СТО и более общая теория

Тут в инете разошлась кругами маленькая революционная ситуация в физике из-за сообщения об экспериментальном, достоверном обнаружении некоторого превышения скорости света нейтрино, летящими через толщу Земли.  Пока не обнаружено ни методологических, никаких других видов ошибок, хотя вероятность такого исхода есть и требуется немалое время на доведение сведений до уровня общепризнаваемой аксиоматики.

Но уже распищались разрушители СТО, так давно, но так тщетно пытающиеся прикопаться хоть к чему-то, несмотря на то, что все эксперименты до сих пор подтверждали СТО на 100%. Даже в гостевухе сайте, не говоря про обсуждения новостей на других сайтах, начали писать непременно в дерзко-нагло-задиристом стиле дешевых победителей :) Хотя понятно, что даже при подтверждении данных речь может идти лишь о расширении СТО до более общей теории. Точно так же как механика Ньютона оказалась лишь частным случаем более общего описания СТО, но не потеряла своего значения в расчетах и сегодня. Так что, к ужасу ликующих, с момента нахождение некоторого выхода за рамки СТО в определенных условиях, формулы СТО в рамках применимости описания вдруг не перестанут быть верными :) Об экспериментальных подтверждениях см. Подтверждения релятивисткой теории.

В том же, что есть более общая теория, которая покажет природу (первопричину) для формальных описаний СТО, не сомневался никто из релятивистов: ведь квантомеханические явления оказались за границами применимости СТО. Мало того, в этом направлении давно уже делаются попытки объединения квантовой механики и СТО - в виде множества версий М-теорий.

Если данные опытов подтвердят, что скорость света в вакууме - не константа, по крайней мере для разных видов квантов, то, скорее всего, наблюдаемый эффект как раз и проявляется на уровне такого объединения.

То, что разгорелась сенсация само по себе побуждает новостные сайты подхватывать эстафету. На Элементах статью о предполагаемом открытии написал И. Иванов, знаменитый на сайте Форнит своим высказыванием: "В случае с запутанными частицами, надо просто принять, что квантовые частицы "живут" не в привычном нам трехмерным пространстве, а в своем, более сложном конфигурационном пространстве. А мы видим как бы проекцию этого пространства и удивляемся, какое оно необычное.". Конечно, описания первооснов частиц может использовать большее число степеней свободы, чем в макромире, но попытка "объяснить" проявления связанности на огромных расстояниях дополнительными метриками на таких расстояниях - фантазерство, за что он и был назван мной "очковым фантазером" (слово очковый может иметь множество как позитивных так и негативных толкований и прелесть словосочетания примерно в том же, что и прелесть женщины, накинувшей полупрозрачную одежду, позволяющую расфанатзироваться более пылко, чем если бы она была обнаженной :)

Вот основные фрагменты из статьи на Элементах: 

В пятницу 23 сентября в архиве электронных препринтов появилась статья коллаборации OPERA, посвященная прямому измерению скорости движения нейтрино. Результаты звучат сенсационно: скорость нейтрино оказалась слегка — но статистически достоверно! — больше скорости света. Статья коллаборации содержит анализ разнообразных источников погрешностей и неопределенностей, однако реакция подавляющего большинства физиков остается очень скептической, прежде всего потому, что такой результат не согласуется с другими экспериментальными данными по свойствам нейтрино.

Идея эксперимента (см. OPERA experiment) очень проста. Нейтринный пучок рождается в ЦЕРНе, летит сквозь Землю в итальянскую лабораторию Гран-Сассо и проходит там сквозь специальный нейтринный детектор OPERA. Нейтрино очень слабо взаимодействуют с веществом, но из-за того, что их поток из ЦЕРНа очень велик, некоторые нейтрино всё же сталкиваются с атомами внутри детектора. Там они порождают каскад заряженных частиц и тем самым оставляют в детекторе свой сигнал. Нейтрино в ЦЕРНе рождаются не непрерывно, а «всплесками», и если мы знаем момент рождения нейтрино и момент его поглощения в детекторе, а также расстояние между двумя лабораториями, мы можем вычислить скорость движения нейтрино.

