تاکیون‌ها و سرعت‌های بالاتراز سرعت نور

آیا واقعا ممکن است که سرعت‌های بالاتر از سرعت نور وجود داشته باشد؟

بر اساس نظریه نسبیت هیچ فرآیند فیزیکی نمی تواند در سرعت‌های بالاتر از سرعت نور در خلاء انجام گیرد. بدون تردید، قابل قبول نبودن این سرعت‌ها یکی از عجیب‌ترین فرضیات فیزیک جدید است.

در کنار دنیایی با سرعت‌های کمتر از سرعت نور (جهان تاردیون، مشتق از کلمه لاتین تاردوس به معنای آهسته)، دنیای دیگری وجود دارد که سرعت نور در آن از سرعت‌های دیگر کمتر است، نه بیشتر (جهان تاکیون مشتق از لغت یونانی تاخیس به معنی سریع می‌باشد). دنیای دوم کشف نشده است، زیرا هیچ نقطه مشترکی با دنیای اول ندارد.

در سالهای اخیر، تعدادی مقاله تحقیقاتی منتشر شده که نویسندگان آنها احتمال وجود ذراتی که آن را «ابر نور» نامیده‌، مورد بررسی قرار داده‌اند.

واقعیت عجیبی که در مورد فرضیه ابر نور وجود دارد، آن است که این فرضیه، نظریه نسبیت خاص را نقض نمی‌کند، بلکه آن را با دنیایی که در آن سوی محدوده سرعت نور قرار دارد، سازگارتر و هماهنگ‌تر می‌سازد.

اما اگر تاکیون‌ها وجود داشتند؟

عقاید متفاوتی در این مورد وجود دارد. اگر تاکیون‌ها واقعا وجود داشته باشند، چه می‌شود؟ در این صورت آنها نوع سوم ذراتی می‌باشند که برای ما شناخته شده‌اند.

اولین نوع شامل ذراتی است که هیچگاه به سرعت نور نمی‌رسند. (یعنی تقریبا تمام ذرات بنیادی شناخته شده)،

نوع دوم فوتون‌ها (کوانتاهای تابش الکترومغناطیسی) و احتمالا نوترینوها می‌باشند که هر دو آنها با سرعت نور منتشر می‌شوند.

تاکیون ها همواره دارای سرعتی می‌باشند که از سرعت نور بیشتر است.

 67630202881991864

دنیای تاکیون‌ها و دنیای ما

دنیای تاکیون‌ها هیچ نقطه مشترکی با دنیای ما که در آن سرعت‌ها کمتر از سرعت نور است ندارد. سه نوع ذره‌ای که هم اکنون ذکر آنها به میان آمد، دارای یک خاصیت مشترک می‌باشند. ذرات یک گروه تحت هیچ شرایطی نمی‌توانند به ذرات گروه دیگر تبدیل شوند. از سوی دیگر، فقط بر اساس دانش جدید می‌توانیم چنین اظهار نظری را به عمل آوریم. اگر این مسئله را از دیدگاه اطلاعات علمی کامل‌تری که هنوز ناشناخته است مورد بررسی قرار دهیم، ممکن است که کاملاً تغییر نماید. در آن صورت می‌توانیم فرض کنیم که دنیای تاکیون ها با دنیای ما برخورد پیدا می‌کند و این بدان معنی است که فرآیندهایی در طبیعت وجود دارند که در جهات نامشخص پیش می‌روند.

اصل علیت که بر اساس آن علت همیشه مقدم بر معلول است، یک اصل اساسی فیزیکی است. به بیان دیگر، هیچ رویدادی نمی‌تواند گذشته را تحت تاثیر قرار دهد و موجب تغییر آن چیزی گردد که اتفاق افتاده است. ولی در دنیای ذراتی که با سرعت نور و یا بیشتر از آن حرکت می کنند، این اصل ممکن است تغییر نماید و علت و معلول با توجه به چارچوب مرجع، جای خود را عوض کنند.

در فرآیندهایی که پیام‌ها با سرعت بیشتر از سرعت نور حرکت می‌نمایند، تسلسل وقایع (وقایعی که پیش از وقایع دیگر رخ می‌دهند) به انتخاب دستگاه مختصات بستگی پیدا می‌کند، در عین حال، جهت جریان اطلاعات یعنی اساس بستگی علت و معلول تغییر نمی‌نماید. این مسئله موجب نقص علیت می‌گردد.

