Teleskop Planck, fluktuace reliktního záření a konec koperníkovského principu  
ESA za velkého zájmu zveřejnila zatím nejpodrobnější mapu teploty reliktního záření vesmíru, založenou na datech vesmírného teleskopu Planck. O zasvěcený komentář jsme požádali Pavla Bakalu z Ústavu fyziky Filozoficko-přírodovědecké fakulty Slezské univerzity v Opavě.


 

Zvětšit obrázek
Anomality v reliktním záření odvozené z rozdílu mezi pozorováním sondy Planck a standardním modelem. Kredit: ESA & Planck Collaboration.

Nejnovější výsledky mapování nehomogenit a anizotropií kosmického reliktního mikrovlnného pozadí pomocí orbitální observatoře Planck Evropské kosmické agentury přinášejí nové výzvy pro moderní kosmologii. Reliktní mikrovlnné pozadí, či reliktní záření (anglicky Cosmic Microwave Background radiation, CMB) je považováno za produkt velmi raných stádií evoluce našeho vesmíru a představuje jedno z mála observačních oken, vedoucích do tak hluboké minulosti universa. Jeho pozorované prostorové fluktuace se všeobecně považují za produkt kvantových fluktuací prostoročasu, hmoty a energie ve velmi raném vesmíru. Kvantové fluktuace byly později kosmologickou inflací nadsvětelnou rychlostí rozfouknuty do velkých rozměrů a staly se zárodky velkoškálové struktury našeho vesmíru a jsou proto zodpovědné za námi pozorované rozložení galaxií i dalších extragalaktických kosmických struktur.

 

Zvětšit obrázek
Osa zla a chladná skvrna. Anomality v mapě teploty reliktního záření sondy Planck. Kredit: ESA & Planck Collaboration.

Nová měření observatoře Planck upřesnila některé parametry současného standardního kosmologického modelu, jako je zastoupení stále mysteriózní repulzivní temné energie (pokles o 4,5 % oproti předešlým odhadům) nebo velikost Hubbleovy konstanty a s ní spojený odhad stáří našeho vesmíru (13,82 miliardy let, tedy nyní o něco starší). Kosmologové tak mohou být relativně šťastni, když se jim základní rysy standardní kosmologie potvrzují a dále zpřesňují. Vědecky nejvíce vzrušující jsou ale taková experimentální data, která nezapadají do všeobecně přijímaného paradigmatu. Analýzy observačních dat družice Planck potvrdily kromě fluktuací CMB, které předpovídá standardní inflační kosmologie, i existenci výrazné anizotropie fluktuací teploty CMB, populárně nazývané „Osou zla“ (Axis of Evil), pro kterou standardní kosmologie nenalézá vysvětlení. Potvrdily také existenci chladné skvrny (CMB cold spot), dokonce větší, než se doposud myslelo. Jde o podivnou oblast vesmíru, jejíž reliktní záření je zhruba o 70 mikrokelvinů chladnější, než průměrná teplota reliktního záření celého vesmíru, a spekuluje se o ní jako o zvláštním kosmologickém fenoménu, například stopě existence jiného vesmíru.

 

 

Zvětšit obrázek
Planck versus předivo kosmologie. Kredit: ESA/ C. Carreau.

Anizotropie CMB, a tedy i pozorovaného vesmíru na největších možných škálách jde zcela proti duchu, v jakém se vyvíjela moderní fyzika a kosmologie od svých začátků položených již Galileem, Koperníkem a Brunem. Symetrie vůči změnám rozličných fyzikálních veličin hrají klíčovou roli ve formulacích moderního fyzikálního popisu jak na makroskopické, tak i kvantové úrovni. Na kosmologických škálách je symetrie vůči posunutí i rotaci popisována tzv. koperníkovským principem, který lze asi nejobecněji formulovat tak, že pozorovatel na Zemi není nikterak privilegován. Historicky tomu odpovídá heliocentrická degradace Země na jednu z planet Sluneční soustavy, následná představa Slunce jako jedné z mnoha hvězd, neprivilegované místo Slunce v Mléčné dráze a konečně představa Mléčné dráhy jako jedné ze stamiliard galaxií.

 

Zvětšit obrázek
Změna receptu na vesmír. Kredit: ESA & Planck Collaboration.

Zcela v souladu s koperníkovským principem standardní model velkého třesku, i s pozdějším inflačním vylepšením, popisuje galaxie jako zrnka prachu unášená expandující kosmologickou kapalinou. Taková představa je založena na použití slavných Einsteinových rovnic gravitačního pole pro celý vesmír, které byly kosmologicky poprvé interpretovány Fridmanem. Pozorovatel unášený expanzí universa by měl na velkých škálách pozorovat homogenní a izotropní vesmír, ve kterém je rudý posuv pozorovaných galaxií mírou jejich vzdálenosti. Přirozeně, v takovém vesmíru není místo pro žádný privilegovaný směr reliktního mikrovlnného záření.

 

Einsteinovy rovnice gravitačního pole jsou klíčovou součástí obecné teorie relativity, prozatím jedinou vážně přijímanou teorií gravitace. Nicméně problémy obecné relativity jsou všeobecně známy: neumíme dobře kvantovat gravitační pole, a tak právě raná stádia vesmírné evoluce, kdy kvantové efekty hrají zcela zásadní úlohu, jsou přesně tou prostoročasovou oblastí, kde bychom nějakou obecnější kvantovou teorii gravitace potřebovali. (Dalšími problematickými body v prostoročasovém kontinuu jsou singularity v nitru černých děr.) Výsledky snah o obecnější teorii (superstruny, kvantová smyčková gravitace) jsou však prozatím i přes enormní úsilí všech zúčastněných velmi nepřesvědčivé.

 

Zvětšit obrázek
Porovnání výkonu sond WMAP a Planck. Kredit: NASA/ WMAP Science Team.

Zvětšit obrázek
Pavel Bakala (Kredit: SLU.cz)

Speciálně relativistická lorentzovská invariance požadující invariantní mezní rychlost šíření všech interakcí a tím i zachování kauzality leží hluboko v srdci relativity obecné a je přímo provázaná s homogenitou a izotropií časoprostoru. Nové Planckovy výsledky ovšem ukazují, že na velmi velkých škálách je minimálně pro pozorovatele na Zemi vesmír anizotropní. Je to pouze důsledek naší speciální pozice ve velkoškálové vesmírné struktuře, nebo náznak nové fyziky ležící za hranicemi platnosti obecné teorie relativity?



Literatura

ESA News 21.3. 2013, Wikipedia (Planck – spacecraft, Cosmic microwave background radiation).

 

 

 

Autor: Pavel Bakala
Datum: 24.03.2013 07:57
Tisk článku

ČCHI - ENERGIE PRO ŽIVOT A TECHNIKU - Žert Vlastimil, Sándor Andrej
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 238 Kč
cena: 211 Kč
ČCHI - ENERGIE PRO ŽIVOT A TECHNIKU
Žert Vlastimil, Sándor Andrej

Diskuze:

Ondřej Dvořák,2013-03-29 19:14:04

Omlouvám se za off-topic. Potřeboval bych radu odborníků.

Pokud rozjedu tuhle "Lochnesku" a uložím si do ní dostatek kynetické setrvačné energie, vystačí mi to na vygenerování dostatku energie na udržování téhle Lochnesky v chodu?

http://img42.imageshack.us/img42/4203/lochnessflywheel.jpg

Odpovědět


Ondřej Dvořák,2013-03-29 20:21:04

V podstatě jde o cyklické odvalování pákou. Rozjezd jde z tuha, ovšem brzo se Lochneska usadí ve své maximální rychlosti a s stačí ji popohánět jen zlehka jako obruč Hulla-Hoop, kterých ženský dokáží na svém těle roztočit třeba i dvacet, a stačí k tomu jen správné časování a dávkování lehkých ovšem přesně odměřených impulzů.

Odpovědět


Ondřej Dvořák,2013-03-29 20:33:11

Kdyby každé kolo vážilo třeba 5 tun a celé dokupy to vážilo 50 tun. Rozjelo by se to na rychlost 10 otáček za minutu, což by byl pořádnej hukot a nějaká kynetická energie. Kolik by stál rozjezd pákováním a kolik energie by se z vytěžilo z dojezdu?

Odpovědět


Facepalm

Martin Vajsar,2013-03-29 20:46:00

Z dojedu se vytěží rozhodně méně energie než kolik spotřebujete na rozjezd. Méně zejména kvůli tření, kterého se nelze dokonale zbavit. Takže pokud do toho přestanete dodávat energii, nakonec se lochneska - vlivem tření - zastaví.

Nemyslím si, že Osel.cz je ideální médium pro diskusi dalších způsobů, jak zkonstruovat perpetuum mobile. Pochybuji, že některý ze zdejších odborníků přistoupí na diskusi o možném porušení termodynamických zákonů, a na druhé straně se zdá, že Vy jste se rozhodl vybudovat novou, lepší fyziku opravdu z gruntu.

Nechcete zkusit diskutovat na jiném, méně fyzikálně založeném serveru?

Odpovědět


Ondřej Dvořák,2013-03-29 20:53:00

Mě samotného to překvapilo, že je to "další perpetuum mobile" ... byl to takový okamžitý nápad, který jsem nakreslil, a chtěl jsem se poradit, a protože nemám žádného známého, který by se se mnou chtěl o fyzice ještě bavit :-) tak spamuju osla. Snad se tolik nestalo, a tohle je poslední příspěvek, který bude od tématu. A když už mám to poslední slovo, jako u soudu, tak ještě přihodím další vynález - sací lodní šroub, se kterým bych také potřeboval poradit. V podstatě je to aplikace myšlenky Feynmana pro reálné použití. Ovšem jenom pro facebook-friendly.

http://www.facebook.com/pages/Vacuum-propeller/393585874072495

Co se týče té nové fyziky zgruntu, tak ano, máte pravdu. Se spoustou věcí z té soudobé fyziky se nedokážu sžít, už proto, že jsou proti prosté logice. Postavil jsem si fyziku vlastní, založenou na logice a ničem jiném. Asi jako kdybych nejprve postavil logický svět a potom se ten skutečný do něj pokoušel pasovat. Logiku považuju za hlavní zákon, nad fyzikou.

Odpovědět

Pavel Bakala,2013-03-28 23:49:15

No, problém je právě ta definice reality. Pro fyzikální popis je právě jedinou realitou měření. Jinými slovy, jiná realita než ta, kterou naměří pozorovatelé, neexistuje. Ale musím Vás pochválit, protože formulace :" případně bychom možnost jakéhokoli pohybu museli podmínit bezrozporností pro jakéhokoli myslitelného pozorovatele (ve všech myslitelných vztažných soustavách)." je jádrem chápání kauzality v relativistickém smyslu. Kdybyste tuhle myšlenku dále precisoval matematicky, dospěl by jste právě k nemožnosti nadsvětelných rychlostí. Ve skutečnosti má teorie relativity přímo matematický nástroj - klasifikaci časoprostorových intervalů - kterým může říci, zda dvě události jsou nebo nejsou kauzálně spojeny a zda je jich časová pořadí absolutní nebo se může pro různé pozorovatele lišit.

Odpovědět


Ondřej Dvořák,2013-03-29 06:57:21

Celý vesmír je spojený jednou společnou kauzalitou a stejně tak mu je čas měřený jedněmi hodinami. Představy o tom, že se z jednoho nebo druhého můžeme vymanit jsou liché. Všechno je spojeno se vším a vzájemně se ovlivňuje, tvoří jednolitý celek. Vně toho, v absolutně nezávislé vztažné soustavě tikají hodiny a odměřují děj jako obrázky filmového pásu, jeden na druhý navazuje kauzalitou dle fyzikálních zákonů. Kdybychom znali přesnou povahu fyzikálních zákonů, znali bychom celý film. Dokázali bychom si ho "dopočítat".

Odpovědět


Ondřej Dvořák,2013-03-29 09:24:44

Ještě doplním, abych zústal stále v rámci pavědecké obce, jako kteréžto zástupce zde vystupuji, ilustrační obrázek. K porozumění společné kauzality vesmíru je potřeba uvažování odlišné asi tolik jako je odlišné prostředí ryb a lidí. Tak jako nemohou lidé dýchat pod vodou, tak nemohou pavědci dýchat ve vědeckém prostředí.

http://img826.imageshack.us/img826/3889/holleysdivingbell.jpg

Odpovědět

K objasnění fyzikálního pojmu pozorovatel

Pavel Bakala,2013-03-28 16:15:57

K objasnění fyzikálního pojmu pozorovatel
Přiznám se, že nejsem velký příznivec internetových diskuzí, protože většinou nikomu příliš mnoho moc zajímavého nepřináší. Ale článeček je můj, takže za něj i následné fórum cítím určitou spoluzodpovědnost.
V diskuzi o kauzalitě i v příspěvku Ivo Přikryla níže osobně cítím náznak velmi častého nepochopení pojmu fyzikální pozorovatel. Já na přesně tento problém narážím pravidelně každý rok na druhé nebo třetí přednášce kurzu speciální relativity. Bohužel, za to nepochopení si bohužel fyzikální obec může trošku sama, přesněji řečeno fyzikové jsou na jedné straně příliš chytří a na druhé straně strašně hloupí a důvod je, že se jedná o problém nikoli fyzikálního, ale spíše sémantického rázu. Laická obec si pod pojmem pozorovatel představuje skutečně nějakou bytost, které něco pozoruje, tedy registruje fotony, které ji dopadnou do oka, síly na ní působící nebo třeba gravitační vlny, které s ní cloumají. Musím ale zdůraznit, že ve fyzice jde o něco zcela jiného. Pozorovatel je vlastně název pro vztažnou neboli referenční soustavu, ve které se provádí měření. Takovou soustavou není nic jiného než bod – počátek vztažného systému a systém souřadnic – fyzikálně soustava nějakých tuhých měřicích tyčí nebo pravítek, pomocí kterých odčítáme vzdálenosti od počátku. Potom potřebujeme nějaké hodiny, pevně spojené s počátkem, které měří vlastní čas soustavy. A teď přijde to hlavní, v čem se často chybuje. Měření nebo pozorování v takovém vztažném systému znamená, že odečteme souřadnice nějaké události vzhledem ke středu a změříme čas, kdy se stala. Abychom měli dokonalý vztažný systém, museli bychom tedy mít v každém bodě časoprostoru mít hodiny synchronizované s hodinami v počátku a detektor událostí, obé pohybující spolu s počátkem. To je samozřejmě abstrakce, ale nějaké hodiny, detektory i měřítka vzdáleností reálně samozřejmě existují. Pokud tedy hovoříme, že pozorovatel pozoruje, myslíme tím, že v referenčním systému spojeném s pozorovatelem naměříme časoprostorové souřadnice nějaké události. No a celá teorie relativity je hlavně o tom, jak časoprostorové souřadnice události NAMĚŘENÉ jedním pozorovatelem souvisí se souřadnicemi téže události NAMĚŘENÝMI pozorovatelem jiným, urychleným nebo v třeba v gravitačním poli. Nemůžeme říci, které měření je správné, oba zkrátka naměří něco jiného. Tohle je základní idea, matematické obezličky, detaily a důsledky najdete ve všech vysokoškolských učebnicích speciální a obecné relativity. O lidské pozorování tady vůbec nejde.

