Ein tachyon oder tachyonic Partikel ist eine hypothetische Partikel, die sich immer schneller bewegt als Licht. Die meisten Physiker denken, dass solche Partikeln nicht bestehen können, weil sie mit den bekannten Gesetzen der Physik nicht im Einklang stehend sind. Sie konnten verwendet werden, um Signale schneller zu senden, als Licht, und (gemäß der speziellen Relativität) führt das zu Übertretungen der Kausalität. Heute, "tachyon" bezieht sich häufig stattdessen auf imaginäre Massenfelder, die die Geschwindigkeit des Lichtes nicht überschreiten können und gekommen sind, um eine wichtige Rolle in der modernen Physik zu spielen.

Gemäß der speziellen Relativität würde eine als Licht schnellere Partikel imaginäre Masse, raumähnliche richtige imaginäre und Vier-Schwünge-Zeit haben, und würde zum Raummäßigteil des Energieschwung-Graphen beschränkt. Deshalb kann es sich nicht zu subluminal Geschwindigkeiten verlangsamen. Potenziell konsequente Theorien, die als Licht schnellere Partikeln erlauben, schließen diejenigen ein, die Lorentz invariance, die Symmetrie brechen, die spezieller Relativität unterliegt, so dass die Geschwindigkeit des Lichtes nicht eine Barriere ist.

Der Begriff (von oder tachys: "Schnell, schnell, schnell, schnell") wurde von Gerald Feinberg in einer 1967-Zeitung ins Leben gerufen. Feinberg hat vorgeschlagen, dass tachyonic Partikeln Quanten eines Feldes mit der negativen karierten Masse sein konnten. Während es bald verstanden wurde, dass sich die Erregung solcher imaginären Massenfelder schneller nicht tatsächlich fortpflanzen als Licht (aber stattdessen eine Instabilität vertreten, sieh tachyon Kondensation), sie sind noch als "tachyons" allgemein bekannt..

Trotz der theoretischen Argumente gegen die Existenz von als Licht schnelleren Partikeln sind Experimente durchgeführt worden, um nach ihnen zu suchen. Keine zwingenden Beweise für ihre Existenz waren gefunden worden.

Tachyons in der relativistischen Theorie

In der speziellen Relativität würde ein schnellerer als leichte Partikel raumähnlich vier-Schwünge-im Vergleich zu gewöhnlichen Partikeln haben, die zeitähnlich vier-Schwünge-haben.

Masse

In einer Theorie von Lorentz invariant müssen dieselben Formeln, die für gewöhnliche als Licht langsamere Partikeln gelten (hat manchmal "bradyons" in Diskussionen von tachyons genannt), auch für tachyons gelten. Insbesondere die Energieschwung-Beziehung:

:

(wo p der relativistische Schwung des bradyon ist, und M seine Rest-Masse ist), sollte noch zusammen mit der Formel für die Gesamtenergie einer Partikel gelten:

:

Diese Gleichung zeigt, dass die Gesamtenergie einer Partikel (bradyon oder tachyon) einen Beitrag von seiner Rest-Masse (die "Rest-Massenenergie") und einen Beitrag von seiner Bewegung, die kinetische Energie enthält.

Wenn v größer ist als c, ist der Nenner in der Gleichung für die Energie "imaginär", weil der Wert innerhalb der Quadratwurzel negativ ist. Weil die Gesamtenergie echt sein muss, muss der Zähler auch imaginär sein: D. h. die Rest-Masse M muss als eine reine durch eine andere reine imaginäre Zahl geteilte imaginäre Zahl imaginär sein, ist eine reelle Zahl.

Geschwindigkeit

Eine neugierige Wirkung besteht darin, dass, verschieden von gewöhnlichen Partikeln, die Geschwindigkeit eines tachyon zunimmt, als seine Energie abnimmt. Insbesondere nähert sich Null wenn Annäherungsunendlichkeit. (Für die gewöhnliche bradyonic Sache, E Zunahmen mit der zunehmenden Geschwindigkeit, willkürlich groß weil werdend, nähert sich v c, der Geschwindigkeit des Lichtes). Deshalb, da bradyons verboten werden, die Leicht-Gangbarriere zu brechen, so auch sind tachyons, der davon verboten ist, sich bis unter c zu verlangsamen, weil unendliche Energie erforderlich ist, die Barriere entweder von oben oder von unten zu erreichen.

Wie bemerkt, durch Einstein, Tolman und andere, deutet spezielle Relativität an, dass schneller als leichte Partikeln, wenn sie bestanden haben, verwendet werden konnte, um umgekehrt rechtzeitig zu kommunizieren (sieh Antitelefonartikel von Tachyonic).

Neutrinos

Im September 2011 hat die OPERN-Kollaboration bekannt gegeben, dass sie neutrinos das Reisen schneller gemessen haben als die Geschwindigkeit des Lichtes (sieh als Licht schnellere Neutrino-Anomalie), der zu Diskussion dessen geführt hat, ob neutrinos tachyons sein konnte. Jedoch ist die Möglichkeit von spezifischen Maß-Fehlern erhoben worden. Fehler im Experiment wurden am 22. Februar 2012 berichtet, der die Anomalie erklären könnte.

Schon in 1985 wurde es durch Chodos. vorgeschlagen, dass neutrinos eine tachyonic Natur haben kann. Die Möglichkeit von Standardmusterpartikeln, die sich mit superluminal Geschwindigkeiten bewegen, kann modelliert werden, Verletzen-Begriffe von Lorentz invariance zum Beispiel in der Standardmustererweiterung gebrauchend. In diesem Fachwerk, neutrinos Erfahrungslorentz-Verletzen-Schwingungen und kann schneller reisen als Licht an hohen Energien. Andererseits wurde der oben erwähnte Vorschlag durch Chodos. von einigen Forschern stark kritisiert.

Radiation von Cherenkov

Ein tachyon mit einer elektrischen Anklage würde Energie als Radiation von Cherenkov verlieren — wie gewöhnliche beladene Partikeln tun, wenn sie die lokale Geschwindigkeit des Lichtes in einem Medium überschreiten. Ein beladener tachyon, der in einem Vakuum deshalb reist, erlebt eine unveränderliche richtige Zeitbeschleunigung und notwendigerweise, sein worldline bildet eine Hyperbel in der Raum-Zeit. Jedoch, wie wir gesehen haben, vergrößert das Reduzieren einer Energie eines tachyon seine Geschwindigkeit, so dass die einzelne gebildete Hyperbel zwei ist, entgegengesetzt hat tachyons wegen entgegengesetzter Schwünge angeklagt (derselbe Umfang, entgegengesetztes Zeichen), die einander vernichten, wenn sie gleichzeitig unendliche Geschwindigkeit an demselben Platz im Raum erreichen. (Mit der unendlichen Geschwindigkeit haben die zwei tachyons keine Energie jeder und begrenzte Schwung der entgegengesetzten Richtung, so werden keine Bewahrungsgesetze in ihrer gegenseitigen Vernichtung verletzt. Die Zeit der Vernichtung ist Rahmenabhängiger.)

Wie man

erwarten würde, verlor sogar ein elektrisch neutraler tachyon Energie über die Gravitationsradiation von Cherenkov, weil es eine Gravitationsmasse hat, und nehmen Sie deshalb in der Geschwindigkeit zu, als es, wie beschrieben, oben reist. Wenn der tachyon mit irgendwelchen anderen Partikeln aufeinander wirkt, kann er auch Cherenkov, Energie in jene Partikeln ausstrahlen. Neutrinos wirken mit den anderen Partikeln des Standardmodells aufeinander, und Andrew Cohen und Sheldon Glashow haben kürzlich das verwendet, um zu behaupten, dass die Neutrino-Anomalie durch das Bilden neutrinos des Fortpflanzens schneller nicht erklärt werden kann, dass Licht, und stattdessen wegen eines Fehlers im Experiment sein muss.

Kausalität

Kausalität ist ein grundsätzlicher Grundsatz der Physik. Wenn tachyons Information schneller übersenden kann als Licht, dann gemäß der Relativität verletzen sie Kausalität, das Führen zu logischen Paradoxen "tötet Ihren eigenen Großvater" Typ. Das wird häufig mit Gedanke-Experimenten solcher als "tachyon Telefonparadox" oder "logisch schädlicher Selbsthemmstoff illustriert."

Das Problem kann in Bezug auf die Relativität der Gleichzeitigkeit in der speziellen Relativität verstanden werden, die sagt, dass verschiedene Trägheitsbezugsrahmen darauf nicht übereinstimmen werden, ob zwei Ereignisse an verschiedenen Positionen "zur gleichen Zeit" oder nicht geschehen sind, und sie auch auf der Ordnung der zwei Ereignisse nicht übereinstimmen können (technisch, kommen diese Unstimmigkeiten vor, wenn der Raum-Zeit-Zwischenraum zwischen den Ereignissen 'raumähnlich' ist, bedeutend, dass kein Ereignis im zukünftigen leichten Kegel vom anderen liegt).

Wenn eines der zwei Ereignisse das Senden eines Signals von einer Position vertritt und das zweite Ereignis den Empfang desselben Signals an einer anderen Position vertritt, dann so lange bewegt sich das Signal mit der Geschwindigkeit des Lichtes oder langsamer, die Mathematik der Gleichzeitigkeit stellt sicher, dass alle Bezugsrahmen zugeben, dass das Übertragungsereignis vor dem Empfang-Ereignis geschehen ist. Jedoch, im Fall von einem hypothetischen Signal, das sich schneller bewegt als Licht, würde es immer einige Rahmen geben, in denen das Signal erhalten wurde, bevor es gesandt wurde, so dass, wie man sagen konnte, sich das Signal umgekehrt rechtzeitig bewegt hatte. Weil eines der zwei grundsätzlichen Postulate der speziellen Relativität sagt, dass die Gesetze der Physik derselbe Weg in jedem Trägheitsrahmen arbeiten sollten, wenn es für Signale möglich ist, sich umgekehrt rechtzeitig in irgendwelchem Rahmen zu bewegen, muss es in allen Rahmen möglich sein. Das bedeutet, dass, wenn Beobachter A ein Signal dem Beobachter B sendet, der sich schneller bewegt als Licht im Rahmen von A, aber umgekehrt rechtzeitig im Rahmen von B, und dann B eine Antwort sendet, die sich schneller bewegt als Licht im Rahmen von B, aber umgekehrt rechtzeitig im Rahmen von A konnte es ausarbeiten, dass A die Antwort vor dem Senden des ursprünglichen Signals, der schwierigen Kausalität in jedem Rahmen und Öffnung der Tür zu strengen logischen Paradoxen erhält. Mathematische Details können im Tachyonic-Antitelefonartikel gefunden werden, und eine Illustration solch eines Drehbuches mit Raum-Zeit-Diagrammen kann hier gefunden werden.

Umdeutungsgrundsatz

Der Umdeutungsgrundsatz behauptet, dass ein tachyon zurückgesendet immer rechtzeitig als ein tachyon wiederinterpretiert werden kann, der vorwärts rechtzeitig reist, weil Beobachter zwischen der Emission und Absorption von tachyons nicht unterscheiden können. Der Versuch, einen tachyon von der Zukunft zu entdecken (und Kausalität zu verletzen), würde wirklich denselben tachyon schaffen und es vorwärts rechtzeitig senden (der kausal ist).

Jedoch wird dieser Grundsatz als Auflösung der Paradoxe nicht weit akzeptiert. Statt dessen, was erforderlich wäre zu vermeiden, dass Paradoxe darin bestehen, dass verschieden von jeder bekannten Partikel tachyons in jedem Fall nicht aufeinander wirken und nie entdeckt oder beobachtet werden können, weil sonst ein tachyon Balken abgestimmt und verwendet werden konnte, um ein Antitelefon oder einen "logisch schädlichen Selbsthemmstoff" zu schaffen. Wie man glaubt, wirken alle Formen der Energie mindestens Gravitations-aufeinander, und viele Autoren stellen fest, dass die superluminal Fortpflanzung in Theorien von Lorentz invariant immer zu kausalen Paradoxen führt.

Grundsätzliche Modelle

In der modernen Physik werden alle grundsätzlichen Partikeln als Erregung von Quant-Feldern betrachtet. Es gibt mehrere verschiedene Wege, in denen tachyonic Partikeln in eine Feldtheorie eingebettet werden konnten.

