Владилен Барашенков - Вселенная в электроне

Как известно, знаменитый враль барон Мюнхгаузен однажды сам себя вытащил из болота за волосы. Так сказать, приобрел скорость из ничего, без всякой внешней силы — с точки зрения физики, явление абсолютно невозможное. Но тахионы, по-видимому, умеют это делать. Они способны самоускоряться.

Дело в том, что свет движется быстрее всех тел только в вакууме. В веществе его скорость меньше, она равна скорости света в вакууме, поделенной на показатель преломления среды. Например, внутри обычного оконного стекла скорость света снижается в полтора раза, в воде — в 1,3 раза, а в жидком сероводороде — почти вдвое. В таких средах электрон и другие частицы могут обогнать свет. При этом в веществе возникает специфическое электромагнитное излучение, называемое во всем мире черенковским, по имени открывшего его советского физика П. И. Черенкова. Это похоже на то, как низко летящий реактивный самолет бесшумной тенью проскакивает за горизонт, и только потом на нас обрушивается грохот звуковой волны. Мы не будем сейчас выяснять, как и почему возникает черенковское излучение, для нас важно то, что оно существует. Тахионы должны вызывать такое излучение даже в вакууме, поскольку их скорость всегда больше скорости света. Это излучение уменьшает энергию тахиона, и, следовательно, увеличивает его скорость. Иначе говоря, тахион самоускоряется — сам по себе, без всякой внешней силы, разгоняется в пустом пространстве.

Ускоряется за счет потери энергии! Опять все не так, «как у людей»!

Правда, не все физики согласны с этим выводом. Некоторые приводят соображения в пользу того, что тахионы все же не должны излучать в вакууме. Пока не ясно, кто прав. Рассудить сможет, наверное, лишь опыт. Во всяком случае, предпринимавшиеся до сих пор поиски черенковского излучения тахионов не увенчались успехом. Никаких излучений в вакууме не обнаружено. Впрочем, не ясно, были ли вообще там тахионы. Опыт ставился так, что если бы удалось заметить излучение, тогда можно было бы с уверенностью говорить о сверхсветовых частицах, излучение служило бы сигналом их присутствия. Если же излучения нет, то вывод неоднозначен: либо тахионы не излучают, либо таких частиц вообще не было в данном опыте. Так что окончательный ответ еще впереди.

Как уже говорилось выше, время жизни нестабильной досветовой частицы возрастает при увеличении ее скорости. А вот пространственные размеры, ее длина в направлении движения при этом уменьшаются, частица сжимается, становится похожей на лепешку. Конечно, как и замедление времени, этот эффект становится заметным только при очень больших скоростях. Так, летящий скоростной самолет, по сравнению с его длиной на аэродроме, сжимается на величину, приблизительно в сотню тысяч раз меньшую толщины человеческого волоса. Ракета, выводящая на орбиту спутник, сокращается в своей длине приблизительно на один микрон. Другое дело, если бы она двигалась со скоростью, равной половине скорости света или чуть больше. Тогда изменение ее размеров составляло бы уже около десятка метров.

Нельзя не признать, что, с позиций обыденного опыта, увеличение времени жизни и сокращение длин движущихся предметов выглядят весьма непривычно. Но еще удивительнее ведут себя сверхсветовые тела. Формулы теории относительности предсказывают, что продольные размеры разгоняющегося тахиона растут, сверхсветовая частица как бы распухает вдоль оси своего движения, а течение времени для нее резко убыстряется. В пределе, при бесконечно большой скорости, тахион вытягивается по всей бесконечно длинной траектории! Его масса и энергия при этом становятся равными нулю — ведь для того, чтобы ускорять тахион, у него надо отбирать энергию. Опять все наоборот по сравнению с обычными частицами!

Отдав всю энергию, тахион становится безынерциальной струей материи, распределенной сразу вдоль всей своей траектории. Можно сказать и по-другому: тахион с бесконечной скоростью существует только в один-единственный момент, а в остальное время его нельзя обнаружить ни в одной точке пространства. И может случиться так, что находящийся в абсолютно пустом пространстве наблюдатель, начав двигаться, вдруг обнаружит, что пространство вокруг него заполнено тахионами. Число частиц оказывается зависящим от скорости наблюдателя. Изменяя скорость ракеты, космонавт каждый раз будет видеть вокруг себя различную плотность материи. Тахионы, как призраки в старом английском замке, то исчезают, то снова вдруг появляются как будто из ничего. Согласитесь, эффект более удивительный, чем простая зависимость длины предметов от скорости!

Самоускорение, распухание, размазывание по всей траектории — это действительно очень непривычные и странные свойства. Однако странно не значит нельзя. К необычным свойствам и явлениям можно привыкнуть. Важно, что сами по себе они не противоречат фундаментальным законам природы.

Значительно более серьезные трудности связаны с беспричинными явлениями. Оказывается, и такие возможны для тахионов!

Первоначально физикам казалось, что вопиющим противоречием является уже сам факт изменения временного порядка в процессах с тахионами. Ведь если, например, один наблюдатель зафиксировал, что тахион испущен атомом урана и поглощен атомом серы, то другой наблюдатель может увидеть, что атом серы поглощает тахион, который еще только будет испущен ураном. Явная бессмыслица!

Выход нашел работающий ныне в США пакистанский физик Сударшан. Он учел, что для любого процесса с элементарными частицами всегда можно найти обратный, в котором все частицы заменены на античастицы, а античастицы, в свою очередь, — на частицы. Другими словами, процесс испускания частицы всегда можно рассматривать, как поглощение античастицы, и наоборот. Такая симметрия хорошо проверена на опыте. Это означает, что, с формальной точки зрения, прямой и обратный процессы можно считать одной и той же реакцией, если античастицы рассматривать, как частицы, движущиеся обратно во времени. Например, если тело A испускает электрон или отрицательно заряженный тахион, который поглощается телом B , то ни в самой реакции, ни в ее окружении ничего не изменится, если считать, что на самом деле тело B испустило позитрон или положительный тахион, который затем поглотило тело A . А раз так, то, возвращаясь к опыту с атомами урана и серы, допустимо считать, что второй наблюдатель увидит процесс, в котором атом серы испускает антитахион, а атом урана его поглощает. И никакого противоречия нет, концы с концами сходятся.