Владилен Барашенков - Кварки, протоны, Вселенная

Как избавиться от нарушений причинности, к которым приводит гипотеза тахионов, и можно ли это вообще сделать, пока неясно. Этих трудностей нет в области очень малых пространственно-временных масштабов, где временной порядок событий, возможно, вообще нельзя установить или же он имеет смысл, весьма отличный от того, к которому мы привыкли в нашем макромире. Зависимость этого порядка от системы координат в этом случае не будет нарушать причинности. Некоторые опыты с элементарными частицами указывают на то, что в, субмикроскопических областях пространства и времени однозначно разделить прошлое и будущее действительно нельзя.

Тахионы останутся запертыми в области малых масштабов, если, например, все они короткоживущие частицы. Ведь, как говорилось выше, если время жизни распадающихся досветовых частиц растет с увеличением их скорости, то у тахионов оно, наоборот, уменьшается. Тахионы распадаются тем быстрее, чем больше их скорость, и это может произойти почти сразу же вблизи точек, где они родились. Наблюдать такие частицы в опыте будет крайне трудно. Вероятность их появления в макроскопических областях и, следовательно, вероятность нарушающих причинность явлений будут близки к нулю.

В последние десятилетия физики затратили много усилий на изучение так называемых нелокальных теорий, в которых на больших расстояниях все происходит, как обычно, а на малых взаимодействия совершаются со сверхсветовыми скоростями и поэтому как бы размазаны, не локализованы вокруг точек пространства и моментов времени. Такие сверхсветовые взаимодействия могут передаваться тахионами или иным каким-либо способом — в нелокальных теориях это не конкретизируется. Исследования выполнялись в общем виде: постулировали сверхсветовую скорость передачи сигналов и смотрели, к чему это приведет. Оказывается, можно построить такую нелокальную теорию, которая будет непротиворечива и на больших расстояниях. Более того, по сравнению с обычной теорией поля она даже более последовательна.

Существует ли в природе сверхсветовая нелокальность и удивительные тахионы или же это всего лишь математическая игра физиков-теоретиков? На этот вопрос должна ответить сама природа. Как бы там ни было, повторяем, что в настоящее время нет никаких, ни физических, ни философских, запретов участию тахионов в процессах, которые протекают в ультрамалых областях пространства-времени. Для больших областей вопрос, естественно, не так прост.

Но могут ли, спросит читатель, частицы со столь необычными свойствами взаимодействовать с обычным, досветовым веществом наших приборов? Некоторые ученые считают, что не могут. Если это так, то тахионы — ненаблюдаемые объекты, а досветовой и сверхсветовой миры оторваны друг от друга навеки точек соприкосновения у них нет. Трудно, однако, допустить, что в природе, где все взаимосвязано и взаимообусловлено, могут существовать материальные тела, которые ничем себя не проявляют и принципиально не наблюдаемы. Если же допустить, что между тахионами и досветовым веществом возможно взаимодействие, то тахионы должны рождаться в реакциях, происходящих при столкновениях досветовых частиц, и можно попытаться зафиксировать их с помощью имеющихся в нашем распоряжении приборов.

Таких опытов выполнено уже немало, но ни один из них не дал убедительных доказательств в пользу существования тахионов. В отдельных случаях, правда, проявлялись эффекты, которые в принципе можно было бы приписать сверхсветовым частицам, но им можно найти и другие объяснения. Бритва Оккама на страже!

Вместе с тем ни один из выполненных до сих пор экспериментов не доказывает и обратного: отсутствия тахионов. Во всех опытах можно увидеть методические просчеты, которые хотя бы отчасти объясняют их неудачу. Вот пример. В одном из опытов регистрировали случаи поглощения тахиона протоном или электроном. Первоначально покоившаяся частица должна при этом получить от тахиона импульс, который физики намеревались зафиксировать. Опыты проводились глубоко под землей, практически при полном отсутствии фона космических лучей. Точность измерений была очень высокой. Тем не менее не удалось обнаружить ни одного случая поглощения тахиона, и был сделан вывод: либо тахионы не существуют в природе, либо взаимодействуют они с досветовым веществом очень слабо — в 10 29раз слабее, чем протон с электроном. Последнее, как уже говорилось выше, представляется маловероятным, поэтому эксперимент, казалось бы, «закрывает» проблему тахионов. Однако это заключение становится неубедительным, если учесть другую, в определенном смысле даже более логичную интерпретацию отрицательного результата опыта: если нет специальных источников, испускающих тахионы, то это значит, что количество этих частиц в окружающем нас пространстве крайне мало, как мало, например, число световых квантов в темной комнате. Кстати, частиц антивещества в окружающем пространстве тоже ведь очень мало, в космических лучах их следы обнаружены лишь совсем недавно.

Таким образом, на вопрос, существуют ли в природе тахионы, следует ответить: пока не известно, это предстоит еще выяснить. Можно быть почти уверенным, что тахионов нет в макроскопических областях пространства. Иначе возникли бы парадоксы с причинностью, нарушались бы законы сохранения энергии и импульса. Тахионы и связанные с ними явления могут прятаться только где-нибудь внутри ультрамалых пространственно-временных интервалов, меньших 10 -17сантиметров и 10 -27секунд, там, где противопоставление прошлого будущему теряет смысл.

Но и здесь следует сделать оговорку. В экспериментах и теоретических расчетах, касающихся тахионов, всегда предполагалось, что эти частицы подчиняются формулам Лоренца. С помощью этих формул при вычислениях и при анализе опытов исследователи переходят из одной системы координат в другую. Но кто может поручиться за то, что формулы Лоренца верны и за световым барьером? Это гипотеза, которая, вообще говоря, может оказаться и неверной. А тогда условия причинности могут выглядеть совсем по-другому. По разным соображениям такая возможность кажется маловероятной, но все же в науках никогда не следует торопиться с отрицаниями и запретами.

Когда во время популярной лекции или доклада мне приходится рассказывать о свойствах тахионов, я обычно заканчиваю свой рассказ словами:

— А теперь я продемонстрирую вам сверхсветовую скорость. Не фокус, а самое настоящее сверхсветовое движение.

— С тахионами? — спрашивает кто-нибудь из слушателей.

— Нет, частиц со сверхсветовыми скоростями никто не видел, а вот сверхсветовое движение наблюдать легко. Давайте выключим все лампы, кроме одной, настольной. И вот теперь, поднеся к ней карманное зеркальце, я мазну световым зайчиком по противоположной стене. Если она далеко, а зеркальце поворачивать быстро, то зайчик побежит по стене быстрее света...