Odpovědět


Ivo Přikryl,2013-03-28 20:12:20

Děkuji za odpověď. Je srozumitelná a v tomto pojetí není problém, zda jde o živého pozorovatele nebo myšlenou vztažnou soustavu. Problém pro mně nastal, když se do diskuse dostala kauzalita a informace.

To že se nějakému pozorovateli (v nějaké vztažné soustavě) jeví například posloupnost dějů obrácená nebo jinak deformovaná, nemůže ovlivňovat či limitovat realitu. Stejně jako skutečnost, že "tyč do vody ponořená jeví se býti zalomená" neznamená, že nelze tyč ponořit do vody. V opačném případně bychom možnost jakéhokoli pohybu museli podmínit bezrozporností pro jakéhokoli myslitelného pozorovatele (ve všech myslitelných vztažných soustavách).

Odpovědět


Pavel Bakala,2013-03-28 23:53:45

odpověď je výše (28.03.2013 v 23:49)

Odpovědět


Skutecnost a teorie

Vaclav Knowledge-integration,2013-03-29 19:43:54

""tyc do vody ponorená jeví se býti zalomená" neznamená, že nelze tyc ponorit do vody. V opacném prípadne bychom možnost jakéhokoli pohybu museli podmínit bezrozporností pro jakéhokoli myslitelného pozorovatele (ve všech myslitelných vztažných soustavách)."
---------
Skutecnost je dana vec a nase teorie ji musi odpovidat, a v pripade nesouladu musime tu kterou teorii prizpusobit realite, nikoli naopak.

Dejova posloupnost je dana vec, ktera proste nemuze byt jinak (je to jeden ze zakladnich faktu skutecnosti). Teorie dane nejsou, musi se vzdy vejit do mantinelu skutecnosti. Obracena pricinnost tak napriklad znamena, ze nase teorie potrebuji upravit.

Co se zakrivene tyce tyka, tam vime, ze do vody ji strict muzeme a taky vime, ze vypada krive, pokud se na ni divame skrz rozhrani vzduchu a vody. Nase teorie pak musi umet tato dve pozorovani prijatelne skloubit dohromady. Zase, skutecnost je dana vec a v tomto pripade vypada divne, a teorie musi tuto divnost uspkojive vysvetlit, coz zahrnuje zevseobecneni toho fenomenu. Takze ta teorie by mela predpovidat i jak by ta tyc vypadala v nejake exoticke kapaline, pozorovane z prostredi nejakeho exotickeho plynu, z nichz ani jedno treba nemusime byt schopni za dnesnich podminek vedy ani experimentalne reprodukovat a tak overit.

Ve specialni relativite hraje roli tech exotickych materialu kapaliny a plynu relativni rychlost, ktera teoreticky, v pripade hmoty, muze dosahovat temer rychlosti svetla. Ovsem takove rychlosti dokazeme dosahnout jen v pripade mikroskopicke hmotnosti, jako v pripade zakladnich castic hmoty. Pro makroskopicke hmotnosti zustava takova rychlost jen 'exotickou', tedy nedostupnou moznosti, jinak receno teoretickou moznosti.

V pripade techto exotickych rychlosti, kdy prima experimentalni overitelnost neni mozna pak musime teorii modelovat tak, aby i v teto oblasti, ktera je experimentalne primo nedostupna, splnovala pozadavky faktu skutecnosti, jako napriklad tu zminenou dejovou posloupnost, protoze ta je jednim z predem danych omezujicich faktoru, ktere teorie musi splnit.

To ze jsou jine faktory, jako napriklad ze cas neni absolutni velicinou, ktere kdysi byly povazovany za stejne pilire skutecnosti jako je ta dejova posloupnost a pak se ukazaly takove nebyt, jeste neznamena, ze ted muzeme, nebo dokonce mame zpochybnovat uplne vsechno.

Odpovědět

Naruseni kauzality

Vaclav Knowledge-integration,2013-03-28 14:36:54

"ze zloduch nevstane a puska sa po vlete gulky nezaisti."
---

Naruseni, neboli obraceni kauzality (pricinnosti) je neco jineho, neni to obraceni chodu casu, ale obraceni pricny a nasledku - tedy jde o neco mnohem radikalnejsiho, je to paradox (a paradoxy, jak vime, nemohou existovat, ani byt pozorovane...).

Obraceny chod casu jako takovy neni neco, co fyzika vidi jako paradox, ale jen jako neco vysoce nepravdepodobneho, ale na rozdil od paradoxu ne zcela vyloucitelneho (ovsem rikam fyzika, muj osobni nazor nemusi byt nutne uplne stejny). Obraceny chod casu se samozrejme muze udat pri jakychkoli, i nerelativistickych, rychlostech.

Pokud pouzijeme ten priklad zastreleni, tak naruseni pricinnosti by znamenalo, ze z hlediska nekoho jineho by ten pripad mohl vypadat, jako ze nekdo byl zastreleny a padnul, a pak teprve by videl strelce vystrelit... cili nejdrive by se stal nasledek a k pricine by doslo az potom. Ale zadne navraceni kulky do hlavne pusky, nebo neco v tom stylu (jako zpetny chod udalosti) se nekona.

Vseobecne vzato, neni radno pohrouzet se do problematiky nejakeho fenomenu, ktery v prve rade nas fyzicky svet nepripousti (tady rychlost vyssi svetla, pricemz maloco je ve fyzice tak silne prokazane), protoze to pak snadno vede k zamotani se do toho. Nemuze to dopadnout jinak, nez jako kdyby se clovek poustel treba do vysvetlovani problematiky fenomenu cestovani v case (zpravidla do minulosti, protoze to lidem pripada jako moznejsi a lakavejsi, ale vposledku tu neni zadny podstatny rozdil mezi moznosti cestovani do minulosti nebo budoucnosti). V tomto pripade se vseobecne rozpoznava, ze zamotani se do teto problematiky (logicke paradoxy) slouzi jako dukaz nemoznosti takoveho cestovani, tedy aspon pro ty mezi nami, kteri tomu dosud tak nejak polovicate verili.

Dnes to ovsem maji zajemci o svet fyziky tezke, protoze plno vedcu kteri uplne vazne zvazuji treba teorii mnoha svetu (multi universe) si vydelavaji velice slusne zivobyti v respektovanych vedeckych ustavech, a tato teorie dokaze vysvetlit jako mozne takrka cokoli, vcetne toho cestovani v case a nejspis i to naruseni pricinnosti o kterem je tu rec. Takze panove a damy, drzte si pokryvky hlav, jedeme s kopce.

Odpovědět


Mala oprava

Vaclav Knowledge-integration,2013-03-28 18:07:54

'jedeme s kopce' ma byt 'jedeme z kopce', chybicka se vloudila.

Dale pak bych rozsiril tuto vetu:
"neni radno pohrouzet se do problematiky nejakeho fenomenu"

"neni radno pohrouzet se do problematiky nejakeho fenomenu v prilisnych podrobnostech"

---

Jednim z duvodu pro tuto radu je, ze takove vysvetlovani slouzi k zatemeni ilegitimity cele te veci, ze se pak zda, jakoby se dale diskutovala radna fyzika... Pan Broz s tim jeho jinak peknym vysvetlovanim by mohl prave tak vymyslet idealni scenar pro nejaky film o cestovani v case. Jiste by ho dokazal napsat tak, aby lide vstavali od obrazovek s pocitem, ze to cestovani v case je navzdory pesimistum prece jen asi mozne, realisticke.

Odpovědět

absurdita pozorovatele

Ivo Přikryl,2013-03-28 13:11:55

ad Bakala, Brož, Wagner

Vy si tu pánové libovolně umísťujete pozorovatele a řešíte, co by viděl (ideálně), kdyby ... Reálně ovšem v době předpokládané inflace vesmíru žádný pozorovatel neexistoval (pomiňme alternativy, že je vesmír jen nějakou počítačovou simulací či výtvorem božím – o schopnosti pozorování příslušných subjektů se dá z naší zkušenosti těžko něco smysluplného vyvodit). Všechny ty popisované děje a vztahy jsou na existenci nějakého pozorovatele nezávislé. Jediným známým pozorovatele jsme my a naše pozorování vesmíru i fyzikálních částic je zprostředkováno mnoha úrovněmi činnosti přístrojů a následně několika úrovněmi zpracování vjemu. Tedy o bezprostřednosti pozorování nějakých dějů blízkých rychlosti světla si můžeme jen nechat zdát. Stejně tak neexistuje informace sama o sobě. Informace je až interpretace pozorovatele (živého organismu), který si původně nezávislé vjemy spojí do nějakého relativně pevného vztahu a tomu prvnímu nebo snáze pozorovatelnému dá nálepku informace (vědomě či nevědomě). Podmiňovat tudíž nemožnost rychlosti větší než rychlost světla porušením kauzality spojené s šířením informace dostupné fiktivním pozorovatelům považuji za nesmysl. Tím nechci zpochybňovat relativistickou fyziku. Možná by se ale dala převyprávět tak, aby nebyla intuitivně nepřijatelná.

Odpovědět


informacia

Alexandra Zahradnikova,2013-03-28 13:18:50

dovolila by som si s Vami polemizovat, informacia nie je zavisla od prijemcu, tak ako kauzalita nie je zavisla od pozorovatela, ale obe sa pomocou tychto, aj ked hypotetickych entit, pravdepodobne podstatne lahsie opisuju.

Odpovědět


Intuitivni vyklad fyziky

Vaclav Knowledge-integration,2013-03-28 17:44:47

"Ivo Prikryl: Podminovat [...] nemožnost rychlosti vetší než rychlost svetla porušením kauzality spojené s šírením informace dostupné fiktivním pozorovatelum považuji za nesmysl. Tím nechci zpochybnovat relativistickou fyziku. Možná by se ale dala prevyprávet tak, aby nebyla intuitivne neprijatelná."

'Fiktivni pozorovatele' je naprosto legitimni zpusob vykladu fyzikalnich zakonnitosti sveta.

K te druhe veci, to prevypraveni fyziky a to nejen te relativisticke, tak aby byla intuitivne prijatelna, to vidim jako mozne - a samozrejme, kdyz to rikam, neni to jen nejake slepe prani, nebo vytahovani ramen, ale mam o tom jistou predstavu.

Duvod proc je dnes obrazek fyzicke reality tak neintuitivni je ten, ze pri budovani teorii meli vedci mylny obrazek fyzicke skutecnosti, ale presto se jim podarilo zkonstruovat fungujici matematicky popis te skutecnosti. A s fyzickym vykladem toho matematickeho vykladu se nikam neposunuli a nakonec to vzdali, i kdyz v nekterych pripadech byl ten vykladovy obrazek evidentne vnitrne zcela rozporny - jako zarny priklad za vsechny tu mame kvantovou teorii.

Fyzika se pocatkem dvacateho stoleti stala cim dal vice 'matematickou' a podarilo se ji dostat se na vysokou uroven dnesniho stavu i pres ten stale silnejsi deficit fyzickeho vykladu toho matematickeho popisu sveta. Jenze tahle jednostrannost se musi drive nebo pozdeji zacit nevyplacet, to proste nejde, aby tomu tak nebylo. Proto nejen ze dnes zijeme s neintuitivnim, a dokonce i vnitrne rozporuplnym obrazkem fyzickeho sveta, ale take se nam postupne hromadi cim dal vice nevysvetlenych zahad (ty vselijake 'tmave' veci).

Mezitim veda zabyvajici se fyzickym svetem stale vice a vice tihne k tomu, co je jeji silnou parketou, tedy k matematickemu popisu sveta, a je to tihnuti logicke. A vedci se snazi sami sobe namluvit, ze takhle to proste je, ze svetu se da porozumet jen skrze matematicky vyklad a skoly logicky produkuji nikoli 'fyziky', ale 'matematicke fyziky', cimz se kruh uzavira, spolehani se na ciste matematicky vyklad sveta a zduraznovani tohoto se stava normou.

Skoly a dnesni vedci dnes nevedou studenty k nejakemu fyzikalnimu porozumeni svetu, ale naopak je od neceho takoveho zrazuji, anebo dnes spise vedou k prijeti toho paradoxickeho obrazu jako nutneho zla. To pak vede k vylouceni laicke verejnosti ze sveta fyziky, presneji je ji receno, ze bez proniknuti do sveta matematicky narocneho popisu reality ji lze zprostredkovat jen nedokonaly popis sveta, ktery se leckdy muze zdat vnitrne rozporuplny a nasleduje ujisteni, ze matematicti guruove kteri pronikli do toho matematickeho popisu sveta jej shledavaji plne srozumitelny, bez logickych rozporu, ale kvuli nedokonalosti obycejneho lidskeho nematematickeho jazyka nemohou tuto nabytou zkusenost, ci nahled do sveta fyziky, laicke verejnosti plne predat.

Jenze tajemstvim zustava, ze tito guruove nerozumi svetu o nic lepe, nez jak jsou schopni podat jeho vyklad te laicke verejnosti. R. Feynman byl vzor intelektualni poctivosti a jako jeden z mala byl schopny rici, tady a tady nevime, nevime o nic lepe, nez muze vedet vazny amatersky zajemce, kteremu tu kterou vec vysvetlujeme. Na mysl me v teto spojitosti prichazi Feynmanovo vypraveni, jak ho otec dal na studia teoreticke fyziky, aby mu pak po promoci mohl vysvetlit (syn svemu otcovi, amaterskemu zajemci o svet fyziky), jak je to s temi fotony, kde se pri emitovani berou z niceho a jak skonci zmizenim, tim absorbovanim, jsou-li to castice, nebo vlny... neco v tom stylu. A Feynman coby promovany fyzik ho musel zklamat, odpoved sam i po tom vystudovani nemel, a to hlavne protoze byl k sobe poctivy, coz je moc vzacna vlastnost.

V

Odpovědět


Ondřej Dvořák,2013-03-28 18:39:07

A za co by potom fyzikové dostávali mzdu? Za to, že budou opakovat nevíme nevíme nevíme? ... Výsledky prostě musí být, i kdyby na granty nebylo. Jak to vidím já, tak fyzika už staví pátou generaci omylů. Vrší jeden omyl na druhý a dneska už se jen ztěží rozezná, kde ta stavba má vlastně základy. Je to jako lézt na třešeň a pro všechny ty třešně kolem zapomenout, že je nějaká zem, ze které vede kmen, z něj větve a v koruně, že jsou třešně nejsladčí. Fyzikové už se v té koruně zabydleli a dolu neslézají. Mají tam svoje třešňové království, do kterého jim nikdo nesmí vstoupit a do kterého jim je vše potřebné k životu dopravováno po lanech a vyměňováno za nové a nové pohádky z třešňového království.

Odpovědět


"třešňové království" -;)

Vaclav Knowledge-integration,2013-03-29 15:21:59

"A za co by potom fyzikové dostávali mzdu? Za to, že budou opakovat nevíme nevíme nevíme? ... Výsledky proste musí být"
---
To je cast duvodu, ale hlavne jde o stavovskou aroganci, kdy se vedci a jejich akolytove zuby nehty snazi v prve rade sami sebe presvedcit, ze jdou po spravne ceste, a za tim ucelem nevidi a neslysi, protoze videt a slyset nechteji. Prameni to z povedomi, ze na vetsi, nebo velke zmeny nemaji, a tak se snazi svetu a predevsim sami sobe namluvit, ze vsechno dosavadni snazeni minulosti je v nejlepsim poradku, ze je treba jit dal a na tu minulost navazovat.
Randova oznacila jako nejvetsi hrich caste kredo vedcu - 'ze oni jen navazuji tam, kde minula generace skoncila', tedy ze nemaji ambice kontrolovat, prehodnocovat to, co nejak funguje. Jim uplne staci to 'nejake fungovani' a nemaji v umyslu otevirat, z jejich pohledu, Pandorinu skrinku...

Ten obrazek tresnove aleje je usmevny a do znacne miry se s nim da souhlasit. Samozrejme to nevylucuje, ze ne vsechno je dnes spatne, to ani zdaleka ne, ale to je na cele veci prave to nejvic zavadejici.
Jako nejpripodobnejsi vidim tohle: "zapomenout, že je nejaká zem, ze které vede kmen, z nej vetve".
To co clovek dnes vidi kolem sebe je naprosta neukotvenost. Drive byvala ve fyzice v kurzu az viktorianska upjatost, ale v te dnesni 'post kvantum mechanicke' dobe je vse dovoleno, a oba tyto extremy jsou spatne.




Tak trochu by to slo pripodobnit k te Ptolemaiovske stredoveke vede vesmiru, i kdyz samozrejme jen hodne vzdalene -


tak spatne to dnes vubec neni, ovsem modrou oblohu ani zdaleka nemame.

Odpovědět


Tyhle posledni radky o Ptolemaiovske astronomii

Vaclav Knowledge-integration,2013-03-29 19:49:15

a o te modre obloze sem nepatri, ty jsem pri psani odsadil dolu, ze je mozna pouziji, ale pak jsem je tam zapomel...

V

Odpovědět

Z Z,2013-03-28 07:51:16

Důležité je tam ale právě ten přenos informace. Pokud se kompletně celý prostor rozpíná, tak tím žádnou informaci nikam nepřenesete, prostě jednotlivé body se budou od sebe vzdalovat, ale žádná informace z bodu A do bodu B se tím nedostane.
Vzdálené galaxie se v důsledku rozpínání prostoru mohou vůči nám pohybovat nadsvětelnou rychlostí, ale problém nevzniká, protože tou vzdalující se galaxií nemůžete dostřelit do jiné vzdalující se galaxie, ony se totiž od sebe vzdalují všechny navzájem.

Ale prenos informácie predsa nastáva tým, že sa tie galaxie dajú pozorovať - síce len rýchlosťou svetla. No ak by nejakým spôsobom nastalo to, že že by sa tie galaxie namiesto vzďaľovania približovali, tak určite nadsvetelný prenos informácie pri ich zrážke nastane. Celá to "elegantné" vysvetlenie o tom, že viac ako pohyb hmotných objektov je dôležitý prenos nehmotnej informácie vyzerá z pohľadu myšlienkových experimentov nevierohodne. Alebo, ak ten "rozpínajúci sa priestor" do niečoho narazí, alebo nejako inak s niečím zinteraguje, tak snáď prenos informácie tiež nastane.

Odpovědět


ad smršťující se prostor a kauzalita

Pavel Brož,2013-03-28 22:40:52

V případě toho nadsvětelně rychle se rozpínajícího vesmíru nejde narazit třeba galaxií do jiné galaxie, je tomu tak proto, že všechny galaxie se od sebe v důsledku toho rozpínání vzdalují. Nicméně asi bude určitě vhodné diskutovat zvlášť dva dosti odlišné režimy ohledně rozpínání, inflační rozpínání a neinflační (můžeme jej nazvat třeba regulání) rozpínání.

V případě inflačního rozpínání se během jediného zlomku vteřiny vesmír rozepne o mnoho řádů, uvádí se často o třicet, ale může to být i výrazně více (existují ale také scénáře, kde je tomu naopak či ve kterých inflace chybí zcela). Inflační fáze rozpínání je většinou v modelech "živena" nějakým druhem fázového přechodu, kdy např. jeden vysokoenergetický stav vakua začne "padat" do jiného, nízkoenergetického stavu vakua, za současného generování částic, které nyní tvoří náš vesmír. Za tímto vakuovým přechodem může být např. spontánní narušení symetrie některých částicových interakcí. Detaily těchto přechodů se liší model od modelu, v některých modelech ta inflace proběhne vícekrát po sobě, přičemž pokaždé je spojena např. s jiným narušením částicové symetrie (nejběžnější pořadí narušování částicovýc interakcí má následující průběh: z původně jednotné a maximálně symetrické interakce se spontánním narušením symetrie odštěpí gravitační interakce, ze zbytku potom dále silná interakce, a jako poslední se od sebe odloučí elektromagnetická a slabá interakce. Pokud na začátku existovala supersymetrie, jak mnozí fyzici pevně věří, tak se musela během tohoto procesu taky někde narušit, protože dnešní částicové interakce supersymetrii nevykazují (pokud by vykazovaly, musely bychom ke každému elektronu s polovičním spinem registrovat nějaký s-elektron s celočíselným spinem, ke každému fotonu s celočíselným spinem nějaké fotino s polovičním spinem, atd.).

Obrácení času u inflačního rozpínání nedává moc dobrý smysl, především proto, že by se musely znovuzrestaurovat spontánně narušené symetrie a vlastně tím i zaniknout hmota tak jak ji známe. O případné narušení kauzality kvůli nadsvětelně rychlému smršťování si také nemusíme dělat starosti, protože proces, ve kterém je zničen celý vesmír, má jisté podstatné odlišnosti od paradoxu zavražděného dědečka, jak se případné narušení kauzality běžně ilustruje.

Nicméně pojďme se podívat na nějaké lokálnější smršťování, kdy se nám nesmrskne celý vesmír, ale jenom část prostoru. Vůbec ideální případ nastane, když se nám v jednom směru, dejme tomu ve směru před kosmickým cestovatelem, prostor smršťuje, a ve směru opačném zase natahuje, tzn. že globálně se prostor nemění, zůstává stejný. Právě popsaný způsob smršťování a natahování prostoru se nazývá warp, přesně podle známého warpového pohonu ze Startraku.

Dá se ukázat, že s warpem by opravdu vznikl dost závažný problém s kauzalitou, protože warp opravdu umožňuje dostat se z bodu A do bodu B nadsvětelnou rychlostí. Díky tomu a díky dříve popsaným zákonitostem Lorentzovy transformace pak v principu opravdu je možné mordovat své despotické dědečky ještě předtím, než potkali babičky. Pokud by někdy někdo funkční warpový pohon skutečně sestrojil, tak by pak v návaznosti na to třeba mohlo být potřebné zřídit úřad pro dohled nad časovou chronologií, jak bývá občas k vidění v různých scifi filmech. Warpový pohon by totiž sice byl jenom prostředkem na cestování nadsvětelnou rychlostí pro cestovatele, nicméně pro pozorovatele ve vhodně se pohybujících se soustavách by přitom byl strojem času, protože ti by pro změnu viděli, jak cestovatel vystupuje ze své warpové lodi dříve, než do ní nasedl.

Každopádně ale k vytvoření funkčního warpového pohonu je nutné disponovat hodně exotickou matérií, takovou, kterou k dispozici nemáme. Tato matérie by se měla vykazovat negativní energií, dle Einsteinovu vztahu E=mc^2 tedy i negativní hmotností. Do jisté míry by měla mít vlastnosti, jaké má např. temná energie, která způsobuje zrychlující se rozpínání vesmíru. Problém je v tom, že temnou energii nedokážeme nijak "skladovat" ani "přemisťovat" z místa na místo, a přitom toto je pro warpový pohon nezbytné, protože ta negativní energie je něco jako palivo toho warpového motoru. Temná energie je ale ve skutečnosti pasivně obsažena v každé jednotce objemu, a je od toho objemu neoddělitelná, a její podíl ve vesmíru vzrůstá spolu s tím, jak se vesmír rozpíná, čili jak se jeho objem zvětšuje (tzn. že na rozdíl od obyčejné hmoty se temná energie při zvětšování objemu "neředí", ale přibývá spolu s tím objemem - je to takový kosmický "Hrnečku vař").

Kromě temné energie existují i další adepti na potřebnou negativní energii, je jím např. vazebná energie mezi přitahujícími se náboji. Jenže ta se nedá zcela separovat od těch nábojů - a pokud není od nich odseparovaná, tak potom kladná hmotnost nábojů bohatě převáží malilinkatou zápornou hmotnost oné negativní energie mezi náboji.

Suma sumárum, sofistikovaně zvolené smršťování prostoru spolu s jeho natahováním někde jinde opravdu může teoreticky vést k vážné kolizi s kauzalitou. Otázkou je, jestli je konstrukce takového nadsvětelného pohonu vůbec principiálně možná. Víme například, že nejde sestrojit perpetuum mobile, protože platí zákon zachování energie (mezi námi, on na kosmologických škálách neplatí, ale lokálně platí extrémně přesně). Může se klidně docela dobře stát, že warpový pohon bude také nepřípustný díky nějakému jinému dnes ještě neznámému principu. A může se také stát, že takovým principem může být přímo nějaký princip chronologické cenzury, který znemožní stavbu strojů času podobně, jako zákon zachování energie znemožňuje stavbu perpetuí mobile.

Každopádně je ta situace docela zapeklitá, posuďte sami: ve speciální teorii relativity, když byla po jejím vzniku rozvíjena, hrozila na první pohled celá řada hrozivých paradoxů, díky nimž by se teorie ukázala by logicky nekonzistentní. Mezi těmito paradoxy figurovala taky možnost nezachování kauzality. Postupně se ukázalo, že striktní požadavek zákazu nadsvětelného šíření informací, hmoty či signálů umožnil ve speciální teorii relativity všechny tyto paradoxy spolehlivě odstranit - nejen tedy paradoxy týkající se kauzality, ale i mnohé další.

Speciální teorie relativity ovšem pracovala s rovným, nezakřiveným prostoročasem, a neuměla konzistentně popsat gravitaci. Gravitaci se podařilo začlenit zobecnění teorie na tzv. obecnou teorii relativity. Ta už ovšem pracuje s obecně s obecně zakřiveným prostoročasem, protože gravitace se podle této teorie projevuje právě zakřivováním toho prostoročasu. Prostor a čas přestaly být pasivními souřadnicemi popisujícími pohyb hmoty a energie, ale začaly být touto hmotou a energií také ovlivňovány. Prostor je díky tomu v okolí hmot deformovaný a stejně tak se mění i běh času v blízkosti hmoty - je to dokonce natolik výrazný efekt, že bez jeho započtení nefungovaly první pokusy s GPS. Navíc se ukázalo, že prostor sám jako takový se může rozpínat, a že toto rozpínání je pozorovatelné díky rudému posuvu vzdalujících se galaxií.

Bohužel ovšem obecná teorie relativity také otevřela nová dvířka pro možnost porušení kauzality. Tzn. že to, co bylo tak pečlivě a bezchybně ošetřeno ve speciální teorii relativity, vyvstalo jako noční můra znovu v obecné teorii relativity.

Speciální teorie relativity našla recept na odstranění problémů s kauzalitou. Podobný recept nám v obecné teorii relativity zatím chybí. Bude-li někdy nalezen, třeba ve formě nějakého dnes neznámého principu, bude to také znamenat, že cestování časem do minulosti zůstane navždycky pouhou fikcí. Pokud naopak žádný takový restriktivní princip neexistuje, může to znamenat, že jednou bude možné cestovat se do minulosti. Tak pak jenom doufejme, že až vypukne ten masakr těch dědečků, tak že ti naši budou náhodou ušetřeni ...

Odpovědět


Z Z,2013-04-02 10:14:11

V případě toho nadsvětelně rychle se rozpínajícího vesmíru nejde narazit třeba galaxií do jiné galaxie.

Prečo by to nešlo? Galaxie predsa môžu, napríklad v dôsledku vonkajších či iných vplyvov získať priečne zrýchlenie, teda sa môžu ich dráhy zakriviť a v dôsledku toho sa voči sebe namiesto vzďaľovania začať približovať. Alebo by sa to nestalo pre celé galaxie, ale len pre ich časti, či len nejaké častice. Celé to teoretizovanie o tom, že sa predmety nemôžu voči sebe pohybovať nadsvetelnou rýchlosťou, respektíve môžu, no treba ich nejako "zaizolovať" voči prenosu informácií, vyzerá naozaj divne. Buď je ich pohyb zle určený, alebo neplatia základné teórie.

Odpovědět


Pavel Brož,2013-04-03 12:41:24

Vaše otázka je zajímavá, protože se v jejím jádru prolíná více vrstev toho problému, každá z nichž by zasluhovala podrobný rozbor. Bohužel bez použití pojmů z diferenciální geometrie a lokálních kalibračních symetrií by ten výklad byl neúnosně dlouhý, proto se rovnou přiznám, že si odpověď na Vaši otázku nejprve výrazně zjednoduším, protože to její formulace umožňuje. Poté se ale pokusím popsat tu situaci i v obecnějším případě.

Takže nejprve ta zjednodušená odpověď. Rozpínání vesmíru je homogenní a izotropní zároveň, takže děj, který popisujete, nemůže nastat. Vesmír se nerozpíná směrem od nějakého bodu, vesmír se rozpíná v okolí každého bodu stejně. Aspoň současné kosmologické teorie předpokládají izotropní rozpínání. Samozřejmě že vždycky existuje možnost, že v budoucnu observační data prokáží nějakou podstatnou anizotropii dejme tomu na extrémně velkých škálách. I v takovém případě ale zůstane v platnosti, že naše "blízké" vesmírné okolí, přičemž tím blízké myslím oblast o velikosti cca deseti miliard světelných let, se rozpíná velice homogenně a izotropně.

A nyní ta obecnější situace. Ve skutečnosti srážka dvou těles nadsvětelnou rychlostí nehrozí ani v silně neizotropně se rozpínajícím vesmíru, dokonce ani ve smršťujícím se vesmíru, a dokonce nehrozí ani u toho warpu, jak jsem jej zmínil v jiném příspěvku. Při warpu totiž hrozí problémy s kauzalitou v důsledku toho, že je při něm globálně překročena rychlost světla, tzn. že když vezmeme průměrnou rychlost, kterou warpem poháněná loď urazí v mezihvězdném prostoru, vyjde nám nadsvětelná. Ale lokálně v žádném místě nadsvětelná není, a v tom je řešení toho problému. Detailní vysvětlení proč se lokálně žádné těleso nepohybuje nadsvětelnou rychlostí by si vyžádalo ten výše zmíněný exkurz do lokálních kalibračních symetrií, který by laikovi problém nijak nevysvětlil, takže se uchýlím k přirovnání, přičemž zdůrazňuji, že každé přirovnání má své limity použitelnosti.

Představme si vodoměrky běhající na hladině obrovského a nejméně sto metrů hlubokého jezera, a mějme nějakou jejich maximální rychlost, dejme tomu jeden metr za sekundu. Nyní vezměme velký plech tvaru válce o průměru třeba deset metrů a výšce třeba sto metrů. Ve válci udělejme otvory dejme tomu dva centimetry v průměru, ale udělejme je docela řídce, dejme tomu půl metru od sebe. Otvory jsou voleny tak velké, aby jimi vodoměrky mohly proplout. Nyní ponořme plechový válec kolmo do vody tak, aby vyčníval jen několik metrů nad hladinu, tzn. že téměř sto metrů jeho výšky bude pod hladinou, a válcem začněme pohybovat po hladině rychlostí dejme tomu deset metrů za sekundu (samozřejmě že bychom k tomu potřebovali gigantickou sílu, jde jen o ilustraci principu). Ve válci jsou otvory, ale jsou příliš malé a příliš od sebe vzdálené na to, aby voda mohla účinně protékat tím válcem, proto se za krátkou dobu utvoří stacionární stav, kdy voda uvnitř toho válce je vůči tomu válci téměř v klidu, zatímco voda okolo jej obtéká, a pouze malé množství vody proniká otvory skrze válec, jenže je jí příliš málo na to, aby mohla výrazně ovlivnit pohybový stav ostatní vody uvězněné ve válci. Mimochodem, válec nemá dno, ale jeho výška, resp. hloubka, byla záměrně zvolena tak, aby to nehrálo velkou roli, z hydrodynamických úvah se dá ukázat, že i když je válec dole otevřený, pohybový stav vody blízko hladiny to příliš neovlivní.

Jakmile dosáhneme toho stacionárního stavu, kdy se válec pohybuje po jezeře rychlostí deset metrů za vteřinu a kdy přitom voda uvnitř toho válce se v blízkosti hladiny vůči válci téměř nepohybuje, můžeme ve válci vypustit ty vodoměrky. Ty se budou pohybovat maximální rychlostí jeden metr za sekundu vůči té hladině, ale samozřejmě se budou pohybovat rychlostí v průměru deset metrů za sekundu vůči břehům toho jezera. A to je přesně ten rozdíl mezi lokální a globální rychlostí. Teorie relativity omezuje rychlost lokální, nikoliv globální. Maximální lokální rychlost -rychlost světla - můžeme ověřovat v experimentech, v kterých je prostoročas nedeformován (to jsou např. všechny pozemské experimenty, protože deformace prostoročasu je zde velice malá), a poté následně používat pro popis jevů v silně deformovaných prostoročasech (např. při sledování binárních pulsarů atd.). Předpokládáme-li dále, že se rychlost pohybu té hladiny vůči tomu válci mění plynule od těch deseti metrů za vteřinu daleko před válcem na rychlost výrazně menší blízko před tím válcem, a dále na rychlost prakticky nulovou uvnitř toho válce (ne ale úplně nulovou, protože těmi řídkými otvory přeci jenom maličké množství vody prochází), tak nám z toho vyjde, že vodoměrky, které náhodou proplují dovnitř toho válce, se rozhodně nesrazí s vodoměrkami uvnitř tou rychlostí deset metrů za sekundu.

Tu analogii k warpu jsem použil záměrně, protože extrémně zvýrazňuje jádro toho problému, kterým je rozdíl mezi lokální a globální rychlostí. Pokud místo warpu použijeme rozpínající se vesmír, situace zůstane principiálně stejná. Globální rychlost může být nadsvětelná, lokální ne. Můžeme si to představit tak, že bychom měli oceán kompletně pokrývající nafukovací se planetu, který by byl na začátku toho nafukování třeba deset kilometrů hluboký, a v průběhu zvětšování jeho povrchu by jeho hloubka klesala, abychom nemuseli odnikud dolévat vodu. A opět by po něm běhaly vodoměrky. Stačilo by, aby se průměr té planety zvětšoval o deset metrů za sekundu, tzn. že dvě vodoměrky, kdy jedna by stála na pólu a druhá na rovníku, by se od sebe vzdalovaly rychlostí cca 15,7 metru za sekundu, měřeno po povrchu hladiny. Tzn. vzdalovaly by se rychleji, než je jejich lokální maximální rychlost.

Nyní bychom mohli položit tu Vaši otázku - mohly by se kterékoliv dvě vodoměrky při tom rozpínání planety srazit rychlostí větší, než jakou by se mohly srazit na nerozpínající se planetě? Evidentně nemohly.

Nicméně v tomto druhém příkladu ta nemožnost té "nadlimitní srážky" vodoměrek jde velice snadno nahlédnout díky homogenitě a izotropii toho problému. To je ale právě jenom ta zjednodušená odpověď, jak jsem avizoval na začátku, jenže díky ní by mohlo dojít k mýlce, že zatímco u rozpínajícího se vesmíru to možné není, a smršťujícího se vesmíru to možné je. Jenže ani u smršťujícího se vesmíru to možné není. Extrémní příklad je s tím warpem, proto jsem ho použil. Ani u něj není rychlost světla nikde lokálně překročena, je překročena jen globálně. Toto globální překročení může způsobit vážné problémy s kauzalitou, nemůže však způsobit nadsvětelně rychlou srážku jakýchkoliv dvou objektů.

Odpovědět

drobná oprava

Pavel Brož,2013-03-26 21:37:30

Musím uznat, že jste mě částečně nachytala na švestkách s tím zvedáním se ze země a zajištěním kulky - ta kauzalita se totiž obrací jenom pro ty děje, které probíhají nadsvětelnou rychlostí, tzn. že pokud by padouch sebou nesekl na zem nadsvětelnou rychlostí a střelec by nadsvětelnou rychlostí neodjistil zbraň, tak zrovna tyto děje budou vidět ve správném pořadí ve všech soustavách. Obrátí se pouze časový sled dějů, které probíhaly nadsvětelnou rychlostí, tzn. že jelikož kulka letěla podle zadání nadsvětelnou rychlostí, tak v určitých soustavách opravdu bude vidět, že se vynoří z hrudi padoucha a doletí do hlavně pušky, a dokonce vcucne ten dým, protože aby kulka získala nadsvětelnou rychlost, tak i ten dým musel mít u ústí hlavně tuto rychlost.

Vám se ale možná jedná o něco jiného, pozastavujete se totiž nad tím, že je to stále jenom pozorovatel, z jehož pohledu je kauzalita narušená. Jenže problém je v tom, kauzalita je vždycky spojená s pozorovateli, a pokud trváme na tom, že mezi všemi možnými vůči sobě se pohybujícími soustavami neexistuje nějaká privilegovaná a tím pádem že neexistuje privilegovaný pozorovatel, tak máme problém, protože v případě nadsvětelně rychlých dějů někteří pozorovatelé uvidí tentýž děj v opačném pořadí.

Trošinku upravme náš příklad se střelcem a padouchem (omlouvám se za to klišé s tím padouchem, ale v rámci morální dimenze toho příkladu budiž tím zastřeleným skutečně nějaký padouch, který si to zasloužil). Upravme jej tak, že se padouch bude od střelce utíkat nějakou běžnou rychlostí, dejme tomu 20 km/h (no, po pravdě řečeno, tady to momentálně vypadá, že padouch byl střelen do zad, no ale přejděme to). Střelec bude první pozorovatel, a druhým bude utíkat spolu s padouchem, dejme tomu že to bude jeho komplic. Padoucha jako pozorovatele nepřipouštíme, protože mrtvý pozorovatel toho moc nesdělí.

Střelec má tedy k dispozici tu nadsvětelně rychlou střelu, a vystřelí po padouchovi. V jeho soustavě uplyne nějaký kladný časový interval, než kulka skolí padoucha.

Nyní se přesuňme do soustavy druhého pozorovatele, padouchova komplice. Dá se ukázat, že v jeho soustavě je díky relativistickým kontrakcím času a délek ten časový interval záporný. Komplic vidí, jak se kulka vynořila z hrudi padoucha a letěla zpátky směrem ke střelci.

Je to neskutečně divné, ale dá se ukázat, že díky Lorentzovým transformacím, které byly mnohokrát ověřeny, by se přesně toto stalo, pokud by existovala kulka letící nadsvětelnou rychlostí.

Naštěstí nás ale tytéž Lorentzovy transformace chrání před pozorováním výše popsaného děje, a to dynamicky. Plyne z nich totiž také, že pokud má nějaké těleso nenulovou klidovou hmotnost (nulovou klidovou hmotnost mají pouze částice světla - fotony), tak se toto těleso nedá urychlit na rychlost světla, protože by k tomu bylo potřeba nekonečně mnoho energie.

Tato "dynamická ochrana kauzality" se uplatňuje denně při provozování částicových urychlovačů. Tyto obrovské, drahé, a energeticky nenasytné technické hračky jsou právě proto tak obrovské, drahé a energeticky nenasytné, protože s každými dvěmi desetinnými místy, o která se částice více přiblíží rychlosti světla (tzn. dejme tomu z 0,999 c na 0,99999 c) je zapotřebí jim dodat desetkrát více energie. Rychlosti světla samozřejmě díky tomu nikdy dosáhnout nemohou. A takhle to platí pro všechny hmotné objekty.

