Nadsvětelné rychlosti neutrin přežily první zkoušku  
V předchozích dvou týdnech provedl experiment CNGS (CERN to Gran Sasso) nové testy, které mají analyzovat možné zdroje chyb při měření rychlosti neutrin.

Zvětšit obrázek
Znázornění podzemního zařízení v CERN, kde Super Proton Synchrotron (SPS) urychluje protony na energii 400 GeV. Pak jsou pomocí magnetického pole nasměrovány do grafitového terčíku, kde ve srážkách s atomovými jádry produkují mezony pí. Ty se pak rozpadají za vzniku mionu a mionového neutrina. Kredit: T. Adam et al., arxiv

Rychlost neutrin se určuje tak, že mionová neutrina produkovaná pomocí urychlovačů v laboratoři CERN jsou zachycována v detektoru OPERA umístěném v 732 km vzdálené podzemní laboratoři v italském pohoří Gran Sasso. Podrobný popis experimentu a výsledky předchozího měření rychlosti shrnuje článek Překračují neutrina mezní rychlost světla? Nabízí také přehled možných zádrhelů, které mohou experiment provázet. Vzhledem k významným dopadům na další rozvoj fyziky, které by případné nezpochybnitelné potvrzení naměřené nadsvětelné rychlosti neutrin mělo, je velice důležité všechny možné zdroje nepřesností a nejistot analyzovat a vyloučit.


Problém při využití dlouhého pulzu

Jedním z nich je dlouhý čas pulzu protonového svazku, který v konečném důsledku mionová neutrina produkuje. Ten trval deset a půl mikrosekundy, tedy 10 500 nanosekund (miliardtin sekundy, zkratka ns). Připomeňme, že pozorovaný rozdíl mezi rychlostí světla a neutrina byl pouze okolo 60 ns. Bohužel, i když se při každém pulzu produkuje velký počet neutrin, je velké štěstí, když se z nich alespoň jedno zachytí v detektoru OPERA. Vždyť za dva roky činnosti detektoru se sice využilo k produkci neutrin 1020 protonů, ale pouze 16 111 mionových neutrin se podařilo zaregistrovat. Neví se tak, jestli neutrino, které OPERA zachytila, pochází ze začátku pulzu, z jeho středu nebo úplného konce. U konkrétního neutrina tak nelze dobu letu určit a nejistota je zmíněných 10 500 ns délky pulzu. Proto se při měření rychlosti neutrin musela data dlouho nabírat, aby zachycené částice vykreslily dostatečně přesně celý tvar neutrinového pulzu. Ten se pak srovnal s tvarem pulzu protonů produkujících neutrina. Posun těchto dvou pulzů umožnil určit dobu letu neutrin z laboratoře CERN do laboratoře Gran Sasso. Přesnost určení je dána statistikou počtu zachycených neutrin a představu o ní nám můžou poskytnout obrázky, na nichž je srovnání detailu přední a zadní hrany protonového pulzu, který neutrina produkuje a pulzu, který vytváří zachycená neutrina.


Srovnání hran pulzu protonu (červená čára) a pulzu neutrin (body s vyznačenou statistickou chybou) posunutými tak, aby se co nejvíce překrývaly. Jde o dvě různé extrakce protonů, které probíhají při jednom urychlování. V předchozím článku na Oslovi bylo srovnání celých pulzů (Zdroj: arXiv:1109.4897).

 

Zvětšit obrázek
Tvar protonového pulzu, který produkuje mezony pí, jejichž rozpadem vznikají neutrina (zdroj arXiv 1109.4897).

Proč nezkusit krátký pulz?

Využívání dlouhých pulzů nebylo dáno potřebami měření rychlosti neutrin, ale hlavním cílem experimentu CNGS, kterým je přímé potvrzení oscilací mionového neutrina na tauonové (viz První přímé pozorování oscilace mionového neutrina na tauonové). Zachycení tauonového neutrina vzniklého oscilací mionového je extrémně náročné. Zatím se podařilo zachytit pouze jedno a za předpokládanou více než desetiletou činnost experimentu se jich má zachytit asi šest. Je tak možné s jistou nadsázkou říci, že si fyzici na tomto experimentu krátili měřením rychlosti neutrin dlouhé nudné čekání na tauonová neutrina. A zadělali tak fyzice na opravdu zajímavý problém a sobě třeba na Nobelovu cenu.


 Teď opět vážněji. Je jasné, že je možné pulz protonů dostatečně zkrátit a udělat mezi nimi dlouhou mezeru. Tím u každého z neutrin víme přesný čas, kdy vyletělo, a pro měření rychlosti jich pak stačí zachytit pár. Měří se totiž rychlost každého zachyceného neutrina. Proto začali v laboratoři CERN pracovat v režimu, kdy pulz trval zhruba 3 ns a mezi dvěma pulzy byla mezera 524 ns. Pak v takovém režimu sice v pulzu na terč dopadá daleko méně protonů (zhruba 1012), takže celkově za experiment okolo 1016, ale to postačuje. Celková statistika je tak šedesátkrát menší, než by byla při provozu s dlouhým pulzem. Asi dva týdny práce v tomto režimu umožnilo detekovat a změřit rychlost dvaceti neutrin.

 

I když je v jejich dobách  letu jistý rozptyl, přesto ukazují shodu s výsledky získanými dříve. Rozdíl mezi dobou letu jednotlivých neutrin je zhruba 40 ns. To může sice ukazovat na problémy v časování, ale jejich střední hodnota zhruba odpovídá tomu, co se zjistilo při analýze předchozích měření. V tomto směru nový experiment plně potvrdil předchozí zjištění o nadsvětelné rychlosti neutrin.

 

Star Trek na obzoru?

Je tedy možné otevřít šampaňské a oslavit prolomení hranice rychlosti světla? Nejen podle mého názoru by to nyní bylo ještě hodně předčasné. Tímto experimentem se vyřešil pouze jeden problém -  nejistota okolo délky pulzu. Všechny kalibrace i způsob časování byly však stejné jako v předchozím měření. Pokud se problém či chyba nachází tam, nový experiment ji neodstranil. Tím se potvrzení či vyvrácení výsledku z CNGS a OPERY jiným nezávislým experimentem stává ještě důležitějším.

Zvětšit obrázek
Posun času příletu oproti příletu světelného signálu u dvaceti zachycených neutrin. Modrou značkou je definován výsledek původního měření. (Zdroj arXiv 1109.4897).


Jednou z možností je nová analýza dat získaných experimentem MINOS, který zachycoval neutrina z laboratoře Fermilab. V tomto případě byla střední energie neutrin zhruba 3 GeV, tedy několikanásobně menší, což však není velký rozdíl. Původní analýza také určila rychlost neutrin o 5,1 tisícin procenta větší než rychlost světla. Ovšem s chybou 2,9 tisícin procenta. Protože jde o tzv. jednu standardní odchylku, je výsledek v podstatě shodný i s tvrzením, že se rychlost neutrina v rámci nejistoty měření neliší od rychlosti světla. Fyzici z experimentu MINOS doufají, že se jim pečlivější analýzou podaří nejistotu měření zmenšit. Pak bude záležet na tom, jestli hodnota rozdílu rychlosti neutrina a rychlosti světla zůstane stejná nebo se přiblíží nule. Experiment MINOS už nemůže nabrat nová data. To by však v budoucnu mohly detektory v japonské podzemní observatoři Kamioka, které zachycují neutrina produkovaná urychlovačem J-Parc (Tokai) v experimentu T2K (Tokai to Kamioka). Problém je, že se urychlovač nachází v oblasti Japonska zasažené v březnu zemětřesením. Rekonstrukce sice probíhá, ale Japonsko musí řešit řadu dalších problémů a nemůže nyní do vědeckých experimentů dát dostatek prostředků. Právě výsledky z OPERY by mohly přitáhnout pomoc a investice i ze zahraničí.


Pokud mohu vyslovit svůj osobní názor, tak stále zůstávám značně skeptický. Mým hlavním důvodem je rozpor s detekcí neutrin ze supernovy, který jsem popsal v minulém článku. Časování a další aspekty měření jsou na hranici technických možností a opravdu potřebují co nejpečlivější prověření. Ovšem fyzici v laboratořích CERN a Gran Sasso udělali obrovský kus práce. Další experimenty a testy budou probíhat příští rok. Ať už nakonec vše dopadne jakkoliv, jde o velmi zajímavou událost i fyziku, která posouvá hranice našeho poznání.



Poznámka: Plná informace je dostupná v nové verzi původního článku na serveru arxiv, kde je doplněna část věnovaná měření s krátkým pulzem.



Datum: 18.11.2011 18:28
Tisk článku

Kniha o fyzice - Pickover Clifford A.
 
 
cena původní: 699 Kč
cena: 587 Kč
Kniha o fyzice
Pickover Clifford A.
Související články:

Překračují neutrina mezní rychlost světla?     Autor: Vladimír Wagner (30.09.2011)



Diskuze:

A je to.

