Jak již několikrát bylo zmíněno v nejednom článku, práce Alberta Einsteina z počátku dvacátého století změnila pohled na svět. Absolutní čas a absolutní prostor - tyto pojmy ztratily na významu. Čas už nebyl jen pouhým pódiem, kde se odehrává celé dění vesmíru, už není něčím stálým, věčným a jednotvárným. Společně s prostorem tvoří jeden čtyřdimenzionální prostoročas. V silných gravitačních polích a při velkých rychlostech dochází k zvláštním jevům: čas plyne odlišně, objekty se zdají býti hmotnějšími, zkracují se ve směru pohybu... a samotná gravitace je „vyvolána“ zakřivením časoprostoru.

Pro člověka, který se poprvé seznamuje s fakty speciální a obecné teorie relativity, se může zdát absurdní to, že takový čas neplyne pro všechny stejně. Avšak příroda si pro nás schovala daleko více tajemství, která stále čekají na svá odhalení.

Jen se zmiňme, že speciální teorie relativity stojí na dvou principech, z nichž jeden má pro nás nyní význam - princip o konstantní rychlosti světla. Říká, že rychlost světla nezávisí na pohybu pozorovatele, který ji měří, má stálou velikost tři sta tisíc kilometrů za sekundu a je limitní rychlostí v našem vesmíru. Žádný materiální objekt se nemůže takto rychle pohybovat, natož „c“ překročit. Jak vyplývá z rovnic speciální relativity, při stálém zvětšovaní rychlosti bude další zrychlování náročnější. Kdybychom chtěli urychlit jakoukoli částici o klidové hmotnosti, třeba elektron, na rychlost světla, potřebná energie by musela býti nekonečná, stejně tak by hmotnost nabyla nekonečné hodnoty (viz. graf). U elementárních částic však nepotřebujeme rychlosti přesně rovné „c“. K experimentálním důkazům teorie relativity nám v urychlovačích stačí dosáhnout rychlostí málo se lišících od této hodnoty. Poněvadž jejich klidové hmotnosti jsou velmi malé, moderními přístroji jsme je schopni urychlit na rychlosti kolem 99 procent „c“. U objektů makrosvěta je to však problém.

Dobrá, pokud existuje v přírodě mezní rychlost, kterou částice nejsou s to překročit, můžou existovat jiné, které ji zase nikdy nemohou mít menší než je „c“?

Těmto hypotetickým částicím říkáme tachyony. Ačkoli, jak se zdá, reálné nejsou, přesto teorie tachyonů své zastánce má. Někteří vědci se pomocí nich snažili - velice vyumělkovaně - vysvětlit např. některé velmi jasné meteory (bolidy), po kterých nebyl nalezen horninový zbytek. Jiní přišli s ideou, že tachyony jsou onou temnou hmotou, která vyplňuje prostor mezi galaxiemi. Problém je však v tom, že rozborem rovnic zjistíme, že nemají hmotnost takovou, jak ji známe - je záporná. Přesněji řečeno, její druhá mocnina je záporné číslo. Takže těm, kdo jsou znalí v matematice, je jasné, že je imaginární. Jak tuto hmotnost chápat? Je důležité uvědomit si, že imaginární hmotnost neznamená, že se jedná o hmotnost antičástice. Antičástice jsou stejně reálné jako ty „normální“. Mají stejnou klidovou hmotnost, jen se liší elektrickým nábojem (třeba dvojice elektron - pozitron).

Pokud bychom se pustili do rozborů rovnic, které popisují jejich základní vlastnosti, zjistili bychom, že k tomu, aby se zpomalily, bychom jim museli  energii dodávat! Čím více energie, tím více by jejich rychlost klesala k rychlosti světla.

Pokud jste se někdy zabývali alespoň trochu speciální relativitou, možná víte, že nadsvětelná rychlost je jaksi nemožná z pohledu kauzality. Tedy, v kontextu nadsvětelných rychlostí následek předchází příčinu. V případě tachyonů by to takto bylo - ale jak bychom je měli chápat? Kdybyste měli tachyonovou pistoli, zasáhla by váš cíl dříve, než byste zmáčkli kohoutek. Klidně by se tak mohlo stát, že by kulka z pistole  mohla zasáhnout vašeho otce ještě předtím, než poprvé v životě potkal vaší matku... Logických rozporů je mnoho.

Tachyony se však také objevily v teorii superstrun. Jak se říká v teorii, jež se do dvacátého století dostala omylem. Zde jsou všechny částice a interakce mezi nimi popisovány pomocí strun - jednorozměrných objektů, které by měly být už ty nejelementárnější. Způsob kmitu a tvar struny určují, o jakou částici se jedná. První teorie strun měla dva zásadní problémy. Tak zaprvé, nezahrnovala v sobě vůbec tzv. fermionové mody. To jsou takové, které odpovídají částicím s tzv. poločíselným spinem. Mezi fermiony patří např. elektron, neutron, proton…Pracovala pouze s vibračními mody, které náleží částicím se spinem celočíselným, což jsou také částice pole (přenašeči interakcí) - jako jsou fotony (elektromagnetismus), slabé a silné kalibrační bosony (síly uvnitř atomového jádra) a gravitony (dosud neobjevené částice gravitačního pole). Jednalo se o bosonovou teorii strun. Právě mezi vibračními mody bosonových strun se vyskytl jeden, jehož hmotnost umocněná na druhou dala záporné číslo. Mohlo by se zdát, že tím tak existence tachyonů získala pevnější půdu pro svou existenci.

Jak ale bylo řečeno, bosonová teorie strun neobsahovala fermionové mody. Poté, co je roku 1971 Peirre Ramond dodatečně dosadil do modelu, fyzici zjistili, že každému fermionu lze přiřadit boson. Tvoří tak supersymetrické páry. Náhle se objevila symetrie, která předtím v teorii superstrun nebyla - supersymetrie. Takto upravená strunová teorie už tachyony netrpí, ba přímo jejich existenci vylučuje.

Tak tedy závěrem: neexistuje žádná smysluplná teorie, která by ukazovala, že příroda tachyony potřebuje, či vůbec povoluje. Trochu v jiném kontextu hrají svou úlohu v teorii superstrun jen jako pomocná teoretická abstrakce k zjišťování stability systémů, se kterými strunoví teoretici pracují. V žádném případě nejsou reálnými částicemi, které bychom mohli pozorovat, natož ještě pak prakticky využívat.

Oldřich Klimánek

ko.ffm@mybox.cz