Samotnou rychlostí světla se mohou pohybovat jenom takové částice, které mají nulovou klidovou hmotnost. Dá se ale ukázat, že pro změnu se pro ně nedá definovat jejich "vlastní čas" - vlastní čas je čas plynoucí tomu kterému pozorovateli v jeho vlastní klidové soustavě. Díky Lorentzovým transformacím plyne čas v okolních pohybujících se soustavách z pohledu stojícího pozorovatele pomaleji, a to tím pomaleji, čím rychleji se kolem něj okolní soustava pohybuje. Takže když kolem stojícího pozorovatele létají budíky, které sice byly vyrobeny naprosto identicky, dejme tomu že sjely z téhož výrobního pásu a byly shodně natočeny a nastaveny, akorát pak byly urychleny na různé rychlosti, tak onen pozorovatel pozoruje tím více se zpožďující budík, čím vůči němu letí rychleji.

Dá se ukázat, že pokud by budík nějakým trikem dosáhl rychlosti světla, vypadal by v pozorovatelově soustavě jako stojící. Často se to taky tak v některých popularizačních knížkách podává, že ve soustavě pohybující se rychlostí světla čas stojí, tzn. že by stál i v soustavě pohybující se spolu s letícím fotonem. Toto tvrzení je ve skutečnosti zkreslující, protože čas se v takové soustavě vůbec nedá definovat. Stejně tak se ale nedá definovat v soustavách pohybujících se nadsvětelnou rychlostí, takže vůbec nejde říct, jaký čas by plynul na nadsvětelně rychle se pohybující kulce, protože jednoduše z Lorentzových transformací by takový čas vyšel ne jako reálné, ale jako komplexní číslo. Komplexní čas je z pohledu popisu dějů nesmyslná věc, je to něco jako třeba když se podíváte na velikost souboru ve Vašem počítači a uvidíte tam hodnotu minus sto dvacet bytů - samozřejmě že se s touto informací nespokojíte jakožto s validní odpovědí, ale budete oprávněně předpokládat, že s tím souborem anebo s počítačem je něco v nepořádku.

Celý tenhle komplex rovnic a fyzikálních zákonů, který je zabalen do balíčku s názvem speciální teorie relativity, je kupodivu velice rafinovaně poskládaný a logicky velice konzistentní - na první pohled sice přetéká naprosto neuvěřitelnými paradoxy, na druhou stranu se dá ale ukázat, že tyto paradoxy nastávají pouze tam, kde do tohoto balíčku chceme v nějaké podobě propašovat nadsvětelně rychlé šíření informace - v tom okamžiku se ty rovnice vzepřou a neumožní to, a ty paradoxu vznikají pouze jako důsledek toho, že jsme to ignorovali. Např. nám tyto rovnice říkají, že nelze urychlit stojící těleso na rychlost světla, natož na nadsvětelnou, protože bychom k tomu potřebovali nekonečně mnoho energie. Pokud to ale ignorujeme a tvrdošíjně počítáme s nadsvětelně rychlými signály či kulkami, dostaví se problém s kauzalitou. Pokud ale zůstaneme po celou dobu konzistentní a nevnášíme nedovolené prvky do tohoto balíčku, získáváme v něm neuvěřitelně mocný nástroj promítající svou užitečnost i do dnes už tak široce používaných technologií, jako jsou GPS navigace.

Odpovědět


tak opět blbě zařazeno

Pavel Brož,2013-03-26 21:38:27

omlouvám se, toto patřilo pod komentář paní Zahradníkové

Odpovědět


Alexandra Zahradnikova,2013-03-27 11:34:25

dakujem za objasnenie. Napisala som siahodlhu odpoved ktora mi vdaka zahadnemu sposobu prihlasovania cela zmizla a opakovat sa mi to nechce :(

Kazdopadne uz zacinam chapat co teda fyzici myslia pod tym porusenim kauzality (ja chapem kauzalitu ako nezavislu od pozorovatela). Teraz mi zas nie je jasne ako je mozne ze fotony s kauzalitou problem nemaju, ale to mozno niekedy nabuduce :)

Inak mala by som pre niektoreho z autorov fyzikov namet na clanok - v jednej knizke od Feynmana som citala mozne branie anticastice ako castice pohybujuces sa v case opacnym smerom. Je tato predstava stale aktualna? Ako by sa pri jej aktualnosti dala vysvetlit produkcia anticastic zrazkami v urychlovacoch?

Odpovědět


ad částice pohybující se nazpět v čase

Pavel Brož,2013-03-27 21:36:27

Ta kauzalita je opravdu nezávislá na pozorovateli, pokud se ovšem žádná informace nepřenáší nadsvětelnou rychlostí. Přesně takovou kauzalitu si samozřejmě fyzici přejí, ovšem podmínkou pro to, aby skutečně byla nezávislá na pozorovateli, je to, aby se hmota, signály či informace nepřenášely nadsvětelnou rychlostí.

Co se týče těch antičástic coby částic pohybujících se nazpět v čase, tak tady se jedná jen o matematický trik. Částice i antičástice se popisují jistými matematickými veličinami, tzv. spinory a vektory. Spinory popisují fermiony, tj. částice s polovičním spinem, vektory popisují bozony, částice s celočíselným spinem. V tzv. lagrangiánu, což je jistá funkce, ze která se dají odvodit rovnice popisující částice a jejich vzájemné interakce, vystupují spinory vždy v párech, kdy jeden prvek toho páru popisuje fermion, a druhý prvek antifermion - ne nutně přitom antifermion k tomu fermionu, nicméně musí jít o antifermion ze stejné skupiny fermionů a antifermionů, které spolu interagují. Lagrangián je součtem velice hodně členů, ale v každém z těch členů se buď fermiony ani antifermiony buď nevyskytují vůbec, anebo maximálně v párech, kdy jeden z nich je fermion a druhý antifermion. Takže např. v lagrangiánu existuje člen, ve kterém figuruje spinor popisující elektron zároveň se spinorem popisujícím pozitronem, nicméně existuje tam třeba i člen, ve kterém je ten tím párem fermion-antifermion tvořen elektronem a elektronovým neutrinem.

Vezmeme-li jakýkoliv spinor popisující nějaký vybraný fermion (dejme tomu nechť jím je elektron), tak se dá ukázat, že při formálním obrácení znaménka času se z tohoto spinoru stane spinor popisující pozitron, a naopak. Platí to obecně, ze spinoru popisujícím elektronové neutrino se obrácením znaménka času stane spinor popisujícím elektronové antineutrino. Z mionu se touto matematickou transformací stane antimion, atd., atd.. V tomto smyslu pak platí ono Feynmanovo tvrzení, že antičástice jsou částice pohybující se nazpět v čase (a naopak stejně tak lze říct, že částice jsou antičástice pohybující se nazpět v čase).

Toto tvrzení nemá žádný užitečný důsledek. Pouze pokud bychom se uměli vracet v čase, tak bychom ho mohli považovat za užitečné tvrzení, protože bychom mohli na vlastní oči vidět, jak se z elektronu stává pozitron a naopak. Jelikož se ale vracet v čase neumíme, jde o naprosto plané tvrzení, o pouhou matematickou hříčku.

Na druhé straně ale přece jen existuje velice praktický vztah s experimentem, který se ale týká ne toho, jestli třeba pozitron je elektronem pohybujícím se zpět v čase, ale týká se právě toho, že všechny fermiony se vyskytují v lagrangiánu výhradně v párech fermion-antifermion. Jedná se o velice klíčovou vlastnost, protože se z ní dá odvodit, že kdekoliv se má kreací zrodit fermion, musí se zrodit nějaký antifermion. Opět přitom nemusí jít o antifermion, který je antičásticí toho fermionu, ale vždycky musí jít o antifermion z příslušné skupiny navzájem interagujících fermionů.

Díky tomu se např. záporný mion nemůže rozpadnout na elektron a neutrino - nejde to, protože by bylo porušeno to pravidlo, že jakmile vznikne fermion, musí vzniknout i nějaký antifermion. Záporný mion se ve skutečnosti přitom rozpadá, ale rozpadá se takto:

záporný mion -> elektron + elektronové antineutrino + mionové neutrino

V takovémto rozpadu je pravidlo toho párového vzniku a zániku respektováno, a jeho respektování bylo také ověřeno ve velice náročných experimentech. Díky výše popsané reakci a mnoha důmyslným experimentům dnes víme, že existují hned tři druhy neutrin, elektronové, mionové a tauonové. Dají se od sebe experimentálně odlišit, protože každé z nich interaguje s jinými částicemi, což se projevuje např. tím, že detektory, které detekují třeba elektronová neutrina, jsou slepé k mionovým či tauonovým neutrinům, která vyžadují odlišné detektory. Podobným způsobem lze odlišit neutrina od antineutrin, protože se projevují jinou citlivostí k některým detektorům.

Takže ono párové pravidlo, kdy v každém členu v lagrangiánu, pokud v něm existuje fermion, musí v něm být také antifermion, je experimentálně extrémně užitečné, na rozdíl od toho tvrzení, že se z částic stanou antičástice, pokud se budeme pohybovat zpět v čase. No pokud to někdy budeme umět, tak pak to tvrzení něco říká, jinak je ale k ničemu.

Na druhou stranu, to obracení znaménka času, kdy se ze spinorů popisujících fermiony stanou spinory popisující antifermiony, ačkoliv je experimentálně k ničemu, tak je velice užitečné pro teoretiky. Výpočty výsledků srážek částic se provádějí s pomocí tzv. Feynmanových diagramů, a samozřejmě je citelnou pomocí, pokud se při těchto výpočtech nemusíte vždy zaobírat třeba elektrony a pozitrony zvlášť, protože v těch diagramech vypadají úplně stejně, akorát ty pozitrony tam vypadají jako pohybující se nazpět v čase. Matematicky to užitečné samozřejmě je, a teoretikům to usnadňuje ty výpočty. Nicméně z pohledu experimentu, nic víc, než matematická hříčka, za tím není.

Trochu jsme opomněli bozony, o nich ale jen krátce - bozony se v lagrangiánu nemusí vyskytovat v párech, a v lagrangiánu standardního modelu skutečně existují členy s lichým počtem bozonů. Navíc vektory, což jsou veličiny ty bozony popisující, se při časové inverzi podstatně nemění, mění se pouze jejich náboje na opačné. Takže třeba vektor popisující foton se při časové inverzi nezmění vůbec, proto se taky o fotonu říká, že je sám sobě antičásticí. Je to ve skutečnosti opět takové samoúčelné tvrzení, experimentální dopad to nemá. Navíc díky tomu, že se bozony mohou v lagrangiánu vyskytovat nejen v párech, ale také ve trojicích a čtveřicích, znamená, že pro ně neplatí ono výše zmíněné párové pravidlo. Tak např. neutrální pion, což je bozon, se může rozpadat hned dvěma způsoby:

neutrální pion -> foton + foton

neutrální pion -> foton + foton + foton

Oba způsoby se experimentálně pozorují, i když s jinou četností. Existuje samozřejmě neskonale více pozorovaných reakcí, na nichž se dá ukázat, že zatímco fermiony se mohou rodit výhradně v párech fermion-antifermion, pro bozony žádné takové omezení neplatí.

Odpovědět


pan Broz dakujem

Alexandra Zahradnikova,2013-03-28 10:24:24

dakujem velmi pekne za vysvetlenie! Ano, citala som o tom myslim v jeho knihe QED prave pri tych diagramoch.

Dostavam sa sice strasne daleko od temy, ale preco nevyuzit situaciu ked sa najde niekto kto ma aj chut aj schopnosti vysvetlovat, tak by som mala este jednu otazku co ma napadla este pred casom a nemam sa koho opytat...

Konkretne ide o zmeny vlastnosti fermionov. Proton, neutron sa skladaju vzdy z troch quarkov, kompinacii d a u a troch farieb takze vzdy je ich sucet biela. Tusim som sa uz docitala ze down quark sa moze spontanne rozpadnut na up quark a foton (alebo je to naopak?) a tak vlastne dochadza k rozpadu neutronu na proton, kazdopadne by ma zaujimalo, ci sa moze menit aj ich farba (napriklad pri zrazkach hadronov). Pripadne, ci sa moze "otocit" spin elektronu, ked sa tvori elektronovy par pri tvorbe negativnych ionov, alebo ci sa vytvori iba ak su oba volne elektrony opacneho spinu.

Odpovědět


ad barevný náboj a rozpad d kvarku

Pavel Brož,2013-03-28 22:39:21

Takhle, d kvark se může rozpadnout na u kvark, elektron a elektronové antineutrino. Při tomto rozpadu se ale barva kvarků zachovává. Aby ale nevznikl zmatek, je vhodné popsat vlastnosti všech kvarků dohromady.

Většinou se v populární literatuře píše, že existuje šest kvarků, u (up kvark), d (down kvark), s (strange kvark), c (charm kvark), b (bottom kvark) a t (top kvark, objevený až na sklonku minulého století). Ve skutečnosti je těch kvarků třikrát tolik, tzn. osmnáct, protože každý z nich existuje ve třech klonech podle typu tzv. barvy, zvláštního druhu náboje, který nese. Zatímco elektrický náboj je "jednoho typu" - opačný elektrický náboj vzniká jenom změnou znaménka (takže máme náboje jenom kladné a záporné), barevných nábojů jsou "tři typy", včetně obrácení znaménka tedy šest: červený a antičervený, zelený a antizelený, modrý a antimodrý. Kvarky přitom mohou nabývat pouze nábojů červený, zelený a modrý, kdežto antikvarky nábojů antičervený, antizelený a antimodrý.