بازگشت به گذشته

گمان می‌رود چنین جریانی بتواند برای ایجاد ارتباط تلفنی با گذشته کمک کند یا ممکن است شخصی خود را به ساعت ۱۱ صبح روز قبل انتقال دهد. چنین چیزی مادامی که دنیای سرعتهای کوچک‌تر از سرعت نور با دنیای سرعتهای بزرگ‌تر از سرعت نور برخورد پیدا کند، در تناقض می‌باشد. اگر فقط محدوده سرعت‌های بالاتر از سرعت نور را مورد توجه قرار دهیم، چین تناقضاتی به‌وجود نمی‌آید. تاکنون هیچ یک از اطلاعات تجربی به دست آمده وجود تاکیون‌ها را به اثبات نرسانیده‌اند.

دنیای ریز ذره‌ها

پیشرف جهان کوچک عقاید و تصورات خارق‌العاده‌ای پدید می‌آورد که نظریه‌های دانش عادی را نقض می‌کند و آشکارا نشان می‌دهد چنین عقیده‌ای که معلومات امروزی علمی، مفاهیمی مطلق و غیر قابل تغییر هستند، پوچ می‌باشد. به نظر نمی‌آید که هیچگاه پیشرفت فیزیک و اختر فیزیک به انتها برسد.

فرضیه ذرات بنیادی که همواره وقایع عجیب‌تری را آشکار می‌سازد، دائما با مفاهیم پیچیده ریاضی و سایر مفاهیم پیچیده به‌ وجود می‌آید که با دنیایی که ما را احاطه کرده هیچ‌گونه مشابهتی ندارد. باید گفت که این فرضیه روز به روز بیشتر با فرضیه کیهانی آمیخته می‌شود. به عبارت دیگر قوانین طبیعی حاکم و نقطه نهایی و متضاد ابعاد جهانی یعنی دنیای ریز ذره‌ها و دنیای وقایع کیهانی هیچگاه با یکدیگر متناقض نیستند.

بیان ریز ذره‌ها بوسیله پدیده گرانشی

با نفوذ بیشتر در دنیای ریز‌ذره‌ها، اثرات گرانشی بطور قابل توجهی کمتر می‌شوند. ولی این مساله تا نقطه معینی صادق است و نقش آنها بطور مشخصی افزایش می‌یابد و آنها مانند وضعیتی که در جهان بزرگ وجود دارد به صورت پدیده‌های فیزیکی غالب در می‌آیند. در دنیای ریز ذره‌ها که وجه مشخصه آن فواصل کوچک است، مقادیر انرژی و در نتیجه جرم به اندازه‌ای افزایش می‌یابد که از این نظر دنیای ریز‌ذره‌ها، مشابه پدیده‌های دنیای بزرگ و فوق‌العاده بزرگ می‌گردد و دو جهان مانند گذشته یکی می‌شوند و به همین دلیل آنها برخی از قوانین طبیعت مشترک هستند.

سیاهچاله‌ها که نشان‌دهنده چگالی فوق‌العاده زیاد ماده هستند، ناحیه دیگری می‌باشند که در آن وقایع جهانی و میکروسکوپیک با هم یکی می‌شوند. در اینجا پدیده گرانشی در هر دو حالت عظیم است که در حالت اول بصورت هندسه تغییر یافته فضا و در حالت دوم به صورت اثرات مکانیک کوانتومی بیان می‌شود.

بررسی دقیق‌تر تاکیون‌ها

مارس ۱۹۹۳ بوسیله ی اسکات . آی. چیس (Scott I. Chase)

اولین انتشار در مجله ی علوم (Science Magazine)

رجینالد بولر: (Reginald Buller):

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

 

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 می کند.

بالا و پایین بردار مربع هایی زمان شکل و چپ  و راست آن مربع هایی فضا شکل ایجاد می شود.

حال حقیقت بنیادی نسبیت اینگونه است:

E2 – P2 = m2

از این به بعد برای آسودگی در کار سرعت نور را یک فرض می کنیم. (C = 1).

برای مقادیر غیر صفر در جرم (m) یک شکل هذلولی به همراه چند شاخه در قسمت زمان شکل ایجاد خواهد شد.

این مقدار از نقطه ی (P,E) = (0,m) می گذرد که در آن ذره در توقف خواهد بود.

هر ذره ای با جرم (m) ناگزیر است که به قسمت های 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 می شود که این به دور از بحث ماست.

برای ذرات بدون جرم E^2 = P^2 و به همین دلیل ذره به مخروط نور حرکت خواهد کرد.

این دو مورد نام هایی از قبیل تاردیون (Tardyon) که در تحقیقات نوین به آن برادیون (Bradyon) می گویند 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 شده است که در صورت وجود در آنها V>C می باشد.

تاکیون ها اولین بار توسط جرالد فینبرگ (Gerald Feinberg) به فیزیک معرفی شدند.

