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タキオン

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タキオン(tachyon)とは、仮説上の素粒子である。

概要

光速より速く運動できるとされている粒子。ギリシャ語の「ταχύς(ターキス、速いという意)」が名前の由来。

光速粒子の概念は1904年にアルノルト・ゾンマーフェルトによって提唱され、1967年ジェラルド・ファインバーグによってタキオンと命名された。

タキオンの存在は特殊相対性理論において矛盾しないようなんとか説明できることから、提唱以来何人かの科学者がタキオンの観測に挑んでいるものの、現在のところタキオンが実際に観測されたという事例は存在しない。2011年にはニュートリノ光速えたという実験結果が出て話題になったが、後に実験設備に不備があったとして撤回された。似たような事例はこれ以前にもいくつかある。

特殊相対性理論からみるタキオンの性質

特殊相対性理論において、運動している粒子の質量は静止時の質量と異なるとされている。粒子の質量mは粒子の速度vと静止質量m0を用いて以下のように表される(cは真空中の光速度)。

このとき、速度vが光速cより速い場合(v>c)を考えると、ルートの内部が負になり、右辺の分が純虚数になる。左辺の質量が(タキオンが実際に運動していると仮定しているため)実数であることを踏まえるとタキオンの静止質量が虚数であることがわかる。

「質量が虚数ってどういうこっちゃ?」と思われるかもしれないが、v<cにおいてタキオンの質量が虚数になるというのはタキオンの速度に上限はないが、下限は存在しており光速以下の速度では運動できないと解釈することができる。「静止質量が実数である普通の粒子がv>cのときに質量が虚数になる→その粒子はv>cを満たすことができない、すなわち光速えられない」というのと同じ原理である。

タキオンと較する意味で、速度光速と等しい(v=c)粒子をルクシオン(luxon)速度光速より遅い(v<c)粒子をターディオン(tardyon)と呼ぶこともある。

また、相対性理論において粒子のもつエネルギーEを記述する式は、

のように表される(ここでv=0とした際に出てくるのが有名なE=mc2という式である)。これまでの式を合わせて考えると、v>cと仮定した場合、速度vが上昇するほどタキオンのエネルギーEは減っていき、vが限大に近づくほどEは限りなくゼロに近づくということがわかる(ちなみにvが限大、Eがゼロとなったタキオンのことを「越タキオン」と呼ぶ)。これは速度とともにエネルギーが増加するターディオンとは逆の関係にあたる。

各粒子のv-Eグラフ。青色はタキオン、赤色ルクシオン、緑色はターディオンを表す。

タキオン・ルクシオン・ターディオンにおける速度vとエネルギーEの関係をグラフに表すと、右図のようになる。このグラフからも、タキオンが光速以下になれず、ターディオンが光速以上になれないことがわかるだろう。

このようにタキオンとターディオンに関する物理法則逆であり、両者が干渉する場においては特殊相対性理論の原理である「物理法則は慣性系によらない」を破ることになるため、タキオンとターディオンが直接干渉することは特殊相対性理論において不可能である。

ちなみに場の量子論においてはタキオン場という形でタキオンを記述することは可であるが、実在するものとして扱うにはあまりにも不安定であるというのが実情である。

タキオンはどうやって観測できる?

上述したようにタキオンとターディオンが直接干渉することはできないため、何らかの観測機器を用いてタキオンを直接観測することは理論不可能である。

タキオンの観測方法として最も有視されているのはチェレンコフ放射を利用するものである。チェレンコフ放射というのは「ある物質内で荷電粒子がその物質中の光速よりも速く運動するとが出る」現のことで、「真空中でチェレンコフ放射が観測される→光速より速いタキオンが存在することの明になる」というからくりである。

かしこの方法を用いた実験過去に何度か行われているが、タキオンの発見には至っていないのが現状である。

もしタキオンを実際に観測できるようになったら?

特殊相対性理論では「光速より速い速度運動すると、時間軸を逆行する」と考えられている。すなわち、光速粒子であるタキオンを利用すれば現在から過去に向けて情報を発信することが可になると思われる。こうなれば当たり券の情報や、予測できなかった大災害情報なんかも過去に送ることができるようになるので、まさに夢のような話である。因果の破れとか知らない

ゆくゆくは人間のようなターディオンで構成された物質そのものを過去に送る技術も実現するかもしれないが、そもそも現時点においてタキオンが仮説上の粒子にすぎない上に、仮に実在が認められたとしても越えねばならない物理学ハードルが多すぎるため夢のまた夢の話である。

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※巷ではタキオンの名前を使った健康グッズなどが販売されていることがあるがほぼ間違いなくエセ科学関連の代物なので要注意!

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最終更新:2019/08/24(土) 11:00

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最終更新:2019/08/24(土) 11:00

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