Barevné náboje se dají hezky znázornit jako šipky směřující ze středu pravidelného šestiúhelníku do jeho různých vrcholů, přičemž mezi šipkami pro červený, zelený a modrý náboj je úhel 120 stupňů. Pokud tyto tři šipky doplníme šipkami opačnými, tj. šipkami pro antičervený, antizelený a antimodrý náboj, máme nakresleny všech šest možných nábojových hodnot.

Tyto šipky se dají sčítat podle pravidel sčítání vektorů - dva barevné náboje se sečtou tak, že začátek šipky jednoho náboje se posune na konec šipky druhého náboje. Snadno tak uvidíme, že součet náboje červeného, zeleného a modrého dá náboj nulový. Sečteme-li jindy třeba jen zelený a modrý náboj, dostaneme náboj antičervený, atd. atd..

Tzv. uvěznění kvarků (quark confinment), které odůvodňuje, že kvarky mohou existovat pouze ve trojicích v hadronech, anebo ve dvojicích v mezonech, má být důsledkem tzv. uvěznění barevného náboje (color confinment). Oba pojmy se víceméně používají jako synonyma, fyzici je prakticky vůbec nerozlišují, on ani pro to není moc důvod. Nicméně můžeme si představit, že uvěznění kvarků je jakýmsi tvrzením o experimentálně pozorovaném faktu, že se kvarky nedají osamostatnit, zatímco uvěznění barvy můžeme chápat jako nějaký teoretický výrok ohledně barevných nábojů. Tímto teoretickým výrokem je, že pouze barevně neutrální kombinace se mohou volně pohybovat.

Pokud si chviličku budeme hrát s naším šestiúhelníkem a v něm nakreslenými šipkami barevných nábojů, brzy zjistíme, že existují jen dva principiální způsoby, jak vytvořit barevně neutrální kombinaci. Jedním způsobem je dát dohromady tři kvarky, z nichž jeden je červený, druhý zelený a třetí modrý (či tři antikvarky, z nichž jeden je antičervený, druhý antizelený a třetí antimodrý). Druhým způsobem je dát dohromady kvark s nějakou barvou, a nějaký antikvark s přesně opačnou barvou.

Prvnímu způsobu odpovídají hadrony, druhému mezony. Vidíme tedy, že pokud přijmeme myšlenku barevného konfinmentu, automaticky z toho plyne, že experimentálně pozorovatelnými kombinacemi jsou buď trojice kvarků (hadrony), anebo dvojice kvark-antikvark (mezony).

V těchto dvojicích a trojicích se mohou kombinovat libovolné z kvarků u, d, s, c, b, t. Máme tedy principiálně 6x6x6=216 možných hadronů (např. uuu, což je lambda částice, uud, což je proton, udd což je neutron, uds, atd. atd.), a 6x6=36 druhů mezonů. Samozřejmě mnohé z nich jsou krajně nestabilní anebo natolik těžké, že dodnes nebyly detekovány; naopak jiné byly detekovány jako více různých částic, protože stejně tak, jako mohou být v excitovaných stavech atomy a molekuly, tak i hadrony a mezony se mohou nacházet v excitovaných stavech, což se projeví typicky jejich různou hmotností.

Každopádně ale ke změnám barev kvarků může docházet jenom v silných interakcích, ty jsou přenášeny gluony. Gluony mají zvláštní dvojitý barevný náboj, vždycky jednu barvu spolu s nějakou antibarvou. Tak třeba může mít gluon náboj červeno-antizelený. Vysíláním či přijímáním těchto gluonů mohou kvarky měnit barvu. Tak např. kvark nesoucí červenou barvu, může vyslat červeno antizelený gluon - díky tomu se ale barva kvarku nutně změní na zelenou, protože barevný náboj se stejně tak jako náboj elektrický zachovává - pokud by se barva kvarku vysláním červeno-antizeleného gluonu nezměnila, dostali bychom nezachování barevného náboje.

Takže barva kvarků se běžně mění díky interakcím mezi kvarky, které jsou přenášeny vyměňovanými si gluony. Toto schéma nicméně garantuje to, že celkově barevně neutrální kombinace zůstane barevně neutrální i nadále, protože se barevný náboj zachovává. Každý jednotlivý kvark uvmitř hadronu či mezonu ale svou barvu mění neustále.

Gluony jsou ale jedinými nositeli sil, které nesou barevný náboj. Všechny ostatní síly, slabá, elektromagnetická a gravitační, jsou přenášeny částicemi, jejichž barevný náboj je nulový, a proto jejich přijímáním či vysíláním kvarky nemohou změnit svou barvu. A protože rozpad d kvarku na u kvark, elektron a elektronové antineutrino je zprostředkováno slabou interakcí, konkrétně intermediálním bozonem W- (je záporný proto, že mění kvark d mající elektrický náboj -1/3 na kvark u mající elektrický náboj +2/3), a tento bozon W- je barevně neutrální, tak ani barevný náboj se tímto rozpadem nemění (celý rozpad přitom proběhne ve dvou krocích, v prvém se kvark d rozpadne na kvark u a virtuální bozon W-, ve druhém kroku se virtuální bozon W- rozpadne na elektron a elektronové antineutrino).

Co se týče toho spinu elektronu, ten se může běžně vyskytovat v obou hodnotách projekce, +1/2 a -1/2. Osa, do níž se promítá, je určována vnější interakcí - tak např. lze "polarizovat" spiny elektronů do vybrané osy vhodný natočením vnějšího magnetického pole, což se úplně běžně provozuje např. v urychlovačích - interakce částic jsou totiž směrem jejich spinu výrazně ovlivněny, takže většinou je snaha provádět experimenty na polarizovaných svazcích, protože je k dispozici i informace o "natočení" těch spinů v okamžiku interakce. V chemických interakcích se elektrony většinou velice rychle zorientují do energeticky výhodnějšího směru. Existují ale také vzácné případy jakési "spinové frustrace", nestabilního stavu tří identických fermionů, kde se třetí fermion "musí rozhodnout" do jakého směru se zorientuje jeho spin. Tento stav byl po desítky let pouze teoretickým stavem, teprve před několika lety se jej podařilo experimentálně prokázat.

Odpovědět

?????

Jaroslav Fišer,2013-03-26 16:45:23

až se přijde na to, že nehomogenita vakua je nejen prostorová, ale i časová
co tato dynamika přinese?
Prostě další podpásovka pro zastánce matematické fyziky

Odpovědět

nadsvětelná inflace vesmíru

Stanislav Kaštánek,2013-03-26 10:50:07

http://hledani.gnosis9.net/img/inflace-vesmiru-rozmer-cas.jpg
graf inflace vesmíru z počátku nadsvětelnou rychlostí podle Scientific American

Odpovědět

Dodatek

Ondřej Dvořák,2013-03-25 18:58:51

Skromně dodám, že ten model řeší i doposud nedořešenou otázku kolik andělů dokáže tančit na špičky jehly.

Odpovědět

Černá špička jehly

Ondřej Dvořák,2013-03-25 18:48:45

Dovolte mi, jako zástupci pavědecké obce přidat také vysvětlení z této oblasti. Formou zkopírování příspěvků v diskuzi na jednom diskuzním fóru.

Krom toho, že by to mohl být průhled do jiného vesmíru, než je náš pozorovaný, a což je samozřejmě vysvětlení vhodné pro ty, kteří nemají dostatek představivosti, zato dostatek tradičních vědomostí, existuje také teze, že je to pohled přesně a právě směrem po ose pohybu celého pozorovatelného vesmíru, a jelikož ten si to sype velice rychle, zústává právě na té ose (Černej flíček - My - Okraj vesmíru) tahle černá doura, ze které k nám má světlo potíže doletět a vzniká efekt jako když to Han Solo osolil na nadsvětelnou rychlost, a světlo nás odtama musí pronásledovat jako imperiální stíhačky, což se jim ne tak úplně daří.


Možná si taky vzpomeneš, že o malým černým flíčku jsem tu mluvil v létě 2010. Hledal jsem ho uprostřed velkýho atraktoru. A teď se objevil v Eridanu. Takže "jsem se objevil i já", abych to připoměl. Že ten flíček může mít vysvětlení jednoduše v tom, že vše, co jsme schopní z vesmíru spatřit se pohybuje v rámci širšího vesmíru jako prostorově svázaný celek, který mění svoje prostorové vztahy jen "zlehka", což pozorujeme jako rozpínání, ovšem to vše, co se rozpíná a my to pozorujeme ještě zároveň uhání obrovskou rychlostí v mnohem větším celku, který nejsme schopní vidět, rozpoznat. Jediné, co je nám zjevné je právě ten flíček, který za sebou ten pádící celek nechává, jelikož je to bod do kterého míří osa našeho putování. A to putování je tak rychlé, že unikáme světlu, které tam odsud přichází. Ve vztahu k tomu širšímu celku se pohybujeme rychlostí blízkou rychlosti světla, respektive takovou, že světlo nás z té oblasti nemůže dohnat. Právě jako ty imperiální stíhačky, které mají tachometry v červeném stejně jako my.

Snad se na ten flíček zaměří více. Pokud je to to o čem mluvím, potom v jeho středu najdou "absolutně černé těleso o ploše špičky jehly".

V té době jsem tomu věřil víc než dnes. Nechal jsem to dávno být... a lapidárně řečeno - není moje vina, že vědci našli něco o čem jsem před dvouma rokama mluvil a chtěl jsem to hledat. Nebo teda náznak něčeho takového. Pokud se zkoumání téhle skvrny posune směrem, který popisuju, tak se dočkáme fantastických teorií podobných jako rozvíjí Srnka ve svém audítku, že nějaké klastry galaxií vytváří jakýsi zpětný proud nebo nějakou prohlubeň v borůvce, která způsobuje to, co vidíme. Budou vymejšlet psí kusy a budou mluvit novém druhu černé superdíry, která vede do paralelního vesmíru, který je na ten náš napojený apod. A nakonec se třeba dostane na pořad dne to, čím ten flíček vysvětluju já.

Ilustrační obrázky:
http://blog.industrialinterface.com/wp-content/uploads/2009/12/chewie-and-han-solo-562x421.jpg

Pohled ze "zadního okýnka"
http://img22.imageshack.us/img22/283/coldspot.jpg

Koncept, ze kterého to vše vychází
http://img690.imageshack.us/img690/9968/universel.jpg

Odpovědět


Barak Obava,2013-03-26 11:22:05

Vzhledem k tomu, že jeden pixlík na mapě (v tom nejlepším dostupném provedení) představuje "obdélníček" cca 10 x 5 milionů světelných let, budou to absolutně černé těleso o ploše špičky jehly hledat hodně těžko :-)

Odpovědět


Ondřej Dvořák,2013-03-26 14:22:13

Díky za obeznámení s detaily. Potřeboval bych jich znát ještě asi tolik, kolik na tom obrázku pixelů zbývá, abych si to dokázal srovnat. Takže to beru jako další přírůstek do krabice rozházených puzzle. Po detailech se nepídím, jsem jen amatérský uvažovatel (jak by řekl nejspíš pan Metánovský) ... a navíc moje uvažování se rozhodlo nejprve prozkoumat ten dům hrůzy, jež se zove Fyzika, raději jen zvenčí, protože zevnitř se ozývají příšerné zvuky těch, kteří v něm "uvázli". :-)

Odpovědět

zase a o5

Lukáš Píše,2013-03-25 10:55:39

Jednodušeji řečeno dva oběkty klidně můžou od sebe letět rychlostí světla. Potom se vzájemě vzdalují od sebe dvojnásobkem rychlosti světla i když ani jeden znich sám osobě tuto rychlost nepřekoná.

Odpovědět


není to tak

Pavel Brož,2013-03-25 19:37:35

předpokládáte platnost vztahu pro sčítání rychlostí, který platí dostatečně přesně pro malé rychlosti, ale pro velké už neplatí. Skládají-li se dvě rychlosti v1 a v2, výsledkem není rychlost v1+v2, ale rychlost:

(v1+v2)/[1+(v1*v2/c^2)]

Ve Vaše, příkladu by obě rychlosti byly rovny c, tj. v1=c a v2=c. Zkuste si naschvál dosadit do tohoto vzorečku, a zjistíte, že Vám kupodivu vyjde c, nikoliv 2c.

V oboru nerelativistických rychlostí, ve kterém získáváme své zkušenosti s tím, jak se věci kolem nás chovají a jak se pohybují, ten vzoreček přechází velice přesně v součet v1 a v2, protože jmenovatel se jen zanedbatelně málo liší od jedničky. Tento obor rychlostí zahrnuje i pro nás zdánlivě tak rychlé děje, jako jsou třeba mezikontinentální rakety, které umí létat až několikanásobkem rychlosti zvuku (třeba střely z palných zbraní jsou ve srovnání s nimi zoufale pomalé) - i pro tyto rakety přechází přesný vzoreček výše dostatečně přesně na součet rychlostí. Teprve když se ty rychlosti začnou opravdu blížit rychlosti světla, začne ten vzoreček dávat výrazně něco jiného než čekáme.

Odpovědět


p. Brož

Lukáš Píše,2013-03-26 11:46:53

(pravděpodobně se můj příspěvek nezařadí správně)

Děkuji za odpověď a upřesnění. Je to velice zajímavé téma...U mě se vytvořila dost utkvělá představa již ze sledování předchozích diskuzí asi jsem ne uplně vše hned pochytil...:)

Odpovědět

Kdyz se zpresnuji mereni

Vaclav Knowledge-integration,2013-03-25 00:03:33

tak proc by melo byt divne, ze v tom CMB nachazime anizotropie? Prece na velkych skalach jsme izotropii nalezli, takze tam je, a spis bych se divil, kdyby pri blizsim zkoumani jsme nenalezali zadne fluktuace. Proc by se mel vesmir rozpinat vsude stejne rychle?

