Halo Sobat100, kembali tim100 menyapa kalian semua di rubrik sains. Catatan tim100 kali ini merupakan kelanjutan catatan sebelumnya, baca : Massa Depan (Bagian 1 : Mesin Waktu).

Ada banyak film fiksi yang menceritakan kisah tentang masa depan. Salah satu judul film fiksi bertemakan perjalanan masa depan adalah Tomorrow Land. Judul film ini diambil dari salah satu kawasan yang ada di Disney Land (dengan nama yang sama). Film produksi Walt Disney Pictures ini mengisahkan Casey Newton (diperankan oleh Britt Robertson) adalah gadis remaja cerdas namun rapuh. Petualangannya dimulai saat ia bertemu dengan seorang ilmuwan jenius Frank Walker (diperankan oleh George Clooney).

David Nix (diperankan oleh Hugh Laurie) merupakan Gubernur dari Tomorrw Land. Dalam alat yang dimilikinya yang bersumberkan tachyon, Gubernur Nix memprediksikan akhir dari dunia. Tapi Casey dan Frank memilih untuk tidak mempercayai itu dan meyakini bahwa mereka masih bisa merubah ramalan alat masa depan milik Gubernur Nix tersebut.Tachyon menjadi inspirasi sains dalam pembuatan film Tomorrow Land.

Tachyon juga disinggung dalam film fiksi lain yaitu Fantastic Four : Rise of the Silver Surfer. Generator pulsa tachyon digunakan oleh Reed untuk memisahkan Silver Surfer dari sumber tenaganya yaitu papan luncur.

 

Apakah itu tachyon?

Tachyon (partikel tachyonik) adalah partikel hipotetis yang selalu bergerak lebih cepat dari cahaya. Kata Tachyon berasal dari bahasa Yunani: Ï diucapkan tachy / tËxi /, yang berarti cepat.

 

Istilah tachyon ini dikemukakan pada tahun 1967 oleh Gerald Feinberg (fisikawan Amerika 27 Mei 1933 – 21 April 1992). ^[1] Jenis partikel komplemen disebut Luxon (selalu bergerak pada kecepatan cahaya, contoh foton) dan bradyon (selalu bergerak lebih lambat dari cahaya, contoh elektron), yang keduanya ada.

 

Kemungkinan partikel bergerak lebih cepat dari cahaya pertama kali diusulkan oleh OMP Bilaniuk, VK Deshpande, dan EKG Sudarshan (fisikawan India, lahir 16 September 1931) pada tahun 1962, meskipun istilah yang mereka gunakan untuk itu "meta-partikel". ^[2]

Kebanyakan fisikawan berpikir bahwa lebih cepat dari cahaya partikel tidak bisa ada karena mereka tidak konsisten dengan hukum yang dikenal fisika. ^[3] Jika partikel tersebut memang ada, mereka dapat digunakan untuk membangun antitelephone tachyonic dan mengirim sinyal lebih cepat dari cahaya, yang (menurut relativitas khusus) akan menyebabkan pelanggaran kausalitas. ^[4] Teori yang konsisten memungkinkan adanya partikel lebih cepat dari partikel cahaya termasuk melanggar Lorentz invariance, simetri yang mendasari relativitas khusus, sehingga kecepatan cahaya adalah bukan penghalang.

Di tahun 1967 dalam makalahnya, Feinberg mengusulkan bahwa partikel tachyonic bisa kuanta dari medan kuantum dengan massa kuadrat adalah negatif. ^[1]  Namun, ia segera menyadari bahwa eksitasi medan massa imajiner tersebut tidak sebenarnya merambat lebih cepat dari cahaya, ^[5] dan bukan mewakili ketidakstabilan yang dikenal sebagai kondensasi tachyon. ^[3] Namun demikian, medan massa kuadrat negatif yang sering disebut sebagai " tachyons ",  pada kenyataannya telah datang untuk memainkan peran penting dalam fisika modern. ^[6]

