خلاصه خبر:
تاکیون ها، ذراتی که سریعتر از نور حرکت می کنند، زمانی در نظریه نسبیت خاص غیرممکن تلقی می شدند. با این حال، تحقیقات جدید فیزیکدانان دانشگاه ورشو و دانشگاه آکسفورد نشان می‌دهد که تاکیون‌ها می‌توانند در تئوری کوانتومی قرار بگیرند، اگر هم حالت اولیه و هم حالت نهایی یک سیستم را در نظر بگیریم. این رویکرد مسائل قبلی مانند بی ثباتی و مقادیر انرژی منفی را حل می کند. این مطالعه نشان می دهد که تاکیون ها می توانند در درک فرآیندهای کوانتومی حیاتی باشند و ممکن است در شکل گیری ماده نقش داشته باشند. این پیشرفت، فرصت‌های جدیدی را برای کاوش مکانیک کوانتومی و جهان باز می‌کند و درک سنتی ما از زمان و علیت را به چالش می‌کشد.
توضیحات تکمیلی:
تاکیون‌ها (Tachyons)، ذرات فرضی که سریعتر از نور حرکت می کنند، مدت هاست که فیزیکدانان را مجذوب و گیج کرده اند. این ذرات ظاهراً با نظریه نسبیت خاص ناسازگار هستند. با این حال، تحقیقات جدید فیزیکدانان دانشگاه ورشو و دانشگاه آکسفورد، که در Physical Review D منتشر شده است، این دیدگاه را به چالش می کشد و نشان می دهد که تاکیون ها واقعاً می توانند با درک ما از نظریه کوانتومی مطابقت داشته باشند.
برای سال‌ها، تاکیون‌ها کنار گذاشته شدند زیرا مشکلات متعددی را ایجاد می‌کردند:
-حالت پایه ناپایدار: تصور می شد که وضعیت پایه یک میدان تاکیون ناپایدار است، که به طور بالقوه منجر به "بهمن های" غیرقابل کنترل ذرات می شود.
-تعداد ذرات وابسته به مشاهده‌گر: اعتقاد بر این بود که تعداد ذرات مشاهده‌شده با ناظرهای مختلف تغییر می‌کند، که با این اصل که پدیده‌های فیزیکی نباید به چارچوب مرجع ناظر بستگی داشته باشند، در تضاد است.
-مقادیر انرژی منفی: فرض بر این بود که تاکیون ها به طور بالقوه دارای انرژی منفی هستند که با اصول ثابت شده فیزیک در تضاد بود.
تیمی از محققان، از جمله یرژی پاکزوس، کاچپر دبسکی، شیمون سدروسکی، شیمون چارزینسکی، کریستوف تورزینسکی، آندرژ دراگان و آرتور اکرت، این مسائل را مجددا بررسی کرده و راه حل جدیدی یافته اند. آنها دریافتند که همه این مشکلات از نحوه تعریف شرایط مرزی فرآیندهای فیزیکی ناشی می شود. رویکردهای سنتی تنها حالت اولیه یک سیستم را در نظر می‌گیرند، اما تحقیق جدید هر دو حالت اولیه و نهایی را در بر می‌گیرد.
با در نظر گرفتن حالت نهایی، محققان دریافتند که مشکلات نظری با تاکیون ها ناپدید شدند. این رویکرد نشان می‌دهد که برای محاسبه احتمال یک فرآیند کوانتومی شامل تاکیون‌ها، نه تنها گذشته (حالت اولیه) بلکه آینده آن (حالت نهایی) را نیز باید در نظر بگیریم.
پیامدهای این رویکرد جدید عبارت است از:
-پویایی زمانی: این یافته این تصور مرسوم را که زمان حال، آینده را تعیین می کند به چالش می کشد. در عوض، نشان می‌دهد که آینده می‌تواند بر زمان حال تأثیر بگذارد، مفهومی که در برخی از تفاسیر پدیده‌های کوانتومی ظاهر شده است اما اکنون از پشتیبانی نظری قوی برخوردار است.
-درهم تنیدگی کوانتومی: این تحقیق نوع جدیدی از درهم تنیدگی کوانتومی را معرفی می‌کند که حالت‌های گذشته و آینده را با هم ترکیب می‌کند، چیزی که در تئوری ذرات مرسوم دیده نمی‌شود.
-فرآیندهای بنیادی: نویسندگان پیشنهاد می‌کنند که تاکیون‌ها ممکن است نقش مهمی در فرآیند شکستن خود به خودی که مسئول تشکیل ماده است ایفا کنند. این فرضیه حاکی از آن است که قبل از شکستن تقارن، برانگیختگی میدان هیگز می تواند با سرعت های فوق العاده در خلاء حرکت کند.
تیم تحقیقاتی با دوبرابر کردن فضای هیلبرت که برای نمایش حالت‌های کوانتومی استفاده می‌شود، به این امر دست یافتند، که امکان کوانتیزاسیون مناسب میدان‌های تاکیون را فراهم کرد. این چارچوب، کوواریانس نسبیتی را حفظ می‌کند و با فرمالیسم دو حالته توسعه یافته توسط آهارونوف و همکارانش همسو می‌شود و تفسیری قوی از نظریه کوانتومی ارائه می‌دهد.
این مطالعه پیشگامانه نه تنها تاکیون ها را به عنوان یکی از اجزای احتمالی نظریه کوانتومی بازیابی می کند، بلکه راه های جدیدی را برای درک مکانیک کوانتومی و فرآیندهای بنیادی تشکیل دهنده ماده باز می کند. با حل مسائل نظری دیرینه، این تحقیق راه را برای کاوش بیشتر در مورد نقش تاکیون ها در جهان و کاربردهای عملی بالقوه آنها هموار می کند.
در اصل، این کار درک ما را از ذرات ورای سرعت نور (superluminal particles ) تغییر می دهد و نشان می دهد که تاکیون های عجیب و به ظاهر غیرممکن می توانند بخشی جدایی ناپذیر از جهان کوانتومی باشند!
منبع
Jerzy Paczos et al, Covariant quantum field theory of tachyons, Physical Review D (2024). DOI: 10.1103/PhysRevD.110.015006. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2308.00450
