Тахионы
ЧАСТИЦЫ, ДВИЖУЩИЕСЯ БЫСТРЕЕ СВЕТА
Попытки обнаружить такие частицы, названные тахионами, дали лишь отрицательные результаты. Однако, вопреки существующему всеобщему заблуждению, их существование не противоречило бы теории относительности .
Со времени формулировки Эйнштейном специальной теории относительности в 1905 г. и ее последующего подтверждения многочисленными экспериментами физики почти поголовно убеждены в том, что скорость света в вакууме (около 300000 км/сек) — это максимальная скорость, с которой энергия или информация могут распространяться в пространстве. Действительно, первая работа Эйнштейна по теории относительности содержит утверждение: «скорости, превышающие скорость света, существовать не могут».
В основе этого вывода Эйнштейна лежало заключение, согласно которому уравнения теории относительности подразумевают возрастание массы объекта с увеличением его скорости. В конце концов при достижении скорости света (которую обычно обозначают с) масса становится бесконечной. Поскольку масса тела является мерой его сопротивления изменению скорости в случае ее приближения к бесконечному значению, дальнейшее ускорение тела становится невозможным. С другой стороны, установленное соотношение между энергией и скоростью, имеющее место в теории относительности, таково, что когда скорость тела приближается к значению с, его энергия стремится к бесконечности. Поскольку эта энергия должна быть сообщена каким-то образом телу в процессе ускорения, для ускорения тела от какой-нибудь малой скорости до скорости света был бы необходим бесконечный источник энергии. Подобные бесконечные источники энергии существовать не могут, и поэтому никоим образом нельзя заставить тело увеличивать скорость от величины, меньшей с вплоть до самой с.
Кроме того, если бы тело смогло хоть как-то перейти от скорости меньше c к скорости больше с, в силу тех же уравнений теории относительности, его энергия и импульс превратились бы в чисто мнимые числа, т. е. в числа, содержащие квадратный корень из отрицательного числа. Подобная ситуация кажется не имеющей никакого физического смысла. Дело в том, что объекты с мнимой энергией, очевидно, не в состоянии обмениваться энергией с объектами, имеющими реальную энергию, и в силу этого не могут на них воздействовать. По этой причине подобные объекты нельзя обнаружить с помощью реальных приборов. Поэтому вполне можно сказать, что они не существуют. В рамках теории, разработанной Эйнштейном, в которой свойства объектов изменялись непрерывно, а рождение новых объектов не рассматривалось, по этой причине казалось вполне логичным допустить, что ни одна форма энергии, а тем самым, ни одна форма вещества не в состоянии перемещаться быстрее света.
Однако с развитием субъядерной физики точка зрения на природу значительно изменилась. Как мы теперь знаем, субъядерные частицы могут без труда рождаться и уничтожаться и в результате взаимодействия их энергия и другие свойства меняются скачками, а не непрерывным образом, типичным для классической физики. Тем самым, можно представить себе ситуацию, когда рождаются частицы, уже обладающие скоростью больше скорости света. Это позволило бы обойти необходимость ускорения их через «световой барьер», что должно сопровождаться бесконечным расходом энергии.
Далее можно потребовать, чтобы такие частицы всегда двигались со скоростями, превышающими с, что, очевидно, невозможно предположить для известных частиц. Если предположить выполнение этих условий, то без особого труда можно будет удовлетворить требованию, согласно которому данные частицы должны переносить вещественную энергию и импульс. Математически этого можно добиться, допустив, чтобы определенная константа, входящая в соотношение между энергией и скоростью, была бы чисто мнимой величиной, а не вещественной, как это имеет место для обычных частиц. Эту константу обычно называют массой покоя, поскольку для обычных тел, которые могут быть замедлены до состояния покоя, она действительно дает значение массы покоя этого тела.
Соотношение между энергией и скоростью, которое должно выполняться для любого объекта, подчиняющегося специальной теории относительности, имеет вид
(а)
где Е — энергия объекта, v — его скорость и с — скорость света. Величину т принято называть массой покоя объекта, и она связана с энергией покоя объекта Е0 формулой
(б)
Для тела, движущегося со скоростью, превышающей скорость света, отношение V2/с2 больше единицы. Поэтому величина под знаком квадратного корня в формуле (а) оказывается отрицательной, а знаменатель величины, обозначенной в той же формуле через Е, оказывается чисто мнимым числом (т. е. числом, содержащим квадратный корень из отрицательного числа). Чтобы в этом случае сделать величину Е вещественной, следует выбрать в качестве т чисто мнимое число 
. Поскольку такой объект всегда перемещается со скоростью, превышающей скорость света, его энергия, которую можно представить формулой
(в)
будет вещественной, поскольку величина (v2/c2 - 1) будет в этом случае положительной. Импульс р любого тела, подчиняющегося специальной теории относительности, можно выразить через его скорость формулой
(г)
в которой т не зависит от v. Как это следует из комбинации этой формулы с формулой (а), величина, представленная формулой
E2 – p2c2 = m2c4 (д)
не зависит от v. Поэтому она будет одной и той же для всех наблюдателей. Величина m2 (называемая квадратом массы покоя) в силу этого является постоянной для всякого объекта, даже для частиц, подобных фотонам (световым квантам) или тахионам, которые никогда не бывают покоящимися. Из этих соотношений можно также вывести формулу
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5