌باشد:

BOX = (d/dt)^۲ – (d/dx)^۲ – (d/dy)^۲ – (d/dz)^۲

تفاوت در اینجاست که جرم در اینجا منفی و دا واقع مجازی است. برای اینکه دچار پیچیدگیهای ریاضی نشویم بهتر است در کی بعد و با تعادل مشترک X و t کار کنیم. بنابراین:

BOX = (d/dt)^۲ – (d/dx)^۲

هر آن چیزی که گفته می‌شود را به صورت عام برای دنیای واقعی و ۳ بعدی خود مناسب خواهیم کرد.

با در نظر نگرفتن جرم به عنوان عاملی مجازی هر معادله‌ای به صورت ترکیب خطی یا انطباقی راه حل‌هایی با فرم زیر را خواهند داشت:

Phi (t,X) = exp (-iEt,ipX)

که در آن E^۲ – P^۲ = m^۲ می‌باشد. حال که مجذور جرم منفی است دو مسئلهٔ مجزا ایجاد می‌شود:

الف) هنگامیکه انرژی حقیقی است |P| ≥ |E| جواب بدین صورت خواهد بود که قلل امواج در آن در طول میزان (|P| / |E|) ≥ ۱,i.e. سرعت ذره از سرعت نور کمتر نخواهد بود.

ب) هنگامیکه |P| ≤ |E| جواب بدین صورت خواهد در واقع انرژی مجازی است و جواب بدین صورت خواهد بود که امواج قوه (یک عمل ریاضی) را به عنوان گذر زمان وسعت می‌دهند.

بنابراین نتیجهٔ دوم را بررسی می‌کنیم. اگرچه جواب در آن غیر معلوم است اما اگر آنرا رها کنیم تمام موضوع غیر معلوم می‌ماند.

۱) اگر سری جواب دوم را بررسی کنیم: می‌توانیم معادلهٔ کلین – گردن را از راهی غیر معقول بدون اعداد اولیه و مقدار غیر معقول برای Phi و با اولین مشتق گیری آن و در نتیجهt = ۰ حل کنیم.

با شاخص معادلهٔ امواج ما می‌توانیم گفتهٔ زیر را اثبات کنیم که Phi و زمان آن با مشتق گیری در بیرون بازهٔ [-L,L] صفر خواهد شد. و هنگامیکه t = ۰ است تمامی مقادیر نیز در بازهٔ [-L -|t|,L|t|] در هر زمانی صفر خواهد شد.

در گفتار بهتر متمرکز کردن پراکندگی‌ها سرعت بیشتر از سرعت نور را ایجاد نخواهد کرد. این بر خلاف عقیدهٔ ما به نظر می‌رسد اما این یک حقیقت ریاضی است که تاکیون‌ها با سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت می‌کنند و این به نام «سرعت واحد انتشار» (Unit Propagation Velocity) شناخته شده‌است.

۲) اگر سری جواب دوم را بررسی نکنیم: معادلهٔ کلین – گردن را نمی‌توانیم با ارقام ابتدای حل کنیم. اما فقط مقادیر ابتدایی! زیرا فوریر (Fourier) با استفاده از قضیهٔ پالی - وینر (Paley – Wiener) این موضوع را از بی مقداری در بازهٔ [-|m|,|m|] به کلی تغییر داد. این کار نتیجه‌ای عجیب داشت: این دیگر غیر ممکن بود که معادله را با مقادیر ابتدایی ای که بعضی از مقادیر را در بیرون از بازهٔ نام بردهٔ [-L,L] از بین می‌برد حل کرد.

در گفتار بهتر ما نمی‌توانیم تاکیون‌ها را در منطقه‌ای خاص بویژه مکان اولیه‌شان محدود کنیم. بنابراین غیرممکن است که تصمیم بگیریم آیا سرعت واحد انتشار در بخش اول وجود دارد یا نه؟ البته قلل امواج exp (-iEt,iPx) با سرعتی بیش از سرعت نور حرکت می‌کنند اما این امواج هیچگاه در مکان اولیه متمرکز نشده‌اند.

و این بدین معناست که ما نمی‌توانیم از تاکیون‌ها برای انتقال اطلاعات استفاده کنیم. در واقع انجام این کار احتیاج به رمز نویسی ای دارد که آن با تمرکز میدان تاکیون‌ها همراه است و فرستادن آن نیازمند داشتن گیرنده‌های مخصوصی می‌باشد که این کار را انجام دهند. اما می‌دانیم که به هر حال به هر دو روش نمی‌توان اینکار را انجام داد. در واقع: متمرکز کردن تاکیون‌های پراکنده مادون روشنایی است و ماورای روشنایی حاصل پراکنده و نا متمرکز بودن تاکیون‌ها است.

منابع[ویرایش]

  1. Blianiuk
  2. Deshpande
  3. Sudarshan
  4. Physics Today
  • ناسا به نقل از www.gae.ucm.es