Вселенная в электроне

Отдав всю энергию, тахион становится безынерциальной струей материи, распределенной сразу вдоль всей своей траектории. Можно сказать и по-другому: тахион с бесконечной скоростью существует только в один-единственный момент, а в остальное время его нельзя обнаружить ни в одной точке пространства. И может случиться так, что находящийся в абсолютно пустом пространстве наблюдатель, начав двигаться, вдруг обнаружит, что пространство вокруг него заполнено тахионами. Число частиц оказывается зависящим от скорости наблюдателя. Изменяя скорость ракеты, космонавт каждый раз будет видеть вокруг себя различную плотность материи. Тахионы, как призраки в старом английском замке, то исчезают, то снова вдруг появляются как будто из ничего. Согласитесь, эффект более удивительный, чем простая зависимость длины предметов от скорости!

Самоускорение, распухание, размазывание по всей траектории — это действительно очень непривычные и странные свойства. Однако странно не значит нельзя. К необычным свойствам и явлениям можно привыкнуть. Важно, что сами по себе они не противоречат фундаментальным законам природы.

Значительно более серьезные трудности связаны с беспричинными явлениями. Оказывается, и такие возможны для тахионов!

Проблема причинности

Первоначально физикам казалось, что вопиющим противоречием является уже сам факт изменения временного порядка в процессах с тахионами. Ведь если, например, один наблюдатель зафиксировал, что тахион испущен атомом урана и поглощен атомом серы, то другой наблюдатель может увидеть, что атом серы поглощает тахион, который еще только будет испущен ураном. Явная бессмыслица!

Выход нашел работающий ныне в США пакистанский физик Сударшан. Он учел, что для любого процесса с элементарными частицами всегда можно найти обратный, в котором все частицы заменены на античастицы, а античастицы, в свою очередь, — на частицы. Другими словами, процесс испускания частицы всегда можно рассматривать, как поглощение античастицы, и наоборот. Такая симметрия хорошо проверена на опыте. Это означает, что, с формальной точки зрения, прямой и обратный процессы можно считать одной и той же реакцией, если античастицы рассматривать, как частицы, движущиеся обратно во времени. Например, если тело A испускает электрон или отрицательно заряженный тахион, который поглощается телом B, то ни в самой реакции, ни в ее окружении ничего не изменится, если считать, что на самом деле тело B испустило позитрон или положительный тахион, который затем поглотило тело A. А раз так, то, возвращаясь к опыту с атомами урана и серы, допустимо считать, что второй наблюдатель увидит процесс, в котором атом серы испускает антитахион, а атом урана его поглощает. И никакого противоречия нет, концы с концами сходятся.

С первого взгляда рассуждения Сударшана выглядят, может быть, не совсем понятными, но если изобразить их в виде простенькой схемы на бумаге, в них легко разобраться.

Тем не менее всех противоречий остроумное предложение Сударшана все же не устранило. Дело в том, что ни один сверхсветовой процесс нельзя изолировать от окружающей «досветовой» обстановки. Это можно сделать лишь в теории, а в реальном мире всякое явление бесконечным числом связей скреплено с окружающими телами. Полностью отгородиться от них невозможно. Таково одно из основных свойств нашего мира. Поэтому изменение направления времени в сверхсветовом процессе неизбежно приходит к противоречию с направлением течения времени в нашем мире, или, как говорят философы, со «стрелой времени», которая задается движением окружающих нас досветовых тел и временным порядком происходящих в них процессов. Если такие тела соседствуют с тахионами, возникают похожие на чудо ситуации, в которых нарушена причинная связь событий. Следствие может опередить вызывающую его причину.

Допустим, например, что охотник тахионной пулей поражает сидящую на столбе ворону. Космонавт же в иллюминатор пролетающей мимо ракеты увидит, что по какой-то непонятной причине из вороны вылетела тахионная пуля, которая была поймана ружьем охотника. А главное, тот каким-то образом заранее знал, в какую сторону и под каким углом ему следует направить ствол ружья, чтобы поймать шарик тахионного вещества! Космонавту все это покажется подлинным чудом. Подобных ситуаций можно придумать множество.

