Star trek-mania blog

Tachione:

Il " tachione "(dal greco " tachys "," veloce ") e' una particella ipotetica che viaggia ad una velocita' superiore a quella della luce.La prima descrizione teorica dei tachioni e' attribuita al fisico Arnold Sommerfeld.Nella ricerca fisica moderna,il concetto viene ripreso in vari altri contesti,come la teoria delle stringhe.Nel linguaggio della relativita' speciale,un tachione e' una particella con un " quadri - impulso " di " tipo - spazio ".Un tachione e' relegato ad una porzione tipo - spazio del grafico " energia - momento ".Percio' non puo' mai rallentare alla velocita' della luce o inferiore.Ai tachioni sono state attribuite parecchie proprieta' stravaganti,alcune delle quali trovano posto nella fantascienza.

• Proprietà di base:

Rappresentazione grafica di un tachione.

Come si e' detto precedentemente,il tachione e' una particella con un quadri - impulso di tipo - spazio.Se la sua energia e la sua quantita' di moto sono reali,la sua massa a riposo e' immaginaria.E' difficile interpretare il significato fisico di una massa di valore complesso.Un effetto curioso e' che,a differenza delle particelle ordinarie,la velocita' di un tachione aumenta al diminuire della sua energia.Questa e' una conseguenza della relativita' ristretta in quanto il tachione,in teoria,ha una massa che elevata al quadrato e' negativa.Secondo Einstein,la massa totale di una particella e' la somma della sua massa a riposo e della sua energia cinetica.Se m indica la massa a riposo,allora la massa totale e' data dalla relazione:

Consideriamo questa relazione come valida sia per i tachioni che per le particelle comuni (" bradioni ").In situazioni ordinarie,questa equazione mostra che E. aumenta all'aumentare della velocita',tendendo all'infinito quando v si avvicina A. C.,la velocita' della luce.Se M. e' immaginario,invece,il denominatore della frazione deve essere immaginario per mantenere l'energia reale ( visto che un immaginario diviso per un altro immaginario da' un reale ).Il denominatore e' immaginario se la quantita' all'interno della radice e' negativa,il che avviene se V. e' maggiore di C. .Quindi,allo stesso modo in cui per i bradioni e' impossibile superare la barriera della velocita' della luce,lo stesso vale per i tachioni,che non possono avere velocita' inferiori a quella della luce.L'esistenza di simili particelle pone degli interessanti problemi sulla fisica moderna.Ad esempio,prendiamo le formule della radiazione elettromagnetica e supponiamo che un tachione abbia una carica elettrica ( non possiamo dire a priori se un tachione sia neutro o dotato di carica );allora un tachione in accelerazione dovrebbe generare onde elettromagnetiche,come qualsiasi particella dotata di carica.Pero',come abbiamo visto,diminuendo l'energia di un tachione la velocita' aumenta,e quindi in una situazione del genere una piccola accelerazione ne produrrebbe una maggiore,portando ad un effetto a catena simile alla catastrofe ultravioletta.Nel 1973 Philip Crough e Roger Clay hanno annunciato una particella piu' veloce della luce apparentemente dovuta ad un'ondata di raggi cosmici ( l'osservazione non e' stata ne' confermata ne' ripetuta ).
Causalita':La proprieta' della causalita',un principio fondamentale della fisica delle particelle,pone un problema per l'esistenza fisica dei tachioni.Se un tachione esistesse e potesse interagire con la materia ordinaria,la causalita' potrebbe essere violata:a grandi linee,non ci sarebbe piu' modo di distinguere la differenza tra il futuro e il passato lungo la linea degli eventi di una data quantita' di materia ordinaria.Una particella potrebbe mandare energia o informazione nel suo passato,formando un cosiddetto loop causale.Questo porterebbe a paradossi logici come il paradosso del nonno,a meno che la teoria non sia impostata in modo da prevenirli.Attualmente una simile soluzione non e' conosciuta:per esempio,il principio di auto consistenza di Novikov non e' stato ottenuto all’interno di una teoria quantistica dei campi,ma deve essere imposto.Come minimo il principio di relativita' speciale dovrebbe essere abbandonato.Secondo la teoria della relativita' generale,e' possibile costruire modelli dello spaziotempo in cui alcune particelle viaggino piu' veloci della luce relativamente ad un osservatore distante.Un esempio e' la metrica di Alcubierre.Comunque,questi non sono tachioni come i precedenti,in quanto localmente non superano la velocita' della luce.

