Speciální teorie relativity
Nejdříve si připomeňme dva základní postuláty, z nichž vychází speciální teorie relativity. První je, že všechny souřadné soustavy pohybující se rovnoměrně přímočaře (označují se jako inerciální) jsou rovnocenné a pozorovatelé s nimi spojení budou registrovat stejné fyzikální zákonitosti a popíší je stejnými teoriemi a vztahy. Druhý postulát předpokládá, že rychlost světla (myslí se ve vakuu) je specifická a je ve všech zmíněných souřadných soustavách stejná. To vede k tomu, že transformace fyzikálních veličin z jedné souřadné soustavy do druhé musí probíhat pomocí Lorentzovy transformace, jež ležela v základech Maxwellovy teorie elektromagnetického pole. V Newtonově mechanice se používala Galileiho transformace, ale to je pochopitelné - rozdíly mezi nimi se projevují až při rychlostech blízkých rychlosti světla. Zatímco Maxwellova teorie musela popsat i samotné světlo, mechanika se zabývala objekty pohybujícími se nesrovnatelně menšími rychlostmi.
Speciální teorii relativity a tedy i zmíněné dva postuláty, na kterých je založena, nelze dodržet v případě, že rychlost objektu bude větší než rychlost světla. Tak dostáváme například často zmiňované narušení kauzality nebo další zádrhele, se kterými se jen těžko vypořádáváme. Pokud jsou podmínky ležící v základě speciální teorie relativity splněny, mluvíme o existenci Lorentzovy symetrie. Pokud splněny nejsou, dochází k jejímu narušení.
Až doposud všechny zákonitosti, které okolo sebe pozorujeme, splňovaly Lorentzovu symetrii. Je základním pilířem všech teorií, které jsou součástí standardního modelu hmoty a interakcí. Speciální teorie relativity velmi přesně popisuje pohyb částic jak na urychlovačích tak i jinde. Do dneška nic nenasvědčovalo tomu, že by se v nějakém případě Lorentzova symetrie narušovala a speciální teorie neplatila. I to je důvod, proč mezi fyziky vzbuzuje experiment CNGS s detektorem OPERA tolik pozornosti a spíše skepsi. Pokud by se jeho výsledky potvrdily, znamenalo by to, že se téměř jistě Lorentzova symetrie narušuje a speciální teorie relativity nemusí vždy platit.
Důsledky narušení Lorentzovy symetrie
To, že v přírodě nebylo zatím pozorováno nic, co by narušovalo Lorentzovu symetrii a odporovalo speciální teorii relativity, neznamená, že by se o takovou možnost teoretičtí fyzici nezajímali. Mezi první takové teorie patří i „meta-relativita“ Olexe-Myrona Bilaniuka a E. C. George Sudarshana z šedesátých let, která zavádí tachyony s imaginární hmotností, jejichž vztah mezi celkovou energií a rychlostí je popsatelný klasickým relativistickým vztahem. O této teorii nedávno na Oslovi vyšel článek Petra Kluvánka. Jen je třeba připomenout, že tato teorie nemůže popsat výsledky získané v experimentu CNGS. Hmotnost tachyonu by sice byla imaginární, ale velikost by byla stejná jako u normální částice. Tedy u neutrina extrémně malá, menší než 2 eV. Neutrina by tak byla sice nadsvětelná, ale extrémně blízko rychlosti světla. Rozdíl od rychlosti světla by byl o mnoho řádů menší, než pozoruje OPERA.
Lze nalézt řadu publikací, které popisují aspekty různých teorií narušujících Lorentzovu symetrii a popisujících pohyb částic s nadsvětelnými rychlostmi. Některé z nich předpokládají i jevy, které platnost Lorentzovy symetrie vylučují a z nichž vyplývá, že takové částice emitují různé typy záření. Jedním z nich je záření, které lze v jistém smyslu označit za Čerenkovovo záření ve vakuu. Připomeňme, že „klasické“ Čerenkovovo světlo vyzařují pouze nabité částice, které se v prostředí pohybují rychlostí větší, než je rychlost světla v tomto prostředí. V případě nadsvětelné částice, jejíž rychlost je větší než rychlost světla ve vakuu, mohou toto „neklasické“ Čerenkovovo záření emitovat i neutrální částice a tedy i neutrina. Velmi zjednodušeně řečeno je to dáno jejich magnetickými vlastnostmi vznikajícími díky kvantové elektrodynamice. Tento jev by však neměl být příčinou význačnějších ztrát energie. Ostatně i u klasického Čerenkovova jevu jsou ztráty energie vyzařující nabité částice velmi malé. Existuje však ještě jeden jev, který už vede k velmi znatelným energetickým ztrátám. Ten je založen na elektroslabé interakci a způsobuje, že částice pohybující se rychleji, než se mohou pohybovat elektrony, produkuje polní (i virtuální) částice elektroslabé interakce, tedy fotony a Z0 bosony. Bosony Z0 se pak rozpadají na páry částice a antičástice, nejčastěji neutrino a antineutrino, či elektron a pozitron. Ty odnášejí významnou část energie. Elektrony se ani při extrémní kinetické energii nadsvětelnými rychlostmi nepohybují, což máme potvrzeno řadou experimentů. Takže pro každou nadsvětelnou částici je podmínka pro toto záření splněna.
A právě ztráty způsobené tímto zářením pro případ nadsvětelných neutrin, které výsledky experimentu OPERA předpokládaly, propočítali Sheldon Glashow a Sidney Coleman (zde). A ukázali, že v jejich teorii, která předpokládá narušení Lorentzovy symetrie, vychází pro neutrina produkovaná v laboratoři CERN velice rychle ke ztrátě téměř 3/4 energie v jediném aktu produkce částic zmíněným zářením. To znamená, že do Gran Sasso by v případě nadsvětelných rychlostí a vysokých původních energií musela dorazit neutrina s velmi sníženými energiemi.
Prokázal ICARUS něco nového?
A právě skutečnost, že experiment ICARUS u neutrin přilétajících do Gran Sasso snížení energie nezaznamenal, podle tohoto týmu fyziků prokazuje, že se částice nepohybovaly nadsvětelnými rychlostmi. To vyvolalo novou mediální vlnu zpráv o nadsvětelných neutrinech. ICARUS je experiment stejné podzemní laboratoře, jakou využívá OPERA a stejně jako ona detekuje neutrina posílaná z CERNu. ICARUS využívá detektor založený na dvou časově projekčních komorách vyplněných tekutým argonem. Ty velmi přesně zobrazují dráhy nabitých částic vzniklých v interakcích neutrin s jádry, což umožňuje přesně určit energii a směr příletu původního neutrina. Takže pro fyziky, kteří na experimentu pracují, nebyl problém i z daleko menší statistiky zachycených neutrin určit jejich energetické spektrum a srovnat je s tím, které se předpovídá v případě, že neutrina nemají nadsvětelné rychlosti. A zjistili, že jejich spektrum je přesně takové a žádné ztráty energie vzniklé narušením Lorentzovy symetrie nepozorují.
Jistě jde o zajímavý výsledek, ale v principu nepřináší nic nového. V experimentu OPERA se také určovala energie neutrin, i když ne tak přesně jako u experimentu ICARUS. V dřívějších článcích (zde a zde), kde se podrobně popisuje měření rychlosti neutrina experimentem OPERA, bylo zmíněno, že se testovala i závislost rychlosti neutrin na jejich energii pomocí rozdělení do dvou energetických skupin a určení rychlosti pro každou z nich. Energie neutrin jsou i u OPERY tak velké, že vylučují existenci vyzařování popsaného Glashowem a Colemanem. Ale k potvrzení toho, že neutrina s vysokou energií toto záření nevysílají, se nemuselo čekat na výsledky experimentů OPERA či ICARUS. Již poměrně dlouhou dobu pracují experimenty SuperKamiokande a IceCube. Různé detektory neutrin, včetně detektoru SuperKamiokande a IceCube byly už na Oslovi popisovány (zde a zde). Oba tyto detektory registrují také neutrina s vysokou a velmi vysokou energií vznikající rozpadem částic produkovaných interakcemi částic kosmického záření s velmi vysokou energií s jádry atomů atmosféry. Superkamiokande detekuje neutrina s energií od 1 GeV do 1 000 GeV a IceCube pak neutrina s energií až po 16 000 GeV. Přičemž tato neutrina musela proletět dráhu dlouhou stovky až tisíce kilometrů napříč zeměkoulí. I u nich by se případná existence popsaného záření u částice porušující Lorentzovu symetrii měla projevit dramatickou ztrátou energie. Ta se však nepozoruje.