Meskipun ada banyak argumen teoritis terhadap keberadaan partikel yang lebih cepat dari cahaya, percobaan telah dilakukan untuk mencari mereka. Tidak ada bukti kuat untuk keberadaan menemukan mereka. Pada bulan September 2011, dilaporkan bahwa neutrino tau telah melakukan perjalanan lebih cepat dari kecepatan cahaya dalam rilis utama oleh CERN; Namun, update kemudian dari CERN pada proyek OPERA menunjukkan bahwa pembacaan lebih cepat dari cahaya yang dihasilkan dari "elemen yang rusak serat optik sistem waktu percobaan  itu" (sehingga pihak CERN menghapus pers liris tentang ini di situs resmi mereka).

 

Tachyon dalam teori relativitas

Dalam teori relativitas khusus, partikel lebih cepat dari cahaya akan memiliki space-like-four-momentum (SLFM).^[1] Berbeda dengan partikel biasa yang memiliki time-like-four-momentum (TLFM). Hal ini juga akan memiliki massa imajiner dan waktu yang ditentukan.

Massa

Dalam teori invarian Lorentz, rumus yang sama yang berlaku untuk partikel lebih lambat dari cahaya biasa (disebut "bradyon") juga harus berlaku untuk tachyon. Khususnya hubungan energi-momentum:

\(E^2 = p^2 c^ 2 + m ^2 c^4\)

(di mana p adalah momentum relativistik bradyon dan m adalah massa diam nya) harus masih berlaku, bersama dengan rumus untuk energi total partikel:

\(E = \frac{m\ c^ 2} {\sqrt{1 - \frac{v ^2}{c^2}}}.\)

Persamaan ini menunjukkan bahwa energi total partikel (bradyon atau tachyon) mengandung kontribusi dari massa diamnya ("massa-energi" diam) dan kontribusi dari geraknya, energi kinetik. Ketika v lebih besar dari c, penyebut dalam persamaan untuk energi adalah "imajiner",. Karena total energi harus nyata, pembilang juga harus imajiner: yaitu massa diam m harus imajiner, sebagai angka imajiner murni dibagi dengan bilangan imajiner murni lain adalah bilangan real.

Kecepatan

Tidak seperti partikel biasa, kecepatan dari tachyon meningkat saat energi menurun. Secara khusus, E mendekati nol ketika v mendekati tak terhingga. Untuk materi bradyon biasa, E meningkat dengan meningkatnya kecepatan, menjadi besar sekali saat v mendekati c, kecepatan cahaya. Oleh karena itu, seperti bradyon dilarang untuk melebihi kecepatan cahaya, demikian juga tachyon dilarang melambat ke bawah c, karena energi tak terbatas diperlukan untuk mencapai batasan dari atas atau di bawah.

Sebagaimana dicatat oleh Einstein, Tolman, dan fisikawan lain, relativitas khusus menyatakan bahwa lebih cepat dari cahaya partikel (jika mereka ada) dapat digunakan untuk berkomunikasi dengan masa lalu. ^[7]

Neutrino

Pada tahun 1985 Chodos dkk. (tim fisikawan yang ada di CERN) mengusulkan bahwa neutrino dapat memiliki sifat tachyon. ^[8] Kemungkinan partikel model standar bergerak dengan kecepatan superluminal dapat dimodelkan menggunakan Lorentz invariance, misalnya dalam Standar-Model Extentsion. ^[9] Dalam kerangka acuan ini, neutrino mengalami osilasi Lorentz dan dapat melakukan perjalanan lebih cepat dari cahaya pada energi tinggi. Namun ide ini sangat dikritik. ^[10]