• Tachioni,EPR.,e la proposta di Bohm:

Un'altra possibilita' per risolvere i paradossi causali,proposta a suo tempo da David Bohm per trattare il paradosso EPR.,consiste nell'esigere l'esistenza di un sistema di riferimento privilegiato nel quale non si osservano mai segnali,pur superluminali,che si muovono indietro nel suo tempo relativo ( a questo punto una specie di tempo universale in senso lato ).In tal modo e' impossibile creare loop temporali,in qualsiasi sistema di riferimento.L'apparente moto indietro nel tempo di alcuni segnali diverrebbe in tal caso soltanto una specie di effetto ottico.Nel sistema di riferimento privilegiato,non c'e' alcun moto indietro nel tempo.Questo ha come conseguenza che osservatori in moto rispetto al sistema di riferimento privilegiato non possono vedere ed emettere segnali arbitrari,ma solo quelli superluminali che si muovono in avanti nel tempo per il sistema di riferimento privilegiato.Vale la pena di osservare che nel quadro della relativita' ristretta subluminale,non sarebbe mai possibile scoprire un simile " etere ", il moto rispetto al quale pero' potrebbe essere rivelato misurando in ogni direzione la massima velocita' ( in quella particolare direzione ) di un segnale superluminale osservabile.In tal senso i tachioni causali ( o gli effetti non locali della meccanica quantistica ) sono compatibili con la relativita' ristretta in cui sia presente un " etere " sullo sfondo,infatti i due postulati della relativita' ristretta,rimangono ancora validi,poiche' la forma delle leggi naturali in forma differenziale non viene toccata ( rimanendo cosi' covarianti ),ma viene aggiunta di fatto una condizione al contorno.

• Teorie di campo e delle stringhe:

Nella teoria quantistica dei campi,un tachione e' un quanto di un campo - solitamente un campo scalare - la cui massa al quadrato e' negativa.L'esistenza di una particella simile comporta l'instabilità dello spazio - tempo vuoto poiche' l'energia del vuoto presenta un massimo piuttosto che un minimo ( per lo meno rispetto alla direzione del tachione ).Un impulso molto piccolo condurra' il campo a crollare con un accrescimento esponenziale delle altezze:indurra' la condensazione tachionica.Il meccanismo di Higgs e' un esempio elementare,ma importante,per capire che una volta che il campo tachionico ha raggiunto il potenziale minimo,i suoi quanti non sono piu' tachioni,ma piuttosto bosoni di Higgs che hanno una massa positiva.E' importante capire che anche per campi quantistici tachionici,gli operatori di campo commutano ( o anticommutano ) ancora a punti separati tipo - spazio.I tachioni compaiono in molte versioni della teoria delle stringhe.In generale,la teoria delle stringhe dice che cio' che vediamo come " particelle "- elettroni,fotoni,gravitoni e così via - sono in realta' diversi modi di vibrare delle stesse strutture fondamentali,le stringhe.La massa di una particella puo' essere dedotta dalle vibrazioni della stringa;come dire che la massa dipende dalla " nota " suonata dalla stringa.I tachioni appaiono spesso nello spettro dei possibili stati delle stringhe,nel senso che alcuni stati hanno il quadrato della massa negativa,e quindi massa immaginaria:un esempio e' lo stato fondamentale della stringa bosonica.

