Тайны открытий XX века
Шрифт:
Скорость света не меняется никогда. Странно, на ваш повседневный взгляд? Не правда ли? Именно размышления над этим парадоксом помогли Эйнштейну в создании частной теории относительности. Бесчисленные эксперименты, проведенные с тех пор, лишь подтверждали эту гипотезу. Сверхсветовые скорости не могут существовать. «Последствия, которые могла бы породить возможность передачи сигналов быстрее света, столь чудовищны, что о них даже не хочется думать», — писал известный британский астрофизик Артур Эддингтон. Тем не менее в последние годы ученые вновь и вновь рассуждают о том, можно ли передавать сигналы со сверхсветовой скоростью.
Где пролетают тахионы
Мы делим все элементарные частицы на две категории: «тардионы» и «люксоны». Первые обладают массой и движутся со скоростью ниже световой; вторые, лишенные массы покоя, мчатся так же быстро, как свет. К последним принадлежат, например, частицы света — фотоны, а также гипотетические гравитоны, якобы передающие действие силы гравитации.
В 1967 году американский физик Джеральд Фейнберг дал название еще одному классу частиц — «тахионы» (от греческого tachys, «быстрый»). Вот только сами тахионы с тех пор так и не попались на глаза ученым. Их свойства приходится описывать заочно, — скорее строя догадки, чем находя им подтверждение.
Предполагать же начали задолго до Фейнберга. Еще древнеримский поэт Лукреций писал о частицах, летящих быстрее, чем солнечный свет. Эти частицы, «неуклонно несясь туда, куда раз устремились, явно должны обладать быстротой совершенно безмерной, мчась несравненно скорей, чем солнца сияние мчится» (пер. Ф.А. Петровского).
В современную же физику эти невиданные и невидимые частицы ворвались в начале шестидесятых годов, когда сразу несколько ученых, развивая идею немецкого физика начала XX века Арнольда Зоммерфельда, предположили, что существуют частицы, которые с момента своего зарождения всегда движутся со сверхсветовой скоростью. Подобно всем известным частицам, они тоже не могут преодолеть световой барьер. Вот только находятся они по ту сторону этого барьера, в мире сверхсветовых скоростей. Как иронизировал физик Ник Герберт, «однажды тахион — навсегда тахион».
В академических справочниках тахионы и поныне случайные гости. С ними не церемонятся. Их нет; лишь их призрачные тени перелетают из одной гипотезы в другую. Вот что, например, говорится о них в шеститомном «Лексиконе физики», изданном недавно в Германии: «Тахионы — гипотетические элементарные частицы, движущиеся со сверхсветовой скоростью. Их существование — излюбленный мотив писателей-фантастов, но в теоретической физике их не принимают в расчет, поскольку появление подобных частиц противоречит частной теории относительности».
Последнее, строго говоря, неверно, ведь, по теории Эйнштейна, лишь тела, обладающие массой, не могут обогнать свет.
Тахионы, лишенные массы покоя, вполне вписываются во все уравнения этой теории и разве только, как шутят физики, «противоречат ее духу».
Шутки шутками, но, если тахионы удастся обнаружить, в этом не будет ничего удивительного. В физике не раз бывало так, что элементарная частица, рожденная на кончике пера, вскоре начинала жить самостоятельной жизнью в лабораториях экспериментаторов. Так было с позитронами, антипротонами, нейтрино и кварками. Все они были вначале описаны, а потом найдены. Вот и свойства тахионов достаточно подробно предсказаны сторонниками их существования.
Тахионы, как и фотоны, не могут находиться в покое; их масса покоя является величиной мнимой.
Теряя энергию, тахион лишь увеличивает свою скорость. Когда его энергия близка к нулю, скорость движения становится бесконечно велика. Физики говорят в таком случае о трансцендентном состоянии: тахион одновременно находится почти повсюду. И, наоборот, поглощая энергию, тахион замедляет свое движение; теперь его скорость близка к световой.
В мире тахионов время течет вспять: из будущего в прошлое. Быть может, если бы мы могли наблюдать тахионы, мы предсказывали бы будущее с неотвратимой точностью.
Тахионы — поистине неуловимые частицы. Невозможно заставить их двигаться хотя бы со световой скоростью. Расчеты показывают: чем быстрее мы будем преследовать тахион (вообразим такую ситуацию), тем быстрее он помчится относительно своих преследователей.
Непонятно, могут ли тахионы вообще взаимодействовать с тардионами.
Как расставить все точки над i
Одно из перечисленных выше свойств и есть та лазейка, через которую тахионы влетели в мир эйнштейновской относительности, да так и остались в нем. Тахионы обладают мнимой массой покоя — не отрицательной, не положительной, не нулевой, а мнимой, то есть квадрат этой величины меньше нуля.
В мире математики у этой массы покоя есть «родственная душа» — i, корень из минус единицы. В мире действительных чисел i места нет. Однако стоит перемножить это число само на себя, как оно, изменившись до 1, проникает в ряды «обычных» чисел. Вообще же мнимые и действительные числа образуют так называемое «комплексное числовое пространство», в котором можно находить ответ на любые задачи.
Вот и гипотетические тахионы: они — пусть в отдельных гипотезах — образуют удивительное единство с миром тардионов. В этой «комплексной Вселенной» время не тратится безвозвратно, растекаясь в пучине наших дел, а переливается из Будущего в Прошлое и наоборот. Время течет по замкнутому кругу, и оба его направления — вперед и назад — равноправны. Это время поистине равно библейскому Времени: оно вмещает в себя все свои ипостаси. «Время родиться и время умирать.., время разрушать и время строить,., время отыскивать и время дать потеряться, время хранить и время тратить, время рвать и время сшивать» (пер. И.М. Дьяконова).
Одно время не теряет связи с другим. Из одного времени в другое тянутся «нити». Чем не повод пофантазировать? В научной фантастике сплошь и рядом с помощью сверхсветовой (читай: тахионной) связи летят весточки в прошлое, чтобы повлиять на события, которые только свершатся. Короче: тахионы — незаменимое «топливо» любой машины времени. Вот только можем ли мы, особи, состоящие из тардионов, получать весточки, сложенные совсем из иной материи? Не запрещено ли это законами природы?
Вот классический парадокс: тахионная машина саморазрушения. Ее можно запрограммировать так, что она взорвется в два часа дня, если в час дня получит приказ, отправленный в три. Но если машина в самом деле получит команду в час дня, тогда часом позже она взорвется, и никакой приказ никогда не отправит в прошлое. Но если этого не произойдет, она не взорвется в два, и тогда приказ будет отправлен… Логическая неувязка. Машина взорвется, если только… не взорвется.
Джеральд Фейнберг называл подобные неувязки «главным возражением» против существования тахионов. Если бы к нам беспрерывно прилетали вести из будущего, мир превратился бы в хаос, в котором исчезло бы всякое представление о причинах и следствиях. Внезапно цепочки событий, которые мы привычно выделяем в окружающем нас мире, свились бы в непроглядный лабиринт, где не найти ничего закономерного — где обманывало бы любое явление.
Большинство физиков придерживаются того же мнения. Но, может быть, ученые не вполне точно представляют себе мир тахионов? Да ведь и теория Эйнштейна — вовсе не всеобъемлющее учение. Будущим генерациям теоретиков еще предстоит в поисках «единой формулы мироздания» связать воедино теорию относительности и квантовую механику. Понадобятся ли в этой формуле тахионы? Впишутся ли они в этот научный конструкт? И как тогда разрешится, например, приведенный выше парадокс?