Ym model safonol ffiseg gronynnau a theori perthnasedd arbennig Albert Einstein, mae buanedd golau mewn gwactod (c) yn gweithredu fel terfyn buanedd cosmig absoliwt ar gyfer pob ffurf hysbys o fater a gwybodaeth. Fodd bynnag, nid yw fframwaith mathemategol perthnasedd yn gwahardd yn benodol fodolaeth gronynnau sy'n teithio'n gyflymach na golau bob amser. Gelwir yr endidau damcaniaethol hyn yn tachyonau.
1. Tarddiad Hanesyddol Tachyonau
Mae'r sylfaen gysyniadol ar gyfer gronynnau cyflymach na golau (FTL) yn dyddio'n ol i ddechrau'r 20fed ganrif. Ym 1917, cydnabu'r ffisegydd Richard Tolman y byddai teithio FTL o fewn fframwaith perthnasedd arbennig yn arwain at dorri achosoldeb, a fynegwyd yn enwog drwy baradocs yr "gwrthffon tachyonig."
Fodd bynnag, priodolir ffurfioldeb modern y cysyniad tachyon yn bennaf i'r ffisegydd Gerald Feinberg, a fathodd y term yn ei bapur nodedig ym 1967 yn y Physical Review. Daw'r enw o'r gair Groeg tachys, sy'n golygu "cyflym." Tua'r un pryd, datblygodd y ffisegwyr E.C.G. Sudarshan, O.M.P. Bilaniuk, a V.K. Deshpande yn annibynnol fframwaith cinematig ar gyfer gronynnau uwcholeunol, gan ddosbarthu'r holl fater yn dri chategori:
- Bradyonau (neu Tardyonau): Gronynnau a mas real sy'n teithio bob amser yn arafach na c.
- Lucsyonau: Gronynnau heb fas sy'n teithio'n union ar c (e.e. ffotonau).
- Tachyonau: Gronynnau damcaniaethol a mas dychmygol sy'n teithio bob amser yn gyflymach na c.
2. Cinemateg Mas Dychmygol
I ddeall tachyonau, rhaid i ni archwilio'r hafaliad egni-momentwm perthnasol:
Os yw'r buanedd (v) yn fwy na c, mae'r term (1 - v²/c²) yn mynd yn negyddol. Mae ail isradd rhif negyddol yn cynhyrchu enwadur dychmygol. Er mwyn i'r egni cyfanswm (E) aros yn rhif real, rhaid i'r mas gorffwys (m₀) hefyd fod yn rhif dychmygol. Felly, diffinnir tachyonau gan feddu ar fas gorffwys dychmygol.
Y Berthynas Egni-Buanedd Gwrthdro
Un o briodweddau mwyaf gwrthreddfol tachyonau yw sut maent yn ymateb i newidiadau egni. Ar gyfer mater cyffredin, mae ychwanegu egni yn cynyddu buanedd. Ar gyfer tachyonau, mae'r berthynas yn wrthdro: mae colli egni yn cynyddu eu buanedd. Wrth i egni tachyon agosau at sero, mae ei fuanedd yn agosau at anfeidredd.
3. Tachyonau mewn Theori Maes Cwantwm a Theori Llinyn
Mewn theori maes cwantwm (QFT), deellir tachyon nid fel gronyn sy'n teithio'n gyflymach na golau, ond fel arwydd o ansefydlogrwydd yn y system. Mae maes tachyonig yn cynrychioli ffurfweddiad sy'n eistedd ar uchafbwynt lleol egni posibl.
Datrisir yr ansefydlogrwydd hwn drwy broses a elwir yn gyddwysiad tachyon. Yr enghraifft fwyaf enwog yw mecanwaith Higgs. Mewn theori llinyn bosonig, tachyon yw cyflwr egni isaf y llinyn, sy'n dangos bod y theori hon yn ansefydlog.
Casgliad
Mae tachyonau yn parhau'n chwilfrydedd mathemategol cain ac yn offeryn damcaniaethol pwysig. Er nad yw gronynnau ffisegol sy'n hedfan drwy'r gofod yn gyflymach na golau erioed wedi'u canfod, mae'r fathemateg sy'n sail i fas dychmygol a meysydd tachyonig yn ganolog i'n dealltwriaeth fodern o theori maes cwantwm a tharddiad mas yn y bydysawd.