Nemuzeme vynaset zadne soudy, nebo byt prekvapeni, kdyz nevime nic o te temne energii napriklad. A jen blazen by bral dosavadni teorie z teto oblasti za nejaka konecna reseni, maximalne jsou to hrube skece, moznosti... takze bysme proste meli sbirat pozorovaci data a nebyt zklamani nebo nadseni kdyz kostky nepadaji, nebo padaji nejake teorii. Mela by to byt lekce tem, kteri pod rouskou establishmentu ty vselijake kosmologicke teorie nekdy brani zuby nehty.

Odpovědět

Pavel Bakala,2013-03-24 22:16:45

Dobrý večer,

rád bych poděkoval Pavlovi Brožovi za upřesnění k "nadsvětelné" rychlosti při inflačním nafouknutí. K Vladimírovi : Já jsem samozřejmě neměl na mysli redshift a blueshift, díky kterému skutečně můžeme určit rychlost naší lokální skupiny galaxií vůči "CMB rest frame". Ale data z Plancku ukazují, že i při odfiltrování tohoto efektu zbydou jemnější anomálie - anizotropie. BTW už je aktualizované heslo na wikipedii : http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_microwave_background_radiation , viz sekce : Low multipoles and other anomalies. Ale o příčinách si netroufám příliš spekulovat, už proto, že se živím astrofyzikou, ne kosmologií. Pokud bychom chtěli zůstat na poli obecné relativity, možná by bylo zajímavé nemít vesmír jenom expandující s RW metrikou, ale taky trošku rotující -gödelovský. Ale čort znajet :-)

Odpovědět


V té zprávě ESA o tom není téměř nic

Vladimír Wagner,2013-03-24 22:52:13

Díky Pavle Bakalo (těch Pavlů B. je nějak moc :-)) za upřesnění. Různé náznaky velkoškálové asymetrie a anomálie se sice pozorovaly i v datech WMAP či dokonce COBE (i když se nedalo rozhodnout, zda nejde jen o důsledek nepřesnosti měření). Je jasné, že jejich existence by vedla k pozměnění standardního modelu velkého třesku, ale opravdu bych se bránil tomu, že by to dokazovalo nějaké možnosti priviligovaného postavení Země či popíralo Koperníkovský princip (stejně jako jej nepopřel pohyb Země vůči reliktnímu záření). Jinak z té zprávy ESA se člověk nic nedoví. Jen, že ty pozorované anomálie jsou velmi malé, ale o tom, co by mohly znamenat nelze soudit vůbec nic. Tak snad, až bude více informací.

Odpovědět


Ty Planckem pozorované anomálie

Vladimír Wagner,2013-03-24 23:06:43

jsou také na hranici pozorovatelnosti. Stačí se podívat na graf: http://spaceinimages.esa.int/var/esa/storage/images/esa_multimedia/images/2013/03/planck_power_spectrum/12584050-5-eng-GB/Planck_Power_Spectrum.jpg
aby bylo vidět, že sice pro velké úhly (6 - 90 stupňů) je velikost fluktuací z Plancku (červené body z chybami) nižší než nejlepší fit standardního modelu (modrá čára). V zprávě ESA se tvrdí, že je o 10% nižší. Ale podstatné je, že pokud vezmeme v úvahu chyby měření (červené chybové úsečky) a chybu fitu standardního modelu (modře zabarvený region), tak v mezích chyb máme shodu. Takže není, stejně jako u minulých sond, zatím žádná najisto pozorovaná anomálie. A už vůbec nelze tvrdit, že by to vedlo k popření Koperníkova principu a důkazu nějakého privilegovaného postavení Země.

Odpovědět


oops, teď mě to docvaklo :-)

Pavel Brož,2013-03-24 23:08:19

Autor má stejné křestní jméno, omlouvám se :-) V diskuzi k jinému článku jsem dnes totiž zmínil dřívější společnou diskuzi s panem Wagnerem, tak jsem to automaticky vztáhl na sebe.

Odpovědět


Nápad

Milan Závodný,2013-03-25 06:14:35

Prečo by to nemohla byť anomália, spôsobená kvantovým javom ešte pred inflačným procesom? Súčasné reliktné žiarenie by bolo akousi fotografiou vtedy sa odohrajúceho kvantového "skoku"? Čiže akési zamrznutie počas fázového prechodu...

Odpovědět


Ahoj Pavle Broži,

Vladimír Wagner,2013-03-25 07:22:59

ten první příspěvek s otázkou byl opravdu na Tebe, takže jsi se správně ozval :-) Pak se do diskuze zapojil autor článku Pavel Bakala, Takže jsem se musel vypořádat s větším počtem Pavlů :-) Díky oběma za diskuzi tady i dříve.

Odpovědět


jenom mě ještě zaujala taková drobnost ...

Pavel Brož,2013-03-25 08:54:35

Autor v posledním odstavci svazuje dohromady dvě spolu ne úplně související věci, resp. ony spolu souvisí, ale jinak, konkrétně jde o tu úvahu, že Lorentzova invariance je svázána s homogenitou a izotropií prostoročasu, a že pokud je prostoročas anizotropní, pak by se mohlo jednat o náznak nové fyziky.

Tady se totiž směšují dva odlišné fenomény. Lorentzova invariance je v rámci obecné teorie relativity lokální symetrií, vesmír globálně žádnou Lorentzovu invarianci nemá, což lze nejsnadněji nahlédnout např. už jen díky jeho zrychlenému rozpínání, nicméně ani to není podmínkou, jak plyne z Friedmanových či Lemaitrových řešení. To, že vesmír je na velkorozměrové škále anizotropní či nehomogenní, není s Lorentzovskou invariancí nijak ve sporu, ta se týká lokální symetrie samotného prostoročasu, ne hmoty v ní rozložené.

Odpovědět


Pavel Bakala,2013-03-25 21:04:21

Tady bych si dovolil být mírně polemický.
Lorentzovská invariance není přece něco úplně odděleného, je to lokální vlastnost prostoročasu v našem vesmíru a minimálně její parametr - mezní rychlost - má k dalším fyzikálním konstantám ve vesmíru nějakou relaci. Pokud se mluví o nové fyzice, asi nějaká obecnější teorie by měla zahrnout relativitu jako podmnožinu a snad i něco říct více o relaci hodnot fyz. konstant. Proto se domnívám, že je docela užitečné testovat predikce OTR právě v mezních podmínkách - v silném poli nebo na kosmologických škálách, protože kde jinde by se mělo něco nového objevit ? Mimochodem, u kompaktních objektů dodnes není úplně jasné, že platí přesně relativistická řešení, a docela dost lidí se snaží najít nějaké známky odchylek od čisté Kerrovy geometrie u AGN nebo mikrokvazarů. Pokud vykazuje vesmír na největší známé škále nějakou anizotropii, tak mi v tomhle kontextu to připadá docela zajímavé. Jinak se omlouvám kolegovi Wagnerovi za familiérní oslovení a doufám, že až k nám přijede do Opavy udělat seminář,
nebude se na mně moc zlobit. Díky všem za připomínky a komentáře.

Odpovědět


ad Lorentzovská invariance

Pavel Brož,2013-03-25 22:02:37

Takhle, samozřejmě vždycky existuje možnost, že Lorentzova symetrie není přesná, že přesná symetrie se buď mírně liší, anebo dokonce že úplně přesná symetrie ani neexistuje. Tak např. existují v rámci celého dění kolem tzv. kvantových grup i modely, které pracují s tzv. deformovanou Lorentzovskou symetrií (popisovanou třeba nějakou deformovanou grupou q-SO(3,1), atd.). Svého času se to takovými q-deformacemi ve fyzice vysokých energií jenom hemžilo, dnes už je tato oblast spolu s přilehlou nekomutativní geometrií už delší dobu za svým zenitem. Naposledy byl na chviličku resuscitován díky chybnému výsledku ze známého neutrinového experimentu, kdy to chvíli vypadalo, že se neutrina mohou pohybovat malilinko rychleji než světlo.

Samozřejmě, že pokud by byla Lorentzova symetrie opravdu deformovaná, resp. pokud by platila jen přibližně, tak by se to docela dobře mohlo promítnout buď do extrémně velkých oblastí, kde by pak mohla být snáze viditelná, anebo třeba i do těch případných odchylek od Kerrovy geometrie.

Nicméně přesto platí, že obráceně tato implikace neplatí. Pokud je Lorentzova symetrie narušená, tak pak s velkou pravděpodobností toto uvidíme na distribuci hmoty a/nebo její rychlosti na velkých škálách. Pokud ale obráceně vidíme narušení symetrie v distribuci hmoty a/nebo její rychlosti na velkých škálách, tak z toho samozřejmě automaticky neplyne, že Lorentzova symetrie musí být narušená. Tak např. Vámi zmíněné Gödelovský rotující vesmír by samozřejmě vedl k velkoškálové distribuci rychlosti hmoty, která by nevykazovala potřebnou izotropii. Přesto ale je Gödelovské řešení postaveno na přesné Lorentzově symetrii.

Nicméně samozřejmě souhlasím s Vaším argumentem, že pokud se ta velkoškálová anizotropie prokáže, anebo pokud by se našly ty odchylky od Kerrovy geometrie v AGN, tak je to dobrý důvod pro zpozornění ohledně toho, zda třeba ta Lorentzova symetrie není mírně narušena.

Odpovědět


ad Lorentzovská invariance

Pavel Bakala,2013-03-25 22:44:39

Absolutní souhlas, ta implikace jistě není ekvivalencí, oběma směry neplatí. Proto také i článeček končí otázkou.
Gödelův vesmír je řešením Einsteinových rovnic, takže samozřejmě s narušením Lorentzovské invarince nemá společného nic. Kdysi dávno jsem vymýšlel (spolu s kolegyní z Turecka) metriku morfující mezi RW a Gödelem a v takovém vesmíru vyplněném vizkózním plynem vznikal orientovaný tepelný tok. Ale nikam to moc nevedlo :-( Třeba by bylo zajímavé to oprášit.

Odpovědět


To Vám v dobrém závidím

Pavel Brož,2013-03-25 23:37:39

ty nápady a možnost na nich pracovat, to já už jsem přes dvacet let pouze amatér, na akademii jsem se ohřál pár měsíců, pak z důvodů, které nechci rozebírat jsem odešel doufaje, že se vrátím, no a ono už se jaksi nevyskytla vhodná konstelace ... Takže do toho aspoň kibicuju, podobně, jako jedna má teta pro změnu do hub, jenže ve skutečnosti, kampak na ni se hrabu, ta pozná houbu se zavázanými očima na deset metrů po čuchu.

Velice se těším na Váš další článek!

Odpovědět

Jak je to sd

Vladimír Wagner,2013-03-24 17:56:12

Odpovědět


Jak je to s tou speciální pozicí a anizotropií?

Vladimír Wagner,2013-03-24 18:03:16

Nejsem na tyto věci expert, ale pokud si pamatuji, tak asymetrie v teplotě reliktního záření vedla k rychlosti Země vůčí reliktnímu záření zhruba 630 km/s. Jestliže orbitální rychlost Slunce v Galaxii je 217 km/s, tak se mi nezdá těch 600 km/s tak velká hodnota, aby se to nedalo vysvětlit pohybem v lokálním gravitačně vázaném systému a to by pak neznamenalo nic zvláštního, co by vybočovalo z klasické fyziky či kosmologie. Co si o tom myslíš Pavle?

Odpovědět


No já jsem taky překvapený

Pavel Brož,2013-03-24 18:25:35

Pamatuji si dobře, jak se tato asymetrie dříve vysvětlovala právě Doplerovsky na základě lokálního pohybu, naprosto samozřejmě a nikdo z toho nedělal vědu. Kdybych si dal tu práci, tak bych ty články mohl i dohledat, bylo by to ale pracné a je to myslím i zbytečné. Dříve se spíše poukazovalo na záhady týkající se tzv. Velkého atraktoru, místu, ke kterému směřovalo hodně galaxií, tzn. že tam byla statistická anomálie v rozdělení rychlostí galaxií rozmístěných přitom v docela velkém objemu. Těch 600 km/s nikdo tehdy neřešil jako záhadu, možná ale i v kontextu té anomálie pohybů vzhledem k tomu Velkému atraktoru. Ale to jen spekuluji...

Odpovědět


upřesnění

Pavel Brož,2013-03-24 18:55:44

holt už si nejsem jist pamětí, protože už je to taky hodně let, možná patnáct, co jsem o tm Velkém atraktoru četl, tak jsem se raději kouknul na wikipedii:

http://en.wikipedia.org/wiki/Great_Attractor

Co si pamatuji z té knížky, tak naše Galaxie měla být součástí toho clusteru galaxií, které pádily tou rychlostí cca 600 km/s jedním směrem, ve kterém pak byl hypoteticky předpokládán ten Velký atraktor.

Odpovědět


Great Attractor

Vít Výmola,2013-03-24 19:01:16

Problém není ani tak Velký atraktor, jako spíš Dark flow, s atraktorem snad ani nesouvisející: http://en.wikipedia.org/wiki/Dark_flow
Jinak mi taky přijde, že se přece pohyb Země, Slunce, galaxie (...) nějak na anizotropii reliktního záření podepsat musí. Tak snad nám to někdo objasní.