Máme také silnou evidenci, že v případě reálnosti nadsvětelné rychlosti neutrin zachycených detektorem OPERA musí jít o vlastnost závislou na energii. Už v dřívějších článcích jsem zdůrazňoval, že nejsilnějším argumentem pro chybu měření nadsvětelných rychlostí je zachycení neutrin ze supernovy 1987A. Jejich rychlost se od rychlosti světla lišila o tři řády méně v porovnání s výsledky experimentu OPERA. Tyto dva případy se sice v něčem liší – u supernovy šlo o elektronová antineutrina s energií zhruba o tři řády menší, než mají mionová neutrina produkovaná v CERNu. Ovšem, pokud dochází u neutrin k oscilacím, nemohou se rychlosti jejich různých typů dramaticky lišit. Takže podstatný rozdíl, který by mohl způsobit, že neutrina ze supernovy měla o tři řády menší rozdíl od rychlosti světla, musí spočívat v jejich rozdílné energii.
Poučení na závěr
Je tedy jasné, že o neexistenci záření produkovaného v případě narušení Lorentzovy symetrie částicí s nadsvětelnou rychlostí bylo možné rozhodnout na základě dat z detektoru OPERA i dalších dřívějších měření, aniž by bylo potřeba čekat na analýzy experimentu ICARUS. Ty je prostě jen potvrdily. Zároveň však ani všechna tato data dohromady nemohou úplně vyloučit správnost měření detektoru OPERA. Problém je, že záření je předpovídáno jednou z teorií obsahujících narušení Lorentzovy symetrie. Jsou však i teorie, které se snaží vysvětlit měření nadsvětelné rychlosti neutrin bez tohoto narušení. Neplatnost této symetrie a zpochybnění speciální teorie relativity by byl obrovský zásah do fyzikálního popisu světa. Pak by bylo potřeba situaci řešit hledáním úplně nové teorie. Jak bylo ukázáno, teoretici nad takovými možnostmi sice uvažují, ovšem ta správná může být odlišná od všeho, co se zatím objevilo v publikacích. Pochopitelně se mohou najít teorie, které nebudou obsahovat zmiňované záření nadsvětelných částic. Popisů může být nekonečně mnoho. O tom, který je správný pro náš svět a pravdivě popisuje jeho fyziku, rozhoduje pouze experiment. Takže bych doporučil zachovat chladnou hlavu a mediální vlnění vnímat s nadhledem. Počkat si na co nejpřesnější kontrolu sporných měření a hlavně na experimenty nové, které buď nadsvětelnou rychlost neutrin potvrdí nebo vyvrátí.
Diskuze:
diskuze výhradně pro rozumné lidi www.racional.eu
Karel Lisycký,2015-03-24 15:06:03
Kolik uživatelů fóra je potřeba na výměnu žárovky?
-- 1 uživatel vymění žárovku a napíše příspěvek o tom, že vyměnil žárovku.
-- 3 uživatelé na to, aby napsali o podobných zkušenostech o výměně žárovky a o tom, jak různě mohou být žárovky vyměňovány.
-- 7 uživatelů k upozornění na to, jak nebezpečné může vyměňování žárovky být.
-- 1 uživatel k tomu, aby přesunul téma do sekce "Světlo".
-- 2 uživatelé na obhajobu toho, že téma mělo být přesunuto do sekce "Elektrické spotřebiče".
-- 5 uživatelů, aby poukázali na gramatické chyby v příspěvcích, týkajících se předchozích příspěvků o výměně žárovky.
-- 5 uživatelů, aby poukázali na gramatické chyby uživatelů, kteří poukazovali na gramatické chyby
-- 5 uživatelů, aby napsalo, že všichni uživatelé, jenž udělali gramatickou chybu, si mají znovu odchodit základní školu
-- 5 uživatelů, aby poukázali na gramatické chyby uživatelů, kteří posílali zpět do základní školy (a ti se budou bránit tím, že rychlý chlapci je správně, protože jsou v jejich nářečí mladý chlapci)
-- 4 uživatelé na to, aby se dohadovali, jestli se má říkat "žárovka" nebo "výbojka".
-- 2 uživatele "průmyslové profesionály", kteří budou všechny informovat o tom, že správný termín je "světlo".
-- 2 uživatele, kteří o sobě budou prohlašovat, že jsou také odborníci z průmyslu a že výraz "žárovka" je naprosto správný.
-- 5 uživatelů na to, aby se dohadovali, jestli jsou lepší klasické žárovky nebo rtuťové výbojky
-- 1 uživatel, který bude o sobě prohlašovat, že je doktor přírodních věd s červeným diplomem, a proto ví, že rtuť není jedovatá a jedovatost rtuti je jen mýtus. A kdo si myslí, že je rtuť jedovatá, je směšný.
-- 2 uživatele na to, aby upozornili, že toto není diskuze o pravopisu, ať přejdou do diskuze o pravopisu
-- 5 uživatelů na to, aby všechny ostatní informovali o tom, že diskuze o žárovkách není diskuze o žárovkách, ať ostatní laskavě pokračují v diskuzi jménem "Jaký monitor a vypalovačku?", která o žárovkách je.
-- 5 uživatelů k obraně příspěvků této diskuze, kteří budou říkat že všichni používáme žárovky a proto jsou ty příspěvky vlastně relevantní.
-- 2 feministky, aby upozornili na to, že ženy šroubují žárovky daleko lépe, než muži
-- 5 uživatelů ke vkládání příspěvků s odkazy, kde mohou ostatní uživatelé vidět různé druhy žárovek.
-- 4 uživatele, kteří napíšou příspěvky se správnými odkazy.
-- 6 uživatelů, kteří budou odkazovat na všechny příspěvky napsané od počátku až do současnosti, kompletně je citovat a to včetně všech hlaviček a podpisů, a nakonec do svého příspěvku přidají "Já taky"
-- 7 uživatelů, kteří budou psát skupině uživatelů, která dlouho nepsala, že nepíšou, protože nemůžou oponovat jejich názorům.
-- 4 uživatelé, kteří budou říkat "A neřešilo se tady tohle před chvílí?".
-- 8 uživatelů, kteří budou říkat "nejdřív hledej, než se tady budeš ptát na něco o žárovkách" a dají link na vyhledávání googlu s dotazem výměna žárovek, ve kterém google vyhodí jen odkazy na různé podstránky diskuze, ze které byl uživatel odkázán k vyhledávači.
-- 1 uživatel, který se zeptá, jak vyměnit kolo u auta.
-- 5 ekologů, aby nás varovalo, že žárovky způsobují extrémní globální oteplení, jenž do pěti let uvaří veškerý život na planetě
-- 1 administrátor, aby zablokoval uživatele za to, že si dovolil si stěžovat na šikanu jiným uživatelem
-- 1 uživatel, který byl doposud skrytý a bude reagovat na prapůvodní první příspěvek, který byl napsán před půl rokem, takže všechen ten cirkus se bude opakovat.
U nás to takto nikdy vypadat nebude, nebojte!
www.racional.eu diskuze jen pro rozumné lidi
opravím sa
Maroš Štulajter,2011-11-29 14:26:51
nie od detektorov neutrín tie som zatiaľ nevidel na cngs ale od detektorov mionov
Pane Malý
Karel Mueller,2011-11-29 14:16:38
to by bylo na delší debatu, nejlépe uděláte, když si důkladně promyslíte 1. kapitolu Kuchařovy učebnice Základy obecné teorie relativity. Především je třeba si ujasnit pojem geometrie časoprostoru. Ta je dána konkrétním měřením pomocí měřících standartů, se tedy chodem ideálních hodin a ideálních měřicích tyčí. Já sám pojem ideální tyč v obecném případě zamítám - matematicky lze lehce dokázat, že při určitém pohybu bude platit toto: V okamžiku, kdy bude jeden koncový bod v určité sustavě v klidu, bude druhý koncový bod v pohybu. To bych byl jinde, jen tolik, že pod pojmem geometrie časoprostoru si musíte představit výsledky těchto měření. A samozřejmě můžete přijmout interpetaci, že gravitace působí na ty měřící standarty a žádný prostor se nedeformuje. Mimochodem se pávě k této interpretaci gravitace přikláním, je to nakonec základní předpoklad platnosti mé hypotézy. A s podivem jsem zjistil, že Vaše námitka by mohla vést ke stejným závěrům.
Geometrizaci gravitace umožňuje jistá vlastnost gravitace, které se říká univerzální vliv. Uvedu klasický příklad ještě od Einsteina: Měříte geometrii plotny na kamnech, která má v různých místech různou teplotu. Délka tyčí se mění v důsledku teplotní roztažnosti. Pokud by jste měl tyče se stejnou teplotní roztažností, tak by jste mohl uzavřit, že teplota deformuje prostor (dostal by jste geometrii odlošnou od euklidovské), pokud budou mít různou teplotní roztažnost, tak dostanete "různé geometrie" a dojdete k závěru, že se prostor nijak nedeforuje a na tyče působí teplota.
A teď si představte, že se tyče všech možných materiálů roztahují stejně, pak můžete uzavřít, že se deformuje prostor, teplota bude mít vlastnost univerzálního vlivu.
