21
 |
Maailmankaikkeutta etsimässä
Syksy Räsänen 27.9.2011 |
| Tiedonvälityksen nopeudesta | |
Perjantaina uutisoitiin laajalti lehdistötiedotteesta, jonka mukaan OPERA-koe on havainnut
neutriinojen kulkevan valoa nopeammin. Monet toimittajat kutsuivat OPERAa CERNin kokeeksi, varmaan osittain siksi että lehdistötilaisuus pidettiin CERNin tiloissa ja lehdistötiedote tuli CERNiltä. CERN on kuitenkin vain yksi kokeeseen osallistuvista instituuteista, ja käsittääkseni italialaisen LNGS:n rooli on merkittävämpi, mutta “CERNin tutkijat” kuulostaa toki hohdokkaammalta kuin “LNGS:n tutkijat”.
Tehdyn kokeen perusteella ei voi päätellä paljoa ennen kuin havainto saa tukea tai kumotaan tarkemman syynin jälkeen. Olin etukäteen kuullut huhuja niin tuloksen julkistamisesta kuin siihen liittyvistä epäluuloistakin. Ajattelin etten mainitsisi tästä sen enempää kuin muistakaan mahdollisista löydöistä, jotka varmentuessaan mullistaisivat käsityksemme ja siksi luultavasti osoittautuvat virheellisiksi. En kuitenkaan osannut odottaa, että mielenkiinto leviäisi niin laajalle, Guardianista ja BBC:stä Metroon, Iltalehteen ja Ilta-Sanomiin asti. Kuten Petri Riikonen naapuriblogissa totesi, yleisön huomio on jo kääntynyt aiheeseen, joten ehkäpä on hyvä sanoa jotain.
Kokeessa ammutaan CERNistä kimppu neutriinoja maan läpi Italiaan, ja osa niistä havaitaan 730 kilometrin päässä Gran Sasson maanalaisessa luolassa olevassa laboratoriossa. Lähtö- ja alkupaikkojen välinen etäisyys tiedetään, joten mittaamalla matkaan kulunut aika saadaan selville, kuinka nopeasti neutriinot kulkivat. Mittauksen mukaan neutriinojen nopeus on noin kaksi sadastuhannesosaa valon nopeutta isompi.
Tunnetun fysiikan mukaan neutriinoilla on massa, joten niiden odottaisi matkaavan hieman valoa hitaammin. Massa on kuitenkin niin pieni, että OPERA-kokeessa ei pitäisi näkyä mitään eroa, vaan nopeuden pitäisi olla mittaustarkkuuden puitteissa sama kuin valon nopeus. Se, että neutriinot olisivatkin liikkeissään fotoneita sutjakampia olisi perin omituista.
Mieleen voi tulla sellaisia ajatuksia kuin että jos tulos pitää paikkansa, niin eikö valoa nopeammilla viesteillä voi lähettää tietoa ajassa taaksepäin, matkustaa tappamaan esi-isänsä ja tehdä muita omituisia juttuja? On kuitenkin syytä erottaa kaksi asiaa: valon nopeus ja korkein mahdollinen informaationopeus. Se, että tietoa ei voi singota ympäriinsä rajattoman nopeasti on suhteellisuusteorian keskeinen piirre. Sähkömagnetismin laeista sitten seuraa, että valo kulkee tällä korkeimmalla nopeudella. Mutta jos nämä lait olisivat toisenlaiset, valo voisikin matkata tätä suurinta nopeutta hitaammin. Tällöin joku hiukkanen –sanotaan vaikka neutriino– voisi lentää valoa nopeammin mutta silti suhteellisuusteorian nopeusrajoitusta noudattaen. Havainto neutriinoiden ja valon suhteellisesta nopeudesta ei siis välttämättä kerro mitään suhteellisuusteoriasta. Gravitaatioaallot matkaavat suhteellisuusteoriassa korkeimmalla mahdolliselle nopeudella. Niitä ei kuitenkaan ole koskaan suoraan mitattu, joten päätelmät tästä korkeimman nopeuden arvosta perustuvat valon mittauksiin. Gravitaatioaaltojen kulkunopeus ei voi olla kovin erilainen kuin valon, koska se vaikuttaisi epäsuorasti moniin asioihin, mutta OPERAn mittaama ero ei ole kummoisen kokoinen.