В мире со сверхсветовыми явлениями прошлое перепутано с будущим. Там ничего не стоит подсмотреть, что находится «по ту сторону завтра». Нужно только сесть в экипаж, движущийся с подходящей скоростью. В таком мире наказание предшествует суду, а преступление совершается в последнюю очередь. Там можно найти такую систему координат, где еще не родившийся внук может поговорить по сверхсветовому телефону со своей давно умершей бабушкой. Стоит только изменить скорость, и вы из будущего перенесете свой взор в далекое прошлое или наоборот. Там можно застрелить самого себя в прошлом. Куча нелепостей! Фантасты, которые в своих романах пишут о космических кораблях со сверхсветовыми скоростями, наверное, ничего не слышали об этих парадоксах.

Как избавиться от нарушений причинности в процессах с тахионами и можно ли это вообще сделать, остается не ясным. Недавно итальянским физикам удалось показать, что нарушение причинности всегда сопровождается нарушением законов сохранения энергии и импульса. Другими словами, если требовать точного выполнения этих законов, то нарушающие причинность взаимодействия просто не должны происходить, и физическое тело по отношению к тахионам будет вести себя, как абсолютно прозрачное. К сожалению, это тоже не устраняет всех противоречий. Оказывается, если невозможно взаимодействие тахиона с телом, как с целым, то может произойти взаимодействие с его частью или наоборот. Полностью запретить непричинные взаимодействия не удается.

Результат итальянских физиков можно считать теоретическим доказательством того, что в больших, макроскопических областях пространства и времени тахионов нет, так как иначе нарушалась бы не только причинность, но и законы сохранения энергии и импульса, можно было бы построить вечный двигатель, превратить холод в тепло и тому подобное. Поскольку ничего такого в природе не бывает, то тахионы, если они все же рождаются в нашем мире, не могут выходить за пределы ультрамалых пространственно-временных областей. Опыт подсказывает, что временной порядок там становится не таким строгим, как на больших расстояниях, и его зависимость от системы координат уже не будет нарушать причинность.

При этом, конечно, возникает вопрос: что же удерживает тахионы в ультрамалом, не дает им разлететься?

Как будет, если, например, тахионы — короткоживущие частицы, обладающие способностью самоускоряться? Время жизни таких частиц будет сокращаться при увеличении их скорости, и, самоускоряясь, они распадутся почти сразу же вблизи точки своего рождения. Могут быть и другие причины «пленения» сверхсветового вещества, природа неистощима на выдумки.

Как бы там ни было, пока нет никаких запретов существованию тахионов в очень малых областях пространства и в течение очень кратких моментов времени. Следовательно, и время там может идти вспять. А вот существуют ли на самом деле такие частицы и такие вывернутые во времени процессы — здесь слово за экспериментом.

Что говорит опыт?

Понятно, что обнаружить сверхсветовые частицы можно лишь по следам, которые они оставляют в окружающем веществе. Но могут ли вообще частицы со столь необычными свойствами взаимодействовать с обычным, досветовым веществом наших приборов? Некоторые ученые считают, что эти два типа вещества просто не чувствуют друг друга, проходят одно сквозь другое, как свет сквозь прозрачный материал. Если это так, то тахионы — ненаблюдаемые объекты, а световой и сверхсветовой миры оторваны один от другого — у них просто нет точек соприкосновения. Трудно, однако, думать, что в природе, где все взаимосвязано и взаимообусловлено, могут существовать материальные тела, которые ничем себя не проявляют и принципиально не наблюдаемы. Если же между тахионами и досветовым веществом есть взаимодействие, то тахионы должны рождаться при столкновениях досветовых частиц и можно попытаться зафиксировать их с помощью имеющихся в нашем распоряжении средств.