در ۳۶ امین شماره دانش آدینه سروش زمانی مقدم به سراغ ذرات تاکیونی رفته است و تناقضاتی که به ظاهر در نظریات فیزیک ایجاد می‌کنند؛ ذراتی که شاید پیش از بیگ بنگ وجود داشته‌اند!
دیدارنیوز _ سروش زمانی مقدم: یکی از کابوس‌های نظریه‌های فیزیکی، پدیدار شدن ذراتی به نام "تاکیون" در آنهاست.
-اما به راستی تاکیون چیست؟
-خواص پارادوکس گونه آن چه می‌باشد؟
-چرا عمدتا وجود آن را ناقض نظریه نسبیت خاص می‌دانند؟
-و آیا چنین تفکری صحیح است؟
برای فهم این موضوع لازم است که ابتدا به تقسیم بندی فضازمان از منظر نسبیت خاص بپردازیم و ذرات مهمان هر بخش از فضازمان را بررسی کنیم.
بر طبق نظریه نسبیت خاص اینشتین و تقسیم‌بندی‌هایی که از فضازمان مبتنی بر نمودار‌هایی با نام نمودار‌های مینکوفسکی دارد، فضازمان به سه بخش تقسیم می‌شود.
مهمترین بخش آن که مباحث نسبیت خاص نیز بر آن بنا می‌شود، همان بخش از فضا_زمان است که جملگی ما و همه ماده‌ای که در اطرافمان می‌بینیم، در آن زندگی می‌کنیم.
چنین موجوداتی که ویژگی شان داشتن "جرم در حال سکون غیر صفر" و سرعت‌های زیر سرعت نور می‌باشند، اصطلاحا "تاردیون" نامیده می‌شوند.
در این فضا_زمان، نه تنها اجرام همواره زیر "سرعت حدی نور" حرکت می‌کنند، بلکه هیچگاه امکان دستیابی به سرعت نور و در نتیجه ورای آن را ندارند!
در واقع بر طبق دینامیک نسبیتی می‌توان نشان داد که جرم تاردیون‌ها با افزایش سرعت، ثابت نمی‌ماند و زیاد می‌شود، تا جایی که هرچقدر سرعت آن‌ها به سرعت حدی نور نزدیکتر می‌شود، جرمشان به سمت بی نهایت میل می‌کند و لذا افزایش سرعت و شتاب دادن به جسمی که جرمی بی نهایت دارد، نیازمند صرف انرژی بی نهایت است که پر واضح است که انجام چنین کاری ممکن نیست و در نتیجه این ذرات هیچگاه نمی‌توانند به سرعت نور برسند!پ
به طور خلاصه، در نظریه نسبیت خاص هیچ ذره با جرم "حقیقی" بزرگتر از صفر را نمی‌توان به سرعت نور در خلا رساند، زیرا برای این کار به میزان بی نهایت انرژی نیاز داریم!
اما دسته دوم ساکنین فضا_زمان هم برای ما قابل رویت و درک هستند. این ذرات که اصطلاحا "لوکسون" نام دارند، به موجوداتی اطلاق می‌شوند که جرم در حال سکون "صفر" دارند!
معنای این خصیصه و ویژگی وابسته به آن برای این موجودات آنست که آن‌ها همواره فقط با سرعت نور در حال حرکتند!
بیشتر بخوانید: در نخسیتن لحظات تولد جهان چه گذشته است؟
این بدان معناست که دستیابی به سرعت‌های زیر سرعت نور و همچنین رسیدن به سرعت‌های بالاتر از آن برای این ذرات امکان پذیر نیست!
از آنجایی که مثال آشنای چنین موجوداتی برای ما همان ذرات تشکیل دهنده پرتو‌های نور یا همان فوتون‌ها هستند، به فضازمان در بر دارنده این موجودات یا همان لوکسون ها، "فضازمان نورگونه" نیز می‌گویند.
اما این همه ماجرا نیست و در تقسیم بندی فضا_زمانی جهان، دست کم، جایی هر چند دسترس ناپذیر برای ما، مختص موجودات عجیب دیگری پیش بینی شده است که اصطلاحا "تاکیون" نامیده می‌شوند.
موجوداتی که هرچند سرو کله آن‌ها ناخواسته در برخی از انواع نظریه‌های ریسمان نیز پدیدار می‌شود، اما اولین توصیف‌های نظری آن، در سال‌های اولیه قرن بیستم و در پژوهش‌های آرنولد زومرفلد بزرگ ارائه شد.