Stejné je to s OTR, o deformaci časoprostoru lze mluvit právě proto, že gravitační pole má vlastnost univerzálního vlivu. Ale věc není tak jednoduchá, můžete akceptovat obě interpretace za předpokladu, že to, co je ovlivňováno, je jedné podstaty.
Ale k Vaší otázce: Ta souvisí se strukturou časoprostoru a OTR předpokládá, že ono zakřivení časoprostoru je spojeno se zdrojem gravitace s tím, že se prostor automaticky "narovná" po odstranění zdroje gravitace. Proč tomu z hlediska struktury časoprostoru tak je Vám OTR neodpoví, odpověď by mohla dát jen kvantová gravitace.
Je to dost zjednodušeně, pro hlubší vhled se skutečně nevyhnete studiu OTR. O svých názorech jsem debatoval na centrum-aktuálně-blogy na posledním blogu prof. Hořejšího.
ešte mám jednu otázku
Maroš Štulajter,2011-11-29 14:07:33
ohľadom vzdialenosti meracieho bodu na opere je to od BCT detektora (viem ako funguje)alebo od detektora mionov. BCT nám dáva tvar a začiatok impulzu si vieme prepočítať s korekcii odozvy. teoreticky začiatok impulzu by sme dostali aj pri detektoroch neutrín, jednotlivé body sú od seba vzdialené asi kilometer.
tú maticu
Maroš Štulajter,2011-11-29 07:58:30
som myslel samozrejme PMNS maticu, pomýlil som sa ďakujem za opravu. ohľadom tých rýchlostí, nie je mi celkom jasné ak pri oscilácii mení neutríno svoju farbu tzn. že plynule prechádza z jedného typu do druhého, tak samozrejme musí meniť svoju hmotnosť tak isto plynule. zo zákona o zachovaní energie vieme že energia sa nemôže znčiť ale iba meniť v závislosti na hodnotách, tzn ak sa zvýši hmotnosť a pritom mám rovnakú energiu musí sa zmeniť rýchlosť podľa známeho einsteinovho vzorca.
doplním
Maroš Štulajter,2011-11-28 17:28:06
pri osciláciach som sa stretol len so zvyšovaním hmotnosti neutrín v závislosti na smešovacom uhle ale o zvýšení rýchlosti nejak som sa nepostrehol. ak by sa mala zachovávať ZZE tak by tam mala byť o tom zmienka. spomenul som nagasaviho maticu, tá hovorí že medzi dvoma hmotnosťami neutrín, mám na mysli hmotnosti ktoré nasledujú za sebou (hmotnosť mionového a taunového neutrína) prechádzajú plynule ak by sme vynechali heisenbergov princíp neurčitosti medzi sebou. ak som dobre rozumel výkladu matice tak mionové neutríno nemôže prejsť do elektronového neutrína. môže mi niekto vysvetliť závislosť rýchlosti neutrína na oscilaciach, keď hmotnosť neutrín je preukázaná.
Pokusím se odpovědět,
Vladimír Wagner,2011-11-28 22:55:56
ale nevím, jestli jsem správně pochopil otázku.V první řadě se chci ujistit, zda pod pojmem Nagasaviho matice máte na mysli Pontecorvo–Maki–Nakagawa–Sakatovu matici? Druhá otázka je, proč si myslíte, že v mionovém a tauonovém neutrinu není příměs elektronového neutrina a nemohou na ně oscilovat? I mionové neutrino může oscilovat na elektronové a může být detekováno jako elektronové. Ovšem pro malé vzdálenosti v řádu do několik tisíc kilometrů je příměs elektronového neutrina velmi malá.
Nevím, co máte na mysli závislostí rychlosti neutrina na oscilacích? O oscilacích neutrin v souvislostí s rychlostí se zde pouze konstatovalo, že v případě existence oscilace neutrin se musí být závislost mezi energií neutrina a rychlostí pro všechny typy neutrin stejná. Představte si, že neutrino s energií 10 MeV vyletí s nějakého místa. V dost velké vzdálenosti máme detektor pro všechny typy neutrin, který je detekuje. Ten díky oscilacím může zachytit libovolný typ neutrina. Zachytí jeden z typů, ale po stejné době po vyzáření. Tedy všechny typy musí mít stejnou rychlost.
icarus - opera
Maroš Štulajter,2011-11-28 16:00:35
chcel by som sa opýtať, ktoré meranie je schopnejšie čiže ktoré dáta môžme považovať za správnejšie s tých dvoch zariadení. študoval som o opere čo som našiel na internete alebo mi bolo vysvetlené na osli, mne s toho vyplýva že opera je zatiaľ najpresnejšie meranie, lebo neutrína majú dostatočnú energiu a je ich pomerne dosť vzhľadom na detekciu, ale hlavne detekčné zariadenie je z materiálu ktoré má veľkú atómovú hustotu hadrónov. neviem ako je to s oscilaciami ak by to bolo podľa nagasaviho matice tak by neutrína nemohli prekročiť rýchlosť pri zdroji (cngs). my ale meriame celkový čas nemeriame okamžitú rýchlosť, tak to by muselo znamenať v určitom časovom intervale vyššiu rýchlosť ako svetlo, podobne ako bolo namerané pri pokusných laseroch medzi molekulami cézia ak sa nemýlim.
Icarus
Vladimír Wagner,2011-11-28 22:37:18
ale neměří rychlost neutrin, určuje pouze velmi přesně jejich energii. Takže experimenty nelze z toho hlediska srovnávat. OPERA sice neměří energii neutrina tak přesně, ale na vyloučení záření předpovídané pro částici porušující Lorentzovu symetrii to úplně stačí.
Karel Mueller,2011-11-28 14:07:45
děkuji za obsáhlou odpověď, ale tak nechápavý opravdu nejsem :-). Asi mluvíme trohu jinou řečí a tak ještě jednou a naposled na co jsem reagoval a proč.
1. K té supernově:
Pan Gf Fs napsal: "... protoze zpomaluje fotony pri pruchodu silnym gravitacnim polem. Pokud tento efekt aplikujete na fotony z SN1987A vyjde Vam zpozdeni v radu mesicu (1 az 5 podle modelu kolapsu supernovy)"
To se mi promítlo jako konstatování, že zpomalení o těch několik měsíců v příletu neutrin je dáno modelelem kolapsu supernovy a tedy neutrina zpomaluje gravitační působení supernovy. Proto jsem reagoval tak, jak jsem reagoval. Proti Vašemu vysvětlení - zpomalení fotonů i neutrin vlivem rozložení hmoty v galaxii - samozřejmě nemám námitky, jak jsem napsal. Koneckonců na tomto jevu (zpomalení fotonů, ale nikoliv neutrin) stojí i moje hypoteza. Pouze jsem poznamenal, že pro neutrina je hypoteticky možné i vysvětlení jiné, jak uvedu dále.
Dále jsem reagoval na výrok: "Shodneme se alespon na nasledujicim? Pokud elektronove neutrino s kinetickou energii 10MeV doleti ze SN19887A (168000 svetelnych let daleko) se zpozdenim 1 mesic, a toto zpozdeni je zpusobeno klidovou hmotnosti elektronoveho neutrina, pak tato klidova hmotnost je v radu 10keV". To je jen aplikace STR, která je v dané situaci nepoužitelná, protože světlo i neutrina přiletěly prakticky zároveň. Je jasné, že za této situace musí být gama faktor extrémně vysoký (a tedy klidová hmotnost zanedbatelná) a pokud zdůvodníte pozdější příchod fotonů, tak samozřejmě lze akceptovat, že ono několikaměsíční zpoždění je dáno vlivem gravitace a též ony neutrina podléhají gravitaci. Na tom se samozřejmě shodneme.
Nicméně jsem ale chtěl ukázat, čistě matematicky, že lze připustit ony nadsvětelné rychlosti a dokonce je i skloubit s dalšími požadavky na neutrina mojí hypotézou. Ale samozřejmě je to jen matematická hříčka, to Vaše vysvětlení vedoucí k závěru, že na elektronová neutrina gravitace působí, považuji za nejpravděpodobnější.
Pokud jde o ty oscilace - mě to nenapadlo, jak jsem v řadě článků koupil, tak jsem i prodal. Samozřejmě mi došlo, že plavou zákony zachování, značně sardonicky jsem se k tomu vyjádřil už na blogu prof. Hořejšího. Asi bych se měl červenat, ale nejspíš jsem se po 5 letech debat na blozích (a nakonec i reáných událostí) zapoměl divit a nad čímkoliv se pozastavit, nicméně se budu snažit o návrat do normálního světa :-).
Nechci Vás tím zdržovat, nakonec kromě těch oscilací to jsou triviálnosti. Snad jen na závěr: Pokud se nadsvětelná rychlost neutrin vysokých energií skutečně prokáže, tak by moje hypotéza (třeba i modifikovaná) vedla k nejmenším zásahům do teoretické fyziky. Jakýkoliv zásah do STR by měl nejen obrovské následky, ale nakonec by nejspíš jakékoliv vysvětlení nebylo možné ověřit.
