Překvapivě rychlá neutrina

Motto: Fyzika a věda obecně jsou jedno velké a nikdy nekončící dobrodružství poznání.

Experiment Opera – celkový pohled na stanici, která zachycuje neutrinaLNGS, idnes.cz

Rychlost neutrin

Při nedávném pokusu projektu Opera v Italském Gran Sassu při studiu neutrin došlo k velmi překvapivému a zajímavému pozorování. Pokud se vědci nemýlí a všechna zařízení pracovala tak, jak měla, tak neutrina z laboratoře Cernu v Ženevě cestovala do laboratoří pod italskou horou Gran Sasso rychlostí vyšší než je rychlost světla ve vakuu. To je dle současné fyziky nemožné.

Měření času v Opera projektu probíhalo pomocí přístrojů s přesností 10 - 15 miliardtin vteřiny. Dle měření neutrina dorazila na místo v Itálii o 60 miliardtin vteřiny rychleji, než by to udělalo světlo, kdyby se pohybovalo ve vakuu.

Intermezzo

Trochu mi to připomíná zážitek z mého vlastního života. Koncem 60. a začátkem 70. let minulého století jsem navštěvoval Seminář aplikací matematické logiky na Matematicko-fyzikální fakultě Karlovy university v budově Sokolovská 83 v Karlíně. Seminář začínal každou středu oficiálně od 10:00 hodin, s využitím „akademické čtvrhodiny“ však začínal vždy skoro přesně v 10:15.

Seminář se konal v jakési sborovně tehdejší Katedry matematické logiky. V ní byla černá tabule, jeden dlouhý stůl a pár židlí. Návštěvnost semináře byla často vysoká, dojížděli na něj i pracovníci z jiných pracovišť, a tak se židle půjčovaly z přilehlých pracoven. Poslední příchozí seděli různě v koutech místnosti a poznámky si psali do svých sešitů na kolenou. Proto bylo dobré na seminář přijít zavčas.

Poslední část své cesty na seminář jsem jezdil tramvají ze stanice Florenc. Byly to dvě, možná tři stanice tramvají, přesně si to již nepamatuji. Jednou jsem při cestě na seminář na tramvajové stanici Florenc přibližně v 9:50 zjistil, že je přecpaná lidmi a tramvajemi. Na stanici jsem se potkal s kolegou z oboru, který pracoval v Mikrobiologickém ústavu v Krči, a na seminář také chodil. Jen jsem ho pozdravil a šel dál. Nemám rád čekání a tak jsem se rozhodl, že si zajdu na autobusové nádraží Florenc, abych si koupil jízdenku a místenku na autobus na příští sobotu. Tam jsem po asi pěti minutách čekání obě koupil. Na stanici tramvají Florenc jsem se však již nevracel a šel jsem na fakultu pěšky: nejprve Křižíkovou ulicí, pak pokud možno diagonálně přes Karlínské náměstí a pak Sokolovskou až k budově fakulty.

Na seminář, který začal jako vždy v 10:15, jsem dorazil zavčas. Až po značné chvíli dorazilo několik dalších účastníků semináře včetně toho kolegy z Mikrobiologického ústavu. „Vymlouvali se“, že nejezdily tramvaje. Když ten kolega z Mikrobiologického ústavu uviděl, že na semináři už jsem, tak na mě zvolal: „Vždyť tebe jsem na Florenci také viděl. Jak to, že tu už jsi?“ Vklidu jsem odpověděl, že jsem si došel na Florenc koupit jízdenky na autobus. Nenechal mne domluvit a vysvětlit, že jsem pak šel na fakultu pěšky a nevěřícně a téměř rozhořčeně mi řekl: „Takže jsi si zašel na autobusové nádraží a proto jsi tady dříve než my?!“ Věc jsme dále nerozebírali a ten den dále probíhalo vše již normálně.

Tomu kolegovi myslím pak ještě dlouho vrtalo hlavou, že zacházkou na autobusové nádraží jsem na fakultu dorazil dříve než on přímou cestou. Po jistou dobu vždy, když mne někde uviděl, se na mne díval jako na zjevení. Předpokládám, že zvážil též možnost, že jsem z autobusového nádraží na fakultu šel pěšky, ale i tak se mu asi zdálo být nemožné, že jsem na fakultu dorazil značně dřive než on. Tak dlouho zase na tramvaj dle něj asi nečekal. Třeba se však na stanici s někým zabavil a dobře si neuvědomoval, jak dlouho tam čekal.

Zpět k neutrinům

Nyní je třeba ověřit, zda měření rychlosti neutrin v experimentu Opera proběhla správně. Na tom se již pracuje. To je složitá záležitost a je trochu popsána v některých článcích na webu.

Pokud se v použité metodě experimentu, v měření ani interpretaci výsledků měření nenajde žádná chyba, pak bude třeba pokus zopakovat: jinými vědci, pokud možno jinde, trochu jinou metodou a jinými přístroji. Pokud se dojde ke stejnému výsledku, tj. k zjištění nadsvětelné rychlosti neutrin, tak ve fyzice nastane nesmírně zajímavá situace. Některé z pilířů moderní fyziky se totiž otřesou v základech.

