In der Physik und Astronomie werden hypothetische Teilchen untersucht, die sich schneller als das Licht bewegen können. Diese hypothetischen Teilchen werden Tachyonen genannt. Obwohl Einsteins Relativitätstheorie besagt, dass Teilchen sich nicht schneller als das Licht bewegen können, werden diese Teilchen für verschiedene Studien verwendet, die bedeutende wissenschaftliche Erkenntnisse liefern. Wenn Sie mehr über die moderne Physik und ihre Konzepte erfahren möchten, können Sie den Artikel „ Was ist Quantenphysik ?“ lesen.
In diesem Artikel erklären wir Ihnen alles, was Sie über Tachyonen und ihre Eigenschaften wissen müssen.
Was sind Tachyonen?
Analysiert man in Physik und Astronomie die verschiedenen Teilchen, die sich durch Raum und Zeit bewegen, so stellt man fest, dass die Lichtgeschwindigkeit begrenzt ist. Wer sich schneller als das Licht bewegen kann, kann auch durch die Zeit reisen. Tachyonenenergie entsteht aus der Ansammlung von Tachyonen, die sich mit extrem hoher Geschwindigkeit bewegen können. Diese Energieform ist neutral und erreicht eine Geschwindigkeit, die 27-mal höher ist als die Lichtgeschwindigkeit . Tachyonen sind die Bausteine ​​dieser Energieform und entsprechen der Energie des Denkens.
Aus der Perspektive von Einsteins spezieller Relativitätstheorie ist das Tachyon ein hypothetisches Teilchen mit einem räumlichen Viererimpuls. Das bedeutet, dass seine Energie und sein Impuls zwar real sind, seine Ruhemasse jedoch imaginär. Dadurch ist sein Viererimpuls negativ. Analysiert man seine Eigenzeit, so sieht man, dass es ein ebenfalls imaginäres Tachyon erfährt. Um tiefer in die Bedeutung dieser Konzepte für unser Verständnis des Universums einzutauchen, können Sie sich über Astrophysik informieren.
Ein kurioser Effekt von Tachyonen ist, dass ihre Geschwindigkeit – anders als bei realen Teilchen – mit zunehmender Energie steigt. Dieses Phänomen ist auf die spezielle Relativitätstheorie zurückzuführen. Definieren wir hypothetisch ein Tachyon mit negativem Quadrat seiner Masse. Nach Einsteins Theorie ist die Gesamtenergie eines Teilchens gleich seiner Ruhemasse multipliziert mit dem Quadrat der Lichtgeschwindigkeit und dem Lorentzfaktor.
Wenn Tachyonen für gewöhnliche Materie verwendet werden, sehen wir, dass die Energie mit der Geschwindigkeit zunimmt und unendlich wird, wenn sich die Geschwindigkeit der Lichtgeschwindigkeit nähert. Wenn die Masse imaginär ist, muss auch der Nenner des Bruchs imaginär sein, um die Energie als reelle Zahl zu erhalten. Damit der Nenner imaginär ist, muss die Quadratwurzelzahl negativ sein. Dies geschieht nur, wenn die Geschwindigkeit des Teilchens größer als die Lichtgeschwindigkeit ist. Daher rührt die Tatsache, dass es sich beim Tachyon um ein Teilchen handelt, das sich mit einer Geschwindigkeit bewegt, die höher ist als die Lichtgeschwindigkeit.
Einschränkungen und Feldtheorie
Es ist zu beachten, dass Tachyonen durch den Anteil des räumlichen Graphittyps begrenzt sind, der durch Analyse von Energie und Moment erhalten wird. Daher kann dieses hypothetische Teilchen niemals mit niedrigeren Geschwindigkeiten als der von Licht gehen. Als merkwürdige Tatsache, dass die Energie dieses Teilchens abnimmt, nimmt seine Geschwindigkeit zu.
Wenn Tachyonen existierten und mit gewöhnlicher Materie interagieren könnten, wäre das Kausalitätsprinzip möglicherweise verletzt. Dieses Prinzip beschreibt den Zusammenhang zwischen Ursache und Wirkung. Es ist ein fundamentales Prinzip aller Naturwissenschaften, insbesondere der Physik. Kausalität lässt sich aber auch aus anderen Perspektiven untersuchen, beispielsweise in der Philosophie, der Informatik und der Statistik.
Gemäß der allgemeinen Relativitätstheorie lassen sich Raumzeiten konstruieren, in denen sich Teilchen schneller als mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten können. Diese Raumzeit ist relativ zu einem weit entfernten Beobachter. Für weitere Informationen zum Verhalten von Teilchen empfehlen wir die Lektüre über die faszinierenden Kelvin-Helmholtz-Wolken.
Wenn wir uns der Feldtheorie zuwenden, sehen wir, dass Tachyonen normalerweise ein Skalarfeld sind. In diesem Fall hat es eine negative Masse im Quadrat. Die Tatsache, dass ein solches Einzelobjekt existiert, bedeutet, dass eine Instabilität des Raum-Zeit-Vakuums vorliegt. Dies liegt daran, dass die Vakuumenergie ein Maximum und kein Minimum hat. Ein kleiner Stoß in dieser Raumzeit könnte einen Abfall der exponentiellen Amplituden verursachen, der eine Kondensation von Tachyonen erzeugt.
Tachyonen treten auch in vielen Versionen der Stringtheorie auf. Diese Theorie besagt, dass alles, was wir sehen, aus Teilchen besteht, die sich in Elektronen, Photonen, Gravitonen usw. unterteilen. All diese Teilchen sind tatsächlich unterschiedliche Schwingungszustände desselben Strings. Daher lässt sich die Masse eines Teilchens als die Schwingung des Strings ableiten. Tachyonen erscheinen im Spektrum der zulässigen Stringzustände, was bedeutet, dass einige Zustände negative Quadratmassen aufweisen. Daher sind sie imaginäre Massen.
Könnten Tachyonen Fragen über das Universum beantworten?
Die Wissenschaftler Herb Fried von der Brown University und Yves Gabellini vom INLN-Université de Nice glauben, dass die Geheimnisse des Standardmodells mithilfe von Tachyonen gelöst werden können. Sie entwickelten ein auf Tachyonen basierendes Modell, um eine Erklärung für die Dunkle Energie im Weltraum zu finden. Das von ihnen entwickelte Modell stieß aufgrund des Auftretens völlig unerwarteter imaginärer Zahlen auf mehrere mathematische Schwierigkeiten.
Wir wissen, dass die Ruhemasse eines Tachyons eine imaginäre Zahl ist. Dies ist bei gewöhnlichen Teilchen nicht der Fall. Wissenschaftler erkannten, dass sie durch die Einbeziehung fluktuierender Paare von Tachyonen und Antitachyonen die imaginären Zahlen, die ihre Berechnungen behinderten, eliminieren konnten. Dies könnte auch die rasante Expansion des Universums in den ersten Momenten seiner Entstehung erklären.
Diese Annahmen können durch keinen experimentellen Test geleugnet werden. Das Modell passt jedoch perfekt zu allen derzeit verfügbaren experimentellen Daten zur Dunklen Energie und zur Inflationsenergie, die auftraten, als der Urknall das Universum erschuf.
Alle diese Berechnungen legen nahe, dass hochenergetische Tachyonen fast alle emittierten Photonen wieder absorbieren könnten und dadurch unsichtbar würden.