• I tachioni nella fantascienza:

A causa della loro natura misteriosa,e soprattutto della caratteristica di muoversi a velocita' maggiore di quella della luce,i tachioni hanno spesso stimolato la fantasia di autori di fantascienza.Generalmente infatti,i tachioni sono dei meccanismi su cui alcuni autori della " science fiction " si basano per effettuare comunicazioni piu' veloce della luce,con o senza riferimenti a risultati di casualita'.Per esempio, nella serie televisiva Babylon 5,i tachioni sono usati per comunicazioni in tempo reale su lunga distanza.Un altro esempio e' il romanzo " Timescape " di Gregory Benford,vincitore del premio " Nebula ",che implica l’uso di tachioni per trasmettere un messaggio di salvezza indietro nel tempo.Anche nel film horror " Il signore del male " di John Carpenter vengono tirati in causa i tachioni per spiegare come gli umani del futuro riescano ad inviare messaggi indietro attraverso il tempo per avvertire i personaggi della catastrofe imminente.Nell’universo della serie Star trek i tachioni sono frequentemente invocati per spiegare alcuni aspetti del sistema di occultamento dei Romulani.Le navi stellari con questo dispositivo sono state intercettate guardandole passare attraverso un fascio di tachioni,creando essenzialmente un allarme antiladro piu' veloce della luce ( alle navi che utilizzano dispositivi di occultamento e' anche attribuita la produzione ed emissioni residue di tachioni,come nel film Star trek:La nemesi ).I tachioni sono inoltre tra le ipotetiche particelle frequentemente invocate nel " treknobabble ",linguaggio pseudoscientifico,spesso come un deus ex machina usate per sostenere la trama.In Star trek:Voyager un fascio di tachioni e' utilizzato,oltre che per comunicazioni a grandi distanze,per attraversare i tunnel spaziali o wormhole.Il romanzo " Le porte di Anubis " ( "The Anubis Gates ") di Tim Powers,vincitore del premio " Philip K. Dick " e del premio " Apollo " nel 1987,implica l’uso dei tachioni per dare avvio ai viaggi nel tempo.Gli appassionati di anime d'annata possono associare i tachioni con la sorgente di energia per la pistola e per il motore a moto ondulatorio in " I guerrieri delle stelle "(" Space Battleship Yamato "," Starblazers " negli Stati uniti ).In " Watchmen ",il capolavoro dei fumetti di Alan Moore, il protagonista usa " una grandine di tachioni " trasmettendola dallo spazio per confondere la mente della sola persona sulla Terra capace di vedere nel futuro.Nella serie a fumetti della The Walt Disney Company Italia," PKNA - Paperinik new adventures ",i viaggi nel tempo sono resi possibili grazie alle cronovele, dei congegni creati nel XXIII secolo che consentono di viaggiare nel passato e nel futuro utilizzando i tachioni.Sempre della The Walt Disney Company Italia, nella storia " Zio Paperone e la nuova Terra " pubblicata sul numero 2155 di Topolino,Archimede aiuta zio Paperone a viaggiare nell'universo,alla ricerca di nuovi mondi da colonizzare,attraverso un macchinario che produce i tachioni,permettendogli di viaggiare oltre la velocita' della luce.Il romanzo " L'orlo della fondazione "(" Foundation's edge ") di Isaac Asimov utilizza i tachioni nella spiegazione sui viaggi piu' veloce della luce,dove sono delle particelle che esistono nell’iperspazio.Il romanzo " Il quarto K. "(" The fourth K. ") di Mario Puzo usa i tachioni come argomento per la costituzione di nuove procedure scientifiche.Nel film " I Fantastici quattro e Silver surfer " gli impulsi di tachioni sono lo strumento utilizzato da Mister fantastic per separare Silver surfer dalla sua tavola.Nel film " K. - PAX - Da un altro mondo " il protagonista Prot ( alieno del pianeta K. - PAX ) afferma davanti allo psicologo di aver raggiunto il pianeta Terra ad una velocita' multipla di C.,alla velocita' dei tachioni.