این معرفی بر روی کاغذی (در مقاله ای) 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 معادله ی نسبیت به حالت زیر است:

E = m [1 – (V/C)2(-۰٫۵)

این بدان معناست که انرژی در این مورد مجازی است. اگرچه ما مقدار جرم را مجازی تصور می کنیم.

آن هنگام انرژی به صورت حقیقی اما منفی برابر با مقدار زیر خواهد بود:

E2 – P2 = m2<0

 یا

P2 – E2 = M2

که در اینجا M نیز حقیقی است.

این مقدار هذلولی ای را در قسمت فشا شکل نمودار فضا – زمان ایجاد می کند.

انرژی و نیروی حرکت یک تاکیون باید این رابطه را توجیه کند.

بدین وسیله نیز می توان خواص جالبی از تاکیون ها را درک کرد.

برای مثال هنگامیکه نیروی حرکت تاکیون ها کم شود آنها شتاب می گیرند.

اگر آنها انرژی خود را از دست دهند سریعتر از نهایت به انرژی صفر می رسند که این فراتر از قوانین است.

البته اینها نتایج عمیقی را به دنبال دارند.

برای مثال فرض می کنیم که تاکیون ها دارای بار الکتریکی هستند:

از آنجاییکه آنها با سرعت بیشتر از نور در خلا حرکت می کنند باید از خود تشعشعات چرنکوف (Cherenkov Radiation) منتشر کنند.

انرژی کمتر آنها باعث می شود که سرعت آنها بیشتر شود.

بهتر اینکه اگر تاکیون ها دارای بار الکتریکی باشند در یک واکنش به ذرات گریزان تبدیل می شوند و مقدار مطلقی از انرژی خود را رها می کنند.

این مطلب بیان می کند که به رو آمدن با یک نظریه ی مشهود از هیچ (به جز تاکیون های آزاد که بدون فاصله هستند) تقریبا برای اکتشاف و درک سخت است.

مشکل اینجاست که ما در آخر به خودانگیز بود خلقت تاکیون ها و جفت ضد تاکیونی (Anti-Tachyon Pair) می رسیم.

البته برای حل این مشکل واکنش ذرات گریزان و نا پایدار بودن خلا را پیشنهاد کرده ایم.

اگرچه برای برطرف کردن احتیاجات در تئوری میدان کوانتومی کار کمی پیچیده است و این آسان نیست که خلاصه بندی ای از نتایج داشته باشیم.

اما یک راه معقول مراجعه به “تاکیون ها ذراتی تک قطبی” (Tachyons, Monopoles particles) و موضوعات مربوط است. (ای. رکمی “E. Recami” آموزش هلند شمالی – آمستردام – ۱۹۷۸).

البته تاکیون ها ذراتی کاملا ناپدید نیستند.

ممکن است تصور کنید که می توان آنها را در واکنشهای برون هسته ای تولید کرد.

اگر آنها را بارور کنیم با تعقیب روشنایی تشعشعات چرنکاو می توانیم آنها را بیبینیم. اگرچه با بارور کردن آنها سرعت آنها بیشتر و بیشتر می شود.

در این زمینه آزمایشات زیادی انجام گرفت اما تاکیونی پیدا نشد. تاکیون های طبیعی در آزمایشات باید از خود مواد طبیعی قابل رویت توزیع کنند اما در نتیجه و دوباره هیچ تاکیونی پیدا نشد.

اما آیا می توان توسط تاکیون ها 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 می روند مشخص می شود.

در این چهارچوب تاکیون ها موج هستند و باید معادله ی امواج را توجیه کنند.

برای آسودگی بیشتر در کار اسپین تاکیون های آزاد را صفر فرض می کنیم.

همانطور که گفته شد C = 1 فرض می کنیم تا محاسبات تمیز تر باشند.

حال انتظار می رود که امور امواج منفرد با معادله ی معمول برای ذرات با اسپین صفر مطابق باشد.

رابطه ی کلین – گردن (Klein – Gordon):

(BOX, m2) Phi = 0

که در آن BOX همان D’Alembertian است که در ۳ بعد برابر مقدار زیر می باشد:

BOX = (d/dt)2 – (d/dx)2 – (d/dy)2 – (d/dz)2

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)2 – (d/dx)2

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

با در نظر نگرفتن جرم به عنوان عاملی مجازی هر معادله ای به صورت ترکیب خطی یا انطباقی راه حل هایی با فرم زیر را خواهند داشت:

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

که در آن     E2 – P2  = m2  می باشد.

حال که مجذور جرم منفی است دو مسئله ی مجزا ایجاد می شود:

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 می دهند.