Voisiko havainto siis selittyä sillä, että neutriinot käyttäytyvät siten kuten odottaisikin, mutta valo sen sijaan kiukuttelee? Tällainen ilmeinen tulkinta on kuitenkin ristiriidassa muiden havaintojen kanssa. Vuonna 1987 mitattiin lähigalaksissamme räjähtäneestä supernovasta (jolla on kaunis nimi SN1987A) sekä valonvälähdys että neutriinosignaali. Hiukkaset olivat matkanneet 168 000 vuotta, joten OPERAn väittämällä nopeuserolla neutriinojen olisi pitänyt saapua neljä vuotta ennen kuin välähdys näkyi taivaalla. Näin ei kuitenkaan käynyt, vaan tulokset olivat sopusoinnussa odotusten kanssa kahden miljardisosan tarkkuudella. OPERAn neutriinojen energia on kyllä erilainen, joten on mahdollista kehitellä kaikenlaisia selityksiä jotka saattaisivat kokeet sopusointuun.
Tässä vaiheessa teoreetikkojen ei kuitenkaan vielä kannata suunnata kyniensä kärkiä neutriinojen ja fotoneiden kulkureiteille. Koska tulos on, ainakin yksinkertaisimman tulkinnan mukaan, ristiriidassa niin teoreettisten rakennelmien kuin aiempien koetulosten kanssa (teoreetikkona pidän jälkimmäistä vakavampana asiana), joku virhe kokeen tulkinnassa on luultavin selitys.
On myös hieman huolestuttavaa, että OPERAn nettiarkistoon laittaman julkaisun tekijälistasta on jättänyt moni kokeen jäsen nimensä pois. Toisen, kolmannen ja ties kuinka monen käden kautta on myös kaikunut huhuja ryhmän sisäisistä erimielisyyksistä tuloksen analysoinnissa ja julkistamisessa. Näin tärkeän tuloksen yhteydessä analyysin tulisi olla kiistaton, ennen kuin mitään voisi julistaa löydetyksi. On toki mahdollista, että tulos varmistuu, mutta tässä vaiheessa ei ole aihetta pohdintaan muilla kuin kokeellisen fysiikan asiantuntijoilla. Heidän tarkastelunsa lopulta kertoo, onko tehty löytö vai jätetty huomiotta systemaattinen virhe.
Fysiikan ulkopuolisten on siis tyystin ennanaikaista innostua tarinoimaan lehtien etusivuilla. OPERAn lehdistötiedote ei sisällä virheellisiä väitteitä ja siinä sanotaan selvästi, että tuloksia ei ole varmennettu. Mutta lehdistötilaisuuden pitäminen tässä vaiheessa on jo sinällään vastuutonta: mitä muuta voi toimittaja siitä päätellä kuin että on löydetty jotain kertomisen arvoista?
Kun suureen ääneen mainostetut löydöt myöhemmin katoavat jälkiä jättämättä, yleisölle jää sellainen vaikutelma, että tieteessä on kyse vain ihmeiden markkinoista, jotka ovat tyhjää täynnä. Tarinat valoa nopeammista signaaleista, aikakoneista ja rinnakkaisista maailmankaikkeuksista ovat karkkia, jonka jälkeen terve tarjonta ei kenties maistu enää. Fysiikan todelliset löydöt ovat suurenmoisia, eikä niitä ole tarvetta kuorruttaa makealla. Taivaalla näkemämme rakenne on luultavasti peräisin maailmankaikkeuden ensimmäisen sekunnin miljardisosan miljardisosan miljardisosan miljardisosan satunnaisista värähtelyistä; avaruus on täynnä näkymätöntä ainetta, joka kulkee lävitsemme joka hetki; tiedämme tarkkaan, että maailmankaikkeuden ensimmäisten minuuttien aikana luonnonlait olivat samat kuin nykyisin, muutamia esimerkkejä mainitakseni.