Poz Návám,2011-11-21 22:16:54

Tak se dnes dozvídáme, že je vše jako dřív a neutrina jsou opravdu pomalejší než "c". Nevíte někdo v čem byla chyba?

Odpovědět

Miroslav Novak,2011-11-21 08:19:58

to Gf Fs: Dakujem za pripomienky, slovicko uspesny som myslel v tom istom zmysle, ako bolo pojednane v clanku a prispevkoch, cize ked vieme naisto, ze to bolo neutrino, povazujem detekciu za uspesnu.

Zial, co sa tyka linkovanych korekcii, stale tam nevidim to najpodstatnejsie: Korekciu samotnej rychlosti Zeme v ramci vesmiru, resp. prenesene cez slnecnu sustavu a na mliecnu drahu. Linkovane korekcie sa vztahuju len na rotaciu Zeme, obeh okolo Slnka a rotaciu slnecnej sustavy v mliecnej drahe. Ak predpokladam, ze nasa galaxia uz nie je sucastou inej supergalaxie, ale patri do spolocnej mnoziny vsetkych galaxii, potom je nutnou informaciou rotacia mlecnej drahy (pripadne ostatnych supergalaxii) a rychlost galaxie od stredu vesmiru.

Podla mojho nazoru su spominane korekcie len "na pol ceste". Najdolezitejsia korekcia na rychlost mliecnej drahy voci stredu vesmiru tam chyba.

Prajem prijemny den
miro novak

Odpovědět

moje soukromá hypotéza

Pavel Hudecek,2011-11-21 00:14:25

Osobně se domnívám, že kdyby se naměřené výsledky potvrdily, lze je nejsnáze vysvětlit tím, že by neutrina oscilovala ještě navíc rychlostně. Prostě by chvíli letěla míónová neutrina nadsvětelně, pak chvíli tauónová podsvětelně a tak by se to pořád střídalo. V případě oscilací rychlosti by tak rychlost změřená na libovolné vzdálenosti zůstala v intervalu c +/- amplituda oscilace.

Tak by bylo možné vysvětlit, proč v případě supernovy SN1987a nepřiletěla o několik let dříve, resp. ještě mnohem dříve, kdyby měla tachyonovou povahu.

Odpovědět

Rychlosti neutrin su spravne

Miroslav Novak,2011-11-20 21:19:33

Dakujem panom Wagnerovi a Brozovi za skutocne trpezlive a vycerpavajuce informacie vo svojich prispevkoch.

Naznacujete tu, ze mozno mat na teorie a experimenty pohlad skrz Gallileovu ci Lorentzovu transformaciu, cize pohlad nerelativisticky a relativisticky.

Nie som teoreticky fyzik, preto len pred nedavnom som bol "dokopany" si nastudovat trosku podrobnejsie teoriu relativity. V ramci nej si coto precitat o Michelsonovom neuspesnom pokuse dokazat eter. Nasledne o "uspesnom" Hafele experimente - ceste atomovych hodin okolo sveta. Cim viac citam podrobnosti, tym viac ustupujem z relativistickych teorii. Michelsonov pokus jasne ukazal, ze na vysledky experimentu mali vplyv "sezonne" vykyvy (rotacia Zeme, obeh okolo Slnka). Twean paradox bol dokazany na zaklade coho? Cuduj sa svete, bol dokazany na zaklade predikcii z predoslych merani na Concorde a Boening 707. Bol som velmi sklamany, preco neboli pouzite tak "jednoduche vzorce" pre vypocet dilatacie casu, ale experiment prevadzany na zaklade experimentalnych merani, nie teoretickych vypoctov. Najviac ma vsak na tomto experimente fascinoval jav dilatacie casu ci do plusu, ci do minusu. Ze by sme uz poznali aj zapornu rychlost? Vieme, ze aby predsa to medialne zname dvojca prislo spat mladsie, staci, aby lietadlo/raketa letela dostatocne rychlo a dostatocne dlho. Ale aby dvojca prislo starsie, to by raketa musela letiet zapornou rychlostou. Inak predsa nemoze prist starsie. Poslat raketu/lietadlo na vychod, druhe na zapad? Toto moze niekomu stacit k imitacii zapornej rychlosti?

Nadobudol som dojem, ze s relativistickou teoriou nie je nieco v poriadku. A terajsie pokusy s neutrinami to len potvrdzuju. Vysvetlim, preco su podla mojho nazoru merania v CERNe spravne.

Pokuste sa oprostit od druheho postulatu Loretzovej transformacie (ze rychlost svetla nemozno scitat, ale len doplnat do c).
Dalej si je treba uvedomit niekolko "drobnosti", ako napriklad to, ze na zaciatku bol Velky tresk a dnes sa nasa Zem v ramci rozpinania vesmiru pohybuje od stredu vesmiru (tam, kde doslo k tomu tresku) a nasa Zem ma nejaku "cestovnu" rychlost. Podla mojich laickych vedomosti by tato cestovna rychlost Zeme mala byt okolo 20000 km/s, co je asi zhruba 6% rychlosti svetla.

Ak teda su prevadzane experimenty s neutrinami, treba si uvedomit, ze prvou vztaznou sustavou je pohyb Zeme s vektorom rychlosti velkosti v1=0,06c a smerom od stredu vesmiru.
Ak je v ramci experimentu zachytene neutrino s casovym rozdielom od teoretickej rychlosti svetla vo vakuu, treba tejto rychlosti svetla odratat rychlost Zeme v1 s prihliadnutim na vektor rychlosti v1 vzhladom na vektor dany bodmi CERN a Gran Sasso.

Vektor rychlosti v1 sa da experimentalne zistit sadou spravne navrhnutych merani neutrin v case a v priestore. V case je treba respektovat, ze vektor rychlosti v1 sa "sezonne" meni podla rotacie Zeme a obehu okolo Slnka. Vplyv pohybu Slnecnej sustavy a nasej galaxie je trosku dlhsou pesnickou.
V prodoslom prispevku som uz poukazal, ze vysledky merani osciluju medzi 40 az 90 ns, co signalizuje denne vykyvy (vzhladom na len 2tyzdeny experiment). Osobne predpokladam, ze tieto hodnoty by mali oscilovat az do minusovych hodnot, cize v priebehu 24 hodinoveho cyklu by mali neutrina dosahovat mensiu nez teoreticku rychlost svetla a to este ponizenu o samotnu vlastnu ich mensiu rychlost vzhladom na ich nenulovu hmotnost.
Experiment je vhodne previest aj z hladiska priestoroveho, dnes je realne poslat neutrina do Japonska, ci USA, najvyhodnejsie by to asi bolo poslat ich protinozcom, resp. tak, aby v ramci denneho cyklu bolo jedno meranie smerujuce k stredu vesmiru a druhe od stredu vesmiru, obdobne aj pre rocny cyklus.

Vysledky merani zanesene na casou os by mali byt v tvare sinosuvky Ss s dlzkou 1 rok (obeh okolo Slnka) modulovane sinusovkou Sz s dlzkou 1 den (rotacia Zeme). Amplituda Ss a Sz zavisi na skutocnej polohe stredu vesmiru voci osi rotacie Zeme a osi obehu okolo Slnka.

Na zaklade tychto skutocnosti bude moct byt meranie rychlosti neutrin opravene o rychlost v1 a ukaze sa, ze rychlost neutrin je tead normalna, ze rychlost svetla netreba precovat a netreba nic menit ani na E=mc2.
Obdobny charakter vysledkov (posun casov tam aj spat) maju aj povodne Michelsonove pokusy a aj Twean paradox experiment. Matematicky bude uspesne popisany aj problem, preco maju atomove hodiny ine vysledky co i len zmenou nadmorskej vysky.

Vysledy merani preukazu, ze na vysvetlenie dnesnych fyzikalnych javov nepotrebujem relativisticku teoriu, pretoze tieto javy vieme popisat teoriou jednoduchsou (Occamova britva) a ze relativisticka teoria nepreukazuje vzdy spravne vysledky (Popperova falzifikovatelnost).
Nezakomponovavanie rychlosti Zeme v ramci vesmiru bolo nahradzane relativistickou teoriou. Clovek by neveril, aka "pitomost" dokaze zrusit 100 rokov trvajucu teoriu relativity.

Ked uz tak aspon budeme vediet, kde sa nachadza stred vesmiru, akou rychlostou od neho cestujeme, ci sa tato rychlost zvysuje, ci zmensuje a mnoho dalsich praktickych informacii.

Ospravedlnujem sa niektore myslienkove skratky, v pripade zaujmu dovysvetlim moje "pochody".

Dakujem vopred za trpezlivost mojej trestuhodnej herezie a prajem prijemny vecer
miro novak

p.s. V ramci oprav preklepov som zistil, ze som casto napisal nutrino. Aku ma neutrino nutricnu hodnotu? A ake ma Rosemary rozmery?

