Поэтому вполне реальной кажется возможность существования объектов природы нового типа: они должны всегда двигаться быстрее света. Последнее утверждение инвариантно в том смысле, что если тело движется быстрее света относительно одного наблюдателя, оно должно двигаться быстрее света и относительно любого другого наблюдателя, движущегося относительно первого наблюдателя со скоростью, меньшей скорости света. Такие наблюдатели — единственные, о которых мы что-нибудь знаем. Следует подчеркнуть, что все рассуждения, приведенные здесь и ниже, совместимы со специальной теорией относительности и исходят из справедливости ее формул для движущихся частиц, даже если эти частицы движутся быстрее света.

В предвидении возможного открытия сверхсветовых частиц я назвал их «тахионами» от греческого слова «тахис», что означает «быстрый». Чтобы показать, как физики подходят к исследованию тахионов, я опишу ряд свойств, благодаря которым можно было бы отличить их от обычных частиц.

Одно такое свойство следует непосредственно из соотношения между энергией и скоростью в теории относительности. Мы видели, что для обычных частиц с увеличением скорости их энергия также возрастает. Для тахионов же наоборот: увеличение скорости приводит к убыванию энергии. Тем самым, тахион, который потерял энергию за счет взаимодействия с обычной материей или за счет испускания света, должен увеличить свою скорость. В то же время тахион, получивший энергию от некоего источника, должен замедлиться и его скорость должна стремиться к с сверху, а не снизу. Таким образом, скорость света с играет роль предельной скорости и для тахионов, но для них — это нижний предел, тогда как для обычных тел она является верхним пределом их скорости.

В предельном случае тахиона, движущегося с бесконечной скоростью, его полная энергия должна равняться нулю, хотя его импульс остается конечным. Следует подчеркнуть, что для тахиона, движущегося с бесконечной скоростью, в нуль обращается именно полная энергия, а не просто кинетическая энергия. Для обычных частиц с ненулевой массой покоя полная энергия никогда не может обратиться в нуль.

Однако условие бесконечности скорости тахиона не инвариантно, а зависит от наблюдателя. Если тахион движется с бесконечной скоростью с точки зрения одного наблюдателя, то его скорость, измеренная другим наблюдателем, движущимся относительно первого, не должна быть бесконечной, а должна быть некой конечной величиной между с и бесконечностью. Это есть другая интерпретация открытия Эйнштейном того, что понятие одновременности событий в различных точках пространства имеет лишь относительный, а не абсолютный смысл.

Второе свойство тахионов, которое серьезно отличает их от обычных частиц, связано с зависимостью значений энергии и последовательности событий во времени от относительного движения наблюдателей. Для обычных частиц энергия — это число, которое изменяется при переходе от наблюдателя к наблюдателю, но остается всегда положительным. В то же время, если энергия тахиона положительна для одного наблюдателя, она может быть отрицательной для другого наблюдателя, движущегося относительно первого. Вследствие законов теории относительности для тахионов справедливо следующее утверждение: энергия тахиона всегда меньше произведения его импульса на скорость света с; это замечание не имеет места для обычных частиц. Если тахионы отрицательной энергии испускаются невозбуждаемыми атомами обычной материи, то испускающие атомы должны быть нестабильными, и, тем самым, существование таких тахионов находится в противоречии с установленной на опыте стабильностью обычной материи.

Изменение знака энергии тахиона при переходе от наблюдателя к наблюдателю связано с другим странным свойством тахионов. Если один наблюдатель видит, что обычная частица была испущена (скажем, атомом А) в некоторый момент времени и поглощена где-то (атомом Б) в последующий момент времени, то всякий другой наблюдатель, движущийся относительно первого, увидит этот процесс в той же хронологической последовательности — испускание атомом А предшествует во времени поглощению атомом Б — хотя временной интервал и будет меняться от наблюдателя к наблюдателю. В то же время тахионы из-за того, что они движутся быстрее света, могут двигаться между точками в «пространстве — времени», хронологическая последовательность которых может меняться от наблюдателя к наблюдателю. Следовательно, если один из наблюдателей увидел тахион, испущенный атомом А в момент времени t1 и поглощенный атомом Б в последующий момент времени t2, то другой наблюдатель может найти, что момент времени t1' который соответствует t1, является более поздним, чем момент времени t2, который соответствует t2'. Если это имеет место, то второй наблюдатель естественно должен интерпретировать эту цепочку событий следующим образом: тахион испускается атомом Б поглощение должны взаимно превращаться друг в друга в случае изменения скорости наблюдателя. Это означает, что между этими двумя процессами в данном случае существует более тесная связь, чем для обычных частиц.

Это означает также, что число тахионов, находящихся в некоторой области пространства, должно меняться от наблюдателя к наблюдателю (рис. 7.2). Предположим, что один из наблюдателей видит процесс испускания тахиона атомом с последующим удалением тахиона на бесконечность. Другой наблюдатель может наблюдать тот же процесс так, как будто тахион прилетает из окружающего пространства и поглощается атомом. Поэтому между этими двумя наблюдателями будут разногласия относительно числа тахионов, присутствующих в системе в прошлом и в будущем. Такая ситуация опять-таки не похожа на ситуацию с обычными частицами, когда число частиц, имеющихся в произвольный момент времени,

не зависит от наблюдателя. Детальная теория взаимодействия тахионов с обычной материей, которая пока еще не разработана, должна учитывать отмеченные особенности.

Убедившись в том, что существование частиц, движущихся быстрее света, не влечет за собой каких-либо противоречий с теорией относительности, следует, тем не менее, предоставить решение вопроса о реальном существовании таких объектов в природе физикам-экспериментаторам. При существующем уровне развития теоретической физики имеется немного аргументов, в силу которых теория категорически предсказывает существование каких-то новых объектов. Напротив, известные теории, вообще говоря, лишь представляют возможность для описания различных гипотетических объектов, и нам следует придумать эксперименты, в которых эти объекты можно было бы реально обнаружить. Например, имеющиеся теории не запрещают существования частиц с электрическим зарядом, равным половине заряда электрона, и с массой, равной шести электронным массам. Однако проведенные до сих пор эксперименты довольно убедительно свидетельствуют о том, что такие объекты в природе не встречаются. Мы не знаем, однако, почему это имеет место, и не сможем узнать об этом до тех пор, пока не будет создана более фундаментальная теория элементарных частиц, чем имеется сейчас.