Fysiikassa on kaunista totuus, joka ilmenee siinä, miten asiat kietoutuvat toisiinsa, miten pienet seikat johtavat vääjäämättömästi suuriin seurauksiin matematiikan tinkimättömässä ohjauksessa. Irralliset uutiset poikkeamista jotka pian vajoavat unhoon ennemmin hämärtävät kuin kirkastavat sitä tapaa, jolla uudet löydöt kytkeyvät aiempaan ja syventävät nykyistä tuntemusta.
OPERAn mittausten saamassa julkisuudessa on kyllä jotain ilahduttavaakin. Valokeila antaa kelpo tilaisuuden kertoa, miten tiede toimii, esitellä suhteellisuusteorian ja muiden todeksi tunnettujen asioiden pätevyysalueita ja esitellä tunnetun maailman reunalla lymyäviä ihmeitä. Lisäksi tämä huomio osoittaa, että luonnontieteestä ollaan suuresti kiinnostuneita sen takia, mitä se kertoo maailmasta, eikä sen arvoa tarvitse perustella vain hyödystä väitellen. Kun yleinen suhteellisuusteoria katsottiin (kenties heppoisin perustein) todistetuksi vuonna 1919, The Times otsikoi etusivullaan “Vallankumous tieteessä - uusi maailmankaikkeuden teoria - newtonilaiset ajatukset kumottu”. Olen joskus kuvitellut, että nykypäivänä ei enää moista voisi tapahtua, mutta olen nähtävästi aliarvioinut ihmisten mielenkiinnon vallankumouksia kohtaan.
Päivitys 1 (27/09/11): OPERAn kokeesta kertoo tarkemmin Higgsin metsästäjä. Kiinnostuneiden kannattaa myös katsoa yleensä luotettavan Tomaso Dorigon analyysi ja usein hauskan Jesterin näkemys.
Päivitys 2 (28/09/11): Tämä Jon Butterworthin mainio kirjoitus The Guardianissa valaisee asiaa myös. (Lopussa on lyhyt viesti OPERA-kokeen seniorilta jäseneltä, joka ei laittanut nimeään paperiin, kuten ei neljä muutakaan senioria jäsentä.)
27. syyskuuta 2011 kello 9.36
Mikäli koetulos pitää paikkansa, niin se tarkoittaa samalla, ettei valon nopeus ole invariantti eri havaitsijoiden koordinaatistossa. Jos taas joku nopeus ei ole invariantti, niin se noudattaa Galilein muunnosta, mikä tarkoittaa että valon nopeus riippuu havaitsijan nopeudesta ballistisen c+/-v kaavan mukaan. Tällöin Newtonin kinematiikka pätisi myös suurilla nopeuksilla suhteellisuusteorian ollessa tarpeeton laajennos.
Tämä olisi itse asiassa ihan järkeenkäypää Maxwellin nojalla, jos ajatellaan että valo on häiriö varauksen ympärillä olevassa sm -kentässä. Tällöin valon nopeus olisi c vain tuon kentän (ja varauksen) suhteen (jos oletetaan ettei ole makroskooppista kiihtyvyyttä mukana). Varauksen ympärillä oleva sm -kenttä olisi tavallaan “väliaine” jossa valo liikkuu.
Mitä tulee aikaisempiin kokeisiin, niin ne pitäisi tulkita uudelleen. Vähän sama asia, jos meillä olisi miljoona koetta maan pinnalta, jotka osoittavat maapallon litteäksi, mutta yksi havainto avaruudesta kumoaisi ne kaikki. Tieteessä yksi havainto voi siis kumota valtavan määrän havaintoja, eikä tässä olisi mitään kummallista.