Odpovědět


dodatok

Miroslav Novak,2011-11-20 21:25:10

Este som zabudol dodat, ze rozdiely v priemernych hodnotach z predoslych a terajsich merani poukazuje na sezonny vykyv sposobeny obehom Zeme okolo Slnka

Odpovědět


Nepravdepodobne

Martin Hejtmanek,2011-11-20 21:36:50

Aniz bych jakkoliv znal detaily kterehokoliv z tehle experimentu, tak to vidim jako velmi nepravdepodobne, protoze i jako laika me tahle moznost napadla jako prvni a nepredpokladam ze by vedci podilejici se na tom experimentu nebo publikum ktere se snazilo na nem najit chyby takovou trivialni vec nezohlednili. Pokud by to tak bylo, tak by se zrejme ani ke skutecnemu konkretnimu vysledku nedobrali, protoze by jim vysledky mereni pomerne dost litaly mezi podsvetelnou a nadsvetelnou rychlosti (az o tech 6% obema smery).

Odpovědět


nazor nadseneho amatera

Miroslav Novak,2011-11-20 23:38:34

Chcem zdoraznit, ze tie vysledky predpokladam, teda netvrdim, ze take su/budu. Na jednej strane mi nehra do karat, ze zverejnene vysledky su len v rozsahu +40 az +90 ns, ale je tu skutocnost, ze je to len 20 z 36 uspesnych merani. Otazkou je tych 16 vyradenych. Co je pricinou ich vyradenia? Aka je ich poloha na casovej osi? Nechcem spekulovat, len mi to dava taku malu nadej, ze...

Hovorite, ze vidite ako velmi nepravdepodobne, ze by vedci nezohladnili taku trivialnu vec. V danej sprave o experimente o tom nevidim ani pismeno. Bud som slepy, alebo to naozaj tam nie je a teda to nezohladnili.
Dalej hovorite, ze [to / stred vesmiru, rychlost Zeme v ramci expanzie, vektor trasy Zeme] je trivialna vec. Uz som napisal, ze mozno uz niekto stred vesmiru a vektor rychlosti Zeme definoval. Len vdaka mojej kratkej angazovanosti v tomto odbore o tejto skutocnosti neviem.
Ale ako som uviedol v predoslom, neakceptovat 6% (tu hodnotu som nasiel v neserioznom zdroji, takze to moze byt aj 0,6%) je dost kriticke.

Odpovědět


Re: nazor nadseneho amatera

,2016-04-01 21:16:33

este jedna vec hovori Vam nieco materiali so zapornym indexom lomu alebo permitivitou? Tam sa siri vlny opacnym smerom ako energia. viete co to fyzikalne znamena,teda okrem zapornej rychlosti,ktoru ste spolemizoval

Odpovědět


Gf Fs,2011-11-21 05:39:49

pisete:
...ale je tu skutocnost, ze je to len 20 z 36 uspesnych merani. Otazkou je tych 16 vyradenych. Co je pricinou ich vyradenia? Aka je ich poloha na casovej osi? Nechcem spekulovat, len mi to dava taku malu nadej, ze...

To slovo uspesnych jste si tam pridal Vy. Vyborny popis experimentu je v prvnim clanku pana Wagnera. OPERA funguje ve dvou fazich. V prvni elektronika vybere mereni ktere by mohly byt interakce neutrin. to je tech 36. V druhe fazi je potreba vyjmout relevantni cihly z detektoru, sejmout kinofilm a ten klasicky vyvolat. Az pak mate jistotu, ze se jednalo o neutrino. A to je tech 20, ktere zbyly. Samozrejme nechcete prijit o zadnou skutecnou detekci neutrina, tak nechate elektroniku oznacit i mene pravdepodobne udalosti.

dale pisete:
Hovorite, ze vidite ako velmi nepravdepodobne, ze by vedci nezohladnili taku trivialnu vec. V danej sprave o experimente o tom nevidim ani pismeno. Bud som slepy, alebo to naozaj tam nie je a teda to nezohladnili.

cituji ze strany 16 jejich clanku:
Corrections were also applied to take into account the Sagnac effect caused by the rotation of the Earth around its axis. This yields an increase of TOFc by 2.2 ns, with a negligible error. The Earth’s revolution around the Sun and the movement of the solar system in the Milky Way induce a negligible effect, as well as the influence of the gravitational fields of Moon, Sun and Milky Way, and the Earth’s frame-dragging [39]. The relative effect of the Earth’s gravitational field on the Schwarzschild geodesic amounts to 10-8 and it is therefore totally negligible. The gravitational red-shift due to the different CERN and LNGS altitudes produces an even smaller relative effect of 10-13 on the clocks in between two common-view synchronisations [39].

a primy odkaz na citaci 39: "Special and General Relativity corrections to the OPERA neutrino velocity measurement"
http://operaweb.lngs.infn.it/Opera/publicnotes/note136.pdf

Odpovědět


Trivialnost vs. trivialnost

Martin Hejtmanek,2011-11-21 11:33:13

Tim trivialni jsem samozrejme nemyslel ze by bylo trivialni zjistit kde takovy bod lezi a jakou rychlosti se vuci nemu pohybujeme. V tomhle pripade nam staci vedet prosty fakt ze ve vesmiru rotujeme, tj. at ten smer a rychlost je jakakoliv, tak uhel vektoru neutrin a te rychlosti se behem experimentu meni, a prave proto by i ty vysledky byly zkreslene prave tou nasi rotaci (ne jeji rychlosti, ale smerem ve kterem v danem okamziku miri svazek neutrin).

Odpovědět


Re: Rychlosti neutrin su spravne

,2016-04-01 18:53:58

x

Odpovědět


Re: Rychlosti neutrin su spravne

,2016-04-01 19:25:01

treba si uvedomit ramcove rpedpklady t.j. v akej dobe sa co poznalo a predpokladalo. Michelson s snazili zistit ci je spravna galileova transformacia a newtonove rovnice alebo lorentzova a maxwelove rovnice. Neuspech bol v tom ze vysvedok bol ze ani jedna!!!
Preco? dokazalo sa ze eter neni resp nestrhava zem (ani rotacne pan Novak) a tda by mala platit maxwelova teoria. Lenze maxwelovci (Faraday, Lorentz, a nakoniec Maxwell, Heaviside,..) ju postavili na pradpoklade eteru :) uz len abycajna Loretzova sila bola vyratana ako coriolisova sila na castice eteru (preto je tam omega ako ked derivujete jednotkovy krutiaci vektor)! Tolko teda k historii. Ti co tieto 2 teorie alebo rovnice poznaju vedia ze obe su spravne (v povodnom tvare), ale maju svoje obmedzenia lebo su len modelmi (maxwelove rovnice co sa ucia tie su upravene o potencialy,o skalare s quaternionov a tak enskor museli byt znovaobjavene ako termoelektricky jav alebo Arononov jav; ked zoberieme ale povodne rovnice s 1. edicie tak aj tam je vidno obmedzenia co sa vtedy poznalo teda tie moje ramcove predpoklady ako napr.vynechanie lavych produktov quaternionov,retardovanych potencialov, alebo vterajsia existencia len priecnych vln, pricom longitudalne sa uz vtedy poznali,sklararne z mechaniky tiez). Newtonove modeli mozem rovnako popisat ake maju obmedzenia,je tam plno singularit co evdie jedine ku kvantovej interpretacii rovnako ako pri elektromagnetizme. Cize zhrniem obe su spravne,aky zaver s to plynie pre rychlost svetla? to si skuste sami odpovedat,ale polozte si inu otazku co je to rychlost svetla? Je dana permitivitou a permeabilitou priestoru cize pristor kladie vlne odpor a nedovoli jej ist rchlejsie. Zacinaju sa teraz vytarat provokacne otazky! Ako je to v pripade ked mi z optickeho kabla vide signal (opakujem signal) skor ako vosiel? Ako je to v pripade ze vo vlnovode je rychlost svetla jednej vlny ja 4xC? Ako je mozen ze v graphene idu elektrony niekolkokrat rychlejsie ako v jeho 3D verzii? Odpovede necham na vas ale som ich naschval takto navolil aby to bolo jednoduchsie! Treba si uvedomit ze permeabila sa permitivita sa ``zhodou okolnosti`` objavuju v maxwelovej teorii, cize su vztiahnute skor na surenie elektromanetickych vln ktore sa vlastne v tej dobe poznali. Ale ked sa pozrieme do newtonovych rovnic, resp. langrangian a zaroven zabludime v rovnakej teme k maxwellovcom a spytam sa ako je mozen ze mi prud tecie v prerusenom obvode (kondenzator) alebo uz len to ako je mozne ze elektrony prejdu z vodic ado vodica (pozor kvantovu teoriu som neschaval nepytal), zistime velmi dolezitu vec. A tou aj uz skoncim,deti mi skacu po hlave totizto :) Predstavte si 2 monochromaticke priecne elektromagneticke vlny pochadzajuce z rovnakeho zdroja t.j. rovnaka frekvencia,ampliduda,chiralita,polarizacia. Posuviem teraz fazu jednej z ich a pustim ich proti sebe,co sa stane? Co sa stane s energiou ktoru niesli,ako viete energia je ``schovana`` v intenzitach poli. Ked ale intenzity vyrusia svoje ucinky co sa stalo s ich enrgiou? A tento proces sa deje v priestore ciastocne nonstop. Uvadzam to nakoniec pretoze tunak je odpoved nasej otazky !....pan Novak...

