タキオン

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動物の超能力のところで、ちらっと冗談のように言及したタキオンであるが、もうちょっとまともに議論してみたくて、アマゾンで参考書を調べた。すると、なんと、「超光速粒子タキオン」本間三郎著、講談社ブルーバックスしかない。この本は随分昔から知っている。なにしろ、昭和57年刊なのである。気軽に読めるはずのこの本を、暇をもてあましていた当時の私がなぜ手に取らなかったのか、自分でもよく分からない。

この本間三郎氏には、「幻の素粒子」という本もあって、そこには、クォーク、モノポールなどのことが書かれていた。なにしろ、その本では、クォーク模型がまだ仮説として述べられていて、今にして思えば時代を感じるが、この本は、鬱屈していた当時の私の物理学に対する興味を呼び覚ましてくれる効果があった。

さて、タキオンであるが、単に超光速粒子というだけでは、SFから一歩も出ることができない。そこで、「超光速粒子タキオン」の本では、特殊相対論の自然な拡張として、タキオンを記述する。すなわち、光速cよりも速く動く粒子はない、という仮定だけを取り外す。

すると、特殊相対論によると、速度vで動く粒子の質量は、静止質量をmとすると、m/(1-(v/c)2)1/2だから、タキオンが超光速粒子であるなら、v > cなので、分母は虚数になってしまう。言い換えると、特殊相対論の枠組みでは、タキオンは虚の質量をもつ、ということになる。i・m* = mとおくと、タキオンの虚質量は、m*/((v/c)2-1)1/2であらわされる。虚質量の絶対値を、タキオンの粒子がもつエネルギーに関連付けると、タキオンは、光に近い速度が動くほどエネルギーが大きく、エネルギーを放出すると、速度は無限大になりえる。速度が無限大ということは、宇宙の大きさが何百億光年だろうと、タキオンにとって、そんなの関係ねぇ、ということになる。この広大な宇宙にあって、1個のタキオンの存在確率は、アンドロメダ大星雲だろうと、月の裏側だろうと、斉一である。

さて、特殊相対論にあって、光子は別格で、どの座標系から眺めても、真空中の速度は一定のcである。いわば、皇族である。一方、陽子であれ、そういう枠組みからみると、「庶民」で、光速以下の速度しかとることができない。そこで、光速以下の速度しかとることができない粒子をタイプI、一定の光速の粒子をタイプⅡと呼ぶことにする。すると、タキオンは、どうあがいても光速以下で走ることができないというまさに馬車馬の粒子であり、これをタイプⅢと呼ぶ。タイプIの双対であると言ってもよい。これは庶民なのか、あるいは超貴族であるのか、私にはわからない。

すると、タイプⅢのタキオンは、タイプIの通常粒子と同様に、相対性に晒される。座標変換で異なる様相を呈する、ということである。

ところで、特殊相対論によれば、光速以上で走る粒子は、時間を遡る。過去に行けるのである。これによって、もし、タキオンが、情報を含むように変調可能であるなら、タキオンにメッセージを乗せて、自分を含む過去の人達に送ることができる。すると例えば、私が部屋にいると、タキオン受信機がピッとなって、○○社の株が高騰する予定、とある。私はすかさず○○社の株を買い集め、高騰したら売りぬけて、巨額の儲けを手にすることができる。なんともベタな話であるが、ちょっと考えれば分かるように、タキオン波が変調可能であるとすると、因果関係が破れてしまう。゜パリティ非保存のように、絶対と思っていた物理的法則が破れるということはよくあるが、流石に因果律とエネルギー保存の法則は、物理学最後の砦である。これを手放すときは、巨大なるパラダイムのシフトであるが、今はまだその準備ができていないので、物理学者は、タキオン粒子の吸収を、反タキオン粒子の放出と解釈して乗り切ろうとした。ここらあたりは、難しくて私もよく理解できていない。

さて、タキオンは決してSF作家だけのものではなく、真面目に存在を検出しようとした物理学者もいる。そのとき、タキオンは、超光速で、虚質量である以外は、タイプⅠの粒子と何も変わらないのだよ、と仮定する。どうみてもヤクザだけど、中身はあんたと同じ堅気だ、信じておくれ、というところだろうか。すなわち、電荷があるし、反粒子もあるし、スピンだってあるもしれない。もし電荷があって超光速なら、真空中でチェレンコフ光を出すはずであるというところに目をつけて、1968年、スウェーデンの物理学者、アルベーガー達は、コバルトのアイソトープから出るガンマー線を、高圧電源をかけた電極間に打ち込んだ。ガンマー線が、タキオンと反タキオンを対生成されて、チェレンコフ光が観察されるかもしれないと踏んだのである。結果は、チェレンコフ光らしきものは真空中で見えなかった。ただ、これは電荷をもつタキオンの話である。この実験から、電荷をもつタキオンは存在しないと信じられるようになった。

別の実験として、米国の物理学者、バルタイ達が1970年に行ったものがある。粒子を霧箱内に発生させて、軌跡をみるのであるが、この実験では、質量の2乗が測定できる。タキオンは、虚質量をもつので、質量の2乗は負の値をとる。そのような負の値は、タイプⅠの粒子と全く異なる挙動として観察されるはずであるという仮定の下に行われた実験はやはり、タキオンの存在を示すものではなかった。こうして、次第に物理学者は、実在としてタキオンの存在検出に興味を失っていく。

「超光速粒子タキオン」の類書が、昭和57年(1982年)から今に至るまで全く出ていないという事実がそれを物語っている。ところが、タキオンは、スーパートスリング理論などの枠組みで、俄然主役に躍り出る。例えば、Dブレーンに関して、タキオン場とか、タキオン凝縮という用語がどんどん出てくる。確かに、10次元宇宙だのと言っているスーパートスリングの世界では、超光速のタキオンなど、極々普通の住人だろう。そこで、次にはそのうち、Dブレーンについて、見ていきたい。

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このページは、あやたろうが2010年7月26日 00:11に書いたブログ記事です。

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