Introduction
Les
tachions sont un type de particules hypothétiques inventées par le physicien
allemand Arnold Sommerfeld au début du 20ième siècle. Le mot tachion
a été proposé par Gerald Feinberg, venant du mot grec « tachys »
qui veut dire rapide. Sommerfeld a suggéré que si ces particules existaient,
elles iraient plus vite que la vitesse de la lumière. Aujourd’hui, les tachions
sont classés parmi les particules hypothétiques parce qu’aucune expérience n’a
pu prouver leur existence. Les seules choses qu’on sait sur les tachions sont donc
purement théoriques. Cependant, la relativité restreinte d’Einstein (Special
Relativity) permet d’affirmer que les tachions pourraient exister. De plus,
les physiciens sont d’accord pour dire qu’une des sources possibles de
production de tachions serait les quasars, une sorte d’étoiles très brillantes
et très lointaines. En somme, les tachions font l’objet de nombreuses
discussions scientifiques.
Développement
Quelle est leur masse, leur vitesse,
leur énergie ?
La masse, la vitesse et l’énergie des
tachions seraient explicables et démontrables.
Selon la théorie de la relativité restreinte d’Einstein, l’énergie E
d’un objet en mouvement est donnée par :
(Équation 1)
où m est la masse de l’objet et c est la
vitesse de la lumière. La masse m
varie en fonction de la vélocité v de l’objet comme suit :
(Équation
2)
où m0 est la masse de l’objet au repos, c’est-à-dire sans aucun
mouvement. En faisant la substitution de
l’Équation 2 dans l’Équation 1, le résultat est :
(Équation
3)
Dans
le cas le plus général, le changement de position d’un objet dans une direction
arbitraire par rapport au temps s’appelle la vélocité. Cependant, si ce
mouvement est dans la direction d’un seul axe, la vélocité n’est rien d’autre
que la vitesse. Raisonnons maintenant
comme Sommerfeld l’a fait :
Arnold Sommerfeld, par son raisonnement
totalement hypothétique, a donc pu affirmer que les tachions auraient une
énergie négative imaginaire et une masse négative imaginaire. Cependant, le
fait que l’énergie et la masse des tachions soit soi-disant imaginaires ne
signifie pas pour autant que ceux-ci n’existent pas. Les mathématiques nous
enseignent qu’un nombre imaginaire est un nombre qui existe sur un axe qui
n’est pas réel, un axe perpendiculaire à l’axe des nombres réels, c’est-à-dire dans
une autre dimension. Puisque c’est le cas, cela signifie que l’énergie et la
masse des tachions existeraient peut-être dans une autre dimension. Cependant,
les tachions sont obligés d’aller plus vite que la vitesse de la lumière dans
le vide parce que s’ils ralentissaient jusqu’à c, la vitesse de la
lumière, leur masse imaginaire se transformerait en une masse réelle et infinie.
Or, on ne connaît aucun objet qui possède une masse réelle à la vitesse de la
lumière.
Un autre facteur pourrait influencer
leur vitesse : le milieu dans lequel ils se trouvent. Par exemple, la
lumière voyage à environ 2,23 * 108 m/sec dans l’eau, mais à près de
3,0 *108 m/sec dans le vide. Si c’était également vrai pour les
tachions, certains tachions pourraient voyager plus lentement que la vitesse de
la lumière dans certaines matières. À la limite, est-il possible pour une
particule de voyager plus rapidement que la lumière dans une substance qui
ralentit beaucoup la lumière (ayant un gros indice de réfraction) ?
Oui, les rayons Tcherenkov (des
rayons émis par des particules électriquement chargées qui circulent à une
vitesse plus rapide que la lumière dans un milieu donné) prouve que cela est
possible.
Voyagent-ils dans le passé ?