Odpovědět

Mužu se mýlit, ale už dříve jsem psal, že se

Karel Rabl,2011-11-20 15:53:50

pohybujem rychlostí světla a je jedno jestli někam padáme(celý vesmír do obrovské černé díry) nebo se rozpínáme z našeho pohledu je to jedno (jen by nebyla potřeba temná energie).Při rozbití hmoty jen neutrino vylétne jiným směrem a (možná i ostatní částice) jak jinde psal jeden přispěvatel o pohybech neutrin, které se pohybují světelnou rychlostí.Ale můžu se mýlit a všechno může být ůplně jinak, jak jsem dříve psal jsem úplný laik pracující v zemědělství.Jen si pokládám otázky a snažím se na ně odpovědět svým selským rozumem.

Odpovědět

Porad nechapu

Martin Hejtmanek,2011-11-20 13:05:02

Tim co jste popsali argumentuji vsichni vsude, ale (aspon podle me) se to nevylucuje s tim ze by neutrino mohlo byt rychlejsi nez svetlo. Jak pisete, tak soucasnost je definovana tim ze informace v podobe svetla dorazi do nejakeho bodu ve stejny okamzik. Stejne tak muzeme ale prece pouzit jako kanal informace neutrina, a soucasnost a veskera kauzalita zustane prece zachovana, ne? Proste jen nepouzijeme jako nosic informace foton, ale neutrino ... a veskere transformace zustanou v poradku.

Jak jsem psal, tak to abychom pozorovali nekde udalost v opacnem poradi nez se stala, tak musime zacit s rychlejsim informacnim kanalem, a pak prepnout na pomalejsi, a pak se muzeme tvarit vuci nekomu kdo o tom rychlejsim nevi ze vime ze se neco stane driv nez se to stane, nicmene to nemeni nic na tom ze my sami vime ze ta kauzalita tam porad je. Je to tentyz pripad jako kdyz vidim blesk, a cloveku se zavazanyma ocima reknu, ze za 2 vteriny uslysi hrom... to ale neznamena ze vznik toho hromu muzu jakkoliv ovlivnit, protoze se ta udalost uz proste stala a i kdybych tu informaci poslal zpatky do toho bodu, tak tam dorazi vzdycky az po te udalosti, tj. zadne cestovani informace v case se nekona.

Prijde mi ze jsem bud uplny ignorant a neco mi nedochazi, a nebo to vsichni kolem me prilis komplikuji, a povazuji prenos informace z bodu A do bodu B bez navratu zpatky za moznost ovlivneni minulosti v bode A.

Muzete mi to zkusit vysvetlit na nejakem konkretnim (byt hypotetickem) priklade? Nemusite mi vysvetlovat jak k cemu kdo dosel, berte to proste tak ze TR plati, a v prikladu mi ukazte kde je ve sporu pokud neutrino je rychlejsi nez svetlo.

Diky

Odpovědět


taky nad tím musím přemýšlet

Lukáš Píše,2011-11-20 16:44:05

no něco ve smyslu e=mνμ² ...omlouvám se pokud je to totalni nesmysl jen představivost pracuje ....jinak děkuji za doplňující informace od pana Brože i pana Wagnera.

Odpovědět


chybka

Lukáš Píše,2011-11-20 16:45:19

No koukam trošku to system nepobral E=m*rychlost mionoveho neutrina na druhou.

Odpovědět


Vy stále uvažujete v rámci Galieliho transformace

Vladimír Wagner,2011-11-20 19:12:51

Problém je, že ve Vašich úvahách nepočítáte s Lorentzovou transformací. Při platnosti Lorentzovy transformace existuje jistá význačná rychlost. Platí totiž, že existuje rychlost, která je ve všech souřadných soustavách stejná. V našem případě speciální teorie relativity jde o rychlost světla (částic s nulovou klidovou hmotností), která je ve všech souřadných soustavách stejná. Jestliže ve světě, kde platí Lorentzova transformace, budeme sčítat jakékoliv rychlosti až do rychlosti světla, dostaneme vždy nejvýše rychlost světla. I když máme částici, která se vůči nám pohybuje rychlostí světla a vyzáří částici ve směru svého pohybu, která se vůči ní pohybuje rychlostí světla, tak i ta se vůči nám bude pohybovat pouze rychlostí světla. V okamžiku, kdy do vztahů pro Lorentzovu transformaci různých fyzikálních veličin dosadíme hodnoty rychlosti větší než rychlost světla, dostáváme výsledky představující dost fatální problém (záporná čísla pod odmocninou, záporný tok času,...). V každém případě tak rychlost větší než rychlost světla je něco, co vyžaduje novou fyziku, která ovšem musí obsahovat speciální teorii relativity jako limitní případ, který popíše téměř vše, s čím se stkáváme (až právě třeba na neutrina :-))
Vy rychlosti prostě sčítáte, jako Galileo a čas berete jako něco, co se netransformuje. Ale v přírodě platí Lorentzovou transformace, kterou neberete ve svých úvahách v potaz. Ta transformuje rychlosti jinak a transformuje i časovou souřadnici. A s tim Vy nepočítáte.

Odpovědět


ad Martin Hejtmánek

Pavel Brož,2011-11-20 19:15:48

Ten problém stojí a padá s tím, jestli uznáváme rovnocennost všech inerciálních soustav anebo ji neuznáváme. Ten problém je opravdu nutné vidět včetně všech těch nezáživných detailů ohledně ekvivalence inerciálních soustav – pokud si přečtete ty argumenty související s tou ekvivalencí inerciálních soustav, následně je pustíte z hlavy, protože vypadají jako jenom nějaké nepodstatné věci, a opakujete, že chcete tedy vidět, kde je ten rozpor se speciální relativitou, no tak to potom každá rada drahá, protože ve skutečnosti speciální relativita stojí a padá s tou ekvivalencí inerciálních soustav.

Takže pokud bychom měli možnost, aby nějaké částice se pohybovali nadsvětelnou rychlostí, pak tím pádem existuje soustava pohybující se vůči té naší původní nadsvětelnou rychlostí (je to soustava spjatá s tou nadsvětelně se pohybující částicí), no a v této soustavě vypadají děje anti-kauzálně – následek předchází příčinu. Pokud nad tím mávneme rukou se slovy, že to přece nic neznamená, protože my přece VÍME, že ve skutečnosti události proběhly ve správném pořadí (protože jsme je ve správném pořadí viděli v naší soustavě), tak tím pouze říkáme, že tu ekvivalenci těch inerciálních soustav ve skutečnosti vážně nebereme – kdybychom ji totiž vážně brali, tak se nutně musíme začít trápit nad tím, že v různých inerciálních soustavách může platit i neplatit druhý termodynamický zákon, vzniká tedy otázka, proč v té naší platí a v té druhé neplatí, proč to třeba není naopak. Pokud nebereme vážně ekvivalenci inerciálních soustav, pak je ale naprosto zbytečné se bavit o tom, jestli nadsvětelná neutrina porušují či neporušují speciální relativitu. Je to totéž, jako by existoval experiment, ve kterém se nezachovává elektrický náboj (např. by se elektron rozpadal na dvě lehčí neutrální částice), zasvěcení lidé by tvrdili, že se tím zneplatnily zákony elektrodynamiky (Maxwellovy rovnice, ze kterých plyne zákon zachování elektrického náboje), a Vy byste stále opakoval, že nevidíte důvod, proč by nezachování náboje protiřečilo Maxwellovým rovnicím.

Co se týče toho, že současnost lze místo s použitím světelné synchronizace definovat s použitím neutrinové synchronizace – tak bohužel nelze. V Lorentzových transformacích figuruje konstanta c, která je identická s rychlostí světla, jak tato plyne z Maxwellových rovnic. Hodně čtenářů zde provádí stejnou úvahu jako Vy – prostě když se ukázalo, že je něco rychlejší než světlo, no tak se prostě rychlost toho něčeho vezme jako nová limitní rychlost, tak jaký problém? Problém je v tom, že rychlost světla je dána Maxwellovými rovnicemi, a invariance Maxwellových rovnic v různých inerciálních soustavách diktuje tvar těch Lorentzových transformací. Takže se zde opět vracíme k té ekvivalenci těch inerciálních soustav, která může působit tak nudně a nedůležitě – protože je zde požadavek, aby Maxwellovy rovnice vypadaly stejně ve všech inerciálních soustavách, tak odtud plyne, jak mají vypadat Lorentzovy rovnice a jakou rychlostní konstantu mají obsahovat – a odtud dostaneme, že tam musí figurovat rychlost světla c, nikoliv jiná rychlost, jako třeba rychlost nadsvětelných neutrin. No a co plyne z Lorentzovy transformace jsem už napsal v předchozím příspěvku.

Nicméně přece jen existuje ještě jeden dodatečný argument, proč výsledek neutrinového experimentu je ve sporu se speciální teorií relativity – a tím je energetická závislost na rychlosti. Čistě teoreticky lze o nadsvětelných rychlostech u částic uvažovat tehdy, kdyby měly imaginární klidovou hmotnost. I pokud se zavřou obě oči nad konceptuálním problémem s kauzalitou, který nevyhnutelně v rámci speciální relativity vznikne spolu s akceptací nadsvětelných rychlostí, tak konkrétně v případě neutrin by energetická závislost neodpovídala. Pro nadsvětelné částice by měla energie klesat s rostoucí rychlostí, jenže neutrina z OPERY, která jsou o cca dvě a půl stotisíciny rychlejší, než c, mají cca tisíckrát větší energii, než pomalejší neutrina ze supernovy, která mohla být rychlejší než rychlost světla o maximálně o cca miliardtinu. Takže výsledky OPERY, pakliže budou definitivně potvrzeny, opravdu speciální teorii relativity vyvrátí.

Odpovědět


Uz je mi to jasnejsi

Martin Hejtmanek,2011-11-20 21:28:51

Diky, uz mi to dava vetsi smysl.

Takze jestli to dobre chapu, tak aby to tak mohlo fungovat, tak bud to neutrino musi letet po kratsi draze, coz by mohlo byt napr. tim "tunelovanim" po tetive, kdy by se dalo uvazovat ze neutrina vznikla v bode A se rozleti po "primkach" ve 4-dimenzionalnim prostoru, zatimco fotony jsou vazane jen na zakrivenou rovinu v 3-dimenzionalnim danou tou gravitaci, takze technicky se muzou setkat jenom v jednom bode B a jednom okamziku, a k zadnemu skladani rychlosti ani sledovani nejakeho deje ktery by mohl narusit kauzalitu nedojde. V podstate se pak neutrino v danem okamziku "vynori", a bud interaguje s hmotou, nebo ne a leti dal mimo rovinu naseho prostoru (a nebo interaguje vzdycky a leti dal), coz by mohlo potencialne i dalsim zpusobem vysvetlovat minimalni pravdepodobnost interakce s hmotou (proste ji obleti jinym prostorem).

No a nebo druha moznost, ze podobne jako pro nizke rychlosti muzeme pouzit Galileovy transformace, tak pro rychlosti do c muzeme pouzit TR a Lorentzovy, a pro rychlosti nad c nebo ciste pro neutrina nejakou dalsi kterou jeste nezname.

Omlouvam se pokud jsem uplne mimo, pokud jakakoliv z tech moznosti uz ted je potvrzena ze nemuze byt realna, tak se to rad priucim, a rad si poslechnu vase nazory na to co jsem napsal. Urcite nehodlam udelat zasadni objev ve fyzice, spis me tahle problematika bavi a rad bych si to sam sobe nejak zduvodnil :-)

Odpovědět


Pavel Brož,2011-11-20 23:26:46

Ne, tunelování po tětivě není řešení. Je to spíše nedorozumění plynoucí z nepříliš vhodné popularizační metafory, která je rozšířena ohledně křivosti prostoru.

Obecná teorie relativity pracuje s představou křivého prostoročasu, jenže k tomu křivému prostoročasu nepotřebuje žádný dodatečný rozměr. Pracuje se zde s tzv. vnitřní křivostí, která je určena tzv. metrickým tenzorem, a která určuje, jak se místo od místa mění velikosti délkových standardů (tzv. ideálních tyčí) a časové intervaly odměřované časovými standardy (tzv. ideálními hodinami). Metrický tenzor je pak v obecné teorii relativity ztotožněn s gravitačním polem, a vnitřní křivost prostoročasu pak určuje velikost toho gravitačního pole.

Vnitřní křivost prostoru je vynález známý už z poloviny devatenáctého století, kdy vznikal aparát Riemannovské geometrie, který potom na počátku století dvacátého Einstein využil pro svou obecnou teorii relativity. Máme-li prostor s vnitřní křivostí, můžeme ho teoreticky vložit do nějakého vícerozměrného prostoru tak, aby vnitřní křivost původního prostoru korespondovala s jeho křivostí vnější – potřeba to ale není a normálně se to nedělá, důvodů je více. Jednak potřebný počet dimenzí toho prostoru, do kterého vnořujeme původní prostor, závisí na tom, jak komplikovaně je původní prostor zakřiven. Málokdy stačí přidat jednu dimenzi, častěji se jich musí přidat více. Dále potom způsob toho vnoření někdy nebývá jednoznačný – tzn. mohou existovat různá neekvivalentní vnoření, mezi kterými nejde nijak rozhodnout za pomoci veličin, které jsou měřitelné v původním prostoru. No a konečně vícerozměrný prostor, do nějž vnořujeme, představuje z hlediska teorie neměřitelnou entitu, je to něco, co do teorie přidáváme navíc, aniž by to tam bylo potřeba.

Nejčastěji se lze s představou většího prostoročasu, do nějž je ten náš vnořen, setkat u popularizací Velkého Třesku. Nejčastější je model našeho vesmíru jako balónku rozpínajícího se v nějakém větším prostoru, používá se to jako metafora vysvětlující to, že galaxie se mohou od sebe vzdalovat a žádná přitom nemusí být středem vesmíru. Jedná se ale jenom o metaforu, a z mnoha důvodů ji není dobré brát doslova. I kdybychom se ale na tuto metaforu upnuli a brali ji doslovně, tak zakřivení našeho vesmíru v onom nepotřebném větším prostoru je tak nepatrné, že nemůže vysvětlit rozdíl v rychlosti neutrin, která mají být na vzdálenosti 732 km rychlejší o dvě a půl stotisíciny rychlosti světla.

Navíc pak vzniká problém s tím, proč neutrina opouštějí náš prostoročas v místě svého vzniku a náhodou se do něj zase vrací zrovna v tom Gran Sassu? Proč by třeba neměly pokračovat ve svém cestování mimo náš prostoročas někam dále, a nevrátit se do něj až třeba v galaxii v Andromedě nebo jinde?

Máte ale samozřejmě pravdu s Vaším tvrzením ohledně použitelnosti těch transformací. Pokud se výsledky OPERY definitivně potvrdí, pak zcela jistě Lorentzova transformace bude jen přibližná, bude dostatečně přesně platit pro rychlosti do cca rychlost c minus jedna biliontina rychlosti c. Pro hmotné částice, jimiž neutrina podle všeho jsou, pak zřejmě u rychlostí ještě větších a dále až překračujících rychlost c už bude platit jiná transformace. Nová transformace se ale bude muset poprat s tím, že zatímco hmotným částicím umožní překračovat rychlost světla, tak nehmotným (např. světlu samotnému) to neumožní.

Odpovědět

Data k meraniam

Miroslav Novak,2011-11-20 02:10:03

Dakujem, pan Wagner, za velmi dobry clanok. Chcel by som sa Vas spytat na niekolko drobnosti, ktore sa mi nepodarilo "vydolovat" na serveri arxiv.
Podla tohto zdroja boli merania robene v dnoch medzi 20.10. az 6.11. a celkovo bolo vyslanych 35 lucov a podla obrazku 18 bol rozptyl casov medzi 40 az 90 ns.
Da sa niekde zistit nejaka tabulka, ktora by zobrazovala jednotlive luce podla datumu, casu a konkretneho casoveho rozdielu?
Predpokladam, ze tie rozptyly budu mat suvislost s rotaciou Zeme a obehom Zeme okolo Slnka. A tieto rozptyly budu mat podobny charakter, ake boli zistene aj v Michelsonovom-Morleyovom experimente. Podobnost tychto rozptylov definitivne pochova druhy postulat Lorentzovej transformacie o nemennosti rychlosti svetla, umozni nam najst stred vesmiru a stanovit rychlost Zeme voci stredu vesmiru v ramci jeho expanzie. To vsetko samozrejme za predpokladu, ze stred vesmiru a nasa rychlost v nom uz nebola stanovena inym sposobom, co ale nepredpokladam, pretoze by dnes vedecka komunita nemala problem vysvetlit, preco neutrina pomalsie svetla dopadaju do ciela skor, nez teoreticky maju. Nakoniec tomu nasvedcuje aj to, ze povodnych cca 60 ns sa zvysilo od predosleho experimentu na cca 63 ns. Otazka je, ci je to rotaciou Zeme, alebo obehom okolo Slnka.