Pane Malý
Karel Mueller,2011-11-28 00:40:56
ještě jsem zůstal dlužen odpověď Vám.
Prostor zakřivený nezůstává, jak jsem napsal, jeho zakřivení je dáno rozložením hmoty. Analogie s elektrostatikou: Náboj v klidu generuje elektrostatické pole ve svém okolí, které se projevuje silovými účinky na jiné náboje. Když ho přemístíte, tak se tyto silové účinky změní.
Analogické je to s gravitací: Hmota (např. Země) generuje gravitační pole, které se projevuje přitažlivostí. Matematicky je tato přitažlivost popsána zakřivením časoprostoru. Když odletíte do kosmu :-), tak se přitažlivost Země změní. Stejné by to bylo, kdyby Země odletěla od Vás :-). Zmizela by přitažlivost a zakřivení by se "vrátilo do normálu". Nesmíte si to představit jako tyč, která po ohnutí zůstane ohnutá :-).
Rovnání prostoru po 2.
Václav Malý,2011-11-29 12:01:17
Pane Muellere,
Vaše analogie s elektrostatikou "kulhá na všechny čtyři": V elstat. poli působí náboje na jiné náboje. Čili hmotné na hmotné. Nic takového se neděje v prostoru kolem tělesa. Tam působí (silově?)hmotné na nehmotné. Položím otázku jinak: Je prázdný prostor schopen sám sobě změnit svou geometrii? Odpověď je, doufám, jednoznačná: Nikoliv! Čili, prostor sám sobě měnit geometrii nemůže, proto k tomu potřebuje přítomnost hmotnosti. Co Vás tedy vede k přesvědčení, že po odstranění hmotnosti z daného prostoru si ten "zakřivený" prostor sám změní svoji geometrii, v tomto případě, že si ji sám narovná?! V tomto případě je ten prostor stejně pasivní prvek jako ta Vámi zmiňovaná tyč. Je nějakou vnější silou ohnuta (prostor zakřiven) a musí být jinou vnější silou narovnána. Pokud ovšem připustíte, že prostor je samonarovnatelný, potom musíte připustit, že v tom prostoru existují materiální prvky schopné samonarovnání. Takový prostor ovšem nemůže být prázdný ani teoreticky! A o to v celém pojetí GTR jde: Prostor schopný sebenarovnání není prázdný i kdybyste z něj odstranil veškerou možnou hmotnost, jakož i elmag. záření, virtuální částice, KZ a podobně. I Einsteinův prázdný, gravitační prostor má v sobě materiální prvky, které jsou působením hmotnosti tělesa vyvedeny ze svého nulitního stavu (čímž je vyjadřen ten stav gravitace) a které jsou schopny, po zániku hm. působení (odstranění tělesa) vrátit se do nulitního stavu a tím zrušit stav gravitace. Takový prostor ovšem není nikdy prázdný!Jsou tam stále ty materiální prvky.
Pane Muellere, ve svých příspěvcích se zmiňujete o své hypotéze. Mohl bych se s ní nějak seznámit? Předpokládám,že ji mátě někde na webu. S pozdravem VM.
Pane Wagner,
Karel Mueller,2011-11-27 22:08:41
děkuji za dodatky. Nejdříve k oné supernově: Předpokládám, že jste měl na mysli klidovou hmotnost elektronových neutrin. V odpovědích panu Gf Fs jsem to pak podrobněji rozebral. Pokud světlo doletí o pár hodin později než neutrina a předpokládané zpoždění světla vlivem gravitace jen dva měsíce, tak to samozřejmě nemohu vysvětlovat gama faktorem při platnosti STR. Nevím, jakou roli hraje rozložení hvězd v modelu exploze supernovy, ale budiž. Tím to lze uzavřít.
Nicméně se omlouvám, pokud jsem ve Vašem textu přehlédl požadavek na stejné energie elektronových i mionových neutrin. Nejsem kvantový fyzik a teorie oscilací jsem nestudoval a tak jsem vzal jako fakt, že oscilují i neutrina, která mají o tři řády různé energie s požadavkem stejné rychlosti, jak jste v textu napsal. I když se mi to, řekněme mírně, nezdálo. Samozřejmě vím, že spektrum neutrin je spojité.
A tak k poslední otázce: Moje hypoteza je ryze matematicky samozřejmě schopna vysvětlit obojí nadsvětelné rychlosti. Skutečně, když vezmu energie 10MeV a 10 GeV, při rychlostech c a 1,000024c, tak stačí zvolit hypotetické c´ rovno hodnotě 1,000024024c. I když je gama obrovské, tak nestačí na vysvětlení požadovaných klidových energií. Samozřejmě, mohu začít spekulovat o chybě při měření OPERA a snížit onu naměřenou hodnotu tak, že stále bude vyšší než c a zároveň vyhoví všem požadavkům, jak nedsvětelných rychlostí, tak i klidových hmotností, lehce to lze spočítat. Ale to není zcela košer, tak uvidíme, co bude dál.
Píšete velmi čtivě a zasvěceně, tak se těším na další článek.
Rozložení hvězd neovlivňuje výbuch supernovy
Vladimír Wagner,2011-11-28 08:59:58
Vážený pane Muellere, pořád se mi s panem Gf Fs nepodařilo Vám vysvětlit základní podstatu věci. Takže se pokusím ještě jednou:
1) To, že světlo (tedy jeho nárůst) ze supernovy bylo "zaznamenáno" až zhruba tři hodiny po pulzu od neutrin je dáno dvěma faktory. Jednak se světlo prodírá hmotou kolabující hvězdy pomaleji a oproti neutrinům se zdrží řádově o pár hodin a za druhé světlo uvidíme jedině v případě, že dalekohled namíříme do správného směru. Tedy, to že neutrina byla zachycena o ty tři hodiny dříve říká pouze to, že doba příletu světla je v řádu několika hodin stejná jako přílet neutrin. A to nám umožňuje otestovat dvě věci. První je platnost speciální teorie relativity a hmotnost neutrina. Druhou pak je obecná relativita a konkrétně Einsteinův princip ekvivalence a tím také, že na neutrino působí gravitace.
2) Jeden posun příletu neutrina vůči světlu může být způsoben Lorentzovou transformací a rozdílem jeho klidové hmotnosti oproti nulové klidové hmotnosti fotonu. Stejnost příletu světla a neutrina říká, že klidová hmotnost neutrin je velmi malá. Pokud ještě vezmeme v úvahu dobu příletu neutrin s různou energií, dostaneme horní limitu na klidovou hmotnost neutrina zhruba 10 eV, což je v souhlase s experimenty v Tricku a Heidelbergu (horní limita zhruba 2 eV). Jen v tomto případě vystupuje gama faktor.
3) Rozložení hvězd v galaxii nehraje v průběhu exploze supernovy žádnou roli. Shapirův jev se netýká supernovy a nezávisí na jejím modelu, je také dán obecnou relativitou ne speciální. Průletem hmotou supernovy se světlo zpozdí jen o těch zmíněných pár hodin a toto zpoždění není způsobeno gravitací. Hmota, která se rozkládá v Galaxii a ve Velkém Magellanově oblaku vytváří gravitační pole (zakřivuje časoprostor), tento vliv působí na světlo celou dobu letu od supernovy k Zemi a nesouvisí se supernovou. A právě působení tohoto gravitačního pole leží v základě Shapirovova jevu a způsobí zpoždění světla (oproti případu, že nebude mezi námi a supernovou žádná hmota) o těch několik měsíců. Nepřesnost v určení tohoto zpoždění je dáno naší nepřesnou znalostí (modelem) rozložení hmoty v Galaxii. Pokud doletí neutrina zhruba ve stejné době jako fotony, tak je to jasný důkaz toho, že na ně gravitace působí stejně jako na fotony a platí Einsteinův princip ekvivalence.
Nevím jak Vás mohla napadnout oscilace neutrin s různou energií, vždyť by se nezachovával zákon zachování energie? Neutrino vyletí třeba jako elektronové a někde jej díky oscilacím můžeme pozorovat jako mionové nebo tauonové. Ovšem díky zákonu zachování energie přeci musí mít stejnou energii. Zároveň však díky tomu, že nemůže být jeho poloha rozmazaná příliš, musí mít oba typy neutrin pro danou energii i zhruba stejnou rychlost.
Pane Gf Fs
Karel Mueller,2011-11-27 10:39:34
přečetl jsem si článek o osciacích neutin od pana Wagnera.
Pokud mají být splněny požadavky na uvedené hodnoty klidových hmotností všech typů neutrin, tak to samozřejmě činí další úvahy na níže uvedené téma bezpředmětné. Faktor gama je natolik obrovský, že měření odchylky rychlosti neutrin od rychlosti světla je mimo experimentální možnosti. (např. pro odchlku E-10 je gama řádově E5). Rozdíly v energiích se ovšem promítnou do rozdílů v hybnosti a tedy rychlosti, tedy není nijak zřejmé, jak vyhovět onomu požadavku na rychlosti neutin.
