什么是快子?快子和时间旅行有关吗?

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      什么是快子?快子一般指超光速粒子,快子是爱因斯坦狭义相对论中最有趣的元素之一。1905 年的理论基于两个假设,质量的运动速度不会超过光速 ( c ),并且物理定律在所有非惯性参考系中保持不变。狭义相对论的一个重要后果是空间和时间统一为一个实体:时空。这意味着粒子的速度旅行与其时间旅行有关。

    什么是快子?快子和时间旅行有关吗?.jpg

      1967 年,在哥伦比亚大学物理学家 Gerald Feinberg发表的题为“超光速粒子的可能性”的论文中,“tachyon”一词首次进入科学文献。范伯格假设快子粒子会从具有“虚质量”的量子场中产生,这解释了为什么狭义相对论的第一个群体不限制它们的速度。

      这将导致宇宙中存在两种粒子;根据匹兹堡大学的说法,慢子的速度比光慢,构成了我们在我们周围看到的所有物质,而快子的速度比光快。这些粒子类型之间的主要区别之一是当能量被添加到慢子时,它们会加速。但是,对于快子,随着能量被带走,它们的速度会增加。

    观察者光锥内的事件可以通过比光慢的信号联系起来.jpg

      快子和时间旅行

      爱因斯坦狭义相对论最重要和最有意义的结果之一是建立了c 的通用速度极限;所述光的速度在真空中。

      爱因斯坦认为,当一个物体接近c 时,它的质量变得接近无限,加速它所需的能量也是如此。这应该意味着没有任何东西可以比光速传播得更快。但是,想象一个像快子这样的反质量粒子,它的最低能量状态会看到它以c速度加速。但是,为什么这会导致时间倒退呢?

      这一切都取决于将“相对”转化为“狭义相对论”的概念。

      用来解释狭义相对论的常用工具是时空图。

      时空充满了各种事件,从宇宙强大和暴力的事件,比如遥远恒星的超新星爆炸,或者平凡的事件,比如厨房地板上的鸡蛋破裂。这些都被映射到时空图上。这张图显示了一个粒子在时空中呼啸而过,它描绘了一条反映其进程的世界线。

      同样充满时空的是观察者,每个人都有自己的参考系。这些观察者可能会看到以不同顺序发生的填充时空的事件。观察者 1 可能会看到事件 A,即超新星,发生在事件 B 之前,即鸡蛋破裂。然而,观察者 2 可能会看到事件 B 在事件 A 之前发生。

      每个事件都有一个与之关联的光锥。如果事件 B 落在事件 A 的光锥内,则两者可能存在因果关系。超新星可能把厨房柜台上的鸡蛋撞掉了——或者可能是早餐掉落的物品导致了一颗垂死恒星的完全引力坍缩,不知何故。那是因为在光锥中,传播速度比光慢的信号可以将事件联系起来。光锥的边缘代表光速。将光锥外部的事件与其内部的事件联系起来需要一个比光传播速度更快的信号。

    显示如何在不同参考帧中的不同时间查看事件的图表.gif

      如果事件A在光锥内而事件B在光锥外,那么超新星和蛋相关的悲剧就没有因果关系。但是,以高于光速的速度行进的快子可能会通过将这些事件联系起来而违反因果关系。

      要了解为什么这是一个问题,请这样考虑。图像事件 A 是发送信号,事件 B 是接收该信号。如果该信号以光速或较慢的速度传播,则不同参考系中的所有观察者都同意 A 在 B 之前。

      但是,如果该信号由快子携带并因此比光速移动得更快,则会有参考系表明该信号在发送之前已被接收。因此,对于这个坐标系中的观察者来说,快子在时间上向后移动。

      狭义相对论的基本假设之一是物理定律在所有非加速参考系中应该是相同的。这意味着如果快子可以违反因果关系并在一个参考系中及时向后移动,那么它可以在所有参考系中做到。

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