Dakujem vopred za odpoved a prajem prijemny den
miro novak

Odpovědět


Data

Vladimír Wagner,2011-11-20 08:38:53

O tabulce s přesnými daty zaznamenaných případů nevím. Jen bych trochu upřesnil, co je v článku. Během jedné extrakce protonů z urychlovače (jednoho cyklu urychlování) se vytvořily čtyři pulzy protonů z danými parametry (tedy šířkou 3 ns a vzdáleností 524 ns od sebe).
Během dvoutýdeního experimentu bylo vysláno obrovské množství pulzů neutrin. Ovšem zachytit se detektorem OPERA podařilo pouze 35 z vyslaných neutrin. Z nich se každé trochu lišilo v tom, kde v detektoru vzniklo, jak bylo zachyceno a jak dobře se dá určit jeho čas příletu. Dvacet pak bylo těch, u kterých byly všechny podmínky testující kvalitu případu v pořádku a ty jsou v obrázku. Ty pocházely rovnoměrně ze každého ze čtveřice pulzů v extrakcích.
Chyba určení střední hodnoty pro dvacet případů při rozptylu přes 40 ns je daleko větší než 3 ns (což je také šířka pulzu), takže to, že z dřívějšího měření dostali 57.8 ns a nyní z krátkým pulzem 63 ns opravdu nic neříká. Je to v mezí nepřesností shoda.

Odpovědět

Dusledky?

Martin Hejtmanek,2011-11-19 21:35:19

Je tu pomerne dost lidi kteri tomu rozumi, a na beznych zpravodajskych serverech jsem se dockal jen na odkazy na predchozi diskusi ktere mi absolutne nic nevysvetlily, takze poprosim jestli by mi mohl nekdo z vas venovat trochu sveho casu, a pokusit se mi vysvetlit, proc by to melo takove dusledky pokud je pravda ze neutrino je rychlejsi nez svetlo.

Nejak mi nedochazi proc by to mel byt problem, protoze jak svetlo tak neutrina proste nesou informaci nejakou rychlosti, ale to neznamena ze by diky tomu cokoliv mohlo cestovat v case nebo ze je technicky mozne dostat informaci do stejneho bodu v drivejsim case nez byla odeslana, ta informace nekde vznikne, pak nekam docestuje, a pak docestuje zpatky, to vsechno v kladnem case, takze porad docestuje v budoucnosti. To ze nekdo nekde jinde muze pozorovat nejaky dej v opacnem poradi na cele veci nic nemeni, proste pro to pouzil dva kanaly s rozdilnou rychlosti prenosu.

Stejne tak mi neni jasne proc by se dal nemohla pouzivat teorie relativity, kdyz vime ze pro nami bezne pouzivanou hmotu plati s presnosti ktera nam dostacuje. Pokud budeme chtit vyuzit neutrina jako informacni kanal, muzeme pouzit teorii jinou, ktera se bude vztahovat na ne, nebo ne?

I to ze nic ve vesmiru nemuze cestovat rychleji nez svetlo nemusi byt nutne nepravda, stejne tak to ze neutrino musi mit ve vsech vztaznych soustavach nejakou konkretni rychlost. Kdyz si predstavime prostor jako plochu zakrivenou gravitaci, jak se bezne pro lamy prezentuje, tak pokud bychom uvazovali ze neutrino nemusi nutne cestovat v jejim rozmeru po plose, ale cestuje v dalsim rozmeru po tetive, tak i pri sve maximalni rychlosti stejne nebo nizsi jak svetlo muze byt pozorovatelne tak ze ma rychlost vyssi. Pozorovana rychlost by tak byla predevsim zavisla na zmene gravitace po ceste z bodu A do bodu B, coz by mohlo vysvetlovat i to ze pozorovana neutrina z vybuchu hvezdy byla rychlejsi "jen" o 3h na te vzdalenosti (s rostouci vzdalenosti nebude rozdil te tetivy tak markantni)

Dekuji predem za jakykoliv rozbor mnou napsanych situaci, at uz potrvzeni mych domnenek nebo vyvraceni

Odpovědět


ad nadsvětelné rychlosti a kauzalita

Pavel Brož,2011-11-19 23:18:48

Co se týče vztahu nadsvětelných rychlostí a tzv. kauzality (což je jen učenější název pro příčinnost, tzn., že následku musí časově předcházet příčina), tak tento vztah plyne přímo z Lorentzovy transformace a speciálního principu relativity.

Speciální princip relativity postuluje, že forma všech fyzikálních zákonů se nezmění, když přejdeme z jedné inerciální soustavy do jiné inerciální soustavy, která se vůči té původní pohybuje rovnoměrně přímočaře. Jinými slovy říká, že na základě tvaru fyzikálních zákonů nenajdeme žádnou privilegovanou inerciální soustavu, protože kterýkoliv fyzikální děj lze principiálně provést i v soustavě, která se pohybuje. V reálu ovšem takovou privilegovanou soustavu najdeme, je jí např. soustava, v níž se minimalizuje kinetická energie hmoty ve vesmíru, tato soustava se přirozeně vydělila v procesu kondenzace hmoty po velkém třesku – nicméně z principiálního pohledu tato skutečnost, že hmota měla v nějaké soustavě nejmenší kinetickou energii, nijak neovlivňuje dynamiku danou fyzikálními zákony, a tato dynamika je ve všech inerciálních soustavách nerozlišitelná.

Zatímco speciální princip relativity tvrdí, že všechny inerciální soustavy jsou rovnocenné, tak Lorentzova transformace nám pak určuje předpis, podle kterého přejdeme od jedné inerciální soustavy k jiné. Tento předpis říká, jak se transformují prostorové souřadnice, ale také říká (překvapivě ve srovnání s transformací Galileiho, která platila v Newtonovské nerelativistické fyzice), že se musí transformovat i čas. Pouze tehdy, když transformujeme jak prostor, tak i čas, podle vzorečků Lorentzovy transformace, tak teprve pak přejdeme od jedné inerciální soustavy do jiné. Tzn., že přejdeme od původní inerciální soustavy do soustavy, která je s tou původní rovnocenná, protože v ní naprosto všechny fyzikální zákony mají identickou formu – tzn., že podle žádného dynamického pokusu nerozlišíme, která z těch dvou soustav je čímkoliv význačná.

Skutečnost, že se při Lorentzově transformaci musí transformovat nejen prostorové souřadnice, ale i časová, sebou nese spoustu důsledků – nejznámějším je dilatace času, kdy čas v pohybující se soustavě, je-li sledován pozorovatelem ze stojící soustavy, běží pomaleji. Při rychlostech malých ve srovnání s rychlostí světla jde o zanedbatelné zpoždění, ale při relativistických rychlostech se čas v pohybující se soustavě může zpomalit velice hodně. Tento efekt dilatace času je velice dobře ověřen v nesčíslně mnoha rozpadových experimentech, kdy pohybující se nestabilní částice díky tomuto efektu doletí mnohem dále, než by doletěla, kdyby k dilataci času nedocházelo – délka jejího doletu, tj. doba jejího života v soustavě pozorovatele, přitom závisí na její rychlosti, potažmo energii, a tato závislost, byla za desítky let částicových experimentů velice dobře prověřena.

Jedním z důsledků toho, že se při Lorentzových transformacích transformuje i čas, je i tzv. relativita současnosti. To, co se jeví jako současné v naší soustavě, se nejeví jako současné v pohybující se soustavě. I zde je rozdíl oproti Galileiho transformaci, v níž čas zůstal neměnný a tudíž i současnost byla ve všech inerciálních soustavách táž. Dvě události, které nastaly ve dvou různých místech prostoru, považujeme v dané soustavě za současné např. tehdy, pokud světelné paprsky, které byly vyslány z odpovídajícího místa při vzniku příslušné události, dorazí do bodu, který leží přesně uprostřed mezi těmi místy, ve stejnou dobu. Tj. v dané soustavě máme bod P1, pak vzdálený bod P2, pak bod uprostřed mezi nimi, který označíme M, a když nastane nějaká událost v bodě P1, vyšleme světelný paprsek z bodu P1 do bodu M, analogicky totéž uděláme pro událost v bodě P2. Pokud oba paprsky dorazí do bodu M ve stejný okamžik, tvrdíme, že v dané soustavě jsou ty dvě události současné. Dá se ukázat, že z pohledu pohybující se soustavy současné nejsou, a je to právě důsledek té Lorentzovy transformace (při Galileiho transformaci by nadále současné byly).

To, že současnost je ve speciální teorii relativity relativní, nicméně ničemu nevadí … ale jen do doby, než překročíme rychlost světla. Pokud totiž Lorentzovými transformacemi přecházíme do jiné inerciální soustavy, a pokud se nová soustava vůči té původní pohybuje podsvětelnou rychlostí, tak nám Lorentzovy transformace garantují zachování kauzality, kdy v obou soustavách příčina předchází následek, nikoliv naopak. Bude se to zdát zvláštní, ale fyzici více nepotřebují, opravdu není nezbytné, aby současnost byla ve všech soustavách táž, co je ale opravdu nezbytné je to, aby byla zachována tzv. šipka času, jinak se dostanete do neřešitelných paradoxů, kdy můžete mordovat svoje vlastní nebohé předky ještě předtím, než vás nebožáci vůbec stihli počít – tj. ocitnete se v klasických banálních zápletkách přiblblých scifi filmů, ve kterých autoři konstruují komplikované dějové motanice doufajíce, že inteligence divákova rezignuje na logiku příběhu.

