التكيون أوالجسيم التكويوني هوجسيم افتراضي يتحرك دائماً بسرعة تفوق سرعة الضوء، وتأتي تسميته بهذا الاسم من الحدثة الإغريقية "ταχύς" أو"تاكيس" ويعني صغيرٌ وسريع جداً، وكان أول من صاغ الاسم غيرالد فاينبرغ في ورقة بحثية قدمها عام 1967،‏ افترض فيها فاينبيرغ حتى الجسيم التكيوني قد يحدث كمات في مجال كمي ذات مربع كتلة سالبة. ثم أدرِك حتى إثارة مجالات الكتلة الافتراضية تلك، لا ينتج في الواقع جسيمات أسرع من الضوء وإنما تشكل حالة من عدم الاستقرار تدعى "تكاثف التكيونات"، وعلى الرغم من ذلك، ما زالت تلك المجالات تدعى بالتكيونات، والتي لعبت دوراً هاماً في الفيزياء الحديثة.

يظن أغلب الفهماء حتى الجسيمات الأسرع من الضوء لا يمكن حتى توجد في الطبيعة، لأن ذلك لا يتوافق مع قوانين الفيزياء، وإن تواجدت فقد تستخدم لبناء جهاز تشويش تاكيوني، وإرسال إشارات أسرع من الضوء، والتي بحسب نظرية النسبية الخاصة يفترض أن تؤدي إلى خرق الطبيعة. وباللقاء فإن بعض النظريات المنسجمة مع الطاقة الكامنة للجسيمات ما فوق الضوئية لا ترى في هذه الجسيمات ما يخرق الطبيعة، على عكس نظرية ثابت لورنز المماثلة لنظرية النسبية الخاصة، ولذلك فإن سرعة الضوء ليست عائقاً أمام وجود هذه الجسيمات بالضرورة.

على الرغم من المجادلات النظرية المعارضة لوجود الجسيمات ما فوق الضوئية، لم تجرَ التجارب الفهمية حتى الآن للتأكد من وجود التكيونات، كما لا يوجد أي برهان قاطع على وجودها.

تاريخ التكيونات

كما ذكر سابقاً، كان مخترع المصطلح "تكيون" العالم غيرالد فايبيرغ عام 1967 بورقةٍ بعنوان "احتمالية وجود جسيمات أسرع من الضوء". تفهم فاينبيرغ حركية تلك الجسيمات حسب نظرية النسبية الخاصة، كما عرَّف بورقته الحقول ذات الكتلة التخيلية (تدعى حالياً حقول التكيونات أوالتكيونات أيضاً) في محاولة لفهم أصل فيزياء الجسيمات. فيما تعزى الفرضية الأولى المتعلقة بالجسيمات فوق الضوئية إلى العالم الألماني أرنولد سومغفيلد في 1904.

التكيونات في النظرية النسبية

في نظرية النسبية الخاصة، يجب حتى تكون للجسيمات ما فوق الضوئية "طبيعة شبه فضائية وقوة رباعية" مقارنة مع الجسيمات العادية التي تحمل طبيعة "شبيهة بالضوء وقوة رباعية"، كما يجب حتى تكون لها كتلة تخيلية حسب الجزء شبه الفضائي لمخطط القوة الطاقية، لن تستطيع التخفيف من سرعتها للسرعات العادية.

الكتلة

في نظرية لورنز إنفارينس تُطبَّق نفس العلاقات على الجسيمات الأبطأ من الضوء (والتي تدعى بروديونات في النقاشات المتعلقة بالتكيونات) على التكيونات ذاتها، وخاصة علاقة القوة الطاقية:

${\displaystyle E^{2 =p^{2 c^{2 +m^{2 c^{4 \;$

حيث حتى P هي القوة النسبية للبراديون، m هي الكتلة المتبقية، يجب حتى تطبق بعدها علاقة الطاقة الكلية للجزيء:

${\displaystyle E={\frac {mc^{2 {\sqrt {1-{\frac {v^{2 {c^{2 .$

تظهر العلاقة حتى الطاقة الكتلية للجسيم سواء أكان براديون أوتكيون تحتوي على جزء من كتلته المتبقية (الكتلة الطاقية المتبقية) وجزء من حركته. عندماقد يكون v أكبر من c (سرعة الضوء) فإن الطاقة الحركية ستكون رقم عقدي، والقيمة الأساسية ستكون سالبة لأن الطاقة الكلية يجب حتى تكون رقماً حقيقياً، والكتلة المتبقية m يجب حتى تكون عقدية لأن تقسيم رقم عقدي صافي (يحتوي على رقم تخيلي فقط) على رقم عقدي صافي آخر هورقم حقيقي.