Odpovědět


Dark flow a Great Attractor

Pavel Brož,2013-03-24 19:38:56

Takhle, samozřejmě se můžu mýlit, osobně jsem to chápal tak, že ten Dark Flow je vlastně jenom jakési rozšíření hypotézy Velkého atraktoru na základě novějších dat. Zatímco původně se na základě měření mělo za to, že Velký atraktor by mohl být hypotetický objekt, ke kterému ty galaxie míří, tak podle novějších dat se ukázalo, že pro různé časové řezy (tj. pro rozdílně vzdálené galaxie, tj. pro různě staré jejich obrazy) se ta cílová oblast jistým způsobem mění. Z mého pohledu je tedy vlastně Dark Flow jakýmsi "upgradem" hypotézy Velkého atraktoru, kdy vlastně už není potřeba toho cílového objektu, ale uvažuje se spíše o velkorozměrové anomálii v tom pohybu galaxií.

Nedávno jsem viděl jeden populárně naučný pořad, ve kterém nějaká teoretická fyzička jásala, jak Dark Flow podporuje její avantgardní hypotézu, už si nepamatuji, jestli související s teorií mnoha vesmírů či něčím podobným. Ono po pravdě řečeno, podobných hypotéz jsou ročně generovány tucty, i jen na těch popularizačních pořadech se jich člověk za chvíli přejí, takže mi to opravdu v paměti neuvízlo...

Může to být ale i skutečný začátek radikálního zvratu v našich kosmologických modelech, něco podobného, jako byl objev zrychleného rozpínání vesmíru, či předtím inflační kosmologické modely. Možná se za deset let bude kosmologie diametrálně lišit od současných modelů, kdo ví.

Odpovědět

Jsem teda jen laik, ale co když je všechno

Karel Rabl,2013-03-24 13:42:33

obráceně a my někam padáme: např do obrovské černé díry ,je to podobné jako u vodopádu kdy počáteční rychlost je nulová a postupně zrychlujeme až dosáhneme takové rychlosti , která umožňuje vznik hmoty tedy času?

Odpovědět


jiný laický názor

Jiří Novák,2013-03-24 16:34:49

To by asi bylo patrné, že všechna hmota vesmíru směřuje nějakým směrem (do střdu černé díry), a že se navíc zahušťuje. Zatím pokud to dobře chápu pozorujeme opak.

Potom vidím problém s tím vznikem hmoty a času při dosažení nějaké rychlosti :-) Jak může být nějaká rychlost, když ještě není čas? Rychlost je podílem dráhy a času, takže kde není čas, tam není rychlost.

Odpovědět

rozpínanie priestoru

Frantisek Urban,2013-03-24 12:49:31

Myslím si, že ide o narastanie vzdialenosti spôsobené infláciou, teda expanziou priestoru. V podstate teda nejde o nadsvetelnú rýchlosť objektu ale o roztiahnutie priestoru nad limit rýchlosti svetla z hľadiska vnútorného pozorovateľa. Ak sa mýlim, tak ma niekto znalejší snáď opraví. Osobne si to predstavujem takýmto zjednodušeným myšlienkovým príkladom:

Predstavme si, že vzdialenosť medzi bodmi A a B je 10 metrov a ide o vesmír, kde je rýchlosť svetla 10 m/s a priestor sa rozpína skokovo tak, že každých 5 sekúnd sa z 1m stanú 2m.

Začíname teda so vzdialenosťou 10 m, ktorú svetlo z bodu A do bodu B preletí za 1 sekundu. Za dobu 5 sekúnd sa vzdialenosť zväčší na 20m a svetlu trvá uraziť vzdialenosť už 2 sekundy. Za ďalších 5 sekúnd vzdialenosť narastie na 40m a svetlu to trvá už 4 sekundy. Za ďalších 5 sekúnd vzdialenosť narastie na 80m. Tu už by potrebovalo svetlo na urazenie vzdialenosti 8 sekúnd, avšak už za 5 sekúnd narastie vzdialenosť na 160 m a za ďalších 5 na 320m. Svetlo z bodu A do bodu B teda už nikdy nedorazí. Dá sa tak tvrdiť, že body A a B sa od seba vzďaľujú "nadsvetelnou" rýchlosťou, avšak skutočnosť je taká, že medzi nimi lokálne pribúda priestor rýchlejšie, ako je v konečnom súčte svetlo schopné uraziť.

Odpovědět


Zaradenie

Frantisek Urban,2013-03-24 12:54:14

Klasický problém diskusií na tomto webe :-)
Malo ísť samozrejme o reakciu na príspevok nižšie.

Odpovědět

nadsvětelná rychlost

Ivo Přikryl,2013-03-24 11:42:51

"Kvantové fluktuace byly později kosmologickou inflací nadsvětelnou rychlostí rozfouknuty do velkých rozměrů". Tak existence nadsvětelné rychlosti je už akceptována? A jak se taková rychlost dá vůbec stanovit. Mohly být tehdy vůbec jednotky vzdálenosti a času srovnatelné s jejich současnými hodnotami? Jsou snad nějak přenositelné i vně našeho vesmíru?

Odpovědět


Nadsvětelná rychlost a kauzalita

Pavel Brož,2013-03-24 16:13:03

Teorie relativity má problém s nadsvětelnými rychlostmi pouze tam, kde by měly narušovat příčinnost, tj. kauzalitu - tzn. že by následek mohl v některé soustavě předejít příčinu. Pokud se vezme Lorentzova transformace, která udává vztah mezi dvěmi vůči sobě se pohybujícími se soustavami, tak se dá ukázat, že v nějaké soustavě by byla při nadsvětelném přenosu ať už informace, signálu či hmoty (což je vše ekvivalentní) právě tato příčinnost narušena. Zní to sice neuvěřitelně, ale je to opravdu matematický důsledek Lorentzovy transformace, a tento konkrétní výsledek se běžně učí ve vysokoškolské výuce teoretické fyziky.

Důležité je tam ale právě ten přenos informace. Pokud se kompletně celý prostor rozpíná, tak tím žádnou informaci nikam nepřenesete, prostě jednotlivé body se budou od sebe vzdalovat, ale žádná informace z bodu A do bodu B se tím nedostane. Lokálně nadále platí omezení na podsvětelné rychlosti - tzn. že nejde např. sestrojit pušku, která by zloducha zasáhla střelou pohybující se nadsvětelnou rychlostí - zloduch by padl, čímž by obdržel tu informaci, že jsme po něm vystřelili. Problém je v tom, že v případě té nadsvětelně rychlé střely se pak díky Lorentzovým transformacím dá ukázat, že existují soustavy, ve kterých děj vypadá přesně časově obráceně - padlý zloduch vstává ze země, z hrudi se mu vynořuje kulka a zaceluje se mu rána v hrudi, kulka potom letí do naší pušky, při vletu do hlavně nacucne z okolního vzduchu dým, nárazem vrátí úderník do výchozího stavu, odmáčkne kohoutek a zajistí zbraň.

Vzdálené galaxie se v důsledku rozpínání prostoru mohou vůči nám pohybovat nadsvětelnou rychlostí, ale problém nevzniká, protože tou vzdalující se galaxií nemůžete dostřelit do jiné vzdalující se galaxie, ony se totiž od sebe vzdalují všechny navzájem.

Odpovědět


nadsvetelna rychlost a kauzalita

Alexandra Zahradnikova,2013-03-25 13:53:02

to o tej puske a gulke ak leti nadsvetelnou rychlostou mi pride nejake padle na hlavu. Gulka je najprv v puske a az potom preleti chlapikom, takze kauzalita nemoze byt porusena ci leti rychlejsie ako svetlo alebo nie. Skor si viem predstavit, ze pokial su strelec a streleny dostatocne daleko od seba, tak streleny moze byt zasiahnuty skor ako vidi strielajuceho zdvihnut strelnu zbran. Pre pozorovatela ktory stoji za zastrelenym sa moze javit ze gulka bola vytrhnuta zo zastreleneho a vcucnuta do pusky, ale kedze zastreleny bude padat podsvetelnou rychlostou v ziadnom pripade sa nemoze javit akoby vstal zo zeme.

Kazdopadne ani v tomto pripade nebude porusena kauzalita v skutocnosti, iba pre pozorovatela, a to ten pozorovatel musi byt vzhladom na drahu letu gulky spravne postaveny. Este zaujimavejsie by bolo postavenie pozorovatela niekde pozdlz drahy gulky, ktory by najpr videl materializovat sa naraz dve gulky letiace opacnym smerom rovnakou rychlostou, z ktorych jedna by vletela do zastreleneho a druha do hlavne pusky. Myslim ze vznik castice a anticastice s tak presnymi drahami letu by za to pozorovanie stali... ;)

Odpovědět


ad paní Zahradníková

Pavel Brož,2013-03-25 21:33:41

není to bohužel tak jak píšete, a důvod je v tom, že čas plyne v pohybující se soustavě jinak, než v soustavě původní. Je to opět kontraintuitivní, ale ve fyzice, stejně tak jako v matematice, existuje strašně hodně kontraintuitivních výsledků. Zatímco v matematice rozhoduje o správnosti těch výsledků logická exaktnost důkazu, tak ve fyzice o nich rozhoduje vždy nakonec experiment, který ovšem musí umět vyrobit ty podmínky v běžném životě naprosto neobvyklé (např. urychlit částice na rychlost blízkou rychlosti světla, podchladit systém na teplotu blízkou absolutní nuly, atd. atd.).

Kauzalita samozřejmě nemůže být porušena v soustavě, ve které střelec stojí, a to ani kdyby kulka z pušky letěla tisícinásobnou rychlostí světla. Problémem ovšem je, že v pohybující se soustavě se čas viděno očima střelce zpomaluje, a díky dalším netriviálním odlišnostem se také mění množina dějů, které pozorovatel v té či oné soustavě vnímá jako současné. Opět to není žádný pochopitelný ani intuitivní výsledek, plyne to z rovnic, které byly experimentálně ověřovány ve statisících experimentů.

Díky tomu události, které dělí z pohledu jednoho pozorovatele (dejme tomu že z pohledu střelce) třeba jedna vteřina, může z pohledu jiného pozorovatele (který se vůči střelci pohybuje a jen pasivním svědkem celého dramatu) dělit třeba jedna desetina vteřiny.

Pokud ten rozdíl časů má v obou soustavách stejné znaménko, nemusí nám to tolik vadit, můžeme si říct, budiž, čas sice v každé soustavě plyne jinak, ale kauzalita je zachována v obou, tzn. v obou soustavách střelec nejprve vystřelí, a teprve až potom kulka zasáhne padoucha.

Mohli bychom se zajímat, za jakých okolností povedou ty dilatace času ke stejnému znaménku v rozdílu času výstřelu a času zásahu. Mohlo by se třeba stát, že zatímco v soustavě střelce bude ten rozdíl plus jedna vteřina, tak v jiné soustavě, která se pohybuje vůči střelci (pozor, pozorovatelem tam není cíl té střelby, který se vůči střelci nemusí pohybovat, ale jenom nějaký náhodný svědek) by ten rozdíl už byl třeba ne plus, ale minus desetina vteřiny?

Ukazuje se, že toto se opravdu stát může, pokud prostorové a časové souřadnice obou událostí - výstřelu a zásahu - lze spojit pouze nadsvětelnou rychlostí. Takové události samozřejmě existují, např. pokud nyní na Slunci vytryskne erupce, a minutu na to zhasne tady na Zemi celá Kanada, tak aby ta erupce měla tu kanadu na svědomí, musela by se pohybovat osminásobkem rychlosti světla, protože světlu trvá cesta ze Slunce na Zemi osm minut, ne jednu minutu. Takže najít dvě události s dostatečně malým časovým odstupem je vždy možné, ovšem co už není vždy možné, je spojit takové události kauzálně, tj. aby jedna byla příčinou té druhé.

Pokud najdeme takové dvě události, že by je bylo možné kauzálně spojit jenom nadsvětelným signálem, tak potom z rovnic popisujících transformace délek a času v pohybujících se soustavách, plyne, že v některých pohybujících se soustavách by se to znaménko rozdílu těch časů obrátilo. Opět zdůrazňuji že se nejedná o intuitivní ani nějak filosoficky vydedukovatelný výsledek, dá se to pouze odvodit z rovnic, jejichž správnost byla mnohokrát testována v jiných experimentech.

Jinými slovy, v teorii relativity spolu kauzalita a maximální rychlost přenosu informace velice úzce souvisí, čímž se teorie relativity liší od předrelativistické - Newtonovské - fyziky. V Newtonovské fyzice plynul čas ve všech soustavách stejně rychle, nedeformovaly se vzdálenosti, rychlost přenosu informace mohla být limitně nekonečná. Kauzalita ohrožena být nemohla v žádné soustavě. Ve speciální teorii relativity je tomu jinak, požadavek kauzality si automaticky vynutí, že maximální rychlost přenosu informace (či hmoty) musí být rovna rychlosti světla, nikdy ne vyšší, protože pak by se kauzalita mohla narušovat (resp. v některých soustavách by platila, a v jiných ne).

Odpovědět


ad pan Broz

Alexandra Zahradnikova,2013-03-26 09:54:32

dakujem za upresnenie, ale mam pocit ze hovorime o tom istom. Ano, suhlasim, z pozicie pozorovatela moze byt kauzalita narusena, ale je to stale len pozorovatel. A aj ked vieme veci merat, musime si byt predsa neustale vedomi moznej chyby v merani a tiez chyby v interpretacii. Kazdopadne kauzalita z pohladu letiacej gulky (ktora je v tomto priklade jediny nadsvetelny objekt) je stale zachovana. Alebo nie?
Kazdopadne suhlasite so mnou, ze nie cela sustava sa javi v opacnom pohybe - teda ze zloduch nevstane a puska sa po vlete gulky nezaisti.

Odpovědět


ad paní Zahradníková

Pavel Brož,2013-03-26 21:40:24

moc se omlouvám, špatně jsem zařadil odpověď na Váš komentář, je nyní výše s nadpisem drobná oprava.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace