Článok Petra Hlavačku z 12.6.2017 je tak krátky, že ho môžem - pre komfort čitateľa - citovať v úplnom znení. -
» Jedným z hlavných pilierov aktuálne platnej fyzikálnej interpretácie vzorcov Špeciálnej teórie relativity ako aj Všeobecnej teórie relativity je nulová kľudová hmotnosť fotónu.
Vďaka tomu, že má nulovú kľudovú hmotnosť fotón dosahuje teoreticky najvyššiu možnú rýchlosť - rýchlosť svetla vo vákuu c. V tomto a v nasledujúcom článku sa podrobnejšie pozriem na to, ako sa experimenty a pozorovania zhodujú s týmto predpokladom.
Pri bežných pozorovaniach a experimentoch dosahujú neutrína prakticky rovnakú rýchlosť ako svetlo, napriek tomu, že majú dokázateľne kľudovú hmotnosť približne 0,2 eV. Tieto výsledky sa dajú vysvetliť nedostatočnou presnosťou meracích prístrojov. Ale existuje jeden prípad, kedy pre nás príroda pripravila oveľa presnejší experiment. V roku 1987 k nám dorazili neutrína z výbuchu supernovy SN 1987A a približne o 3 hodiny dorazilo aj svetlo z tejto supernovy. To, že neutrína dorazili skôr sa vysvetľuje tým, že fotónom trvalo dlhšie ako neutrínam dostať sa zo samotnej supernovy. Ale teraz by som rád upozornil na účelovo a široko ignorovaný aspekt tohto pozorovania.
Supernova vybuchla vo vzdialenosti 168 000 svetelných rokov a svetlu trvalo 168 000 rokov, kým sa dostalo k nám. Vyzerá to tak, že rýchlosť neutrín bola úplne rovnaká ako rýchlosť svetla, takže tých pár hodín náskoku, ktoré neutrína získali v rámci samotnej supernovy, svetlo nebolo schopné dohnať ani za 168 000 rokov a doraziť skôr ako dorazili neutrína. Inak povedané, pokiaľ by neutrína kvôli svojej kľudovej hmotnosti boli napríklad len o 1 desaťmilióntinu pomalšie ako svetlo, tak by po 168 000 rokov dorazili o viac ako 5 dní neskôr ako svetlo zo supernovy. Ale nič také sa nestalo a tým pádom v tom najpresnejšom pozorovaní, ktoré máme k dispozícii je rýchlosť častice s kľudovou hmotnosťou rovnaká ako je rýchlosť fotónov, ktoré by teoreticky mali byť rýchlejšie kvôli tomu, že nemajú žiadnu kľudovú hmotnosť. « Koniec citovania. [1]
A ešte pár slov na priblíženie samotnej supernovy. -
SN 1987A bola supernova, ktorá vzplanula v hmlovine Tarantula vo Veľkom Magellanovom mraku. Svetlo tejto explózie na Zem dorazilo v roku 1987 (z toho názov). S magnitúdou 3 sa stala najjasnejšou supernovou pozorovanou od roku 1604 (Keplerovej supernovy). Celých 10 mesiacov bola pozorovateľná voľným okom a observatóriá celej južnej pologule ju nepretržite sledovali počas explózie aj po nej. Jej pozorovania priniesli mnoho poznatkov o posledných štádiách životného cyklu hviezd.
Supernova vznikla explóziou hviezdy s pôvodným označením Sanduleak -69°202. Prvýkrát bola zaznamenaná 23. februára o 7:36 UT ako prílet 25 neutrín z jej skolabovaného jadra. Nasledujúceho dňa o 6:30 Ian Shelton na observatóriu Las Campas v Čile objavil túto supernovu aj vizuálne. Obálka po supernove sa stále veľkou rýchlosťou rozpína a naráža na medzihviezdny materiál, v ktorom vytvára prstenec žiariaceho plynu. To, že supernovu sprevádzal tok neutrín zachytený troma rôznymi neutrínovými detektormi, potvrdilo správnosť teoretickej predstavy o výbuchu supernovy.
SN 1987A patrí k supernovám typu II a vznikla explóziou modrého – nie červeného, ako by sa dalo očakávať – nadobra. (Pozri [2])
Prečo musia teoretickí fyzici a (praktickí) astronómovia predpokladať ba dokonca postulovať nulovú "pokojovú hmotnosť fotónov?
V špeciálnej teórii relativity zohráva veľmi významnú úlohu vzorec pre relativistické správanie hmoty, vyjadrujúci vzťah medzi tzv. "relativistickou" hmotnosťou objektu m(v) v závislosti od pozorovanej rýchlosti "v" jeho pohybu a od jeho tzv. "pokojovej" hmotnosti. Aby to bolo ešte "zaujímavejšie", v predmetnom vzorci figuruje aj rýchlosť šírenia svetla vo vákuu "c".
Jedná sa o notoricky známy vzorec
Vzorec prestane mať fyzikálny (i matematický) zmysel v prípade nulového menovateľa. Táto situácia by nastala v prípade rovnosti pozorovanej rýchlosti hmotného objektu "v" a rýchlosti šírenia svetla vo vákuu "c".
Je však otázne, či je to len dôsledok teoretickej koncepcie relativity alebo objektívnej fyzikálnej skutočnosti.
Teória kozmodriftu uprednostňuje druhú možnosť vzhľadom na to, že systematicky uvažuje s objektívnou existenciou bezprostredne nepostihnuteľného kozmodriftového pohybu, ktorému nepodlieha nie len naša Zem ale i celý okolitý vesmír, a to aj za aktuálnymi hranicami jeho pozorovateľnosti.
Je zrejmé, že "problém supernovy SN1987A" môže byť spôsobený viacerými možnými príčinami - o niektorých azda ešte ani netušíme - ale my sa zamerajme teraz na jeho "najsilnejší variant", ktorý nadniesol aj pán Hlavačka:
Na jednej strane neutrína majú preukázateľne hmotnosť a mali by sa, v zmysle uvedeného relativistického vzorca, pohybovať pomalšie ako fotóny, ktoré sú vraj - pri svojej nulovej (!) hmotnosti - najrýchlejším reálnym "fenoménom" v prírode.
Na druhej strane, aj keby sa neutróny i fotóny pohybovali rovnako rýchlo, t.j. rýchlosťou "c", aj tak tu zostáva problém vysvetliť, prečo boli neutróny z výbuchu supernovy spozorované na Zemi skôr ako fotóny; to za predpokladu, že ich výbuch supernovy emitoval v rovnakej chvíli.
Pre teóriu kozmodriftu, aj pri tomto zásadnom predpoklade, nie je problém podať vysvetlenie.
Je to možné preto, lebo - ako som už vyššie povedal - systematicky počíta s objektívnou existenciou kozmodriftového pohybu sveta, a z toho vyplývajú také dôsledky, ktoré umožňujú podať potrebné (a hlavne rozumné aj názorné) vysvetlenie.
Najprv sa pozrime na základnú slabinu koncepcie relativity, ktorú svojím spôsobom reprezentuje aj predmetný relativistický vzorec. Tento vzorec jednoznačne vyjadruje hranice použiteľnosti špeciálnej teórie relativity (ako aj relativistickej koncepcie vcelku), pretože nepripúšťa existenciu vyšších objektívnych rýchlostí ako je rýchlosť "c". (Teraz zabudnime na rečičky o nejakých tachyónoch, ktoré sa musia za každých okolností pohybovať "nadsvetelnými" rýchlosťami.)
Pretože teóriu relativity nezaujímajú pohyby hmotných objektov v ich skutočnej, objektívnej podobe (objektívne pohyby), ale len ich pozorovateľná časť vzhľadom na seba navzájom (relatívne pohyby), nie je schopná rozhodnúť ani len otázku o skutočnej polohe astronomického Slnka, ktorú som nadniesol vo svojich predošlých článkoch opakovane. -
Vychádzajme z obr.2, ktorý vyjadruje situáciu (len) z hľadiska (relatívneho) tzv. pozorovateľného priestoru.
Nech, v čase "T0", emituje (astronomické) Slnko - zo svojej polohy "S" - svetlo smerom k pozorovateľovi na Zemi do bodu "A". Vzdialenosť SA je približne 150 miliónov km a svetlo ju v (relatívnom) svetovom priestore prekoná (relatívnou) rýchlosťou "c" približne za čas 500 sekúnd (= 8 minút 20 sekúnd).
