Takyon

Takyon (Yunanca ταχύς takhís, "hızlı" anlamımda), ışıktan hızlı giden farazi parçacıklardır. İlk tanımı Arnold Sommerfeld'e atfedilmişse de, aslında ilk olarak George Sudarshan ve Gerald Feinberg tarafından yazılmıştır. 
Çoğu fizikçi için fiziğin bilinen yasaları ile tutarlı değildir, çünkü ışıktan daha hızlı parçacıkların olamayacağı tahmin edilmektedir. Takyonlar, Albert Einstein'in ünlü Genel görelilik yasasındaki v2 /c2 ifadesindeki cismin hızı (v) ışık hızından (c) büyük olursa ne olur sorusunun cevabıdırlar. Bu nedenle takyon parçacıklarının kütleleri reel sayı ile değil karmaşık sayılar ile ifade edilir (2i kg. kütleli gibi) aynı zamanda v daima c den büyük olacağından , takyonlar için en yavaş hız ışık hızıdır. Ancak tam olarak ışık hızında da olamazlar çünkü ışık hızında olursalar v2/c2 = 1 olacağından bu ifade tanımsız olur. Bununla birlikte, negatif kare kütle alanlar genellikle, "takyonlar" olarak adlandırılır ve aslında modern fizikte önemli bir rol oynamaya başlamıştır. Potansiyel tutarlı teoriler, ışıktan daha hızlı parçacıkların Lorentz değişmezinin kırılmasına  dahil olanlara izin verir böylece özel göreceliğin altında yatan simetriye, ışığın hızı bir bariyer değildir, Böylece gerçek dünya için sınır olan ışık hızı burada da değerini korur. Buradan çıkarılacak sonuç ise, takyonların varlığının fizik ve matematik kurallarına aykırı olmadığıdır. Bunu takyonların varlığına delil olarak gösterenler vardır. Aynı (v)>(c) değerlerinin zaman denklemi içinde yerine konulması sonucunda zaman kavramının takyonlar için tıpkı kütle gibi imajiner olduğunu gösterir. Zaman gerçek olmadığı içinde zamanın oku olan entropi artışı söz konusu olmaz ve bu nedenle takyonlar evreni gerçek evrenin aksine büzüşmezler tam tersine sanal kütleleri nedeniyle çekim etkisine girmediklerinden evreni gererler. Böylece, başlanılan noktaya geri dönülen bir küresel evren modeli yerine takyon evreni için kenarları olmayan bir sonsuz evren söz konusudur. Ayrıca takyonların hızı enerjileri azaldıkça artar. Bu nedenle radyasyon yaydıkları varsayıldığında, azalan enerjileri nedeniyle sürekli hızlanırlar ve nihayet sıfır enerji için sonsuz hıza ulaşırlar. Enerji azaldıkça hızları arttığından dolayı kuvvet denilen etki hareketle aynı yönde olduğunda takyonların hızını arttırmaz tam tersine yavaşlatır. Birçok fizikçinin nötrino ve teorik takyonların özellikleri arasındaki olası bağlantıyı anlamaya çalışmış olduğuna dikkat etmek önemlidir.

Göreli teoride Takyonlar 
Özel görelilikte, Sıradan partiküllerin aksine bu zaman-gibi dört-momentum var olan ışıktan daha hızlı bir parçacık uzay-gibi dört-momentum olurdu. Ayrıca hayali kütlesi olurdu. Enerji-momentum grafının uzay-gibi parçasına kısıtlanmış olmaz, subluminal hızlara yavaşlatılamazdı.

Kütle 
Bir Lorentz değişmezi teorisinde, sıradan daha yavaş ışık parçacıkları için geçerli aynı formüllere (bazen tartışmalarda takyonlara  "bradyon"lar denir)  takyonlarda da başvurmalıdır. Özellikle enerji-momentum ilişkisi:

(burada p  bradyonun göreli momentumudur ve m istirahat kütlesidir),yine de bir parçacığın toplam enerjisi için bir formül ile birlikte, geçerli olmalıdır:

Bu denklem bir parçacığın (bradyon veya takiyon) toplam enerji durma kütlesi ( "istirahat kütle-enerjisi") ve hareket, kinetik enerji katkısıyla bir katkı içerdiğini göstermektedir. 
v  c den daha büyük olduğu zaman,kök altındaki değer negatif olduğu için, enerjisi için denklemde payda, "sanal" dır. 
Toplam enerji gerçek olması gerektiğinden, pay da hayali olması gerekir: 
diğer saf hayali sayısına bölünmesiyle bir saf sanal sayı bir reel sayı olduğu gibi, yani  istirahat kütlesi m hayali olmalıdır.