Nejsem kvantový fyzik a tak to ponechám povolanějším.
Pane Gf Fs
Karel Mueller,2011-11-27 00:30:56
Musel bych mít údaje o energiích neutrin, pak bych mohl dosazovat. Je možné, že úloha nebude řešitelná, jedinou věc mohu říct s naprostou určitostí: Poměr klidových hmotností mezi mionovým a elektronovým neutrinem musí být stejný jako jejich celková energie. To plyne z požadavku uvedeného panem Wagnerem. Vypořádat se s tímto požadavkem i s oněmi rachlostmi je v mé hypotéze snadné, ale i bez výpočtu mohu říct, že nebude odpovídat požadavek na horní hranici klidové hmotnosti, i když zvolím jedno procento nárůstu rychlosti světla v onom "pozadí", tak gama faktor klesne na 7. Ale ještě se na to kouknu.
A ted dobrou
Neshoda a závěr
Karel Mueller,2011-11-26 23:31:09
Pane Gf Fs,
pokud uvažujete pouze faktor gama, tak se na tom shodnout nemůžeme, uvědomte si, že neutrina dorazila dříve než světlo, pokud jsem četl.
Ale nerozumíme si a tak poněkud podrobněji. Poměr mezi energií neutrina a jeho klidovou hmotností mohu vyjádřit v STR jako funkci f(v), kde rychlost v je známa vzhledem k rychlosti světla u obou typů neutrin (mírně ji převyšuje). Ale kdyby by byla nižší než c, tak při známé energii mohu volit klidovou hmotnost tak, abych dostal požadovanou hodnotu funkce. Napsal jsem, co musí být splněno pro požadavek oscilace. A nyní si představte, že rychlost c bez "gravitačních korekcí" (hvězdokupy či přímo celý kosmos) je vyšší o pouhé několik procent. To může být zcela reálné, může být i daleko víc. A dále, že STR platnou pro neutrina aplikuji na tuto mírně vyšší rychlost. Pak je rozdíl v rychlostech obou typů neutrin nepodstatný, můžete dostat požadované hodnoty klidových hmotností a vcelku vyhovět jak požadavku osciace, tak požadavku mé hypotézy, stačí klidovou hmotnost elekronových neutrin trochu navýšit.
Proto jsem panu Wagnerovi psal o oné matematické hříčce. Ale možná to hříčka není ...
Gf Fs,2011-11-26 23:50:11
Kdyz mne se prave v te Vasi zajimave teorii vubec nedari nalezt takovou rychlost c a klidovou hmotnost elektronovych neutrin, abych alespon radove vyhovel SN1987A , kinematickym a oscilacnim experimentum. Tak konkretne jakou hodnotu c a konkretne jakou hmotnost elektronoveho neutrina mam pouzit, aby:
1. zpozdeni elektronovych neutrin z SN1987A bylo nekolik mesicu?
2. hmotnost byla v souladu s kinematickymi experimenty v Mainzu a v Troicku, tedy mensi nez 2 eV?
3. v souladu s oscilacnimi experimenty, tedy vetsi nez asi 50 meV?
Dekuju za konkretni dve cisla.
Oprava II
Karel Mueller,2011-11-26 22:31:14
Omouvá se ještě jednou za překlep - mionová neutrina jsou rychlejší.
Pane Malý
Karel Mueller,2011-11-26 22:17:55
Pojem prázdný prostor nemá dost dobrý smysl, velmi zjednodušeně lze říct, že hmota podle OTR prostor vytváří. Jinými slovy, prostor bez hmoty nemůže existovat (pod hmotu zahrnui látku i záření). Zakřívení prostoru je dáno rozložením hmoty. Gravitace je pak projev zakřivení tohoto prostoru.
Hypoteticky by jste mohl "vynulovat" toto zakřivení nějakou neznámou formou hmoty, ale to zatím patří do sci-fi, pokud vím.
Doporučuji dobrou populárně vědeckou knihu, lze lasiku Einstein-Infeld Fyzika jako dobrodružství poznání.
Rovnání prostoru
Václav Malý,2011-11-27 17:39:37
Pane Muellere, asi jste mě špatně pochopil. Ptal jsem se která materiální substance má schopnost narovnat zakřivený prostor. Vezměte za příklad planetu prolétající prostorem. Vletí do zkoumaného prostoru, tím způsobí jeho zakřivení a vzápětí z něj odlétá dál. Zůstane po ní jen ten zakřivený prostor. Něco ovšem ten prostor, resp. jeho geometrii musí narovnat. Ten prostor nemůže zůstat zakřivený; to by se nám brzo zbortil planetární systém. Ujišťuji Vás, že v žádné známé knize o GTR o tomto narovnávání geometrie prostoru není jediné slovo. Neustále je jen opakováno, že hmota zakřivuje prostor,ale nic o tom co, nebo kdo jej rovná zpět.
K rychlosti neutrin II
Karel Mueller,2011-11-26 22:10:45
Pane Gf Fs
proti zpomalení chodu času vlivem galaxie nemám námitky, jak jsem napsal, stojí na tom i má hypotéza. Mě jste překvapil konstatováním, že v závislosti na modelu kolapsu supernovy dojde ke zpoždění jednoho až 5 měsíců, proto jsem uvedl tu obří černou díru. Ale nebudu o tom rokovat, neznám ten model.
Samozřejmě vycházím ze vztahu mezi celkovou energií, hybností a klidovo hmotností. Pokud oscilace vyžadují téměř stejnou rychlost, jak píše pan Wagner, tak je jasné, že poměr mezi energií a klidovou hmotností musí být stejný pro všechny druhy neutrin, tj klidová hmotnost mionového neutrina musí být o tři řády vyšší než u elektronového. Mimochodem moje hypotéza dochází za určitých podmínek pro rychlost světla v onom de Sitterově pozadí ke stejnému závěru a mohu i zdůvodnit, proč je rychlost elektronových neutrin vyšší. Ale samozřejmě, všechno může být jinak.
Gf Fs,2011-11-26 22:45:59
Shodneme se alespon na nasledujicim? Pokud elektronove neutrino s kinetickou energii 10MeV doleti ze SN19887A (168000 svetelnych let daleko) se zpozdenim 1 mesic, a toto zpozdeni je zpusobeno klidovou hmotnosti elektronoveho neutrina, pak tato klidova hmotnost je v radu 10keV.
Rozdíl v příletu není dán modelem kolapsu
Vladimír Wagner,2011-11-27 17:49:02
Vážený pane Muellere, to zpoždění příletu fotonů a neutrin díky Shapirovu jevu je dáno rozložením hmoty v Galaxii a jeho gravitačním vlivem na tyto dvě částice. Neurčitost jeho určení (1 - 5 měsíců) není dána nepřesností mudelu kolapsu supernovy ale nepřesnostmi v našem modelu rozložení hmoty v Galaxii.
Oscilace vyžadují to, aby neutrina, která mezi sebou oscilují, měla pro danou energii velmi blízké téměř stejné rychlosti. To znamená, že elektronová a mionová neutrina musí mít velice blízké průběhy závislosti energie na rychlosti. Takže výsledky ze supernovy, kde se pozorovala elektronová neutrina s energií okolo 10 MeV nám říkají, jak by se chovala i mionová neutrina se stejnou energií a OPERA s mionovými neutriny o energii zhruba 10 GeV nám říká, jak by se chovala elektronová neutrina se stejnou energií.
Která síla zruší zakřivenost prostoru?
Václav Malý,2011-11-26 17:54:46
Promiňte mi, prosím, že poněkud odbočuji z tématu. Ale včera uplynulo 96 let od publikace Einsteinovy GTR, která je založena na předpokladu, že tělesa, přesněji jejich hmotnost, svým hmotným působením zakřivují ve svém okolí geometrii prázdného prostoru. Ačkoliv jsem zadal do vyhledávače množství různě formulovaných dotazů, nedostal jsem jedinou fundovanou odpověď na otázku: Která materiální substance je schopná podobného ovládání geometrie prostoru jakou má hmotnost těles a zruší zakřivenost geometrie prázdného prostoru v okamžiku kdy těleso-budič zakřivení, z tohoto prostoru „odejde“. Děkuji za případné odkazy na literaturu kde je tento jev popsán.
Pane Wagner
Karel Mueller,2011-11-26 11:11:23
díky za odkazy (bohužel mi nenaskočily), proti tomu ale nemám námitku, nakonec na tomto předpokladu je moje hypotéza založená.
Ale onen rozdíl mezi výsledky měření neutrin ze supernovy a OPERY lze snadno vysvětlit rozdílem v klidové hmotnosti obou druhů neutrin, jak lze lehce spočítat použitím Einsteinova vzorečku z STR (zde se ovšem c nekryje s rychlostí světa v vakuu). Samozřejmě o mnoho řádů, takže je to spíš jen matematická hříčka. A samozřejmě zanedbávám pohled kvantové fyziky.