Takže vrátíme-li se k našim inerciálním soustavám, tak dvě kauzálně spojené události, tj. kdy jedna je příčinou druhé, zůstávají kauzálně spojené i v soustavě, která se vůči původní pohybuje podsvětelnou rychlostí. Pokud bychom nějakým způsobem uměli přeskočit do soustavy pohybující se vůči té původní nadsvětelnou rychlostí, tak bychom se velice podivili, protože příčinnost by se nám obrátila. Pokud by pozorovatel v původní stojící soustavě vypálil z pistole, načež by se o zlomek vteřiny později skácela jeho oběť, tak v soustavě pohybující se nadsvětelnou rychlostí vůči té první bychom to viděli přesně obráceně – oběť ležící v tratolišti krve by tuto krev do sebe vcucla, vznesla by se do stojící polohy, z těla by se jí vyloupla kulka (těsně předtím by došlo k zacelení jí zraněných orgánů), tato kulka by dolétla do hlavně pistole střelce současně s nasátým dýmem z výstřelu, střelec by schoval zbraň a pozadu odešel z místa činu.

Tato skutečnost by nás nemusela nijak trápit, pokud bychom nelpěli na tom principu relativity, který zrovnoprávňuje všechny inerciální soustavy. Pokud ale na něm lpíme, pak máme problém – existují soustavy, ve kterých pak platí druhý termodynamický zákon (podle nějž např. sněhulák roztaje do kaluže vody, ale nenastane opačný proces), a potom soustavy, kde druhý termodynamický zákon neplatí. Jinými slovy, speciální teorie relativity má s nadsvětelnými rychlostmi vážný, koncepční problém.

Samozřejmě že stejně tak, jako byla a stále je speciální teorie relativity výbornou a veleúspěšnou modifikací Newtonovy fyziky, protože pomohla předpovědět a dopředu exaktně spočítat nesčíslně hodně jevů, z nichž některé byly ověřeny s přesností až na dvanáct platných desetinných míst, tak stejně tak není vyloučeno, že jsme se díky výsledků OPERY dostaly na práh nové fyziky, kdy je potřeba dalšího rozšíření nyní právě té speciální teorie relativity, tj. kdy potřebujeme teorii, která opět předpoví spoustu nových jevů. Speciální teorie relativita pak zůstane v platnosti jakožto výborná efektivní teorie, která výborně popisovala děje probíhající až do rychlostí jen o jednu bilióntinu (deset na méně dvanáctou) menší než je rychlost světla – a která selhala až při rychlostech o jednu trilióntinu (deset na méně osmnáctou) menší než je rychlost světla. I kdyby tomu tak bylo a speciální teorie relativity by musela uvolnit trůn úspěšnější teorii, tak i tak tomu říkám excelentní úspěch této teorie.

Odpovědět


Jen malé doplnění

Vladimír Wagner,2011-11-20 07:17:32

Pavel Brož odpověděl skvěle a vyčerpávajícím způsobem. Jen bych si dovolil dodat, že k tomu, že správnou transformací při přechodu z jedné inerciální souřadné soustavě ke druhé je Lorentzova transformace došel Einstein tak, že jeho 2. postulát byl, že rychlost světla je konstantní ve všech souřadných soustavách. Převzal z experimentu. 1. postulát byl ten zmíňovaný Pavlem Brožem, že všechny inerciální souřadné soustavy jsou rovnocené. Z Lorentzovy transformace pak dostaneme i to, že objekt s nenulovou klidovou hmotností nemůžeme urychlit ani na rychlost světla (potřebovali bychom k tomu nekonečně energie). Což je kromě kauzality další často zmiňovaný zádrhel.
Takže shrnu. Einsteinova teorie vychází ze dvou zmíněných postulátů:
1. Rovnocenost popisu ve všech inerciálních souřadných soustavách
2. Stejnost rychlosti světla v každé z nich (tedy rychlosti světla ve vakuu), což je ekvivalentní tomu, že v přírodě platí Lorentzova transformace pro přechod mezi inerciálními soustavami a v ni c je rychlost světla.

Odpovědět

A bylo to vakuum dostatecne prazdne?

Jenda Krynický,2011-11-19 14:37:38

Mozna tech 40ns je prave to o co se lisi skutecna maximalni rychlost ve vesmiru od rychlosti svetla v prostredi, ktere dokazali vedci vytvorit. Koneckoncu i v mezihvezdnem prostoru je sem tam nejaka ta castice, o kolik je tak nizsi rychlost svetla v mezihvezdnem prostoru od te maximalni?

Odpovědět


Fluktuace vakua?

Vojtěch Kocián,2011-11-19 21:30:07

Nebo jestli fotony neinteragují s fluktuacemi vakua víc, než si myslíme... Jen takový nápad po přečtení vedlejšího článku.

Jak jsou vůbec přesné výpočty rychlosti světla, které nepoužívají přímé měření fotonů, ale jiné závislosti, kde se c vyskytuje? Mám na mysli třeba Einsteinův vzorec nebo podobné. A jak přesně je možné měřit rychlost jiných částic s velkou energií v urychlovačích?

Odpovědět

rychlost světla

Jiří Filip,2011-11-19 11:51:05

Zeptám se amaterský - možná je to naprostá blbost, ale jaká je jistota že rychlost světla je taková jaká je, není možné že jsme ji stanovili o chlup špatně a na neutrinech se nám akorát zpřesňuje měření?

Odpovědět


V tom určitě není problém

Vladimír Wagner,2011-11-19 12:44:54

Přesnost určení rychlosti světla je možná díky laserovým metodám s extrémní přesností. Ta už v osmdesátých letech byla vyšší než přesnost definice metru. Nyní je tak metr definován pomocí rychlosti světla. Číselná hodnota rychlosti světla se nemění a zpřesňováním určování rychlostí světla se zpřesňuje definice metru. Ta přesnost určení rychlosti světla je o několik řádů větší než přesnost určení rychlosti neutrin. Rychlost tak špatně detekovatelné částice opravdu nemůžeme určovat přesněji než rychlost tak lehce detekovatelných částic, jako jsou fotony.

Odpovědět

Proč je rozptyl doby letu chyba měření ?

Roman Nováček,2011-11-19 00:45:12

Když neznáme fyzikální podstatu věci, proč se rozptyl doby letu jednotlivých neutrin interpretuje jako chyba měření a ne jako jejich různá rychlost ? Neutrina v experimentu budou mít široké spektrum energií a tedy i rychlostí, kde závislost neznáme. Navíc může být rychlost závislá i na čemkoli jiném.

Odpovědět


Obecně máte pravdu

Vladimír Wagner,2011-11-19 10:28:04

Je pravda, že nelze nyní říci, jestli je rozptyl příletu neutrin dán nejistotami v měření nebo jde o fyzikální jev související s rozdíly kinetických energií jednotlivých neutrin. Ovšem rozdíly kinetických energií jsou zhruba v rozmezí jednoho řádu. A klidová energie neutrina je tak oproti kinetické o mnoho řádů menší. A tak se nezdá moc pravděpodobné, že by se rychlost s kinetickou energií tak dramaticky měnila. Ale je pravda, že v případě reálnosti jevu nadsvětelné rychlosti neutrin o tomto fenoménu zatím nic nevíme a nevíme tak nic ani o závislosti rychlosti neutrina na kinetické energii. Protože se alespoň s jistou přesností určuje energie neutrina z kinetické energie mionů, který v detektoru OPERA jeho interakcí vznikl, dá se asi určit s jistou přesností, zda je pozorována závislost doby letu na energii neutrin. To pak rozhoduje.

Odpovědět


Ještě doplnění

Vladimír Wagner,2011-11-19 11:19:04

V uveřejněných datech o měření s krátkým pulzem není informace o studiu závislosti rychlosti na energii. Jak je zmíněno v předchozím článku na Oslovi, taková analýza se dělala při měření s dlouhým pulze. Všechny detekovaná neutrina s určenou energií se rozdělila do dvou binů. S vysokou energií a s nízkou. Nebyl pozorován rozdíl v době letu u těchto dvou binů.

Odpovědět


Gf Fs,2011-11-21 07:11:23

Ptate se, proč se rozptyl doby letu jednotlivých neutrin interpretuje jako chyba měření a ne jako jejich různá rychlost?

Protoze na strane 15 clanku se pise:
This signal is tagged with respect to the uncorrelated internal frequency of the 20 MHz OPERA master clock, thus producing a ± 25 ns time jitter.

Coz je technicke ptydepe, ktere v prekladu znamena, ze pokud by tech detekovanych neutrin nebylo 20, ale milionkrat tolik, na poslednim obrazku v clanku pana Wagnera byl hezky obdelnik siroky 50 nsec. Taky to znamena, ze prumerna hodnota doby letu je spravna (nevychylena, unbiased) (Za predpokladu ze vyse zmineny "time jitter" je jedina neurcitost v experimentu, ze vsechny neutrina leti stejnou rychlosti...)