Hız 
Bir ilginç etkisi, sıradan parçacıkların aksine, enerji azaldıkça Takyon hızı artar.   sonsuza yaklaştığında, özellikle  sıfıra yaklaşır. (Sıradan  bradyonik madde için,E ,v hızı c, ışık hızına yaklaşırken keyfi büyüme olarak artan hızda artar).
Sonsuz enerji üzerinde ya da altında gelenin ulaşmasına engel için gereklidir çünkü bu nedenle, bradyonların ışık hızı bariyerini kırması yasaktır, bu yüzden oldukları gibi c altına çok aşağı  yavaşlatan takyonlara yasak  vardır.
Einstein, Tolman ve başkaları tarafından belirtildiği gibi, özel görelilikte sözedilen  ışıktan daha hızlı parçacıklar var ise, zaman içinde geriye doğru iletişim kurabilmek  anlamına gelir.

Nötrinolar
1985 yılında. nötrinoların takyonik doğaya sahip olabileceğini önerdi. süperluminal hızlarda hareket eden standart model parçacıklarının olasılığı Standart Model Uzantısı  örneği içinde,  Lorentz değişmezi ihlali koşulları kullanılarak modellenebilir. 
Bu çerçevede,  Lorentz-ihlal salınımları nötrino deneyi ve yüksek enerjilerde ışık hızından daha hızlı seyahat edebilirsiniz. 
Bu öneri şiddetle eleştirildi.

Nedensellik 
Nedensellik  Fiziğin temel bir prensibidir. Eğer takyonlar ışıktan daha hızlı bilgi iletebiliyor, ise nedensellik ihlaline "kendi büyükbabasını öldüren" tipi mantıksal paradoksu örnek verilir. Böylece buna "takyonik telefon paradoksu"  veya "mantıksal zararlı kendi-inhibitorü" gibi düşünce deneyleri örnek olarak gösteriliyor.

problem özel göreliliğin içinde eşzamanlılığın göreliliği terimleri içinde anlaşılabilir, bu derki farklı eylemsizlik referans çerçeveleri konusunda "aynı zamanda" veya değil farklı lokalizasyonda iki olayın sıralaması tutarlı olmayacaktır, ve bu ayrıca iki olayın sırası olarak da tutarsız olabilecektir (teknik olarak, bu tutarsızlıklar uzayzaman aralığı olayların arasında oluşuyorsa bunun anlamı 'uzay-gibi'dir; diğer bir deyişle, geleceğin ışık konisi içinde hiçbir olay yatmıyor ).

İki olaydan biri bir yerden bir sinyalin gönderilmesini  ikinci olay ise başka bir yerde, aynı sinyalin alınmasını temsil ederse, eşzamanlılık matematiği sinyal boyunca  ışık hızında veya daha yavaş hızda hareket olarak, bütün referans çerçeveleri iletim-olayının, alım-olayından önce gerçekleştiğini kabul eder. Bununla birlikte, ışık daha hızlı hareket eden bir varsayımsal sinyal durumda, her zaman sinyal zaman içinde geri hareket ettirilebilir olduğu söylenebilir ki bu, gönderilmeden önce alınan sinyal edildiği bir çerçeve olacaktır. İki temel Özel görelilik önermelerinden biri sinyalleri herhangi bir çerçeve zaman içinde geriye doğru taşımak mümkünse fizik yasalarının her eylemsiz çerçeve içinde aynı biçimde çalışması gerektiğini söyler, çünkü taşıma tüm çerçeveler içinde yapılabilmelidir bunun anlamı eğer A gözlemcisi B gözlemcisine bir sinyal gönderiyor bu  A'nın ışıktan hızlı çerçevesi içinde taşınıyor ise ama B'nin çerçevesi içinde zaman içinde geriye, ve  B  bir cevap gönderiyor ise bu B'nin çerçevesi içinde ışık-tan-hızlı geriye taşınıyor ama A'nın çerçevesi zaman içinde geriye,bu bir orijinal sinyali göndermeden önce yanıt alması işe yarayabilir,her çerçeve içinde zorlu bir nedensellik ve şiddetli mantıksal paradokslara kapı açar.  Matematik detaylar takyonik antitelefon içinde yazı bulunabilir, ve bir gösterim uzayzaman diyagramının kullanılan böyle bir senaryosu içinde bulunabilir.

Çerenkov ışıması 

Bir elektrik yüküne sahip bir takyon Çerenkov ışıması olarak enerji kaybeder. Bir ortamda ışığın yerel hızını aştığında sıradan yüklü parçacıkların yaptığını yapar. Bir vakum içinde seyahat eden bir yüklü takyon bu nedenle sabit bir uygun zaman hızlanmaya uğrar ve , zorunlu olarak, onun dünya çizgisinin uzay-zamanda bir hiperbolü oluşur .
Oluşturulan tek Hiperbol aynı anda uzayda aynı yerde sonsuz hıza ulaştığınızda birbirlerini yok zıt momentumun iki zıt yüklü takyonlar ( aynı büyüklükte , zıt işaretli) olduğunu böylece Ancak takyonun hızı artarken enerjisi azalır .
( Sonsuz hızda her iki takyonun hiçbir enerjisi  ve ters yönde sonlu bir ivmesi var , bu yüzden hiçbir koruma yasası karşılıklı imhayı ihlal etmemektedir . Imhanın zamanı çerçeveye bağlıdır . )
elektriksel olarak nötr bir takyonun yerçekimsel Çerenkov ışıması yoluyla enerji vermesi beklenir çünkü Bir çekim kütlesine sahiptir ve yukarıda tarif edildiği gibi , hareket ederken bu nedenle hız artışı için bile
Takyonun herhangi diğer parçacıklar ile etkileşimi varsa, o da bu parçacıkların içine Cherenkov enerjisi yayabilir.
Nötrinoların Standard Modelin diğer parçacıklar ile etkileşimi ve Andrew Cohen ve Sheldon Glashow'a göre  son zamanlarda iddia edilen  bu ışıktan daha hızlı nötrino anomalilerii nötrinoların yayılmasını izah edemez ,bunun yerine deneydeki bir hata nedeniyle olmalıdır.

Yeniden yorumlanması ilkesi 
yeniden yorumlama ilkesi her zaman zaman içinde geri gönderilen bir takyonun, ileriye yolculuk yapan bir takyon olarak yeniden yorumlanabileceğini belirtmektedir gözlemciler takyonların ve emisyon ve absorpsiyonunu ayırt edemez çünkü. Gelecekten bir takyonu algılamak (ve nedensellik ihlal) için girişim (nedensel olan) aslında aynı takyonu oluşturmak ve zaman içinde ileriye göndermek istiyorsunuz. Ancak, bu ilke yaygın paradoksların çözümü olarak kabul edilmez. Yerine, bilinen herhangi bir parçacığın aksine bu paradoksları önlemek için gerekli olacağını takdir edeceklerdir. Aksi takdirde bir takyon ışın modüle ve bir anti-telefon veya bir "mantıksal tehlikeli kendi kendini inhibitörü" oluşturmak için kullanılıyor olabilir. Çünkü takyonların, herhangi bir şekilde bile etkileşime girmemektedirler ve algılanan ya da gözlenen olamaz. Enerjinin tüm formlarının en az yerçekimsel etkileşime girdiğine inanılan ve birçok yazar Lorentz değişmez teorileri süperluminal yayılmasının nedensel  zaman paradoksları yol açtığını ifade edilmektedir..

Temel modeller 
modern fizikte, tüm temel parçacıklar kuantum alanlarının uyarılmaları olarak olarak kabul ediliyor. Burada birkaç farklı  yolla  bu takyonik parçacıklar bir alan teorisi içine gömülebilir.

