تاكيون‌ها و سرعت‌هاي بالاتراز سرعت نور

10
1590

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 ذراتي كه 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 11 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، مفاهیمي 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.

بررسي دقيق‌تر تاكيون‌ها

مارس 1993 بوسيله ي اسكات . آي. چيس (Scott I. Chase)

اولين انتشار در مجله ي علوم (Science Magazine)

رجينالد بولر: (Reginald Buller):

اين براي همه مشخص است كه سفر با سرعتي بالاتر از نور امكان ندارد. در بهترين حالت يك ذره ي بدون جرم با سرعت نور سفر مي كند. اما آيا اين درست است؟

 

برداري بكشيد كه با نيروي حركت (P) در بعد X و با انرژي (E) در بعد Y.

حال مخروط نور را با دو خط رسم كنيد. (با در نظر گرفتن اين كه نيروي حركت در اين مورد برابر با انرژي است “E = P”)

اين بردار فضا – زمان تك بعدي ما را به دو بخش تقسيم مي كند.

بالا و پايين بردار مربع هايي زمان شكل و چپ  و راست آن مربع هايي فضا شكل ايجاد مي شود.

حال حقيقت بنيادي نسبيت اينگونه است:

E2 – P2 = m2

از اين به بعد براي آسودگي در كار سرعت نور را يك فرض مي كنيم. (C = 1).

براي مقادير غير صفر در جرم (m) يك شكل هذلولي به همراه چند شاخه در قسمت زمان شكل ايجاد خواهد شد.

اين مقدار از نقطه ي (P,E) = (0,m) مي گذرد كه در آن ذره در توقف خواهد بود.

هر ذره اي با جرم (m) ناگزير است كه به قسمت هاي بالاي هذلولي حركت كند.

در غير اين صورت در مدتي بدون پوشش (تابع پوشش) خواهد شد.

البته در مجامع از آنها با نام ذرات مجازي ياد مي شود كه اين به دور از بحث ماست.

براي ذرات بدون جرم E^2 = P^2 و به همين دليل ذره به مخروط نور حركت خواهد كرد.

اين دو مورد نام هايي از قبيل تارديون (Tardyon) كه در تحقيقات نوين به آن براديون (Bradyon) مي گويند را دارا هستند.

لوگزون (Luxon) ذراتي با سرعت كم در حدود سرعت ذرات نور هستند.  

تاكيون (Tachyon) نامي است كه به ذرات پر سرعت نسبت داده شده است كه در صورت وجود در آنها V>C مي باشد.

تاكيون ها اولين بار توسط جرالد فينبرگ (Gerald Feinberg) به فيزيك معرفي شدند.

اين معرفي بر روي كاغذي (در مقاله اي) كه در مراحل ابتدايي بود با نام “امكان ذراتي با سرعت بيشتر از نور” (On the possibility of faster than light particles) انجام شد. 

حال مانوس ترين معادله ي نسبيت به حالت زير است:

E = m [1 – (V/C)2(-0.5)

اين بدان معناست كه انرژي در اين مورد مجازي است. اگرچه ما مقدار جرم را مجازي تصور مي كنيم.

آن هنگام انرژي به صورت حقيقي اما منفي برابر با مقدار زير خواهد بود:

E2 – P2 = m2<0

 یا

P2 – E2 = M2

كه در اينجا M نيز حقيقي است.

اين مقدار هذلولي اي را در قسمت فشا شكل نمودار فضا – زمان ايجاد مي كند.

انرژي و نيروي حركت يك تاكيون بايد اين رابطه را توجيه كند.

بدين وسيله نيز مي توان خواص جالبي از تاكيون ها را درك كرد.

براي مثال هنگاميكه نيروي حركت تاكيون ها كم شود آنها شتاب مي گيرند.

اگر آنها انرژي خود را از دست دهند سريعتر از نهايت به انرژي صفر مي رسند كه اين فراتر از قوانين است.

البته اينها نتايج عميقي را به دنبال دارند.

براي مثال فرض مي كنيم كه تاكيون ها داراي بار الكتريكي هستند:

از آنجاييكه آنها با سرعت بيشتر از نور در خلا حركت مي كنند بايد از خود تشعشعات چرنكوف (Cherenkov Radiation) منتشر كنند.

انرژي كمتر آنها باعث مي شود كه سرعت آنها بيشتر شود.

بهتر اينكه اگر تاكيون ها داراي بار الكتريكي باشند در يك واكنش به ذرات گريزان تبديل مي شوند و مقدار مطلقي از انرژي خود را رها مي كنند.