Расстояние между источником и детектором по прямой составляет примерно 730 км и измерено оно с точностью 20 см (точное расстояние между реперными точками составляет 730 534,61 ± 0,20 метров).

... Погрешность этого измерения была оценена авторами анализа в 10 наносекунд, что включает в себя и статистическую, и систематическую погрешности. Таким образом, авторы утверждают, что они «видят» сверхсветовое движение нейтрино на уровне статистической достоверности в шесть стандартных отклонений.

Отличие результатов от ожиданий на шесть стандартных отклонений уже достаточно велико и называется в физике элементарных частиц громким словом «открытие». Однако надо правильно понимать это число: оно лишь означает, что вероятность статистической флуктуации в данных очень мала, но не говорит о том, насколько надежна методика обработки данных и насколько хорошо физики учли все инструментальные погрешности. В конце концов, в физике элементарных частиц имеется немало примеров, когда необычные сигналы с исключительно большой статистической достоверностью не подтверждались другими экспериментами.

Т.к. на сайте Форнит давно уже была опубликована некая претензия на обобщение (достаточно спекулятивная): Вакуум, кванты, вещество, то грех не попытаться как-то интерпретировать сенсационные результаты в том, случае, если они подтвердятся предположениями о том, как понимание природы распространения квантов может дать намек на причины открытого явления.

Все-таки не через вакуум нейтрино летели. Если принять, что квант не летит, а передает от флуктуации к флуктуации вакуума свою характеристику и тем самым происходит смещение его ипостаси (а как иначе представить его "движение" в вакууме?), что наличие вещества на трассе может как-то изменять вероятностные характеристики флуктуации и тем самым изменять "скорость".

Т.е. если предположить, что кванты не перемещаются как мы привыкли об этом говорить в случае вещества, а передают свою характеристику "вектор перемещения" через флуктуации вакуума, то в этом и заключается природа ограничения скорости: квант будут перескакивать с каждым вероятностным возникновением виртуальной пары, обладающей той же характеристикой  (в этом смысле такой принцип взаимовлияния можно назвать наиболее общим взаимодействием, а "перемещение" частицы - частным случаем взаимодействия).

Но тогда вовсе не обязательно одинаковое ограничение скорости для разных видов квантов (и вещества, порожденного этими квантами): квант света (или его электронная/позитронная) ипостась использует виртуальные пары (электронно-позитронные) с той же энергией, а нейтрино - свои виртуальные пары. При этом, на "плотность вероятности" появления виртуальных пар может влиять окружающее вещество. См. околоидейную интерпретацию: Эффект Шарнхорста, только предполагается, что квант не просто спотыкается о попавшиеся виртуальные пары, а вообще перемещается только благодаря им, хотя это - так же довольно очковая фантастика потому, что не имеет численного подтверждения: может ли частота появления виртуальных пар обеспечить такой эффект перемещения.

Т.o. нейтрино, пролетающие через вакуум и через вещество, могут иметь несколько разные скорости (свет через вещество пролетает переизлучаясь электронами внешних оболочек атомов, и такой вклад эффекта изменения скорости для квантов света в веществе  очень трудно обнаружить экспериментально).

Заманчивость картины, в которой любые взаимодействия кроме непосредственного опосредуются виртуальными парами в том, что без этого очень непросто понять, как может перемещаться квант в вакууме, если он - явно не летящее нечто, а некое распространение возмущения, поляризация. Но, главное, хорошо становится понятна природа ограничения скорости и возможные следствия этого (в предсказательном плане), а так же, что это "объясняет" и природу инерционной массы, не требуя введения бозона Хигса.