بنابراین نتیجه ی دوم را بررسی می کنیم. اگرچه جواب در آن غیر معلوم است اما اگر آنرا رها کنیم تمام موضوع غیر معلوم می ماند.

۱) اگر سری جواب دوم را بررسی کنیم: می توانیم معادله ی 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 = 0   حل کنیم.

با شاخص معادله ی امواج ما می توانیم گفته ی زیر را اثبات کنیم که Phi و زمان آن با مشتق گیری در بیرون بازه ی [-L,L]  صفر خواهد شد.

و هنگامیکه t = 0 است تمامی مقادیر نیز در بازه ی [-L -|t|,L|t|] در هر زمانی صفر خواهد شد.

در گفتار بهتر متمرکز کردن پراکندگی ها سرعت بیشتر از سرعت نور را ایجاد نخواهد کرد.

این بر خلاف عقیده ی ما به نظر می رسد اما این یک حقیقت ریاضی است که تاکیون ها با سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت می کنند و این به نام “سرعت واحد انتشار” (Unit Propagation Velocity) شناخته شده است.

۲) اگر سری جواب دوم را بررسی نکنیم: معادله ی کلین – گردن را نمی توانیم با ارقام ابتدای حل کنیم. اما فقط مقادیر ابتدایی!

زیرا فوریر (Fourier) با استفاده از قضیه ی پالی –  وینر (Paley – Wiener)  این موضوع را از بی مقداری در بازه ی [-|m|,|m|] به کلی تغییر داد.

این کار نتیجه ای عجیب داشت:

این دیگر غیر ممکن بود که معادله را با مقادیر ابتدایی ای که بعضی از مقادیر را در بیرون از بازه ی نام برده ی [-L,L]  از بین می برد حل کرد.

در گفتار بهتر ما نمی توانیم تاکیون ها را در منطقه ای خاص بویژه مکان اولیه شان 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 می کنند اما این امواج هیچگاه در مکان اولیه متمرکز نشده اند.

و این بدین معناست که ما نمی توانیم از تاکیون ها برای انتقال اطلاعات استفاده کنیم.

در واقع انجام این کار احتیاج به رمز نویسی ای دارد که آن با تمرکز میدان تاکیون ها همراه است و فرستادن آن نیازمند داشتن گیرنده های مخصوصی می باشد که این کار را انجام دهند.

اما می دانیم که به هر حال به هر دو روش نمی توان اینکار را انجام داد. در واقع:

متمرکز کردن تاکیون های پراکنده مادون روشنایی است و ماورای روشنایی حاصل پراکنده و نا متمرکز بودن تاکیون ها است.

منبع: ناسا به نقل از  www.gae.ucm.es

ترجمه: علیرضا یعقوبی

عکس از: www.treknology.org

نقل از هوپا

image_pdfimage_print
(18 نفر , میانگین : 4٫67 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=1216
اسماعیل جوکار

اسماعیل جوکار

نویسنده این مطلب: اسماعیل جوکار، دانشجوی مقطع کارشناسی فیزیک، علاقمند به فیزیک، نجوم و کیهان شناسی می باشد و به عنوان نویسنده در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

۷ پاسخ‌ها

  1. فرزین گفت:

    لطفا لینک خرید بدهید واگر امکان دارد چند کتاب خوب در زمینه ی انتگرال و دیفرانسیل برایم ایمیل کنید تا آنها را بخرم چون در زمینه یفیزیک کوانتوم نیاز به درک درست این محاسبات دارم اگر کتابی در نظر دارد معرفی کنید.
    با تشکر

    • اسماعیل اسماعیل گفت:

      دوست عزیز، یک کتاب مناسب در زمینه انتگرال و حساب دیفرانسیل به ایمیلتان ارسال خواهم کرد. شاید به ظاهر ساده باشد اما بسیار مفید خواهد بود. در مورد لینک خرید هم می‌خواستم بپرسم لینک خرید چی؟؟؟

  2. فرزین گفت:

    ببخشید منظورم لینک خرید کتابی بود که برایم ایمیل کرده اید

  3. محمد گفت:

    سرعت انتقال درهمتنیدگی کوانتمی طبق آزمایش ها ی انجام شده ۱۰۰۰ بار بیشتر از سرعت نور است.
    در ضمن حتی اگر تاکیون ها وجود داشته باشند اصل علت و معلول از بین نمیره. اصل علت و معلول بیان می کند که هر معلولی نیازمند علت است. حال اینکه ما به دلیل اینکه تخیلمون به زمانی که اصلا وجود نداره محدود شده و نمی تونیم جهان بدون زمان فرض کنیم وجود جهانی خارج از تصور ما قوانینی که خداب رجهان حاکم کرده رو نقض نمیکنه.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *