Tachiony - czy rozwikłają zagadki Wszechświata i czy w ogóle istnieją?
Hipotetyczne cechy tachionów wydają się mocno egzotyczne. Podobno np. podróżują szybciej niż światło.
Tymczasem wg szczególnej teorii względności Einsteina i na podstawie dotychczasowych wyników badań, w naszym "prawdziwym" świecie żadne cząstki nigdy tej prędkości nie przekraczają. Limitowi temu zawdzięczamy więcej, niż moglibyśmy się spodziewać - np. fakt, że widzimy skutek po przyczynie, a nie odwrotnie.
Model fizyczny stworzony przez Herberta Frieda z Uniwersytetu Browna i Yvesa Gabelliniego z Uniwersytetu w Nicei zakłada istnienie tachionów i wzbudza, ma się rozumieć, ogromne kontrowersje, ale szczególna względność - choć zakazuje szybszego niż światło przemieszczania się zwykłej materii i fotonów - nie wyklucza jednak całkowicie tego typu cząstek.
Jak to wyjaśnia Fried, w sytuacji zdarzeń kosmicznych na wielką skalę, np. wybuchów supernowych, tachiony mogą być wyrywane z kwantowej próżni i wysyłane do prawdziwej, czyli naszego codziennego świata, jako rzeczywiste cząstki, których po prostu jeszcze nie zarejestrowaliśmy. Mając wielkie masy i niewielką skalę oddziaływania, zyskują w naszej przestrzeni niewielki oddźwięk.
Zgodnie ze szczególną względnością masa spoczynkowa tachionu jest liczbą urojoną, w przeciwieństwie do masy spoczynkowej zwykłych cząstek. Gabellini i Fried zdali sobie sprawę, że dodając do modelu tachiony (i antytachiony), uzyskuje się sporo korzyści, np. możliwość wyjaśnienia inflacji kosmicznej.
- Model doskonale pasuje do istniejących danych eksperymentalnych na temat ciemnej materii i energii oraz inflacji - entuzjazmował się w mediach Fried.
Co więcej, wg obu naukowców, gdyby wysokoenergetyczny tachion wpadł do prawdziwej próżni, mógłby natrafić na antytachion i unicestwić go, a wynikła z tego kwantowa "eksplozja" energii byłaby w stanie stać się zalążkiem wielkiego wybuchu, dającego początek nowemu wszechświatowi. Hipotezy te uzupełniają inne koncepty, w tym przede wszystkim teorię multiwszechświata (2).
To samo można opisać za pomocą pola Higgsa, które wedle tej idei było polem tachionowym przed spontanicznym złamaniem symetrii. Wszystkie teorie dotyczące pól tachionowych to przypadki spontanicznego łamania symetrii. Mechanizm Higgsa jest przykładem spontanicznego łamania symetrii, a więc również przykładem pola tachionowego na początku Wszechświata.
Energia zgromadzona w próżni kwantowej jest zazwyczaj wystarczająco duża, aby przeciwdziałać grawitacyjnej tendencji galaktyk do zapadania się w siebie. Jednak w teorii Frieda i Gabelliniego, kiedy tworzy się nowy wszechświat, poprzez "łzę" uronioną przez anihilację tachionu-antytachionu przedostaje się ogromna ilość energii owej próżni. Ostatecznie nawet odległe części starego wszechświata zostają tym dotknięte - energia próżni kwantowej starego wszechświata wycieka do nowego jak powietrze uciekające przez dziurę w balonie.
Zmniejszenie swoistego bufora energii próżni kwantowej przeciwstawia się grawitacji w starym wszechświecie, co sugeruje, że gdy stary wszechświat umiera, wiele jego galaktyk tworzy supermasywne czarne dziury w nowym wszechświecie, z których każda będzie zawierać masę gwiazd i planet starej galaktyki.
Niektóre z tych nowych czarnych dziur mogą tworzyć centra nowych galaktyk w nowym wszechświecie. Wszystko, co nas nurtuje obecnie w kosmologii, zaczyna się pięknie układać i wyjaśniać.
Niestety, jedynie w teorii.
Rodem z fantastyki naukowej
Nazwa "tachion" pochodzi z filmów science fiction. Po raz pierwszy pojawiła się w "Star Treku", w roku 1970, kiedy to cząstki o takiej nazwie zostały użyte jako medium transportujące. W serialu telewizyjnym "The Flash", tachiony są śladami podróży w czasie. Z kolei w serialu telewizyjnym "Babilon" używa się ich do komunikacji w czasie rzeczywistym na duże odległości.
Czy teoria względności naprawdę stwierdza, że nic nie może poruszać się szybciej niż światło? W rzeczywistości mówi jedynie, że nic o masie niezerowej nie może przyspieszyć do prędkości światła (i powyżej), ponieważ wymagałoby to nieskończonej energii i uzyskania nieskończonej masy.
Tylko wtedy, gdy cząstka jest bezmasowa (jak fotony i gluony), potrafi poruszać się z prędkością światła. Zatem, zgodnie z teorią względności, cząstka nie będzie w stanie przyspieszyć do prędkości większej niż prędkość światła. Ale co by było, gdyby zawsze miała taką prędkość, od początku Wszechświata? Albo gdyby urodziła się taka w Wielkim Wybuchu?
Gdyby taka cząstka istniała, nie byłaby w stanie zwalniać do prędkości wolniejszej od światła. Miałaby tę dziwną właściwość, że jej wymagana energia zmniejszałaby się wraz ze wzrostem jej prędkości, a więc zbliżałaby się do swojego najniższego stanu energetycznego w miarę zbliżania się do prędkości nieskończoności. I vice versa - wymagałaby nieskończonej energii do spowolnienia do szybkości światła, a więc nigdy nie byłaby w stanie przekroczyć tego ograniczenia prędkości. Sprawia to, że prędkość światła jest dwukierunkową barierą dla cząstek poruszających się z tą szybkością po obu stronach.
Nie byłoby to łamaniem zasad względności, skutkowałyby jednak innymi dziwnymi właściwościami. Tak jak wspomnieliśmy, tachiony miałyby np. urojoną masę spoczynkową. Obserwator mógłby je widzieć w odwrotnym kierunku w czasie, dzięki czemu byłby w stanie je zobaczyć przed ich utworzeniem.
W klasyfikacji zakładającej istnienie tachionów zwykłe cząstki o masie niezerowej, które podróżują wolniej niż światło, nazywane są tardionami (lub bradionami), a cząstki bezmasowe podróżujące z prędkością światła - luksonami.
Tachiony bardzo zgrabnie tłumaczyłyby zjawiska podstawowe dla naszej kosmologii. A zatem wielu naukowców bardzo chciałoby, aby naprawdę istniały. Jednak samo piękno i spójność teorii nie wystarczają. Taką cząstkę trzeba złapać na "gorącym uczynku", w świecie dostępnym naszym zmysłom i instrumentom detekcyjnym.