Zmiňuji se o tom z toho důvodu, že ani onen rozdíl nelze považovat za jednoznačný důkaz vlivu gravitace na neutrina.
Ještě snad dodatek k experimentu ICARUS: Z mého pohledu nic nedokazuje ani nevyvrací, používá neověřenou teorii.
Gf Fs,2011-11-26 21:05:51
Panu Wagnerovi mockrat dekuju za odpoved. Souhlasite tedy, ze gravitacni zpozdeni fotonu z SN1987A je v radu mesicu? (Protoze musite secist prispevky od cele Mlecne drahy, kdy kazdy jeden prispevek je dany Vasim spravnym vzoreckem) A to, ze neutrina priletela se stejnym nekolikamesicnim zpozdenim vysvetlujete hmotnosti neutrin? Jakou hmotnost podle Vas maji neutrina? A jaky je, podle Vas, presny vztah mezi klidovou hmotnosti neutrin a jejich rychlosti?
Stejná doba příletu neutrina a fotonů
Vladimír Wagner,2011-11-27 18:04:22
ze supernovy (rozdíl menší než 3 hodiny) dokazuje dvě věci. První je, že pokud se neutrino pohybuje podle speciální teorie relativity, tak má velice nízkou setrvačnou hmotnost. A také, díky Shapirovově jevu, že na něj působí gravitace stejně jako i na foton. Tedy, že má hmotnost i gravitační a působí na něj gravitace.
Ke zpoždění fotonů
Karel Mueller,2011-11-25 18:02:35
Pane Gf Fs,
tak teď jste mě položil :-). Uvedu příklad zpoždění fotonů v silném gravitačním poli, pro jednoduchost se omezím na Schwarzschilda, konkrétně neutronovou hvězdu o poloměru řekněme 20 km a rg 10 km. vzdálenou 100 000 světelných let. Z povrchu hvězdy nechť jsou v daný okamžik vyslány k Zemi fotony i neutrina.
Je jasné, že podle mé hypotezy je časový rozdíl menší než (rg/c).(ln((rz-rg)/(rh-rg))). To odpovídá desetině milisekundy (pokud je zde chyba, tak mě prosím opravte). Měly by tedy přiletět prakticky zároveň ...
Nyní si představte černou díru velikosti sluneční soustavy s tím, že k vyslání došlo pouhý kilometr nad horizontem. Došlo by ke zpoždění pouhých několika sekund ...
Pozor, jde o zpoždění vzniklé během
Vladimír Wagner,2011-11-25 20:37:36
celé cesty světla a neutrin od supernovy k Zemi. Gravitační pole galaxií sice není tak velké, ale zase působí dlouhodobě. Čili je třeba znát zhruba gravitační pole Velkého Magelanova oblaku a naší Galaxie v oblastech, kterými světlo i neutrina prochází a pomocí toho gravitačního potenciálu se dá spočítat příslušné Shapirovovo časové zpoždění. http://prl.aps.org/abstract/PRL/v60/i3/p173_1
a http://prl.aps.org/abstract/PRL/v60/i3/p176_1
Ladislav Lang,2011-11-25 01:09:04
Nemyslel jsem to zle a tentokrát dokonce ani ironicky - jenom jsem odpověděl na otázku.
Samozřejmě to nedokáži vysvětlit tak odborně jako pan Wagner ... ale zkusím to nakolik dokáži.
Kolik myslíte, že je detekováno neutrin, když se žádné "nevysílají"? Já bych si tipl, že to bude přibližně nula. A když vyjdeme z toho, že opravdu detekujeme jen to co vysíláme (ještě "absolutnější" jistotu získáme zkoumáním energie zachycených částic), tak už stačí jen vysílat v pulzech dostatečně od sebe vzdálených - což se nejen děje, ale podstatou ověřovacího*) experimentu byla změna těchto pulzů.
*) resp. experimentu vylučujícím jednu možnou chybu měření
Omlouvám se jestli jsem někde něco přehlédl.
Ota Beran,2011-11-24 10:29:51
Mám jen takovou připomínku. Opravdu víme naprosto bezpečně, že neutrina, která detekovali v Gran Sasu jsou ta, která vyletěla z CERNu?
Díky pane Langu
Ota Beran,2011-11-24 22:05:37
vysvětlil jste mi to naprosto vyčerpávajícím způsobem. Mne vy spíše zajímalo proč jsme přesvědčeni, že se v určení místa původu neutrin nemůžeme mýlit. Nemyslím, že by na všech co přicestovala do Itálie byla švýcarská poštovní známka.
Identifikace neutrin
Vladimír Wagner,2011-11-24 23:11:49
On to Ladislav Lang nemyslel nijak zle, jen že ta identifikace byla v článcích i diskuzi pod nimi již několikrát rozebírána. Takže bych zopakoval základní body:
1) Mionová neutrina tak vysokých energií nejsou příliš běžná. Mohou sice vznikat jako sekundární částice kosmického záření, ale s relativně malou hustotou. Že by se strefilo nějaké do správného časového okna není příliš pravděpodobné.
2) Při detekci se i zhruba určuje směr příletu neutrina, což ještě dále potlačuje možnost náhodné koincidence nějakého neutrina z kosmického záření.
Petr Cvek,2011-11-24 01:37:20
Navíc kdyby neutrina letěly rychleji než světlo, tak by mohly být skoro z libovolné supernovy od roku 1987 až do současnosti. Záviselo by jen na vzdálenosti.
Jiří Havránek,2011-11-23 23:54:24
vzhledem k tomu, že používám pro vysvětlení jevu prekurzory, zajímal by mne výsledek pokusu urychlení elektronu v grafenové mřížce, u tohoto předpokládám stabilizaci jinak "chaotického" prekurzoru ve struktuře vakua právě vlivem vnějšího ovlivnění grafenem. Nestálo by to za pokus?
No zatím nevím, ale může to mít spojitost,
Karel Rabl,2011-11-23 19:14:42
s černými děrami.Budu nad tím přemýšlet snad na něco přijdu.
Možná jsou neutrina antigravitační.
Karel Rabl,2011-11-23 15:17:59
Tedy opakem gravitace,ale jen na určitou vzdalenost podobně jako póly magnetu.
Rychlost "c"
Martin Plec,2011-11-23 10:37:45
Rád bych položil laický dotaz.
Již několikrát zde zaznělo, že předpoklad o speciálnosti a maximálnosti rychlosti světla nemusí být opodstatněný, že tou speciální rychlostí "c" může být rychlost neutrin. Řekněme, že měření experimentu OPERA se potvrdí a neutrina se pohybují rychleji než světlo, a že právě ony určují rychlost "c". Je pravděpodobné, že vzhledem k velmi malému rozdílu mezi "c" a rychlostí světla by si toho dosud nikdo nevšimnul? Počínaje Michelsonovým pokusem, kde by posun v interferenčním vzorci byl pod hranicí měřitelnosti, a konče moderními mnohem sofistikovanějšími a přesnějšími měřeními? Jak velké či podstatné by z toho plynuly fyzikální důsledky?
Brainstorming: Nemohlo by toto sloužit např. jako alternativní vysvětlení rudého posuvu vzdálených galaxií (tím, že by světlo na dlouhých vzdálenostech postupně ztrácelo energii)?
Tak jednoduché to nebude
Pavel Hudecek,2011-11-23 11:04:14
Hodnota c figuruje v mnoha velmi přesných a dlouhodobě běžících procesech, jako např. korekce GPS, nebo řízení urychlovačů. Obzvláště na kruhových urychlovačích, jako např. LHC je jistota nezávislého výsledku zaručena. Při každém oběhu se energie zvýší o přesně daný krok a rychlost naroste pokaždé o menší kousek. Z výsledné závislosti je zřejmé, že se limitně blíží k té správné hodnotě.
Martin Plec,2011-11-23 12:11:57
Díky za odpověď. Obecně vaše vysvětlení chápu, jenže...
Dle Googlu se protony v LHC pohybují rychlostí až 0,999999991*c. Předpokládám, že závislost energie a rychlosti, o níž píšete, je statistická, u rychlostí blízkých rychlosti světla má značný rozptyl. Lze pak extrapolací odlišit limitní hodnotu "c" a 1,000051*c?
U GPS zase řídící středisko přesnou polohu družic neustále monitoruje a satelity průběžně kalibruje, takže jakožto neodborník nedokážu říct, zda lze fungování GPS považovat za potvrzení toho, že rychlost světla je limitní. I s přihlédnutím k tomu, že dráhy satelitů jsou pravděpodobně více ovlivňovány kosmickými vlivy (jako např. slunečním zářením) než relativistickými efekty.