Felder mit der imaginären Masse

In der Zeitung, die den Begriff "tachyon" ins Leben gerufen hat, hat Gerald Feinberg Quant-Felder von Lorentz invariant mit der imaginären Masse studiert. Weil die Gruppengeschwindigkeit für solch ein Feld superluminal ist, naiv scheint es, dass sich seine Erregung schneller fortpflanzen als Licht. Jedoch wurde es schnell verstanden, dass die superluminal Gruppengeschwindigkeit der Geschwindigkeit der Fortpflanzung keiner lokalisierten Erregung (wie eine Partikel) entspricht. Statt dessen vertritt die negative Masse eine Instabilität zur tachyon Kondensation, und alle Erregung des Feldes pflanzen subluminally fort und sind mit der Kausalität im Einklang stehend. Trotz, keine als Licht schnellere Fortpflanzung zu haben, wird auf solche Felder einfach als "tachyons" in vielen Quellen verwiesen.

Felder von Tachyonic spielen eine wichtige Rolle in der modernen Physik. Vielleicht ist das berühmteste Higgs boson des Standardmodells der Partikel-Physik, die — in seiner unkondensierten Phase — eine imaginäre Masse hat. Im Allgemeinen spielt das Phänomen des spontanen Symmetrie-Brechens, das nah mit der tachyon Kondensation verbunden ist, eine sehr wichtige Rolle in vielen Aspekten der theoretischen Physik, einschließlich des Ginzburg-Landauers und der BCS Theorien der Supraleitfähigkeit. Ein anderes Beispiel eines tachyonic Feldes ist der tachyon der Bosonic-Schnur-Theorie.

Lorentz, der Theorien verletzt

In Theorien, die Lorentz invariance nicht respektieren, der die Geschwindigkeit des Lichtes nicht (notwendigerweise) ist, können eine Barriere und Partikeln schneller reisen als c ohne unendliche Energie oder kausale Paradoxe. Eine Klasse von Feldtheorien dieses Typs ist die so genannten Standardmustererweiterungen. Jedoch sind die experimentellen Beweise für Lorentz invariance äußerst gut, so werden solche Theorien sehr dicht beschränkt.

Felder mit dem nichtkanonischen kinetischen Begriff

Durch das Ändern der kinetischen Energie des Feldes ist es möglich, Feldtheorien von Lorentz invariant mit Erregung zu erzeugen, die superluminally fortpflanzen. Jedoch haben solche Theorien im Allgemeinen kein bestimmtes Problem von Cauchy (aus Gründen, die mit den Problemen der Kausalität verbunden sind, die oben besprochen ist), und sind wahrscheinlich inkonsequentes Quant mechanisch.

Geschichte

Wie oben erwähnt wurde der Begriff "tachyon" von Gerald Feinberg in einer 1967-Zeitung betitelt "Möglichkeit von Als Licht schnelleren Partikeln" ins Leben gerufen. Feinberg hat den kinematics solcher Partikeln gemäß der speziellen Relativität studiert. In seiner Zeitung hat er auch Felder mit der imaginären Masse (jetzt auch verwiesen auf als "tachyons") in einem Versuch eingeführt, den mikrophysischen Ursprung zu verstehen, den solche Partikeln haben könnten.

Die erste Hypothese bezüglich als Licht schnellerer Partikeln wird manchmal dem deutschen Physiker Arnold Sommerfeld 1904 und den neueren Diskussionen zufällig 1962 und 1969 zugeschrieben.

Fiktion

Tachyons erscheinen in vielen Arbeiten der Fiktion. Es ist als ein Hilfsmechanismus verwendet worden, auf den sich viele Sciencefictionsautoren verlassen, um als Licht schnellere Kommunikation, mit oder ohne Berücksichtigung Kausalitätsprobleme zu gründen. Das Wort tachyon ist weit anerkannt geworden dermaßen, dass es einen wissenschaftserfundenen "Ton" geben kann, selbst wenn das fragliche Thema keine besondere Beziehung zum Superluminal-Reisen (eine Form von technobabble hat, der mit dem positronic Gehirn verwandt ist).

Siehe auch

• Partikel von Massless
• Das Lorentz-Verletzen von Neutrino-Schwingungen
• Tachyonic rufen antian

Außenverbindungen

• Die häufig gestellten Fragen von Faster Than Light (FTL) (vom Internetarchiv)
• Zugang von Tachyon von den häufig gestellten Physik-Fragen