Вот другие, по моему мнению достойные упоминания комментарии к открытию (не только из Элементов):

26.09.2011 21:55 | Богдан Шевченко

А я вот вспомнил про эффект Казимира(хоть это и пошло), ведь, если я правильно понимаю, его суть в том, что ограничивая пространство, мы отсекаем сверху длины волн виртуальных частиц. А, так как их становится меньше, свет должен меньше замедляться на переизлучениях(а это эффект Шарнхорста, хоть он ещё не обнаружен для света).
Но ведь нейтрино в принципе меньше взаимодействует с веществом чем фотоны, особенно с веществом низких энергий.
И, получается, что нейтрино меньше спотыкаются на виртуальных частицах, и меньше замедляются, и хотя их скорость меньше скорости света, замедление - изрядно слабее, чем у света.
И со СТО делать ничего не нужно(просто скорость света на самом деле чуть выше, чем скорость света в вакууме).

27.09.2011 09:00 | TrueMage

На самом деле, раз Вы делаете такие предположения и выводы, то обращаться к Гудвину не обязательно. :) Проблема не в мозгах, а в слабом владении математическим аппаратом, что улучшается всего лишь опытом. ;)

23.09.2011 22:47 | Phil

1. "... поле в каждой точке пространства Минковского, согласно локальным характеристикам dl и dt, имеет скорость, равную электродинамической постоянной "с". Это предельная скорость, которая недостижима для частиц, имеющих массу покоя, так как для них ds^2 больше 0. Поскольку взаимодействие от одного объекта к другому можно передать только с помощью материальной субстанции, из предыдущего очевидно, что "с" является предельной скоростью для передачи взаимодействия или информации. Поскольку обычно принимается, что частицы, соответствующие электромагнитному полю - фотоны - не имеют массы покоя, величину "с" отождествляют со скоростью света. Существование предельной скорости есть прямое важное следствие псевдоевклидовой геометрии пространства-времени...

Только в инерциальной системе в галилеевых координатах и можно говорить о постоянной скорости света, одинаковой во всех направлениях и совпадающей по величине с электродинамической постоянной "с".

А. А. Логунов "Лекции по теории относительности" М., Наука, 2002

2. С. С. Логунов, А. А. Логунов, М. А. Мествиришвили "Полевая теория гравитации и масса покоя частиц" Протвино, 2005

(В работе показано, что согласно полевой теории гравитации ВСЕ СВОБОДНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПОЛЯ ДОЛЖНЫ ИМЕТЬ НЕНУЛЕВУЮ МАССУ ПОКОЯ)

3. Мы можем наблюдать только ультрарелятивистские нейтрино и фотоны, имеющие скорость, очень близкую к предельной скорости для передачи взаимодействия или информации. Нерелятивистские нейтрино и фотоны (а также гравитоны) из-за чрезвычайной малости их массы покоя практически не взаимодействуют с обычным веществом. Возможно, именно они и составляют так называемую тёмную материю. Поэтому НИЧЕГО УДИВИТЕЛЬНОГО в том, что ультрарелятивистские нейтрино могут в каких-то процессах иметь скорость большую, чем скорость фотонов - НЕТ.

26.09.2011 10:26 | Frank

Хотя в Специальной теории относительности и постулируется постоянство скорости света (и ничего более кроме постоянства! Ни "максимальность" этой скорости, ни сама величина), тем не менее "второй постулат Эйнштейна оказывается теоремой теории и непосредственно следует из преобразований Лоренца (см. релятивистское сложение скоростей)".
Более того, "световые сигналы, вообще говоря, не требуются при обосновании СТО. Хотя неинвариантность уравнений Максвелла относительно преобразований Галилея привела к построению СТО, последняя имеет более общий характер и применима ко всем видам взаимодействий и физических процессов. Фундаментальная константа c, возникающая в преобразованиях Лоренца, имеет смысл предельной скорости движения материальных тел. Численно она совпадает со скоростью света, однако этот факт связан с безмассовостью электромагнитных полей. Даже если бы фотон имел отличную от нуля массу, преобразования Лоренца от этого бы не изменились. Поэтому имеет смысл различать фундаментальную скорость c и скорость света c_em. Первая константа отражает общие свойства пространства и времени, тогда как вторая связана со свойствами конкретного взаимодействия".

23.09.2011 21:18