اين مطلب بيان مي كند كه به رو آمدن با يك نظريه ي مشهود از هيچ (به جز تاكيون هاي آزاد كه بدون فاصله هستند) تقريبا براي اكتشاف و درك سخت است.

مشكل اينجاست كه ما در آخر به خودانگيز بود خلقت تاكيون ها و جفت ضد تاكيوني (Anti-Tachyon Pair) مي رسيم.

البته براي حل اين مشكل واكنش ذرات گريزان و نا پايدار بودن خلا را پيشنهاد كرده ايم.

اگرچه براي برطرف كردن احتياجات در تئوري ميدان كوانتومي كار كمي پيچيده است و اين آسان نيست كه خلاصه بندي اي از نتايج داشته باشيم.

اما يك راه معقول مراجعه به “تاكيون ها ذراتي تك قطبي” (Tachyons, Monopoles particles) و موضوعات مربوط است. (اي. ركمي “E. Recami” آموزش هلند شمالي – آمستردام – 1978).

البته تاكيون ها ذراتي كاملا ناپديد نيستند.

ممكن است تصور كنيد كه مي توان آنها را در واكنشهاي برون هسته اي توليد كرد.

اگر آنها را بارور كنيم با تعقيب روشنايي تشعشعات چرنكاو مي توانيم آنها را بيبينيم. اگرچه با بارور كردن آنها سرعت آنها بيشتر و بيشتر مي شود.

در اين زمينه آزمايشات زيادي انجام گرفت اما تاكيوني پيدا نشد. تاكيون هاي طبيعي در آزمايشات بايد از خود مواد طبيعي قابل رويت توزيع كنند اما در نتيجه و دوباره هيچ تاكيوني پيدا نشد.

اما آيا مي توان توسط تاكيون ها در نقض نسبيت اطلاعات را انتقال داد؟

هنگاميكه مكانيك كوانتوم و همچنين نسبيتي اين ذرات را بررسي كنيم درك جواب اين سوال كه آيا آنها سريعتر از نور مي روند مشخص مي شود.

در اين چهارچوب تاكيون ها موج هستند و بايد معادله ي امواج را توجيه كنند.

براي آسودگي بيشتر در كار اسپين تاكيون هاي آزاد را صفر فرض مي كنيم.

همانطور كه گفته شد C = 1 فرض مي كنيم تا محاسبات تميز تر باشند.

حال انتظار مي رود كه امور امواج منفرد با معادله ي معمول براي ذرات با اسپين صفر مطابق باشد.

رابطه ي كلين – گردن (Klein – Gordon):

(BOX, m2) Phi = 0

كه در آن BOX همان D’Alembertian است كه در 3 بعد برابر مقدار زير مي باشد:

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

تفاوت در اينجاست كه جرم در اينجا منفي و دا واقع مجازي است.

براي اينكه دچار پيچيدگيهاي رياضي نشويم بهتر است در كي بعد و با تعادل مشترك X و t كار كنيم. بنابراين:

BOX = (d/dt)2 – (d/dx)2

هر آن چيزي كه گفته مي شود را به صورت عام براي دنياي واقعي و 3 بعدي خود مناسب خواهيم كرد.

با در نظر نگرفتن جرم به عنوان عاملي مجازي هر معادله اي به صورت تركيب خطي يا انطباقي راه حل هايي با فرم زير را خواهند داشت:

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

كه در آن     E2 – P2  = m2  مي باشد.

حال كه مجذور جرم منفي است دو مسئله ي مجزا ايجاد مي شود:

الف) هنگاميكه انرژي حقيقي است |P| ≥ |E| جواب بدين صورت خواهد بود كه قلل امواج در آن در طول ميزان (|P| / |E|) ≥ 1,i.e. سرعت ذره از سرعت نور كمتر نخواهد بود.

ب) هنگاميكه |P| ≤ |E| جواب بدين صورت خواهد در واقع انرژي مجازي است و جواب بدين صورت خواهد بود كه امواج قوه (يك عمل رياضي) را به عنوان گذر زمان وسعت مي دهند.

بنابراين نتيجه ي دوم را بررسي مي كنيم. اگرچه جواب در آن غير معلوم است اما اگر آنرا رها كنيم تمام موضوع غير معلوم مي ماند.

۱) اگر سري جواب دوم را بررسي كنيم: مي توانيم معادله ي كلين – گردن را از راهي غير معقول بدون اعداد اوليه و مقدار غير معقول براي Phi و با اولين مشتق گيري آن و در نتيجهt = 0   حل كنيم.