Pretože Zem rotuje v priestore okolo svojej osi, počas tých 500 sekúnd cesty svetla k nej sa stanovisko pozorovateľa pootočí z bodu "A" do bodu "B", približne o dva uhlové stupne.
Svetlo, emitované (astronomickým) Slnkom v bode S, pozemský pozorovateľ preto zaregistruje v čase "T1", keď je už v bode "B". Tam pozoruje zdanlivý príchod svetelných lúčov zo smeru (optického) slnka nachádzajúceho sa na dennej oblohe v bode "s".
Pozorovateľ vie o (zmyslami nepostihnuteľnej) rotácii Zeme a predpokladá, že sa tento pohyb premieta na oblohu v podobe zdanlivého pohybu optického slnka po oblohe v opačnom smere. Predpokladá, že astronomické Slnko - príčinu optického javu slnka - vlastne nemôže "bezprostredne" vidieť, a že toto (neviditeľné) Slnko sa vždy nachádza v smere denného pohybu optického slnka po oblohe, práve o tie dva uhlové stupne pred ním. Teda vlastne v smere bodu S; práve v tom smere, v ktorom sa aj v (relatívnom) svetovom priestore práve nachádza.
Preto píšem "v (relatívnom) svetovom priestore...", pretože ak uvážime, že aj astronomické Slnko sa v priestore nejako pohybuje, po 500 sekundách letu jeho svetla k Zemi je už aj ono v (objektívnom) svetovom priestore niekde inde, a nie v tom bode, z ktorého pozorované svetlo emitovalo.
Ak je rýchlosť kozmodriftu "w" rovná rýchlosti svetla "c", situácia z hľadiska objektívneho (tzv. kozmodriftového) priestoru vyzerá inak ako na obr.2, a síce takto. -
V čase "T0" sa astronomické Slnko nenachádza v bode "S" ale v bode "S0", niekde za ľavým okrajom obr.2. Vzdialenosť S0-S = 150 000 000 km (približne).
Pre Zem platí obdobne, že v čase "T0" sa nachádzala v určitom bode "Z0" - situovanom obdobne za ľavým okrajom obr.2. V čase "T1" sa nachádza v polohe na obr.2 (označme ju symbolom "Z1"). Taktiež zdialenosť Z0-Z1 = 150 000 000 km (približne).
Vzhľadom na objektívny (kozmodriftový) priestor, astronomické Slnko v skutočnosti emitovalo svetlo v čase "T0" v bode "S0" takým (objektívnym) smerom, aby doletelo k pozorovateľovi - za čas 500 sekúnd - do bodu "B" súčasne so Zemou, nachádzajúcou sa - v časovom okamihu "T1" - práve v (neoznačenej) polohe "Z1" na obr.2.
Taktiež vzdialenosť S-Z1 = 150 000 000 km (približne).
Ale vzdialenosť S0-Z1 je (v tomto prípade, takto znázornenom) podstatne vyššia! S0-Z1 > 150 000 000 km.
Trojuholník S0-S-Z1 je rovnoramenný trojuholník s preponou S0-Z1.
Pozorovateľ predpokladá, že pozoroval svetlo, ktoré putovalo zo Slnka k Zemi (relatívnym, tzv. pozorovateľným) priestorom, (relatívnou) rýchlosťou "c" po dráhe S-Z1(bod B).
V skutočnosti pozorovateľ zaregistroval, v čase "T1", v bode "B", svetlo, ktoré putovalo zo Slnka k Zemi (objektívnym, tzv. kozmodriftovým) priestorom, nejakou "nadsvetelnou" rýchlosťou - označme ju trebárs "cx" - po dráhe S0-Z1(bod B). Čiže "cx" > "c".
Rýchlosť "cx" konkrétneho svetelného lúča v objektívnom (kozmodriftovom) priestore závisí od uhla, ktorý smer lúča zviera so smerom kozmodriftu.
Rýchlosť "cx" je totiž - v zmysle objektívne platného balistického princípu (Ritzova hypotéza) - vektorovou výslednicou kozmodriftového pohybu Slnka rýchlosťou "w" a konštantnej "emitačnej" rýchlosti "c", ktorú svetlu udeľuje izotrópne vyžarujúci svetelný zdroj.
Rýchlosť svetla "cx" sa, po jeho zachytení na pozemskom stanovisku pozorovateľa v bode "B", v dôsledku tzv. kaberácie (druh aberácie vzhľadom na objektívny pohyb Zeme) zmení na klasickú rýchlosť "c". Rýchlosť "c" je takto, z uvedeného dôvodu, relatívna čo do veľkosti i čo do smeru šírenia svetla. A vďaka tomu je v (relatívnom) priestore stála, čo Einsteina viedlo k tomu, aby ju postuloval vo svojej špeciálnej teórii relativity ako akúsi univerzálnu prírodnú konštantu. (Pochopiteľne, bez toho, žeby vedel objasniť fyzikálnu príčinu tejto "univerzálnosti".)
Koncepcia relativity vedie k takej odpovedi na otázku o polohe astronomického Slnka v priestore (vzhľadom na Zem), že "slnko" je optický jav, ktorého príčinou je astronomické Slnko. Slnko je bezprostredne nepozorovateľné a - vzhľadom na pozemskú oblohu - nachádza sa v smere približne o dva oblúkové stupne pred "slnkom" na jeho zdanlivej dennej dráhe po oblohe.
Teória kozmodriftu, na rozdiel od koncepcie relativity, tvrdí, že astronomické Slnko sa nie že len nachádza v predpokladanom smere bodu "S", ale - v dôsledku kaberácie - smerová poloha optického slnka a astronomického Slnka je rovnaká. Inými slovami, optický jav "slnko" pozorujeme v tom istom smere, ako sa nachádza aj Slnko - jeho príčina.
Hoci je Slnko vzdialené od Zeme len približne 150 000 000 km, už má aj moderná astronómia problém, ako vyhodnotiť pozorovanie Slnka, lebo ho vyhodnocuje chybne.
A tak to aj zostane - dovtedy, kým nie len astronómovia ale aj fyzici nezačnú uvažovať koncepčne a nebudú pri svojich pozorovaniach a meraniach systematicky kalkulovať s objektívnou existenciou kozmodriftu.
Kozmodriftový pohyb je totiž príčinou, akoby sa univerzálny objektívny priestor "štiepil" principiálne na dve odlišne priestorové úrovne. Teória kozmodriftu tento podstatný moment problematiky postrehla; fyzici ho predbežne ešte stále ignorujú.
A teraz sa konečne dostávam k vlastnému jadru tohto článku, k tomu, ako celkom jednoducho vie teória kozmodriftu vysvetliť "problém", zistený už pred tridsiatimi rokmi v súvislosti so supernovou SN 1987A.
Na obr.3 je situácia znázornená tentoraz z hľadiska objektívneho (kozmodriftového) priestoru.
Supernova SN 1987A i Zem sa pohybujú priestorom (pre jednoduchosť predpokladajme - iba) kozmodriftom rýchlosťou "w", t.j. po rovnobežných dráhach znázornených plnými čiarami. Všimnime si pritom úplne samozrejmú a vcelku banálnu vec, totiž, že ich vzájomná poloha sa nemení.
Čiarkované kružnice vyznačujú oblasť súčasného výskytu daného druhu častíc v závislosti od času.
Je zrejmé, že ak niektoré z nich majú byť zaregistrované na Zemi, je to možné len v priesečníku kozmodriftovej dráhy Zeme s danou oblasťou a len pre tie častice, ktoré sa v danom bode priestoru ocitnú súčasne so Zemou.
Výbuch supernovy v danej polohe spôsobí (predpokladanú) súčasnú emisiu rôznych častíc. Tieto sú vyžiarené zdrojom vo všeobecnosti rôznymi "emitačnými" rýchlosťami. My však predpokladajme, aby sme doviedli "problém" supernovy SN 1987A spolu s pánom Hlavačkom až "na hranu", že neutrína i fotóny boli pri jej výbuchu emitované rovnakými emitačnými rýchlosťami, t.j. rýchlosťou "c".
Predpokladajme, že emitačné rýchlosti častíc sú ovplyvnené ich rôznou hmotnosťou a že svetelné fotóny majú najvyššiu a pritom aj stálu rýchlosť šírenia v (relatívnom) priestore - rýchlosť "c".
V objektívnom priestore však môže rýchlosť rôznych druhov častíc principiálne nadobúdať "nadsvetelné" hodnoty, t.j. vyššie ako "c", a tiež rýchlosť samotných fotónov môže byť aj podstatne menšia ako "c" (fotóny môžu nadobúdať rýchlosti z intervalu hodnôt 0, 2c).
Z obr.3 vyplýva, že neutrína smerovali k Zemi, aby ju stretli na jej kozmodriftovej dráhe objektívnym priestorom v polohe "Zem 1", pod menej ostrým uhlom na smer kozmodriftu ako svetelné fotóny, ktoré sa stretli so Zemou v polohe "Zem 2".
Z toho plynie, že neutrína sa v kozmodriftovom priestore (objektívne) pohybovali pomalšie ako fotóny, ale - pretože dráha [SN 1987A - Zem 1] je kratšia ako dráha [SN 1987A - Zem 2] - mohli doraziť k Zemi naozaj skôr ako rýchlejšie fotóny.
V krajnom prípade (ktorý som ešte celkom nepremyslel), v dôsledku kaberácie, by sme však možno mohli pozorovať na Zemi aj ich rovnaké (!) (relatívne) rýchlosti.
Keby sme teraz uprednostnili relativistickú koncepciu, totiž, že podstatná je len relatívne (v čase) nemenná vzájomná poloha supernovy a Zeme, dostali by sme sa do úplne neriešiteľnej situácie.
Ale - svojou podstatou, na pohľad banálny, z fyzikálneho hľadiska však veľmi významný - fakt, že sa supernova a Zem v priestore pohybujú (čo aj nepostrehnuteľne) približne rovnakým spôsobom, zrazu predstavuje kardinálne iné možnosti riešenia problému.
(V tomto prípade, sa pravdaže nejedná o nejaký "nezmyselný dovetok", konštatujúci predpoklady, za akých je napríklad klasické znenie prvého Keplerovho zákona naozaj oprávnené. No príklad supernovy SN 1987A je dobrý príklad na to, ako sa neoplatí podceňovať objektívnu situáciu - možno preto, že je azda trochu komplikovanejšia - a "zahrabať sa v relativite".)
Vzhľadom na veľkú vzdialenosť supernovy SN 1987A od Zeme (údajne 168 000 svetelných rokov) a na malý časový rozdiel medzi príchodom neutrín a svetelných fotónov, s ich predpokladaným pôvodom z jej výbuchu, možno predpokladať, že táto supernova sa nachádza (resp. v čase svojho výbuchu sa nachádzala) v pomerne tesnej blízkosti roviny kolmej na smer kozmodriftu našej kozmooly.
Aby astronómovia mohli (aspoň približne) určiť orientáciu tejto roviny, potrebovali by sme registrovať ešte aspoň jeden takýto podobne unikátny jav, pretože na identifikáciu rovinnej plochy plne postačujú tri rôzne, na nej ležiace body.
Prvý bod predstavuje SN 1987A, druhý naša Zem, a tretí nám predbežne chýba.
Ak by ho astronómovia niekde vo vesmíre objavili, dokázali by určiť apex a antapex kozmodriftu našej kozmooly na hviezdnej mape, čo by bol určite pozoruhodný výsledok.
Nájde sa medzi vedcami nejaký optimista, ktorý si dá tú námahu, že si preštuduje aspoň základy teórie kozmodriftu a dokáže vypracovať - na nich založený - potrebný výskumný program, pre ktorý by sa dal získať grant?
Pramene:
[1] https://hlavacka.blog.sme.sk/c/457241/o-hmotnosti-a-rychlosti-fotonu.html?ref=viacbloger
[2] https://sk.wikipedia.org/wiki/SN_1987A
Do pozornosti stálym čitateľom mojich článkov:
Vážení priatelia, v poslednej dobe dostávam do svoje e-mailovej schránky cufr@centrum.sk od facebooku zoznamy mien ľudí, ktorí by azda chceli so mnou komunikovať cez facebook. Za všetky ponuky na tento kontakt vám srdečne ďakujem, no (predbežne) zo - subjektívnych dôvodov - nechcem pobývať na facebooku, aj keď ponúka možnosť chatu. Preto každého, kto má záujem o nejaké doplňujúce informácie k mojim myšlienkam, alebo dokonca záujem o nejakú (aj jednorázovú) formu spolupráce so mnou, nateraz odkazujem na uvedený e-mailový kontakt. Dúfam, že vás to neurazí ani neodradí od vašich zámerov v súvislosti so mnou. Ďakujem vám za porozumenie.