Aucune
preuve ne confirme leur passage dans le passé. Cependant, deux considérations
plausibles et scientifiques existent. La première nous soumet que tout objet
allant plus vite que la vitesse de la lumière rattraperait la lumière du passé
et aurait donc une drôle d’impression visuelle. La seconde est plus
complexe : elle prétend que si une personne nommée par exemple Bob envoie
à une seconde personne nommée Georgette un tachion et que si ces deux personnes
sont toutes deux à une bonne distance l’une de l’autre, Georgette recevrait le
tachion avant de voir Bob l’envoyer. Or, ceci contredirait la loi de la
causalité qui dit que pour chaque action, il y a une réaction subséquente, et
que l’on ne peut réagir à une action qui n’a pas encore eu lieu. Dans ce cas,
les deux personnes ne verraient pas la même chose, contredisant en
apparence cette loi.
Qu’est-ce qu’un quasar ?
Le
mot quasar est l’abréviation de QUAsi Stellar Astronomical Radiosource.
Un quasar est un astre très lumineux émettant de puissantes ondes radio. Les
quasars sont très lointains et seraient dus à l'agglomération des étoiles et des
gaz environnants autour d’un trou noir extrêmement massif. De plus,
ils nous apparaissent rouges lorsqu’on les regarde. Ceci est dû
principalement au fait que les quasars s’éloignent de nous à grande vitesse et que des objets qui s’éloignent
d’un observateur et qui émettent des ondes subissent ce qu’on appelle l’effet
Doppler (décalage du spectre). Ceci crée un déplacement des
fréquences d’onde émises par ces objets vers le rouge (une réduction des
fréquences émises) pour cet observateur. Plusieurs scientifiques croient que
les quasars représentent la preuve de l’expansion de l’Univers. Mais quel lien
ont-ils avec les tachions ? On croit qu’ils émettent également des
particules qui iraient plus vite que la lumière parce que l’effet Doppler
ne suffirait pas entièrement pour expliquer la vitesse à laquelle ils semblent
s’éloigner du quasar. Ces particules seraient donc constituées de tachions.
Cependant, on ne connaît pas encore le mécanisme de production de ces
particules. De plus, il faut ajouter que
la marge d’erreur dans le calcul de la vitesse d’éloignement des quasars est
suffisamment grande pour potentiellement annuler cette hypothèse.
Qu’est-ce que l’effet tunnel ?
Contrairement à l’existence hypothétique des tachions, l’effet tunnel est un phénomène bien réel qui donne l’apparence de vitesses supra lumineuses, voire de tachions. L’effet tunnel consiste en ce que des particules, tels les électrons ou les photons, sont capables de passer à travers un mur en autant qu’il soit mince. Par exemple, si j’essaie de faire passer la lumière (des photons) à travers un mur, des photons vont passer et vont pour une raison quelconque aller plus vite que la lumière pendant qu’elle traverse le mur. Pourquoi ? Nous ne savons pas. Cependant nous savons que les photons passent alors dans un « tunnel » entre les petits atomes de matière puisque leur longueur d’onde est plus grande que l’espace entre les atomes, et ceci a comme conséquence de faire aller les photons à des vitesses supra lumineuses. Serait-ce de la téléportation ?
Qu’est-ce que le Warp Drive ?
Il existe
un autre concept de voyage à des vitesses supra lumineuses, à savoir le Warp
Drive (moteur à distorsion). Il est un moteur utilisé en science-fiction
pour se déplacer plus vite que la lumière mais, a des chances d’exister un jour.
Le principe de base repose sur le fait que l’espace est modifiable comme une
feuille de papier. Il permettrait donc de se déplacer très rapidement sans
avoir à dépenser une énergie très grande dû au fait qu’il raccourcit le chemin entre
deux points (voir l’annexe 3).
Conclusion
Il est intéressant de noter que les hypothèses sur les tachions ne violent pas les théories actuelles de la relativité, et que si ces théories sont véridiques, les tachions pourraient exister et même être détectés en réduisant leur vitesse dans certains matériaux et par des phénomènes similaires aux rayons Tcherenkov. Cependant, on peut se demander si on peut voyager plus vite que la lumière soit avec des moyens « traditionnels », telle la combustion, soit à l’aide de l’effet tunnel ou d’un moteur à distorsion spatiale (Warp Drive)…
Bibliographie
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