خصوصیت خارق العاده این ذرات دیده نشده آنست که برای آن‌ها سرعت نور تنها حد پایین دسترس ناپذیر سرعت است و این یعنی آن‌ها همواره ملزم به حرکت با سرعت‌هایی بالاتر از سرعت نور هستند!
این در حالیست که همانطور که ذکر شد سرعت نور برای ما حد بالای دسترس ناپذیر سرعت بود.
معنای این جمله آن است که هیچگاه نمی‌توان سرعت آن‌ها را تا حد سرعت نور یا کمتر از آن کاهش داد چراکه این بار برخلاف ذرات با جرم حقیقی، برای کاهش سرعت هر تاکیون تا حد سرعت نور، به انرژی بی نهایت نیاز داریم!
خوب به نظرتان اگر تاردیون‌ها دارای جرم سکون مثبت غیر صفر، و لوکسون‌ها دارای جرم سکون صفر باشند، آنگاه چه خواصی می‌توان برای تاکیون‌ها متصور بود؟
در واقع برطبق ریاضیات نظریه نسبیت می‌توان نشان داد که محاسبه جرم و انرژی تاکیون‌ها، شامل اعداد غیر حقیقی و موهومی، یا جذر اعداد منفی خواهد بود!
ولی به راستی چه کسی می‌داند که جرم موهومی چه معنایی دارد؟ و خاصیت ذراتی با انرژی موهومی دقیقا چیست؟
بیشتر بخوانید: رازهای تاریک عالم؛ از مهبانگ تا مهدانگ
اما اگر فکر می‌کنید که این‌ها تنها ویژگی‌های عجیب موجودات مفروضی با نام تاکیون‌ها هستند، زود قضاوت کرده‌اید!
نظریه نسبیت نظریه‌ای مبتنی بر اصل علیت است و با علیت کاملا سازگار است، اما می‌توان نشان داد که در فضا-زمان تاکیونی، به شکل نظری، می‌توان پیام‌هایی را با ارسال سیگنال‌هایی با سرعتی بیشتر از سرعت نور، به زمان گذشته ارسال کرد که ناقض اصل علیت در فیزیک خواهد بود!
در واقع ارسال چنین سیگنال‌هایی به داخل گذشته ما، به تناقض‌های منطقی زیادی می‌انجامد و سفر در زمان به گذشته، می‌تواند فیزیک را نابود کند!
اما این‌ها تنها دلایل کابوس گونه وجود تاکیون‌ها برای نظریه‌های فیزیکی نیست.
در واقع بعضا چنین برداشتی می‌شود که تاکیون‌ها به دلیل داشتن خصوصیاتی متناقض با پیش بینی‌های نسبیت خاص است که پذیرفته نمی‌شوند حال آنکه این برداشت کاملا صحیح نیست!
حقیقت آن است که این نگرش که وجود تاکیون با اصول نسبیت خاص متناقض است و یا اینکه نسبیت خاص، وجود آن را ممنوع می‌کند، برداشت صحیحی نیست و ریشه در نوعی کج فهمی این نظریه دارد.
بر پایه دینامیک نظریه نسبیت خاص، ذکر کردیم که برای رساندن سرعت اجرامی با جرم سکون غیر صفر، به سرعت نور، به میزان بی نهایت انرژی نیاز داریم، ولی این به معنای آن نیست که نسبیت لزوما حرکت کردن اجسام با سرعت بیشتر از نور را به طور کامل ممنوع می‌کند.
این بدان معناست که تاکیون در صورت وجود، هنوز به نوعی با نسبیت سازگار است، چرا که تاکیون ذاتا، همواره با سرعتی بیش از سرعت نور در حال حرکت بوده و نیازی نیست که با صرف انرژی و دادن شتاب، سرعت آن را به سرعت بالای نور رساند!
بیشتر بخوانید: سرعت متغیر نور؛ از خیال تا واقعیت
در واقع مشکل وجود تاکیون آن است که به یک مفهوم، ناپایداری و ناسازگاری ریاضی در نظریه ایجاد می‌کند، و این یعنی نظریه‌هایی که شامل پاسخ‌های تاکیونی باشند، همواره به پاسخ دیگری با انرژی کمتر فرو می‌پاشند.
این یکی از دلایلی است که عمدتا متخصصان وجود تاکیون‌ها را در واقعیت پذیرا نبوده و به آن‌ها به چشم ذراتی غیر واقعی و تنها در حد موجوداتی ریاضی نگاه می‌کنند که وجودشان، تنها سمبل ناپایداری و فروپاشی نظریه مذکور به نظریه‌ای بدون وجود تاکیون است.
منظور از حالت ناپایدار نظریه آن است که سیستم همانند توپی که بر روی نوک قله تیزی قرار داشته باشد، به حالت کم انرژی‌تر و پایدارتر توپ که در پایین قله است، تحویل می‌یابد.
نکته حائز اهمیت آن است که با توجه به پیش بینی‌های نظری چنین ذراتی، اینکه تاکیون‌ها صرفا پایداری نظریه‌های فیزیکدانان را متزلزل می‌کنند، نمی‌تواند لزوما به معنای عدم وجود آن‌ها باشد.
آیا نمی‌توان لااقل تصور کرد که شاید فیزیکدانان ابزار‌های ریاضی مناسبی را جهت تفسیر معنادار آن‌ها استفاده نکرده‌اند؟
لااقل تاریخ بار‌ها نشان داده است که ساخته‌های ریاضی، اغلب ممکن است وجودی حقیقی داشته باشند و یا به تعبیر پل دیراک، هرآنچه که از قلم یک ریاضیدان بیرون آید، روزی در دنیای فیزیک بکار خواهد آمد و بنابراین طبق اصلی موسوم به اصل "دموکراسی ریاضی" این ساخته‌ها محتمل است که واقعا در جایی وجود داشته باشند!
چند مثال مهم از سال‌های نه چندان دور می‌تواند در این زمینه جالب و راهگشا باشد.
اول آن که یکی از شکل‌های اولیه نظریه ریسمان، موسوم به نظریه ریسمان بوزونی، پیش بینی ذره‌ای با سرعت بالاتر از سرعت نور یا همان تاکیون را داشت که بعدتر با وارد کردن مفهوم ابرتقارن و تبدیل نظریه تاکیون دار به نظریه ابرریسمان، ناپایداری‌ها مرتفع گردیدند.
در مثالی دیگر در نظریه "مدل استاندارد ذرات بنیادی"، خلاء خاصی وجود دارد که در آن "بوزون هیگز" هم خواص تاکیون گونه دارد!
این اتفاق نشان می‌دهد که حالت مذکور در نظریه سازگار نیست و لذا جواب به کار برده شده، پاسخ پایداری نیست.
در این میان، اما مثالی از کیهانشناسی از همه آموزنده‌تر است!
پیشتر گفتیم که مشخصه وجود تاکیون‌ها در هر نظریه‌ای آن است که حالت خلاء که مشخصا پایین‌ترین حالت انرژی سیستم است، ناپایدار خواهد بود؛ بنابراین اگر سیستمی دارای ذرات تاکیونی باشد، آن گاه این بدان معنا خواهد بود که سیستم در خلایی کاذب قرار داشته، به طوری که آن سیستم ناپایدار شده و به خلاء پایدار و واقعی واپاشی می‌کند.
برخی بر این باورند که در واقع کیهان پیش از انفجار بزرگ، با خلائی کاذب آغاز شده است که در آن تاکیون‌ها وجود داشته‌اند!
به باور برخی از فیزیکدانان، در ابتدا ذره بوزون هیگز، به شکلی که در نظریه مدل استاندارد ذرات ذکر کردیم، به صورت تاکیون به راه افتاد.
در آن خلاء کاذب بود، که در واقع هیچکدام از ذرات زیر اتمی جرم‌دار نبودند، اما هنگامی که تاکیون آن حالت ناپایدار را ایجاد کرد، جهان، گذاری به خلاء پایدار جدید انجام داد که در آن بوزون هیگز تبدیل به ذره‌ای عادی شد.
پس از گذار از تاکیون به ذره عادی، ذرات زیر اتمی، بر طبق مکانیسم هیگز، شروع به جرم دار شدن کردند.
بیشتر بخوانید: متوشالح؛ ستاره‌ای که از جهان پیرتر است
بدین ترتیب کشف تجربی بوزون هیگز چند سال پیش، نه تنها آخرین تکه گمشده نظریه مدل استاندارد ذرات را تکمیل کرد، بلکه احتمالا تایید کننده آن خواهد بود که حالت تاکیونی، دست کم زمانی وجود داشته است و بعدتر به ذره‌ای عادی تبدیل شده است؛ بنابراین می‌توان تصور کرد که شاید تاکیون‌ها پیش از بیگ بنگ وجود داشته‌اند؛ لذا علیرغم آنکه این ذرات علیت را نقض می‌کنند، اما برخی از فیزیکدانان باور دارند که کار اصلی آن‌ها راه انداختن بیگ بنگ و شکل دادن به کیهان بود و پس از آن مدت‌ها پیش ناپدید شده و بنابراین دیگر مشاهده پذیر نیستند!
