Тахионы
(е)
из которой следует, что если отношение V/с меньше единицы (как это имеет место для обычных объектов), то рс/Е меньше единицы, Е2 — р2с2 больше нуля и, тем самым, m2 — положительная величина. С другой стороны, для объектов, которые движутся быстрее света, V/с больше единицы, E2 — р2c2 меньше нуля и поэтому т2 - отрицательная величина. В любом случае квадрат массы покоя для данного объекта имеет всегда неизменное значение и может быть вычислен, если известны из опыта энергия и импульс этого объекта.
Итак, для гипотетических частиц, движущихся быстрее света, которые в принципе нельзя перевести в состояние покоя, масса покоя не является непосредственно измеримой, и поэтому она не обязана быть вещественной. Однако квадрат массы покоя можно выразить через измеримые величины — энергию и импульс частицы,— и, тем самым, непосредственно измерить. Для обычных объектов квадрат массы покоя является положительным вещественным числом. Для сверхсветовых частиц он должен быть отрицательным числом; в действительности на этом обстоятельстве основаны все попытки обнаружить эти частицы. Следует также упомянуть, что существует еще и третий класс частиц, включающий фотоны (световые кванты) и нейтрино, для которых масса покоя равна нулю, так что они всегда движутся со скоростью с.
Поэтому вполне реальной кажется возможность существования объектов природы нового типа: они должны всегда двигаться быстрее света. Последнее утверждение инвариантно в том смысле, что если тело движется быстрее света относительно одного наблюдателя, оно должно двигаться быстрее света и относительно любого другого наблюдателя, движущегося относительно первого наблюдателя со скоростью, меньшей скорости света. Такие наблюдатели — единственные, о которых мы что-нибудь знаем. Следует подчеркнуть, что все рассуждения, приведенные здесь и ниже, совместимы со специальной теорией относительности и исходят из справедливости ее формул для движущихся частиц, даже если эти частицы движутся быстрее света.
В предвидении возможного открытия сверхсветовых частиц я назвал их «тахионами» от греческого слова «тахис», что означает «быстрый». Чтобы показать, как физики подходят к исследованию тахионов, я опишу ряд свойств, благодаря которым можно было бы отличить их от обычных частиц.
Одно такое свойство следует непосредственно из соотношения между энергией и скоростью в теории относительности. Мы видели, что для обычных частиц с увеличением скорости их энергия также возрастает. Для тахионов же наоборот: увеличение скорости приводит к убыванию энергии. Тем самым, тахион, который потерял энергию за счет взаимодействия с обычной материей или за счет испускания света, должен увеличить свою скорость. В то же время тахион, получивший энергию от некоего источника, должен замедлиться и его скорость должна стремиться к с сверху, а не снизу. Таким образом, скорость света с играет роль предельной скорости и для тахионов, но для них — это нижний предел, тогда как для обычных тел она является верхним пределом их скорости.
В предельном случае тахиона, движущегося с бесконечной скоростью, его полная энергия должна равняться нулю, хотя его импульс остается конечным. Следует подчеркнуть, что для тахиона, движущегося с бесконечной скоростью, в нуль обращается именно полная энергия, а не просто кинетическая энергия. Для обычных частиц с ненулевой массой покоя полная энергия никогда не может обратиться в нуль.
Однако условие бесконечности скорости тахиона не инвариантно, а зависит от наблюдателя. Если тахион движется с бесконечной скоростью с точки зрения одного наблюдателя, то его скорость, измеренная другим наблюдателем, движущимся относительно первого, не должна быть бесконечной, а должна быть некой конечной величиной между с и бесконечностью. Это есть другая интерпретация открытия Эйнштейном того, что понятие одновременности событий в различных точках пространства имеет лишь относительный, а не абсолютный смысл.
Второе свойство тахионов, которое серьезно отличает их от обычных частиц, связано с зависимостью значений энергии и последовательности событий во времени от относительного движения наблюдателей. Для обычных частиц энергия — это число, которое изменяется при переходе от наблюдателя к наблюдателю, но остается всегда положительным. В то же время, если энергия тахиона положительна для одного наблюдателя, она может быть отрицательной для другого наблюдателя, движущегося относительно первого. Вследствие законов теории относительности для тахионов справедливо следующее утверждение: энергия тахиона всегда меньше произведения его импульса на скорость света с; это замечание не имеет места для обычных частиц. Если тахионы отрицательной энергии испускаются невозбуждаемыми атомами обычной материи, то испускающие атомы должны быть нестабильными, и, тем самым, существование таких тахионов находится в противоречии с установленной на опыте стабильностью обычной материи.
Изменение знака энергии тахиона при переходе от наблюдателя к наблюдателю связано с другим странным свойством тахионов. Если один наблюдатель видит, что обычная частица была испущена (скажем, атомом А) в некоторый момент времени и поглощена где-то (атомом Б) в последующий момент времени, то всякий другой наблюдатель, движущийся относительно первого, увидит этот процесс в той же хронологической последовательности — испускание атомом А предшествует во времени поглощению атомом Б — хотя временной интервал и будет меняться от наблюдателя к наблюдателю. В то же время тахионы из-за того, что они движутся быстрее света, могут двигаться между точками в «пространстве — времени», хронологическая последовательность которых может меняться от наблюдателя к наблюдателю. Следовательно, если один из наблюдателей увидел тахион, испущенный атомом А в момент времени t1 и поглощенный атомом Б в последующий момент времени t2, то другой наблюдатель может найти, что момент времени t1' который соответствует t1, является более поздним, чем момент времени t2, который соответствует t2'. Если это имеет место, то второй наблюдатель естественно должен интерпретировать эту цепочку событий следующим образом: тахион испускается атомом Б поглощение должны взаимно превращаться друг в друга в случае изменения скорости наблюдателя. Это означает, что между этими двумя процессами в данном случае существует более тесная связь, чем для обычных частиц.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5