Au fost dintotdeauna o enigmă care sfidează bunul simț fizic. Tahionii, acele particule ipotetice ce s-ar deplasa mai repede decât lumina, au bântuit laboratoarele teoretice timp de peste o jumătate de secol.
Pentru unii, erau o tentație fascinantă; pentru alții, un avertisment clar că relativitatea lui Einstein nu poate fi încălcată.
În centrul dezbaterii stă o întrebare teribil de simplă: dacă un efect poate ajunge la destinație înainte de cauza care l-a produs, ce mai rămâne din ordinea noastră a lucrurilor? De teama acestui haos cauzal, tahionii au fost ținuți la marginea fizicii serioase.
Însă o echipă de cercetători de la Universitatea din Varșovia și de la Universitatea Oxford a decis să reexamineze dosarul. Și concluzia lor, publicată în „Physical Review D”, lovește exact în punctul nevralgic: nu particulele sunt problema, ci modul în care le-am descris matematic.
Prețul amar al masei imaginare
În anii 1960, fizicianul Gerald Feinberg a încercat să le ofere tahionilor un statut oficial. Soluția sa a fost „masa imaginară” – un truc matematic prin care aceste particule rămâneau veșnic dincolo de bariera luminoasă, fără a o traversa vreodată.
Numai că această construcție a venit cu un preț amar. În anumite cadre de referință, un tahion părea să fie absorbit înainte de a fi fost emis. Ordinea cronologică se inversa, iar temerea că însăși cauzalitatea se prăbușește părea justificată. Problemele s-au înmulțit.
Încercările de a integra tahionii în teoria cuantică a câmpurilor au generat spectre energetice infinite, stări instabile ale vidului și ecuații care își pierdeau coerența sub transformările Lorentz. Pe scurt, matematica se bloca atunci când era privită din sisteme inerțiale diferite.
Așa s-a născut convingerea că tahionii sunt incompatibili cu relativitatea specială.
Când viitorul influențează prezentul
Noul studiu spune, însă, că această concluzie a fost pripită. Eșecul, susțin autorii, nu vine din natura particulelor, ci din spațiul matematic prea îngust în care au fost încercuite.
Teoria standard a câmpurilor folosește un așa-numit spațiu Fock, construit pentru particule obișnuite, mai lente decât lumina. Pentru tahioni, acest spațiu este insuficient.
Motivul: o transformare Lorentz poate transforma un tahion cu energie pozitivă, care se mișcă înainte în timp, într-unul cu energie negativă, care călătorește înapoi. Astfel, distincția dintre stările de intrare și de ieșire devine dependentă de cadrul de referință.
Pentru a rezolva această dilemă, echipa a extins spațiul Hilbert. Au construit ceea ce numesc un „spațiu geamăn”, în care stările trecute și viitoare sunt reunite într-o singură structură.
Rezultatul, spun ei, este remarcabil: covarianța este restabilită, relațiile de comutație se păstrează, vidul rămâne stabil și invariant Lorentz, iar spectrul energetic devine mărginit. Una dintre cele mai vechi obiecții matematice împotriva tahionilor cade astfel.
Ceea ce face această propunere cu adevărat provocatoare este că ea descrie procesele cuantice folosind atât stări pre-selectate din trecut, cât și stări post-selectate din viitor.
Cu alte cuvinte, pentru a defini un tahion, formalismul matematic trebuie să țină cont de un eveniment care încă nu a avut loc. Unul dintre cercetători o formulează direct: ideea că viitorul poate influența prezentul nu este nouă în fizică, dar până acum a fost privită ca o interpretare neortodoxă.
De data aceasta, spune el, teoria însăși ne-a forțat să ajungem la această concluzie. Desigur, acest lucru nu înseamnă că tahionii au fost descoperiți în natură. Nici că retrocauzalitatea devine un fenomen cotidian.
Înseamnă, însă, că dacă există o teorie cuantică relativist consistentă a particulelor superluminice, atunci trecutul și viitorul trebuie tratate împreună – ca părți inseparabile ale aceleiași ecuații.
Autorii subliniază că, în loc de paradoxuri logice, apar doar „tulburări ale cauzalității”, asemănătoare cu ciudățeniile deja familiare din mecanica cuantică. Tahionii nu au dispărut niciodată cu totul din fizică.
Au apărut în teoria corzilor ca artefacte indezirabile, în cosmologie prin intermediul câmpurilor tahionice, în discuții despre efectul Casimir și chiar în modele de rupere spontană a simetriei. Câmpurile cu masă negativă la pătrat – adesea numite tahionice – sunt deja integrate în mecanismul Higgs.
Un tratament matematic mai curat nu înseamnă, așadar, doar revitalizarea unei vechi povești SF. Ci poate schimba felul în care fizicienii înțeleg simetria timpului, invarianța Lorentz și însăși structura teoriei cuantice a câmpurilor.
