快子

快子（）也称为-{zh-tw:快子;zh-cn:迅子}-、速子，是一种理论上预测的超光速次原子粒子。这种由相对论衍生出的假想粒子，总是以超过光速的速度在运动。快子与一般物质（相应称为慢子（tardyon））的相互作用可能不明显，所以即使其存在也不一定能侦测得到。在狭义相对论中，快子具有类空的四维动量和虚的原时，并被限定在能量-动量图中的类空区间部分。因此，它无法降低速度至亚光速状态。
历史.
德国物理学家阿诺·索末菲首先提出“快子”的概念，印度裔美籍物理学家、比拉纽克（）、德什潘德（）及杰拉尔德·范伯格(Tachyon这个词汇的创造者)等一批学者大幅度地强化了理论架构的研究深度。
如果快子是传统上可以进入局部参考系当中的粒子，并且可以用超过光速来携带信息，这将会导致狭义相对论的因果律被破坏。但是，在量子场论当中，快子的存在仅仅标志著系统的不稳定，而非实际存在超光速粒子；而这种不稳定的性质，由快子凝聚或是快子场论来描述。快子场论在许多的理论性论文当中出现，例如二十六维的玻色弦理论。目前对这种粒子的概念理解为：快子很难稳定到可以实际存在的程度。根据此理论，使用快子进行超光速信息传送违反因果律，因此不可能实现。
传统的慢于光速的粒子，在讨论快子的文章当中，经常被称为慢子（bradyons或tardyons）。
尽管理论的争议强烈质疑快子的存在，对快子假说的实验依然进行，不过，目前为止，没有任何有力实验数据证实快子存在。
特征.
从狭义相对论动力学的角度来看，快子是一个具有类空四维动量的粒子，如果这种粒子真实存在将会对现代物理提出很多奇妙的问题。
质量.
有两种类同的方法来处理其动能：
两种数学方法在理论物理上具有同等的结果。
速度.
快子一个很有意思的效应，与正常粒子不同之处，快子速度增加，其能量减少，零能量时速度无限。（对正常的慢子而言，"能量"增加速度则增加）。因此，一如慢子被限制在光速屏蔽内一样，快子亦不能慢到光速，因为要加入几乎无限的能量才能使快子慢到光速。
正如等人所述，狭义相对论暗示快子可以用于联系过去的时间（见快子电话）。
契伦可夫辐射.
如果电磁辐射机制有效，并假设快子具有电荷，那么，一如一般低于光速的带电荷粒子于介质上运动的效应一样，带电荷的快子将会透过契忍可夫辐射的形式失去能量。不过，理论上，快子并没有一定需要带有电荷。带电快子在真空中等加速运动，其时空世界线则形成双曲线。不过，就如我们所见的，降低能量会加快速度，因此，单一双曲线会形成两个带相反电荷的快子，具备相反的动量，被加速到无限速度时，会在同一个地点碰撞并且同步被湮灭。(无限速度时两个快子不具能量，因此湮灭过程中守恒律没有被违反。湮灭的时间是具有参考系相依性的。)就算无电荷的快子也会透过重力契忍可夫辐射而损失质量，因为快子有质量，因而导致快子被加速，最后必然性地被湮灭。
量子场论.
对快子的量子化表明，快子必须是符合费米·狄拉克统计的自旋状态粒子。亦即，快子是张量费米子，这种组合对一般正常粒子而言，是不会发生的，它们必须成对的生成及湮灭。
因果律.
因果律是理论物理及量子场论的基础原理。如果快子可以用于传送信息速度高于光速，则根据相对论这将会违反因果律，例如著名的「快子电话悖论」。这可以用相对论的同时性来理解，在某些状况底下，惯性参考系会不管两个在不同地点发生的事件是否是同时，当时空交叉时，因为两个事件是在类空区作用，因而没有未来或过去的差别。
如果其中一个事件表示为从某地发送信号，另一个事件是从另外一个地点接收信号，如果信号传送的速度都是以光速或是慢于光速进行，同时性的数学将会保证发送信号的事件永远在接收信号的事件之前。不过，如果一个超光速信号发送出去，则会一直维持信号接收在发送之前，这样子等于信号在时间穿梭回去。而相对论的基本假说之一认为，物理定律在所有的惯性参考系当中都会以相同方式运作，那么如果将信号传送到过去可行，则在任何惯性参考系当中都是的可行的。这意味著如果有个观测者A发送信号给观测者B，在A的参考系当中以超过光速移动，在B的参考系当中则于时间上倒退。然后，B发送一个回应信号，在B的参考系当中以超光速移动，而在A的参考系当中则于时间上倒退，这样会导致A接收信号比他原始发出的信号要早。如此，在所有的参考系上面，均违反因果律。数学的细节可以在快子电话文章中找到。
有争议使用范伯格反解原理来避免上述的快子回到过去的信息悖论，范伯格反解原理陈述负能量的快子被送回"过去"试图违反因果律可以被"反解译"为正能量的快子在时间方向上"前进"。这是因为观测者无法分辨快子的吸收及发射（absorption and emission）。对快子而言，吸收与发射的过程并无差别，因为永远都存在低于光速的偏移，导致快子的时空世界线被改变，这对慢子（bradyon）或无质量慢子（luxons）来说，是不成立的。从"未来"试图要去"侦测"快子（并导致违反因果律）将会导致"产生"相同的快子，并且将它向时间前进的方向送出（因而使因果律正确）。范伯格反解原理实际上有相当大的争议性。
事实上，量子场论也争议，就算是快子真的存在，快子也无法携带信息来以超过光速传送信息，不论是快子量子场的微扰无法进行快于光速的传播，或是快子根本就无法参与局部参考系。进行超光速信息传播既然是不可能的，从根本上就避免回到过去的信息传播佯谬。
在广义相对论当中，对远处的观察者，建立粒子可以超过光速的时空是可行的。其中一个范例是阿尔库维耶雷度量，另一个是虫洞及遍历虫洞。不过，这些都不是快子运动的内涵，因为这些本地的参考系都没有超过光速。
快子凝聚.
