Чому, ймовірно, не існує тахіонів, що подорожують у часі

Тахіони, подорож у часі

Тахіони – це гіпотетичні частинки, які завжди рухаються швидше за швидкість світла. Ейнштейн показав, що такі частинки забезпечать зв’язок у минуле, що відкриває всілякі проблеми з фундаментальним правилом Всесвіту. Хоча фізики не довели, що тахіони не можуть існувати, є вагомі підстави вважати, що це не так.

Перешкода, що ніщо з масою не може рухатися зі швидкістю світла, не є лише вираженням обмеженості техніки чи провалу уяви. Це закладено в самі закони Всесвіту, пише астрофізик Пол Саттер.

Скажімо, ви хочете почати подорожувати швидше за швидкість світла. Оскільки ви маєте масу, ваш поштовх повинен подолати трохи інерції. Ви запалюєте ракету, наприклад, і летите.

На швидкостях, набагато нижчих за швидкість світла, все має сенс: кожну секунду, коли ви запускаєте свої двигуни, ви отримуєте однакове прискорення та таке саме збільшення вашої швидкості.

Але коли ви наближаєтеся до швидкості світла, починає відбуватися щось смішне. Та сама кількість енергії, яка вкладається у ваші двигуни, починає давати вам усе менше й менше прискорення, тому ви отримуєте меншу швидкість за свої гроші. Незважаючи на те, що ваші двигуни працюють на максимальних можливостях, ви наближаєтеся до швидкості світла, але ніколи її не досягаєте. У якийсь момент ви розумієте, що для досягнення швидкості світла вам потрібно вкласти нескінченну кількість енергії у ваші двигуни — якої у вас немає.

Проблема тут полягає в тому, що енергія є масою, як задано E = mc^2. Чим швидше ви рухаєтеся, тим більше у вас кінетичної енергії, а це означає, що ви буквально важчі, чим швидше рухаєтесь. Коли ви наближаєтеся до швидкості світла, ваша маса зростає до нескінченності, тому потрібна нескінченна потужність ракети, щоб досягти швидкості світла.

Обхідний шлях тахіонів

Безмасові об’єкти, як і саме світло, автоматично рухаються зі швидкістю світла, ніколи не сповільнюючись і не прискорюючись. У 1967 році, спираючись на дослідження, фізик Джеральд Файнберг запропонував новий клас частинок: об’єкти з «уявною масою». (Тут «уявний» означає математичний термін для кореня квадратного з -1.) Ці частинки, які він назвав тахіонами, ніколи не рухатимуться повільніше швидкості світла. Фактично, вони були б змушені завжди рухатися вище швидкості світла, і їм було б так само важко сповільнитися до швидкості світла, як і нам, намагаючись прискоритися до неї.

Фейнберг не був першим, хто розглянув частинки, швидші за світло, але він був тим, хто запровадив для них назву. Ейнштейн погрався з цією ідеєю, але виявив, що такі частинки порушують центральне правило Всесвіту: причинність.

Причинність настільки фундаментальна, що лежить в основі всього, що ми розуміємо про роботу Всесвіту. Простіше кажучи, причинність стверджує, що причини мають передувати наслідкам. Я маю написати вам до того, як ваш телефон подасть звуковий сигнал, я маю покласти шматочок сиру в рот, перш ніж я зможу його з’їсти, і так далі.

Але тахіони здатні порушувати причинність. Щоб зрозуміти, як це зробити, давайте проведемо невеликий уявний експеримент.

Я сиджу на Землі, а ви переживаєте якусь грандіозну пригоду у Всесвіті. Я хочу надіслати вам сигнал за допомогою тахіонів, тому я запускаю свій тахіонний передавач і передаю повідомлення.

З моєї точки зору, тахіони мчать від мене швидше за швидкість світла у вашому напрямку. Все йде нормально.

Якщо ви стоїте абсолютно нерухомо, то зрештою тахіон досягне вас за менший час, ніж це знадобилося б для світла. Ви не зможете побачити тахіон, що наближається, доки він не пройде повз вас, що все одно не є великою проблемою. Якби ви навели на мене телескоп, ви б отримали тахіон, перш ніж побачите зображення, на якому я натискаю кнопку, щоб надіслати його. Цікаво, але все одно не велика проблема.

Проблема виникає, якщо ви починаєте рухатися. У теорії відносності, з вашої точки зору, ви стоїте на місці, а Земля ніби віддаляється. Це вводить уповільнення часу: з вашої точки зору, все у Всесвіті — включно з тим, що я натискаю кнопку — сповільнюється. Фактично, якщо ви подорожуєте достатньо швидко, ви можете отримати мій тахіон і надіслати відповідь ще до того, як я взагалі натисну кнопку. Тобто ви можете надіслати сигнал назад у часі.

Якщо ви дозволите посилати сигнали назад у часі, ви зможете грати в багато цікавих ігор, які створюють протиріччя. Ви можете надіслати повідомлення, щоб запобігти зустрічі ваших бабусь і дідусів, а це означає, що ви ніколи не існуватимете, але вам потрібно існувати, щоб повернутися в минуле, щоб запобігти зустрічі бабусь і дідусів. Ви можете викликати вибух, який знищить тахіонний випромінювач до того, як він отримає ваше повідомлення. Ви навіть можете знищити себе у власному минулому.

І оскільки ми живемо не у Всесвіті, де відбуваються ці протиріччя та порушення причинності, здається малоймовірним, що тахіони існують.

Раніше ми розповідали про те, як виглядав би Всесвіт, якби ви перевищили швидкість світла.

Прокрутити вгору