Sanal kütle ile Alanlar 

Kağıtlarda bu "takyon" terimi icadı , Gerald Feinberg Lorentz değişmez kuantum alanları ile sanal kütle üzerine çalıştı. Çünkü grup hızı öyle ki superluminal bir alandır, naïf bir görüntüdür ışıktan daha hızlı yayılmayı uyarır .  Bununla birlikte o was hemen anlaşılıyor ki superluminal grup hızı herhangi yerel uyarılmanın yayılmasının hızına karşı gelmiyor (bir parçacık gibi).  Yerine,takyon yoğunlaşmasında bir kararsızlık gösterenler negatif kütledir ,ve tüm alan yayılmanın tüm uyarımları subluminal ve nedensellik ile tutarlıdır. Işık-tan-hızla yayılım olmamasına rağmen, böylece alanlar birçok kaynak içinde  "takyonlar" olarak basitçe ifade edilir.

Modern fizikte takyonik alanlar önemli bir rol oynuyor.Belki de en ünlüsü parçacık fiziğinin Standard Modelinin Higgs bozonunundur, bu—içinde yoğunlaşmamış fazdır—bir sanal kütle(sıfır kütle yani saf enerji) var. Yani enerjinin kütlesi olmaz  Genel içinde,kendiliğinden simetri kırılmasının fenomeni, bu takyon yoğunlaşmasıyla yakın ilişkidedir, teorik fiziğin birçok yönleri içinde çok önemli bir rol oynuyor,Ginzburg–Landau veBCS superiletkenin teorisini içerir.Diğer örnek  bir takyonik alanın bosonik sicim teorisinin takyonudur.

Lorentz ihlal teorisi 
Teoride  Lorentz değişmezinin sırası ışığın hızı (zorunlu olarak) bir engel değildir, ve parçacıklar ışıktan hızlı sonsuz enerji dışında hareket edebilirler veya nedensel paradoks. Bu tipin alan  teorisinin bir sınıfı olarak adlandırılan Standard Model uzantıları vardır.Ancak, Lorentz değişmezliği için deneysel kanıtlar son derece iyi, böylece teori çok sıkıca kısıtlıdır.

Kanonik olmayan kinetik terimi olan alanlar 
Alanın kinetik enerjisini değiştirerek, o Lorentz değişmez alan teorisi üretimi ile superluminal  uyarımları yaymak mümkündür. Ancak, genel olarak bu tür teoriler (yukarıda tartışılan nedensellik konularla ilgili nedenlerle) iyi tanımlanmış bir Cauchy problemi yok ve muhtemelen  kuantum mekanik olarak tutarsızdır

Tarih 
Yukarıda belirtildiği gibi,"takyon" terimi Gerald Feinberg tarafından bir 1967 notları içinde   "Işık-tan-hızlı Parçacıkların olasılığı" başlığı altında icat edildi.  Feinberg özel görelilike göre böyle partiküllerin hareketini inceledi. Onun notlarında o ayrıca introduced sanal kütle ile alanı (şimdi ayrıca "takyonlar" olarak tanıtılıyor)  mikrofizik kaynaklı böyle parçacıklar olabilir anlamında bir girişim olarak tanıtılıyor.

İlk kabul edilen hipotez  bazen 1904 yılında Alman fizikçi Arnold Sommerfelde  atfedilen ışık-tan-hızlı parçacıklar ve 1962 yılı içinde yapılan son tartışmalar oldu ve 1969.

Kurgu içinde 

Takyonlar kurgulu birçok eserler yer almıştır. Pek çok bilimkurgu yazarları nedensellik sorunları referans ile ya da olmadan, ışık-tan hızlı iletişim kurmaya güvenmek  üzerine bir bekleme mekanizması olarak kullanılmıştır. Takyon kelimesi söz konusu (pozitronik beyin ile benzer teknogevezelik bir form) süperluminal seyahat için hiçbir özel ilişkisi olmasa bile bir bilimkurgusal bir çağrışım vermek için böyle bir ölçüde yaygın olarak kabul haline gelmiştir.

Kaynakça

Ayrıca bakınız  
 Lorentz-Nötrino salınımları ihlali 
 Kütlesiz parçacık 
 Tersine nedensellik 
 Takyonik antitelefon 
 Wheeler-Feynman emme teorisi

Dış bağlantılar 
 Görecelilikle ilgili sıkça sorulan sorular - (İngilizce)
 "Tachyon" - (İngilizce)