Jiný model prostoru

Osobně si myslím, že pak nebude stačit udělat novou teorii v rámci současně používaného čtyřdimensionálního časoprostoru, ale bude třeba nalézt jiný, vhodnější model prostoru, než je současně ve fyzice používaný časoprostor. Třeba se neutrina, podobně jako já tenkrát v Karlíně, pohybují trochu jinudy, než od nich vědci očekávají. Třeba to vzaly nějakou zkratkou nebo „rychlejší oklikou“. Třeba je náš prostor tvořen různými prostory, včetně nám známého časoprostoru, které se různě prolínají a jen někde a někdy spolu splývají. Zajímavou vlastností neutrin je, že, prý jelikož jsou tak malá, procházejí bez problému hmotou. Třeba však nám známou hmotou vůbec neprocházejí, ale pohybují se zpravidla jinudy. Tj. pohybují se jiným, nám dosud neznámým, prostorem, který jen někdy a místy se ztotožňuje s nám známým časoprostorem. A proto je tak těžké neutrina zachytit.

Kvantová fyzika má mnoho záhad, které nikdo nechápe. Nedovedeme si představit, jak věci v kvantové fyzice fungují. Jevy jen dovedeme pomocí kvantových rovnic popsat.

Jak známo, v dressingu připraveném z oleje, vody a octa, se po ustání oddělí olej od vody a octa. Jednou jsem si nechal chemikem vysvětlit, proč se ve víně při ustání neoddělí voda od alkoholu. Voda a alkohol mají přece také různé specifické váhy. Asi půl hodiny mi to vysvětloval a kreslil různé obrázky. Žádný obrázek s vysvětlením u mne neobstál. Chemik to vždy uznal a nakonec se naštval, zeptal se mne, zda vím, co je Hilbertův prostor, a pak mi napsal dvě kvantové rovnice, které to smíšení vody a alkoholu popisují a tedy „vysvětlují“. A basta. Jiné vysvětlení neměl. Žádná názorná představa, ale dvě kvantové rovnice v Hilbertově prostoru.

Dle mne je nový obecnější model prostoru nutno hledat i nezávisle na výsledku pokusů s rychlostí neutrin. Třeba nám to objasní mnohé, dosud nejasné jevy. A možná se v tomto novém prostoru najdou entity, proměnné a zákony, které nám umožní obejít se bez pravděpodobnosti v kvantové fyzice. Tj. tyto nové, Einsteinem očekávané „skryté proměnné“ („hidden variables“) by pak mohly nahradit náhodnost ve fyzice elementárních částic.

Matematika a fyzika jsou odjakživa spolu propojeny. V minulosti významné pokroky ve fyzice často souvisely s významnými pokroky v matematice. Např. vznik a rozvoj klasické mechaniky byl umožněn vznikem a rozvojem diferenciálního a inegrálního počtu (Leibnitz, Newton atd.). Proto si myslím, že vytvoření nového matematického modelu prostoru by mohlo lépe a obecněji popsat jevy ve fyzice elementárních částic a možná i některé tzv. paranormální jevy v běžném životě.

Paranormální jevy

Tímto nechci říci, že všechny tzv. paranormální jevy jsou skutečně „paranormální“. Často se totiž dají vysvětlit již nyní normálně: jako omyl, náhoda, nevědomá znalost něčeho apod. Přesto si myslím, že se občas v běžném životě stávají hodně překvapivé a těžko pochopitelné události a že alespoň některé z nich se snad v budoucnu díky novým teoriím fyziky (možná i v nových modelech prostoru) stanou pochopitelnými a že tyto jevy pak budou považovány za normální a ne za paranormální.

Temná hmota a temná energie

Nový obecnější model prostoru by také mohl modelovat tu část vesmíru, kde se před námi „schovávají“ temná hmota a temná energie. Toto je pochopitelně velmi předběžné spekulování o zatím nenalezeném modelu prostoru a zatím hypotetických a velmi nejasných pojmech temná hmota a temná energie. Temná hmota a temná energie však dle současných kosmologických teorií tvoří podstatnou část vesmíru. Navíc, spekuluje se o tom, že neutrina by mohla zprostředkovávat některé formy temné hmoty.

Poznámky

Závěrem poznamenávám, že ač jsem na Mat-fyzu v prvních dvou ročnících absolvoval několik kurzů fyziky (v době mého studia byl studijní program prvních dvou ročníků stejný pro fyziky a matematiky), tak jsem se ve vyšších ročnících specializoval na matematiku, matematickou logiku a na umělý intelekt. V Praze se tenkrát místo umělý intelekt používal termín teoretická kybernetika. Nejsem tedy vzděláním ani povoláním fyzik. Speciální a obecnou teorii relativity, kvantovou fyziku ani teorii elementárních částic do hloubky neznám. O fyziku se jen zajímám, je to jeden z mých koníčků. Toto mi umožňuje vyjadřovat se o fyzice volněji a nepřesněji, než by si mohl dovolit fyzik. Doufám, že ve fyzice více erudovaní čtenáři budou ke mně v tomto směru shovívaví.

Výše uvedené intermezo jsem si nevymyslel. Ta příhoda se skutečně stala. Jelikož na mne tenkrát udělala silný dojem, tak si ji dosud dobře a myslím i poměrně přesně pamatuji.

Dodatek 16. prosince 2011, 17:00

K článku jsem přidal odstavec o temné hmotě a temné energii.

Dodatek 9. dubna 2012, 12:50

V měření rychlosti neutrin v projektu Opera byly zjištěny dva nedostatky. Pokračování tohoto článku jsem umístil zde.