السرعة

ليس كباقي الجسيمات، سرعة التكيونات تزداد بنقصان طاقتها، عندما E تقترب من الصفر حيث v تقترب من اللانهاية، في حين حتى طاقة البراديونات، E تزداد بازدياد السرعة وتصبح أكبر بصورة تعسفية حين تقترب v من سرعة الضوء c، لذلك لاتستطيع البراديونات حتى تخرق عتبة سرعة الضوء لأنه يستوجب اكتسابهاطاقة لانهائية للوصول لعتبة سرعة الضوء وكذلك لا تستطيع التكوينات حتى تقل سرعتها عن سرعة الضوء لأن ذلك يستوجبها طاقة لانهائية.

وقد ذكر آينشتاين وتولمان وغيرهم حتى نظرية النسبية الخاصة توحي بأن الجسيمات الأسرع من الضوء إذا ثبت وجودها فقد تستخدم للتواصل مع الماضي.

النترونات

في 1985، اقترح كودوس إت آل حتى النترونات قد تملك طبيعة تكيونية وإذا إمكانية حركة الجسيمات العادية بسرعة ما فوق ضوئية قد تجسد شروط خرق نظرية لورنز إنفاريس ، على سبيل المثال في نموذج التمدد القياسي في هذا الإطار تخضع النترونات لـتأثير انهيار لورنز لذبذبة النترونات لتستطيع السير بشكل أكبر من سرعة الضوء عندما تمتلك طاقة هائلة، على أية حال هذا الاقتراح عثر نقدا كثيرا.

إشعاعات شيرنكوف

يخسر التكيون ذوالشحنة الكهربائية طاقته تماما كما تخسر الجسيمات العادية المشحونة طاقتها عندما تتجاوز سرعتها السرعة المحلية لسرعة الضوء بشكل متوسط، يسير التكيون المشحون في الفضاء ويخضع لفترة تسارع محددة ومسمترة ويشكل مساره بترا زائدا في الفضاء على أية حال كما وجدنا حتى تخفيض طاقة التكيون تزيد من سرعته ولذلك البتر الزائد المنفرد المشكل هوتكيونان مشحونان بشحنة متعاكسة وقوى متعاكسة ( نفس الحجم ولكن إشارة معاكسة ) مما يؤدي إلى إبادة جميع منهما عندما يصلان إلى السرعة اللانهائية بنفس اللحظة ونفس المكان في الفضاء، ونفس القيمة عندها كلا التكيونان لن يمتلكان طاقة وقوة لانهائية وبجهتان متعاكستان ولذا لا تخترق أي قانون احتفاظ بإبادتهما بنفس الوقت. حتى التكيون غير المشحون يُتَسقط حتى يخسر طاقته بتجاذبات إشعاعات شيرينكوف بداخل هذه الجسيمات. تتفاعل النترونات مع الجسيمات الأخرى بشكل عادي كما استخدم أندريوكوهين وشيلدون كلاشوهذا الموضوع للنقاش حول حتى النترون لا يمكن حتى يُشرَح بجعل النترونات تنتشر بسرعة تفوق سرعة الضوء وإنما يجب حتىقد يكون السبب هوتعبير عن خطأ في التجربة.

