Fyzika tachyónu, častica rýchlejšia ako svetlo

Predstavte si, že pošlete kamarátovi správu a odpoveď Vám príde skôr, ako ste ju vôbec odoslali. Znie to ako chyba v telefóne alebo vtip, no fyzici presne takýto obraz používajú, keď vysvetľujú, čo by znamenala častica rýchlejšia ako svetlo. Volá sa tachyón a jeho príbeh vo fyzike je plný odvážnych nápadov a končí jedným slávnym omylom.

Tachyón, alebo tachyónová častica, je hypotetická častica, ktorá sa pohybuje vždy rýchlejšie ako svetlo. Hypotetická znamená, že ju teória pripúšťa, ale nikto ju zatiaľ spoľahlivo nenameral. Väčšina fyzikov sa domnieva, že takéto častice existovať nemôžu, keďže by sa nezhodovali so zákonmi, ktoré o pohybe a čase poznáme.

Antitelefón a správa z budúcnosti

Ak by tachyóny existovali, dal by sa z nich podľa fyzikov zostaviť tachyónový antitelefón. Je to hypotetické zariadenie, ktoré by umožnilo komunikovať s minulosťou, teda s udalosťami, ktoré sa už odohrali. Pojem zaviedli v roku 1970 fyzici Gregory Benford, David Book a William Newcomb, myšlienka sa však opiera o paradox, ktorý opísal Richard Tolman už v roku 1917.

Príklad býva takýto. Jeden človek je na Zemi, druhý vo vesmírnej lodi, ktorá sa od Zeme vzďaľuje. Kozmonaut pošle tachyónovú správu človeku na Zemi. Ten mu hneď odpovie a jeho odpoveď dorazí do lode skôr, ako kozmonaut pôvodnú správu odoslal. Je to ako keby ste dostali list s odpoveďou ešte predtým, ako ste napísali otázku.

Kto tachyón vymyslel

Prvé úvahy o časticiach rýchlejších ako svetlo sa spájajú s nemeckým fyzikom Arnoldom Sommerfeldom, ktorý sa nimi zaoberal začiatkom 20. storočia. V roku 1962 publikovali Olexa Bilaniuk, Vijay Deshpande a George Sudarshan prácu, v ktorej ukázali, že teória relativity takéto častice úplne nevylučuje, ak sa nikdy nepohybujú pomalšie ako svetlo. Meno im dal v roku 1967 Gerald Feinberg v článku „Possibility of Faster-Than-Light Particles“. Slovo tachyón vychádza z gréckeho tachys, čiže rýchly, okamžitý.

Zvláštne vlastnosti

Tachyóny majú podľa teórie vlastnosti, ktoré idú proti tomu, na čo sme zvyknutí. Keď o energiu prídu, zrýchlia sa. Keď energiu získajú, spomalia. Pri bežných veciach je to naopak, auto potrebuje viac benzínu, aby išlo rýchlejšie. Najnižšia rýchlosť, akú môže tachyón mať, je rýchlosť svetla, takže pod túto hranicu nikdy neklesne.

Zdá sa tiež, že tachyóny narúšajú kauzalitu, čiže vzťah medzi dvoma udalosťami, z ktorých jedna je príčina a druhá následok. Antitelefón z predchádzajúcej časti je presne takýto prípad. Keby tachyóny existovali, javila by sa špeciálna teória relativity v dnešnej podobe ako nesprávna. Tachyónom môžeme pripísať rovnaké vlastnosti ako bežnej hmote, napríklad spin, čo je vnútorná vlastnosť častice podobná točeniu, a tiež antičasticu, ktorej fyzici hovoria antitachyón.

Hľadanie v kozmických spŕškach

Jeden z nápadov bol, že tachyóny by mohli vznikať pri zrážkach častíc s veľmi vysokou energiou. Preto ich fyzici hľadali v kozmickom žiarení. Kozmické lúče dopadajú do zemskej atmosféry s obrovskou energiou, niektoré takmer rýchlosťou svetla, až na 99,99 percenta. Narážajú do molekúl vzduchu a častice, ktoré pri tom vzniknú, sa ďalej zrážajú so vzduchom. Výsledkom je jav, ktorý poznáme ako kozmická spŕška. Funguje to trochu ako biliard, keď jedna rýchla guľa rozbije celý trojuholník a guľky sa rozletia na všetky strany.

Konceptom tachyónov sa niektorí fyzici zaoberali od začiatku šesťdesiatych do polovice sedemdesiatych rokov a len niekoľkí sa ich pokúsili v kozmických spŕškach aj zachytiť. Vychádzali z toho, že vysokoenergetické častice kozmického žiarenia narážajú do molekúl vzduchu vo vrchnej atmosfére. Vznikajú tak druhotné spŕšky s miliardami častíc a niektoré z nich vieme zachytiť prístrojmi na Zemi. Je dosť možné, že tachyóny by mohli vznikať pri zrážkach vo výške viac ako 20 kilometrov nad zemou.

V roku 1973 ohlásila dvojica austrálskych vedcov, Roger Clay a Philip Crouch, že sa im podarilo tachyón zachytiť. Opísali signály, ktoré prichádzali asi 60 mikrosekúnd pred hlavnou druhotnou spŕškou zloženou z častíc pomalších ako svetlo. Ich výsledok však nikto iný nezopakoval.

Neutrína z roku 2011

Najznámejšia kapitola prišla v roku 2011. Experiment OPERA, ktorý meral neutrína vystreľované z CERN-u pri Ženeve do laboratória Gran Sasso v Taliansku, nameral, že doleteli o niečo skôr, než by stihlo svetlo. Správa obletela svet. Vedci z projektu sami vyzvali kolegov, aby meranie preverili, a o niekoľko mesiacov sa ukázalo, že za výsledkom stál uvoľnený konektor optického kábla a nepresnosť v časovaní. Neutrína napokon rýchlejšie ako svetlo neboli.

Tachyón tak zatiaľ žije vo vzorcoch a v otázkach, ktoré si fyzici kladú o čase a o tom, čo je príčina a čo následok. Budúce objavy môžu do tejto témy priniesť viac svetla. Ako sa slovo tachyón dostalo z fyzikálnych časopisov do kníh Davida Wagnera, opisujeme v článkoch Už ste počuli o tachyónoch? a Tachyónová energia. Výrobky, ktoré z Wagnerovej práce vzišli, nájdete v prehľade produktov alebo v obchode Flexity.sk.

Zdroje

• Eric W. Weisstein: Tachyon, Eric Weisstein's World of Physics, scienceworld.wolfram.com.
• G. Feinberg: Possibility of Faster-Than-Light Particles, Physical Review 159, 1967.
• O. M. P. Bilaniuk, V. K. Deshpande, E. C. G. Sudarshan: „Meta“ Relativity, American Journal of Physics 30, 1962.
• G. A. Benford, D. L. Book, W. A. Newcomb: The Tachyonic Antitelephone, Physical Review D 2, 1970.
• R. W. Clay, P. C. Crouch: Possible observation of tachyons associated with extensive air showers, Nature 248, 1974.