Radiasi Cherenkov

Sebuah tachyon dengan muatan listrik akan kehilangan energi (sebagaimana dijelaskan pada radiasi Cherenkov). ^[11] Gambaran ini seperti partikel bermuatan biasa akan kehilangan energi ketika mereka melebihi kecepatan cahaya dalam suatu medium. Sebuah tachyon bermuatan bepergian dalam ruang hampa karena itu mengalami percepatan waktu yang tepat konstan dan, membentuk kurva hiperbola dalam koordinat ruang-waktu. Namun mengurangi energi tachyon ini meningkatkan kecepatan, sehingga hiperbola tunggal yang terbentuk adalah dua tachyons berlawanan muatan dengan momentum yang berlawanan (besar yang sama, tanda berlawanan) yang memusnahkan satu sama lain ketika mereka secara bersamaan mencapai kecepatan yang tak terbatas di tempat yang sama di ruang angkasa. Pada kecepatan terbatas, dua tachyons tidak memiliki energi masing – masing dan momentum terbatas arah yang berlawanan, sehingga tidak ada hukum kekekalan yang dilanggar dalam pemusnahan bersama mereka. Waktu pemusnahan tergantung pada kerangka acuan.

Bahkan jika tachyon netral akan diharapkan untuk kehilangan energi melalui gravitasi radiasi Cherenkov. Karena tachyon memiliki massa gravitasi, dan karenanya meningkatkan kecepatan selama perjalanan, seperti dijelaskan di atas. Jika tachyon berinteraksi dengan partikel lain, juga dapat memancarkan energi Cherenkov menjadi partikel tersebut.

 

Neutrino berinteraksi dengan partikel lain dari Model Standar

Andrew Cohen dan Sheldon Lee Glashow (fisikawan Amerika lahir 5 Desember 1932) berpendapat bahwa anomali neutrino lebih cepat dari cahaya tidak dapat dijelaskan dengan membuat neutrino merambat lebih cepat dari cahaya, dan harus bukan disebabkan kesalahan dalam percobaan. ^[12]

Hubungan sebab dan akibat (Kausalitas)

Kausalitas adalah prinsip dasar fisika. Jika tachyon dapat mengirimkan informasi lebih cepat dari cahaya, maka menurut relativitas mereka melanggar kausalitas, yang mengarah ke paradoks logis dari "paradox kakek". Hal ini sering digambarkan dengan eksperimen pemikiran seperti " paradoks telepon tachyon " ^[7] atau "merusak diri inhibitor secara logis." ^[13]

Masalahnya dapat dipahami dalam hal relativitas kesimultanan dalam relativitas khusus, yang mengatakan bahwa kerangka acuan inersia yang berbeda akan tidak setuju pada apakah dua kejadian di lokasi yang berbeda terjadi "pada saat yang sama" atau tidak. Mereka juga bisa tidak setuju pada urutan dari dua peristiwa. Teknis, perbedaan pendapat ini terjadi ketika selang ruang-waktu antara peristiwa adalah ‘space-like', yang berarti bahwa even tidak terletak pada kerucut cahaya masa depan lainnya. ^[14]

Jika salah satu dari dua peristiwa mewakili pengiriman sinyal dari satu lokasi dan peristiwa kedua merupakan penerimaan sinyal yang sama di lokasi lain, maka selama sinyal bergerak dengan kecepatan cahaya atau lebih lambat. Secara matematis kesimultanan memastikan bahwa semua kerangka acuan setuju bahwa transmisi peristiwa yang terjadi sebelum penerimaan peristiwa. ^[14]

Namun, dalam kasus sinyal hipotetis bergerak lebih cepat dari cahaya, akan selalu ada beberapa kerangka di mana sinyal tersebut diterima sebelum itu dikirim, sehingga sinyal bisa dikatakan telah berpindah mundur dalam waktu. Karena salah satu dari dua postulat dasar relativitas khusus mengatakan bahwa hukum – hukum fisika (baik hukum – hukum mekanika dan hukum – hukum non-mekanika) harus bekerja dengan cara yang sama di setiap kerangka inersia.

Apakah mungkin untuk sinyal untuk bergerak mundur dalam waktu dalam satu kerangka, itu harus dilakukan di semua kerangka. Ini berarti bahwa jika pengamat A mengirimkan sinyal ke pengamat B yang bergerak lebih cepat dari cahaya di kerangka A tapi mundur dalam waktu dalam kerangka B. kemudian B mengirimkan balasan yang bergerak lebih cepat dari cahaya dalam kerangka B tapi mundur dalam waktu di kerangka A. Itu bisa bekerja bahwa A menerima balasan sebelum mengirim sinyal asli, menantang kausalitas dalam setiap kerangka dan membuka pintu untuk paradoks logis. ^[15] Rincian Matematika dapat ditemukan dalam artikel antitelephone tachyon, dan ilustrasi skenario seperti itu menggunakan diagram ruang-waktu dapat ditemukan di Baker, R. (2003) ^[16]

Prinsip reinterpretasi

Prinsip reinterpretasi ^{[1] [2] [15]} menegaskan bahwa tachyon yang dikirim kembali dalam waktu selalu dapat ditafsirkan kembali sebagai tachyon bepergian ke masa depan, karena pengamat tidak dapat membedakan antara emisi dan penyerapan tachyon. Upaya untuk mendeteksi tachyon dari masa depan (dan melanggar kausalitas) benar – benar akan membuat tachyon yang sama dan mengirimkannya ke masa depan (yang mana hal ini adalah sebab akibat).

Namun, prinsip ini tidak diterima secara luas sebagai menyelesaikan paradoks. ^{[7] [15]}  Sebaliknya, apa yang akan diperlukan untuk menghindari paradoks adalah bahwa tidak seperti partikel (yang telah umum diketahui) tachyon tidak berinteraksi dengan cara apapun dan tidak pernah dapat dideteksi atau diamati, karena jika tidak sinar tachyon dapat diatur dan digunakan untuk membuat anti-telepon ^[7] atau "logika merusak diri inhibitor". ^[13] Semua bentuk energi diyakini berinteraksi setidaknya secara gravitasi, dan banyak penulis menyatakan bahwa propagasi superluminal di teori invarian Lorentz selalu mengarah ke paradoks kausal. ^[17]

Model Fundamental

Dalam fisika modern, semua partikel dasar dianggap sebagai eksitasi bidang kuantum. Ada beberapa cara yang berbeda di mana partikel tachyonik bisa dimasukkan ke dalam teori medan.
 

Medan dengan massa imajiner

Dalam makalah yang menciptakan istilah "tachyon", Gerald Feinberg mempelajari bidang kuantum invarian Lorentz dengan massa imajiner. ^[1] Karena kecepatan kelompok untuk bidang tersebut adalah superluminal, tampak bahwa eksitasi yang merambat lebih cepat dari cahaya. Namun, dengan cepat dipahami bahwa kecepatan kelompok superluminal tidak sesuai dengan kecepatan propagasi dari setiap eksitasi lokal (seperti partikel). Sebaliknya, massa negatif merupakan ketidakstabilan untuk kondensasi tachyon, dan semua eksitasi medan menyebarkan secara subluminal dan konsisten dengan kausalitas. ^[5] Meskipun tidak lebih cepat dari propagasi cahaya, medan tersebut disebut hanya sebagai "tachyon" di banyak sumber. ^{[3] [6]}

Medan Tachyonik memainkan peran penting dalam fisika modern. Mungkin yang paling terkenal adalah Higgs boson dari Model Standar fisika partikel (yang berada dalam fase terkondensasi yang fase) memiliki massa imajiner. Secara umum, fenomena spontaneous symmetry breaking (SSB), yang berkaitan erat dengan kondensasi tachyon, memainkan peran yang sangat penting dalam banyak aspek teori fisika, termasuk Ginzburg-Landau dan teori superkonduktivitas BCS. Contoh lain dari medan tachyonik adalah tachyon yang bosonik teori dawai. ^[18]

Tachyon diprediksi oleh teori dawai yang bosonic dan juga NS (yang merupakan sektor bosonik terbuka) dan NS-NS (bosonik sektor tertutup) sektor teori RNS Superstring sebelum proyeksi GSO (diambil dari nama Ferdinando Gliozzi, Joël Scherk, dan David I. Olive). Namun, karena konjektur Sen (juga dikenal sebagai kondensasi tachyon ) hal ini tidak mungkin. Hal ini mengakibatkan kebutuhan untuk proyeksi GSO.

melanggar Teori Lorentz

Dalam teori – teori yang tidak memenuhi invarian Lorentz, kecepatan cahaya tidak (selalu) menjadi penghalang, dan partikel dapat melakukan perjalanan lebih cepat dari kecepatan cahaya tanpa energi tak terbatas atau paradoks kausal. ^[19]

Medan dengan kinetik non-kanonik

Dengan memodifikasi energi kinetik dari medan, memungkinkan untuk menghasilkan teori medan invarian Lorentz dengan eksitasi yang merambat secara superluminal. ^{[5] [17]} Namun, teori – teori tersebut pada umumnya tidak memiliki definisi yang baik tentang masalah Cauchy  (untuk alasan yang berhubungan dengan isu kausalitas dibahas di atas), dan mungkin tidak konsisten dengan kuantum secara mekanis.
 

OK Sobat100 itulah catatan tim100 tentang perjalanan waktu semoga dapat menginspirasi kalian semua

Selamat berkarya.

Salam100

 

Referensi :

[1] Feinberg, G. 1967. "Possibility of Faster-Than-Light Particles". Physical Review 159 (5) halaman  1089 – 1105.

[2] Bilaniuk, O.-M. P.; Deshpande, V. K.; Sudarshan, E. C. G. 1962. 'Meta' Relativity. American Journal of Physics 30 (10): 718.

[3] Lisa Randall, Warped Passages: Unraveling the Mysteries of the Universe's Hidden Dimensions, halaman 286

[4] Tipler, Paul A.; Llewellyn, Ralph A. 2008. Modern Physics (5th ed.). New York: W.H. Freeman & Co. halaman 54.

[5] Aharonov, Y.; Komar, A.; Susskind, L. 1969. Superluminal Behavior, Causality, and Instability. Phys. Rev. (American Physical Society) 182 (5): halaman 1400 – 1403.

[6] A. Sen. 2002. Rolling tachyon, JHEP 0204, 048.

[7] Benford, G.; Book, D.; Newcomb, W. 1970. The Tachyonic Antitelephone. Physical Review D 2 (2): halaman 263 – 265.

[8] Chodos, A. 1985. The Neutrino as a Tachyon. Physics Letters B 150 (6) halaman 431 – 435

[9] Colladay, D.; Kostelecky, V. A. 1997. CPT Violation and the Standard Model. Physical Review D 55 (11): halaman 6760 – 6774.

[10] R. J. Hughes and G. J. Stephenson, Jr., 1990. Against tachyonic neutrinos, Phys. Lett. B 244, halaman 95 –100

[11] Bock, R. K. 9 April 1998. "Cherenkov Radiation". The Particle Detector BriefBook. CERN

[12] Cohen, Andrew G. & Glashow, Sheldon L. 2011. Pair Creation Constrains Superluminal Neutrino Propagation. Phys.Rev.Lett. 107: 181803.

[13] P. Fitzgerald. 1970. Tachyons, Backward Casuation, and Freedom. PSA: Proceedings of the Biennial Meeting of the Philosophy of Science Association, Vol. 1970, halaman 425 – 426.

[14] Mark, J. 2001. The Special Theory of Relativity. University of Cincinnati. halaman 9 – 11

[15] Grøn, Ø.; Hervik, S. 2007. Einstein's General Theory of Relativity: With Modern Applications in Cosmology. Springer. halaman 39.

[16] Baker, R. (12 September 2003). Relativity, FTL and causality. Sharp Blue. http://www.theculture.org/rich/sharpblue/archives/000089.html

[17] Allan Adams, Nima Arkani-Hamed, Sergei Dubovsky, Alberto Nicolis, Riccardo Rattazzi. 2006. Causality, Analyticity and an IR Obstruction to UV Completion, JHEP 0610

[18] Brian Greene. 2000. The Elegant Universe. Vintage Books

[19] Carlos Barceló, Stefano Finazzi, Stefano Liberati. 2010. On the impossibility of superluminal travel: the warp drive lesson. arXiv.org > gr-qc > arXiv:1001.4960