با شاخص معادله ي امواج ما مي توانيم گفته ي زير را اثبات كنيم كه Phi و زمان آن با مشتق گيري در بيرون بازه ي [-L,L]  صفر خواهد شد.

و هنگاميكه t = 0 است تمامي مقادير نيز در بازه ي [-L -|t|,L|t|] در هر زماني صفر خواهد شد.

در گفتار بهتر متمركز كردن پراكندگي ها سرعت بيشتر از سرعت نور را ايجاد نخواهد كرد.

اين بر خلاف عقيده ي ما به نظر مي رسد اما اين يك حقيقت رياضي است كه تاكيون ها با سرعتي بيشتر از سرعت نور حركت مي كنند و اين به نام “سرعت واحد انتشار” (Unit Propagation Velocity) شناخته شده است.

۲) اگر سري جواب دوم را بررسي نكنيم: معادله ي كلين – گردن را نمي توانيم با ارقام ابتداي حل كنيم. اما فقط مقادير ابتدايي!

زيرا فورير (Fourier) با استفاده از قضيه ي پالي –  وينر (Paley – Wiener)  اين موضوع را از بي مقداري در بازه ي [-|m|,|m|] به كلي تغيير داد.

اين كار نتيجه اي عجيب داشت:

اين ديگر غير ممكن بود كه معادله را با مقادير ابتدايي اي كه بعضي از مقادير را در بيرون از بازه ي نام برده ي [-L,L]  از بين مي برد حل كرد.

در گفتار بهتر ما نمي توانيم تاكيون ها را در منطقه اي خاص بويژه مكان اوليه شان محدود كنيم.

بنابراين غيرممكن است كه تصميم بگيريم آيا سرعت واحد انتشار در بخش اول وجود دارد يا نه؟

البته قلل امواج exp (-iEt,iPx) با سرعتي بيش از سرعت نور حركت مي كنند اما اين امواج هيچگاه در مكان اوليه متمركز نشده اند.

و اين بدين معناست كه ما نمي توانيم از تاكيون ها براي انتقال اطلاعات استفاده كنيم.

در واقع انجام اين كار احتياج به رمز نويسي اي دارد كه آن با تمركز ميدان تاكيون ها همراه است و فرستادن آن نيازمند داشتن گيرنده هاي مخصوصي مي باشد كه اين كار را انجام دهند.

اما مي دانيم كه به هر حال به هر دو روش نمي توان اينكار را انجام داد. در واقع:

متمركز كردن تاكيون هاي پراكنده مادون روشنايي است و ماوراي روشنايي حاصل پراكنده و نا متمركز بودن تاكيون ها است.

منبع: ناسا به نقل از  www.gae.ucm.es

ترجمه: عليرضا يعقوبي

عكس از: www.treknology.org

نقل از هوپا



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

10 دیدگاه‌ها

  1. درین صورت، میتونیم یه تناظری بین ماده با جرم منفی و تاکیونها قائل بشیم؟؟ماده با جرم منفی میتونه همون تاکیون باشه یا یه چیز دیگه س؟ تاکیون لزوما جرم موهومی داره؟
    چیزی که با سرعت فراتر از نور حرکت میکنه، خمیدگی فضا زمان براش برعکسه. یعنی فضا متسع میشه و زمان منقبض. این در مورد جرم منفی هم همینطوره. ازونجایی که فضا مسلما براش متسع میشه، متناظرا به خاطر نسبیت باید زمان منقبض بشه. که این دوتا حالت یکسانند.

  2. سرعت انتقال درهمتنیدگی کوانتمی طبق آزمایش ها ی انجام شده 1000 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.

      • درود و خسته نباشید. اگر به کامنت دوم توجه کنید شما ذکر کرده بودید که کتابی در زمینه ی انتگرال و دیفرانسیل از طریق ایمیل برایم ارسال کرده بودید متاسفانه بنا به دلایلی موفق به مرور ایمیل هایم نشده بودم اما دیروز که جواب پیامتان در سایت اتفاقی به چشمم خورد ایمیلهایم را چک کردم ولی ایمیلی از جانب شما فرستاده نشده بود .

  3. 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

    • دوست عزيز، يك كتاب مناسب در زمينه انتگرال و حساب ديفرانسيل به ايميلتان ارسال خواهم كرد. شايد به ظاهر ساده باشد اما بسيار مفيد خواهد بود. در مورد لينك خريد هم مي‌خواستم بپرسم لينك خريد چي؟؟؟