Přečtěte si odpověď v jinem članku
Lukáš Píše,2011-11-23 12:59:48
Stačí se vrátit do diskuze o jeden článek z5 kde se na to stejné ptáme "Nadsvětelné rychlosti neutrin přežily první zkoušku"...odpověďi pana Wagnera i pana Brože to popisují velice dobře a i já v tom mám jasno.
Pavel Hudecek,2011-11-23 15:52:16
Částice se v urychlovači pohybují po skupinách (tzv. bunche), které jsou ostře ohraničené a jejich pohyb se časuje s nanosekundovou přesností. Obíhají tam pak celé hodiny. Rychlost je tedy známa velmi přesně. Když rychlosti pro různé energie zaneseme do grafu, dá se snadno extrapolovat, k čemu se tento graf čím dál tím pomaleji blíží.
Martin Plec,2011-11-24 04:10:05
Lukáš Píše: Díky za odkaz, ten argument, že v Maxwellových rovnicích vystupuje rychlost světla, je dobrý. Je to přesně jeden z těch argumentů, na které jsem se ptal.
Pavel Hudeček: Urychlovačům zas tak dobře nerozumím (i když vím jak principiálně fungují), a tak je jasné, že mé úvahy vycházejí z mé nedostatečné znalosti, ne naopak.
Píšete, že bunche jsou "ostře ohraničené". Představuji si však, jak se v urychlovači ty supravodivé magnety neustále rychle zapínají a vypínají, a můj selský rozum hned napadá, že to zapínání má nějakou náběhovou hranu, tj. trvá nenulový čas. Rovněž předpokládám že vztahy typu
http://www.osel.cz/popisek.php?popisek=7533&img=1199756963.jpg
mezi rychlostí a energií již vycházejí z relativistických předpokladů, takže platnost těchto předpokladů se z nich zpětně odvodit nedá. Také předpoklad, že přenos energie z urychlovače na částice je při všech rychlostech stejně efektivní - jak píšete "při každém oběhu se energie zvýší o přesně daný krok" - využívá ty samé předpoklady, které chceme prověřit.
Takže když to svým laickým pohledem sečtu, fakt, že urychlovače fungují, mi sám o sobě jako dostatečný argument nepřipadá. Závisí to na konkrétních číslech, muselo by se to spočítat.
K nezávislému odhadu energie částic v urychlovači by se snad dala použít jedině skutečnost, že částice z urychlovače nevypadnou, tj. vztah mezi rychlostí a silou, s jakou je je tam potřeba udržet. Ale opět ta samá otázka, zda jsme schopni to změřit (resp. zda je to změřeno) s dostatečnou přesností - zejména s ohledem na různé energetické ztráty v zařízeních urychlovače.
Pavel Hudecek,2011-11-24 14:23:18
Magnety slouží k zakřivování, stabilizaci dráhy a tvaru svazku, proud se v nich mění jen pomalu, tak jak pokračuje urychlování. Pak už je stabilní. Vlastní urychlování se děje v krátkých kouscích lin. urychlovače, kterými uzavřená dráha periodicky prochází. Protože lineární urychlovač se napájí střídavým napětím, musí být svazek rozkouskován tak, aby částice procházely každou urychlovací dutinou právě v době, kdy je tam správná polarita napětí.
Ohraničení bunchů samozřejmě není dokonale ostré, ale vzhledem k trvání celého bunche můžeme mít jistotu, že dobu oběhu částic známe s nanosekundovou přesností, což v porovnání s celkovou dobou pobytu v urychlovači (desítky minut až desítky hodin) dává prostor pro přesnost na 12 a více míst. Hlavní limitní faktor tak bude znalost mechanických rozměrů prstence.
V každém případě je ale jasné, že kdyby hodnota c nebyla správná, nefungovaly by správně ani vzorce, podle kterých se celý urychlovač řídí.
Dotaz na pana autora:
Jan Šimůnek,2011-11-23 10:09:10
Odhad pomocí trojčlenky říká, že pokud neutrina na dráze 732 km přiletěla o 60 ns dřív než světlo, tak by měla sprška neutrin přiletět o cca čtyři roky a něco dřív, než jsme supernovu 1987a viděli. Mám tedy dotaz, zda v té době už zařízení na detekci neutrin, které tuto spršku zachytilo, bylo v provozu.
Další věcí je, že i podle konzervativních zdrojů mělo v naší galaxii bouchnout pár supernov (statistické odhady podle frekvence supernov v podobných galaxiích jako je naše), jen se odehrávají v oblastech natolik pro nás zakrytých oblaky mezihvězdné hmoty, že jsme jejich světlo nebyli schopni detekovat. Není tedy vyloučeno, že jsme zachytili spršku neutrin, která se supernovou 1987a vůbec nemusela souviset (a to bez ohledu na to, jakou rychlostí přiletěla).
Mimochodem, pokud by byla chyba experimentu OPERA např. v různé pravděpodobnosti vzniku neutrina během pulsu a ta chyba způsobila "proměření" cca 1500 ns (směrem k nižší rychlosti; tedy cca 1/8 doby pulsu), tak by ta neutrina ze supernovy 1987a k nám ještě nedorazila (pokud by letěla stejnou rychlostí jako neutrina z OPERA).
Nepravděpodobná náhodná shoda
Vladimír Wagner,2011-11-23 18:02:42
K výbuchu supernovy dochází zhruba jednou za několik desítek let. Takže zkuste si představit tu náhodu, že dvě vybuchly tak, že se přílet jejich neutrin a světla k Zemi strefil do okna dlouhého pár hodin. Navíc počet zaznamenaných neutrin odpovídal tomu, co bychom měli zaznamenat v případě výbuchu supernovy ve Velkém Magellanově oblaku. To je malá galaxie s ještě menší frekvencí supernov. Pochopitelně nelze takovou shodu vyloučit úplně, ale je extrémně málo pravděpodobná.
Gf Fs,2011-11-24 07:21:44
Supernovu v roce 1987 detekovaly tri experimenty jiste: Kamiokande II, Baksan, a IMB. Dale pak LSD pod Mont Blankem s urcitymi pochybnostmi. O ctyri roky drive Kamiokande sice bylo uz v provozu, ale ve sve prvni podobe, kdy tento experiment nemel dostatecnou citlivost na neutrina ze supernovy. Podobny problem je s IMB. I tento experiment byl v provozu, ale take s o neco malo nizsi citlivosti nez v roce 1987. Baksan v provozu byl. LSD nevim.
Super-Kamiokande za vice nez 20 let sve existence nenasel v datech zadnou udalost podobnou te z roku 1987. Ani zadny z dalsich experimentu, ktere zacaly pracovat v nasledujicich letech nic podobneho nezaregistroval. A krome casove shody a odpovidajiciho poctu, neutrina detekovana v roce 1987 vykazovala i odpovidajici energeticke spektrum. Neutrinove experimenty spolupracuji na systemu casneho varovani SNEWS: http://snews.bnl.gov/
Chybu, ktera by zpusobila "promereni" toho typu, o kterem mluvite, vyloucila faze experimentu OPERA s kratkymi 3ns protonovymi pulsy.
Vplyv hmoty na rychlost neutrin?
Juraj Chovan,2011-11-22 22:40:49
V clankoch pana Wagnera (a tiez mnohych inych autorov) sa viackrat vyskytuje tvrdenie, ze vysledok OPERY nieje v sulade s tachyonovskym chovanim neutrin, kedze namerane hodnoty rychlosti sa az prilis velmi odlisuju od rychlosti svetla. A ze to zaroven nekoresponduje aj s datami so supernovy 1987A.
Treba vsak podla mojho nazoru uvazit aj skutocnost ze neutrina so supernovy vacsinu svojej drahy letia vo vakuu, v pripade OPERY letia hmotnym prostredim. Vieme, ze hmotne prostredie vie radikalne ovplyvnit efekt neutrinovych oscilacii, vyvstava preto otazka ci v prirode neexistuje efekt ktorym hmotne prostredie vplyva aj na rychlost neutrin (analogiou je napr. rozna rychlost fotonov vo vakuu a vo vode alebo krystali).
Ak by takyto jav existoval vysledky OPERY a supernovy 1987A by neboli vo vzajomnom rozpore.
Gf Fs,2011-11-24 07:24:04
Hmotne prostredi ovlivnuje oscilace, protoze elektronova neutrina maji vice moznosti interakce s hmotou nez neutrina mionova a taunova. Pozemske rozmery jsou prilis male, resp. soucasne neutrinove experimenty stale malo citlive, abychom tento efekt registrovali. Ani Super-Kamiokande, ani SNO nenamerili zadny statisticky vyznamny rozdil mezi slunecnimi neutriny registrovanymi ve dne a v noci, kdy neutrina prosla celou Zemi.
Na druhou stranu tento hmotovy efekt je hlavni pricina proc elektronova neutrina tvori jen asi 1/3 vysokoenergetickych Sluncnich neutrin detekovanych na Zemi (8B SNO, Super-K), ale zhruba 2/3 nizkoenergetickych (pp z Ga experimentu GALLEX, SAGE).