السببية

السببية هي المبدأ الأساسي في الفيزياء، إذا كانت التكيونات قادرة على إرسال المعلومات بسرعة تفوق سرعة الضوء فحسب نظرية النسبية الخاصة فإن التكيونات ستخترق السبب مؤدية إلى تناقض "قتل الجد" المنطقي. المشكلة قد تفهم بشروط علاقة نفس الوقت في نظرية النسبية الخاصة والتي تقول "إن اللحظات المرجعية الخاملة المتنوعة يفترض أن تتعارض في ترتيب الحدثان" أي أنه لايوجد ثمة وقع في ضوء مخروط مستقبل الآخر. إذا كان أحد الحدثين يمثل إرسال إشارة من مكان ما، والحدث الثاني يمثل استقبال تلك الإشارات في مكان مختلف، طالما حتى الإشراة تتحرك بسرعة الضوء وأقل فإن رياضيات الوقت تؤكد حتى جميع اللحظات المرجعية توافق حتى وقع الإرسال قد وقع قبل الاستقبال أما بافتراض إشارة تتحرك بسرعة ما فوق ضوئية سيوجد دائما بعض اللحظات التي تم استقبال الإشراة فيها قبل إرسالها لذا فإن هذه الإشارات تسافر إلى الماضي لأن أحد الفرضيات الأساسية لنظرية النسبية الخاصة تقول : "إن قوانين الفيزياء يجب حتى تعمل بنفس الطريقة بكل لحظة وإذا كان من الممكن للإشارات ان تسافر للماضي في لحظة مايجب حتىقد يكون ذلك ممكنا في جميع اللحظات" ، أي إذا كان المراقب أ يرسل إشارة للمراقب ب والتي تسير بسرعة فوق ضوئية ستصل إلى المراقب ب في لحظة سابقة في الزمن والمراقب ب يرسل إشارة أخرى كـ "رد" أيضا تتحرك بسرعة فوق ضوئية ستصل إلى المراقب أ في لحظة أسبق من الزمن أيضا، أي حتى المراقب أ سيستقبل الرد قبل إرسال الإشارة الأصلية. تحدي السببية في جميع لحظة وفتح باب التاقضات الصعبة. عثر تفاصيل رياضية في موضوع التشويش التكيوني وصورة إيضاحية لمثل هذا الصدد.

النماذج الأساسية

في الفيزياء الحديثة، جميع الجسيمات الأساسية تعتبر متيرة للحقول الكمية. هناك الكثير من الطرق المتميزة التي تمكن الجسيمات التكيونية من الترسخ في نظرية الحقل.

مجالات ذات كتلة تخيلية

في ورقة غيرالد فاينبيرغ، تفهم فاينبيرغ الحقول الكمية لـ لورنز إنفارينت بكتلة تخيلية. لأن مجموعة السرعة لمثل هذا الحقل تكون فوق ضوئية، تظهر حتى إثاراتها تنتشر بسرعة فوق ضوئية، كما فُهم حتى مجموعة السرعة فوق الضوئية لا تناظر سرعة انتشار أي اثارة محلية ( كالجسيم ). وإنما الكتلة السلبية تمثل حالة عدم استقرار لتكاثف التكيون، وكل إثارات الحقل المنتشرة بسرعة دون ضوئية متلائمة مع السببية. على الرغم من عدم امتلاك انتشارات فوق ضوئية كالحقول التي تدعى بـ "التكيونات" في الكثير من المصادر.

الحقول التكيونية تلعب دورا هاما في الفيزياء الحديثة، لربماقد يكون الأشهر هيغس بوزون لـ النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات التي ليس لها كتلة تخيلية . بشكل عام ظاهرة "خرق التماثل الغير منتطم" والمتعلق بشكل كبير بـ "تكاثف التكيونات" تلعب دورا هاما جدا بالكثير من نواحي الفيزياء النظرية. بما فيه نظريتا "غينتسبيرغ لانداو" و"بي سي اس". مثال إخر عن المجال التكيوني نظرية الوتر البوزوني.

النظريات الخارقة لـ لورنز

في النظريات التي لا تحترم نظرية "لورنز انفارينس" بأن سرعة الضوء ليست بالضرورة عائقاً والجسيمات قد تسير بسرعة فوق ضوئية بدون الحاجة للطاقة اللانهائية أوتناقضات السببية. فئة من نظريات الحقل من ذلك النوع تدعى " الإضافات النموذجية القياسية"، وإثبات تجربة لورنز إنفارينس جيدة بشكل فائق.

وصلات خارجية

• The Faster Than Light (FTL) FAQ (from the أرشيف الإنترنت)
• نطقب:ScienceWorld
• Tachyon entry from the Physics FAQ

المراجع

مصادر