Problem je, ze slovem jitter se nazyva prilis mnoho naprosto rozdilnych veci. Tenhle souvisi se synchronizaci casu v experimentu. OPERA pouziva obdelnikovy signal s frekvenci 20 MHz. V libovolnem miste experimentu pak merite cas pomoci lokalnich stopek, ktere spustite v okamziku zajimave udalosti a vypnete s prichodem dalsi hrany hodinoveho signalu. Pokud nekde lokalni stopky nemate, vznikne Vam "time jitter".

Pokud Vas zajimaji technicke detaily experimentu doporucuju nasledujici dokument. Jeho nevyhodou je delka 260 stran, vyhodou pak jeho uplnost:

http://operaweb.lngs.infn.it:2080/scientists/IMG/pdf/Operaweb.pdf

Taky je nutne dodat, ze OPERA predpokladala konstatni rychlost neutrin pri tomto zpracovani vysledku. Jinymi slovy, vyse citovane vysledky, jejich neurcitosti a jejich hladiny vyznamnosti jsou platne jen za predpokladu konstatni rychlosti neutrin.

Odpovědět

Možná bude experiment v Japonsku ještě zajímavější

Karel Rabl,2011-11-19 00:31:44

Když neutrino tam ještě svoji rychlost zvýší o nějaké procento.

Odpovědět

Einsteinova teorie relativity.

Poz Návám,2011-11-18 23:32:32

A jak se projeví dilatace času a zkrácení vzdálenosti?

Odpovědět


Zjednodušeně

Vladimír Wagner,2011-11-20 09:04:20

Pokud se podíváme na případ pouze v rámci speciální teorie relativity.
Tak v případě souřadné soustavy spojené s pohybujícím se neutrinem je vidět, že u Země, která se vůči němu pohybuje rychlostí stejnou jako je rychlost neutrin v soustavě spojené se Zemí ale opačným směrem, dochází ke zkrácení délky (vzdálenosti) ve směru pohybu Lorentzovým faktorem. Čas v soustavě, která je spojena s neutrinem je ten vlastní, takže "normálně" plynoucí.
V souřadné soustavě spojené se Zemí je vzdálenost mezi CERNem a Gran Sassem nezkrácená, ale u neutrina, které se vůči ní pohybuje, dojde z pohledu pozorovatele na Zemi ke zpomalení běhu času úplně stejným faktorem jako je ten, který zkracoval vzdálenosti na Zemi s pohledu neutrina.
Takže v obou soustavách dostaneme ekvivalentní informaci třeba o rychlosti neutrina vůči Zemi a Země vůči neutrinu. Z pohledu neutrina trval let z CERNu do Gran Sasso nějakou dobu, která je kratší než se tato doba jevila na Zemi, ale vzdálenost mezi CERNem a Gran Sasso je ekvivalentně kratší. Z pohledu na Zemi sice uběhlo za dobu letu neutrina více času než pozorovalo neutrino ve své soustavě, ale zase vzdálenost mezi CERNem a Gran Sassem je ekvivalentně větší než pozoruje neutrino.

Odpovědět

skepticizmus

Laoce Bystrla,2011-11-18 22:06:07

aj ja sa priklanam k zdravemu skeptcizmu. Myslim si ze presne takto by mali,podla mna, vedci postupovat vzdy. Inak je to len bulvar. tym nechcem znechutit nadsenie v objasneni tejto zahady. Urcite by ma to potesilo keby sa ukazalo ze einsteinove teorie su len spresnenim fyz. zakonov a nie ich absolutne pravdivym vyjadrenim. A ze absolutne konstatovanie ze nic nie je rychlejsie ako svetlo sa nakoniec ukaze ako platne ale nie v celom obore fyz. javov

Odpovědět

myslím že by

Maroš Štulajter,2011-11-18 21:49:01

sa prejavili oscilácie neutrín, mohlo by to byť lineárne ale aj nemuselo podľa toho ako by sme sa trafili do oscilačnej vlny, to je ale len môj názor. mňa ale skôr zaujíma presný čas kedy odletia z cngs.

Odpovědět

Zatím je opravdu dobré zůstat skeptický.

JiříVesecký EgonEgon,2011-11-18 21:35:58

Je možné že časový rozdíl detekce neutrin zůstane stejný i při měření vzdálenějším detektorem. To bude asi další krok aby se rozdíl změřil na delší vzdálenost než 730km. Jestli časový rozdíl poroste lineárně se vzdáleností. Nebo budeme detekovat neutrino vždy o 60ns dřív. Tento jev by se dal i poměrně jednoduše vysvětlit.

Odpovědět

vieme kedy vyletia?

Maroš Štulajter,2011-11-18 21:24:27

napísal ste že my vieme presnejšie kedy vyletia neutrína z cngs. neutrína vyletujú po rozpade pionov a následne aj mionov v rozpadovom tuneli. nemohli sa seknúť o nejakých 20 m skôr že sa oddelia. nebolo by na zváženie priamo zmerať odozvu na cngs, samozrejme je to náročné.

Odpovědět


Přesnost časování

Vladimír Wagner,2011-11-19 08:49:22

V tom není problém. Místo vzniku pi mezonů je dáno polohou terče (nejistota pak jeho tloušťkou) a vznik neutrina pak místem rozpadu mezonu pí. Tam může být rozdíl desítky i stovky metrů (je znám poločas rozpadu mezonu ale čas rozpadu konkrétního jednoho mezonu může být velmi různorodý). V tom ale není problém, protože jak protony, tak mezony pí se pohybují rychlostmi extrémně blízkými k rychlosti světla a na vzdálenost i stovky metrů bude rozdíl mezi dobou letu fotonu, mezonu pí a neutrina menší než nejistota plynoucí z jiných zdrojů (třeba šířky pulzu 3 ns).

Odpovědět


Gf Fs,2011-11-21 07:46:14

K jako vzdy vyborne odpovedi pana Wagnera jen doplnim, ze hlavni neurcitost pri mereni doby vyletu je spojena s mereni doby pruletu protonoveho svazku (oznacene BCT calibration v tabulce systematickych neurcitosti na strane 24 clanku). BCT je v principu obycejne trafo, kdy prulet protonoveho svazku primarem indukuje s urcitym zpozdenim signal na sekundaru. A zmerit spravne toto zpozdeni neni vubec jednoduche. Verim, ze se to autorum povedlo. Taky se omlouvam vsem, kterych se dotklo zjednoduseni BCT na obycejne trafo. Je to chytre a slozite zarizeni.

Odezvy blizko zdroje neutrin meri jak T2K (detektor se jmenuje ND280) tak MINOS. Verim, ze oba experimenty budou v blizke dobe publikovat nove vysldeky mereni doby letu neutrin.

Odpovědět

Ať už nakonec vše dopadne jakkoliv

Karel Wágner,2011-11-18 20:31:49

Podle některých novinářů tento experiment údajně znamená konec speciální teorie relativity (na internetu se dokonce objevila tvrzení, že „dosavadní paradigmata se hroutí a fyzika se opět vrací do bodu nula“). Tento experiment však ve skutečnosti nepostavil „na hlavu“ celou kvantovou fyziku a v žádném případě zde naměřené hodnoty neznamenají konec speciální teorie relativity. I kdyby se rychlost neutrin nakonec se 100 % jistotou potvrdila, speciální teorie relativity se bude samozřejmě nadále užívat pro popis pohybu částic s extrémně vysokými rychlostmi. Jen by se ukázalo, že má tato teorie limity, za kterými některé jevy popsat nedokáže a že je nutné pro tyto případy použít novou, obecnější teorii. Podobně i přes objev speciální teorie relativity dodnes popisujeme pohyby kosmických těles Newtonovou mechanikou.

Odpovědět

Nejistota měření

Petr Botek,2011-11-18 19:57:15

sluší oslu mnohem lépe, než ve starších článcích uváděná neurčitost měření.

Odpovědět

Možná měl Einstein pravdu jen to neplatí pro hmotu

Karel Rabl,2011-11-18 19:07:37

Když si vezmeme např. černou díru, tak pro světlo je stejně "vodivá" jako hmota pro neutrino dokonce zní nemůže uniknout.Hmota se tedy jeví nejen pro neutrino jako určitá bublina, někdo tomu říká čas.A prostor zvaný vakuum je něčeho plný a shodou okolností pro nás prázdný.O korelaci hmoty a (času nebo prostoru) psal Einstein již v minulém století jen nevěděl nic o černých dírách nebo neutrinech.Mohu se samozřejmě mýlit, je to jen názor laika zajímajícího se o dění okolo nás.

Odpovědět


Také si myslím,

Václav Malý,2011-11-19 22:50:29

že ten "povyk" kolem neutrin je neadekvátní: Neutrina prostě, podle Kvartonového modelu vakua a částic, nemají stejný typ (t.j. gravitační) hmotnosti jako všechny ostatní částice. A proto nepodléhají omezením pro gravitační hmotnost z níž vycházel Einstein. Toto bylo maximálně průkazné již při zjištění jejich fenomenální pronikavosti. Když tady před časem tohle vysvětloval Valonis, tak se někteří na něj vrhli jako supi.

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