A tento efekt samozrejme ovlivnuje rychlost neutrin, protoze snizuje jejich energii. Vzhledem k zanedbatelne hmotnosti neutrin vsak zadnou zmenu rychlosti prakticky pozorovat nedokazeme.
Karel Mueller,2011-11-22 20:52:29
Pane Wagner,
děkuji za odpověď. Mám-li být upřímný, tak právě určitá řádová shoda mezi tímto mým návrhem a naměřenými výsledky mě docela překvapily. Jak jsem uvedl na blogu prof. Hořejšího, zpomalení času odpovídá v modelu Schwazschildovy černé díry o poloměru 1 světelného roku vzdálenosti 20000 světelných let. To se může zdát mnoho, ale odpovídá to počtu asi 10E14 hvězd hmotnosti slunce, dále samozřejmě jiná geometrie v reálné situaci disk) a další možné korekce, třeba s přijetím rozdílu mezi kosmickým a de Sitterovým časem. Takže to není tak "beznadějné", nadto není vyloučeno, že by se tímto dal vysvětlit i rozdíl mezi rychlostmi neutrin od oné supernovy a experimentem OPERA.
Ale to všechno není rozhodující, rozhodující je, jstli je nosná myšlenka správná. Tj. interpretace OTR a existence částic nepodléhající gravitaci. Nechám se překvapit.
ICARUS verzus OPERA
Václav Malý,2011-11-22 19:03:22
Dr. Wagner m.j. napsal: "Problém je, že (masivní) záření je předpovídáno jednou z teorií obsahujících narušení Lorentzovy symetrie. Jsou však i teorie, které se snaží vysvětlit měření nadsvětelné rychlosti neutrin bez tohoto narušení."
Z toho lze vyvodit i tento závěr: hypotetická předpověď vysokých ztrát energie provázejících nadsvětelné rychlosti neutrin byla reálnými výsledky experimentu OPERA vyvrácena.
ICARUS
Martin Kovář,2011-11-22 13:48:25
Možná, že vědci z pojektu ICARUS nepřinesli v diskuzi o neutrinech nic moc nového. Na druhou stranu ale své argumenty řekli celkem hlasitě. A to se taky počítá.
Pane Jindra
Karel Mueller,2011-11-22 12:35:27
Děkuji za odpověď. Takové experimenty v zásadě mohou existovat: Změna energie neutrin podobně jako u fotonů, tzv. rudý posuv. Z teorie černých děr by patrně zmizely singularity, ale nelze bez podrobné analýzy říct, že by černá díra byla silným zářičem neutrin čas v kolapsaru proti kosmickému času prakticky stojí.
Zkrátka vycházím z toho, že fundamentální tenzor á tvar gm+gs, kde gm odpovídá rozložení hmoty a záření podle OTR, gs je pevně dán kosmologickou konstantou. Samozřejmě, detegovaná částice nemusí být neutrino, i tak neřeším, proč nepodléhá gravitaci. Ideální pro další studium jsou ony neutronové hvězdy.
Gravitace a neutrina
Josef Jindra,2011-11-22 12:04:48
Už takhle nám ve vesmíru spoustu hmoty chybí, pokud z působení gravitace vyjmeme neutrina bude potřeba o to víc temné hmoty. Nicméně je to zajímavá myšlenka, existuje nějaký experiment který by mohl dokázat/vyvrátit gravitační působení neutrin ? Vlastně existuje, v tom případě by každá černá díra byla obrovským zdrojem toku neutrin. Další věc je že takováto neutrina by nepodléhali zákonům OTR, pravděpodobně by ani nemohli mít hmotnost ?
Střízlivě se sklenkou vína
Mojmir Kosco,2011-11-22 09:03:52
To že nadsvětelná rychlost byla přítomná v našem vesmíru si lze odvodit i z terorie velkého třesku v pozici superychlé expanze.Takže teoreticky při navození podmínek při kterých lze předpokládat expanzi lze tuto teorii potvrdit a dočkat se rychlostí větších než limitujících .
Pozor, zaměňujete dvě věci
Vladimír Wagner,2011-11-22 11:54:50
Ani v inflačním vesmíru se částice (objekty, hmota)nepohybovaly rychlostí větší než je rychlost světa. Tedy pokud nemá OPERA pravdu a nejednalo se o neutrina. To co způsobilo rychlé vzdálení objektů od sebe bylo rozepnutí prostoru a ne jejich pohyb. Inflační rozpínání nezpůsobuje pohyb částic rychlejší než světlo a nevede k narušení Lorentzovy symetrie a neodporuje teorii relativity. I nyní máme oblasti vesmíru, které se od nás vzdalují rychlostmi většími než je rychlost světla. Ty jsou za horizontem a nemůžeme je pozorovat a ani se k ním dostat.
Tedy, to je věc
Vladimír Wagner,2011-11-22 12:01:22
Tak to mě těší, ani jsem si toho nevšiml. Takže gratulace Osloví a hodně dalších pěkných článků. Teď nevím, jestli mi má poslat flašku redakce, že jsem plichtil čánek do jedné hodiny v noci v Dubně v Rusku nebo já redakci, že redakční úpravy, jazykovou korekturu a vystavení na internetu zvládla do půlnoci českého času a díky tomu mám tak pěkné kulaté číslo. Asi spíše pošlu flašku já do redakce :-))
Josef Jindra,2011-11-22 12:08:29
Asi bychom se měli složit na soudek Jamesona panu Wagnerovi, to jak se Oslovi věnuje zaslouží obrovské poděkování.
K rychlosti neutrin
Karel Mueller,2011-11-22 02:44:04
Dobrý den pane Wagner,
svůj názor jsem vyjádřil v debatě na posledním blogu prof. Hořejšího na centrum-aktuálně.
V podstatě jde o doměnku, že neutrina nepodléhají gravitační interakci. Nebylo by třeba na STR nic měnit, pouze upravit interpretaci OTR. Geodetická dráha pohybu neutrin by byla jiná - v mém návrhu by ji určoval de Sitterův model.
Tato doměnka by mohla být verifikovatelná studiem jaderné fyziky neutronových hvězd - resp případných odchylek od současných zákonů JF.
Samozřejmě, možná je to jen planý poplach a nakonec se prokáže chyba experimentátorů.
Gravitační interakce neutrin
Vladimír Wagner,2011-11-22 20:09:32
To, jestli neutrina interagují gravitačně, potvrzeno experimentálně není. Takže je tu pořád i možnost, že gravitačně neineragují. Jen si myslím, rozdíl na tak krátkou vzdálenost v geodetické dráze neutrina by při platnosti Vaší hypotézy byl příliš malý, aby mohl vysvětlit výsledky OPERY.
Gf Fs,2011-11-24 07:26:30
Zalezi co si predstavujete pod dukazem gravitacni interakce neutrin. Existuje Shapiruv efekt (Shapiro time delay). Je to gravitacni efekt pouzity jako jeden z testu obecne teorie relativity, protoze zpomaluje fotony pri pruchodu silnym gravitacnim polem. Pokud tento efekt aplikujete na fotony z SN1987A vyjde Vam zpozdeni v radu mesicu (1 az 5 podle modelu kolapsu supernovy). Prilet neutrin ve stejnou dobu jako prilet fotonu je pak mozne povazovat za dukaz jejich gravitacni interakce. Samozrejme toto srovnani funguje jen diky jejich zanedbatelne hmotnosti.
Nejedna se o dukaz gravicni interakce stejneho kalibru jako mame pro ostatni hmotne castice. Na druhou stranu pokud predpokladame, ze neutrina gravitacne neinteraguji, bylo by vhodne vysvetlit, kde se tech nekolik mesicu toulaly.
Co se tyce gravitacniho rudeho posunu neutrin, tak reliktni neutrina ze supernov davaji urcitou nadeji. Nejcitlivejsi experiment, ktery v soucasnostni mame, je nejspis Super-K, ktery se nachazi stale v oblasti hornich mezi, ovsem s naznakem signalu. K spektru energii cesta daleka.
http://arxiv.org/abs/1111.5031
Dobrá připomínka
Vladimír Wagner,2011-11-24 08:07:13
Díky Gf Fs za valmi dobrou připomínku. Současné pozorování neutrin a fotonů a existence Shapirovova jevu je velmi silným nepřímým důkazem gravitační interakce neutrin. A jak bylo zmíněno v článku, pokud neutrina oscilují, musí se mionová neutrina a elektronová chovat z tohoto hlediska stejně. K spektru energií neutrin z pozadí velkého počtu starých výbuchů supernov je ještě opravdu daleko. Stačilo by však, kdyby nějaká vybuchla v naší Galaxii nebo v jejím nejbližším okolí a máme nádherná spektra, která by gravitační rudý posun neutrin asi měla umožnit pozorovat.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