在量子场论当中，快子是一个具有虚数质量的量子场，通常是个张量场论，并且用于解释自发对称性破缺机制：这种场的存在暗示著场真空能的不稳定。该场域处于局部潜在能量最大值，有如一颗球摆在山顶尖上，任何的轻微摇晃（量子微扰）都会导致这个场以指数成长的振幅向下震荡：这将会导致快子凝聚。要了解到一旦快子场域达到其最小平衡能量，其量子态则不再是个快子，而是个正常的正数质量粒子，例如希格氏玻色子。
技术上而言，质量平方是有效势能的二次微分，而一次微分的值是零。所以，快子场的二次微分是负值，含意是有效势能处于一个区域最大值，而非区域最小值。因此，这种状态是不稳定的，而这样的场会向下滚动到另外一个区域最小值，而其量子态将会有一个非负值的质量，也就因而变成不是一个快子。
由于快子质量平方为负值，其具有虚质量的特性。就一般的规则来处理，可以解译为具有复数质量的特征，实质量的部分与正常无异，虚质量的部份可以成为decay rate的自然单位.
不过，在量子场论当中，一个粒子（单粒子态）被定义为在时间上具备有一个常数的状态，也就是量子力学的哈密尔顿特征值。不稳定粒子是一种仅于某段时间内接近常数的状态。不过，其存在时间长到足够被侦测到。这意味著如果其质量使用复数来描述，实数的部分必须大于虚数的部分。如果两个部分都是相同的数值，这就变成在散射过程当中发生共鸣，而非是个粒子。因为这样就会变成没有足够时间来测量其散射过程。在快子的例子当中，虚质量的部位远远大于实质量的部位，也就因此在量子力学当中，快子不能被视为是一种粒子。
需要强调的一项重点，在快子量子场论中，场的操作子都是类空，离散点之间依然是联络（或反联络），也因此，因果律依然是成立的。因此，信息的传递从来无法超过光速。
快子场论的范例是所有的自发对称性破缺事件。在凝聚体物理学当中一个很著名的例子是铁磁性，在粒子物理当中最著名的例子就是标准模型当中的希格氏机制。
弦理论当中的快子.
在弦理论当中，快子的解译跟量子场论相同。不过，弦理论可以从根本原理上解释并描述快子场论物理，并且对其场的作用进行预测。
快子场论在弦理论当中有许多种版本，分别表达不同维度下的弦作用。一般而言，弦理论认为，所有的粒子，包含了电子、光子、重子等等，都是在基底层次的弦震动的一种状态。粒子的质量可由开弦震动时而引带出质量，简单说，质量之生成是由于弦的音符所造成的。快子经常性地出现在可被允许的弦状态当中，有些状态则具有虚质量。如果快子出现在弦物理的开弦震动状态下，这标志著所附著的底层弦系统机制处于一个不稳定状态。这样的系统将会衰减成为闭弦状态或是稳定的D-膜。如果，快子处于闭弦震动模式，这表示时空结构本身处于不稳定状态，一般而言，不确定它会向哪一个方向转变，中子星超弦物理学认为闭弦快子衰变会产生导致中子星星爆的成因，也就是产生微型虫洞、Q-Ball、B-Ball及婴儿黑洞。不过，如果闭弦快子处于奇点周围，它将会把奇点给消解掉。
弦理论当中的快子凝聚作用，可以使得高维时空降低为低维时空，从而使得弦理论对许多现有的物理理论可以进行预测。
娱乐：科幻作品当中的快子.
快子在许多科幻作品当中出现。它被科幻作品的作者用于做为一个建立超光速通讯的备用机能，不论是否其违反因果律。快子这个词汇变成科幻泡沫剧的一个成分，不论实际内容是否大部分描写与科技发展有关的主题。
在近期（2010年）的美国电视剧当中，《-{zh-cn:未来闪影; zh-tw:超时空感应; zh-hk:2分17秒;}-》的主题就是因为高能加速器对快子的实验，无预警的快子闭弦震动波的影响，导致全球所有的人都受到影响（blackout），全球的人都停止活动两分十七秒，活动停顿导致灾难，因而使得数千万人死亡，并且全球的人看到未来六个月后的事件发生影像（flash forward）。该科幻剧所使用的快子弦理论原理即为「快子电话」及「快子闭弦凝聚」。