27. syyskuuta 2011 kello 11.23
Tarkennus:
“Jos taas joku nopeus ei ole invariantti….” pitäisi olla “Jos taas valon nopeus ei ole invariantti…”
27. syyskuuta 2011 kello 12.12
Odotan mielenkiinnolla jatkohavaintoja, ja väitteen tueksi tai epäilykseksi toimitettavien mittausten tuloksia, mutta antaapahan vettä myllyyn kun näitä väitteitä aletaan kommentoimaan ja spekuloimaan milläkin sivuilla. Lopputulemasta huolimatta on turhaa tuomita Einsteinin teoriat “ei-päteviksi”, ne kuitenkin kuvaavat maailmankaikeuden ison skaalan tapahtumia uskomattoman tarkasti. Kyllä Newtonkin oli viisas mies, hänen yhtälöillään päästään vieläkin kuuhun ja Marsiin, eikä siinäkään vielä Einsteinin yhtälöitä tarvita.
27. syyskuuta 2011 kello 12.52
Heitetäänpä tännekin tiedoksi myös tämä merkintä aiheesta:
http://blogs.helsinki.fi/higgshunters/2011/09/24/oopperan-kummitus/
27. syyskuuta 2011 kello 12.54
Kun tässä yhteydessä on puhuttu aikamatkailusta, niin kysyn: “Ehtivätkö neutriinot perille ennen kuin ne lähetettiin?”
Jos niin silloin kyseessä olisi aikamatkustukseen liittyvä ilmiö, ellei, viittaisi se nopeuteen ja aikaan liittyvän teorian määrittelyssä olevan ongelmia. Vai?
27. syyskuuta 2011 kello 13.38
Leone:
Newtonin teorian pätevyysalue on ylitetty kokeissa jo kauan sitten, ja suhteellisuusteoria on taasen todettu omalla pätevyysalueellaan hyvin toimivaksi. Jos tulos pitäisi paikkansa, valon kulku olisi tosiaan yksityiskohdissaan erilaista kuin mitä suhteellisuusteoria ja tuntemamme sähkömagnetismi kertoo, ja saattaa hyvin olla, että valon nopeus ei olisi absoluuttinen, vaan riippuisi havaitsijasta. Mutta kuten Pekka yllä kommentoi, se ei muuttaisi sitä, että suhteellisuusteoria toimii hyvin tarkasti hyvin laajalla alueella, sen enempää kuin suhteellisuusteoria tekisi Newtonin teoriasta täysin väärän. Kysymys on kuvan tarkentamisesta, ei uudelleen maalaamisesta.
27. syyskuuta 2011 kello 13.53
Syksyn tästä aiheesta kirjoittama blogi on yksi parhaista, mitä tällä foorumilla on kirjoitettu. Sen ajankohtaisuus, selkeys ja asiantuntevuus suorastaan hengästyttää; kiitos kun vaivauduit!
Syksy kirjoitti muun muassa: “Lehdistötilaisuuden pitäminen tässä vaiheessa on jo sinällään vastuutonta: mitä muuta voi toimittaja siitä päätellä kuin että on löydetty jotain kertomisen arvoista?”
Tämän aiheen mediakohusta voi tehdä sellaisenkin johtopäätöksen, että eri instituutioilla ja tutkijaryhmillä ovat määrärahat vähissä nykyisen finanssipoliittisen kriisin aikoina Euroopassa. Sen vuoksi pitää julkituoda “keskeneräisiä” kohu-uutisia, jotta rahakirstujen vartijat hieman höllentäisivät kukkaroidensa nyörejä tulevia tutkimuksia silmällä pitäen …
27. syyskuuta 2011 kello 13.54
Kritisoit lehdistötiedotetta vastuuttomaksi tässä vaiheessa.
Millä muilla tavoilla tutkijaryhmä olisi voinut saattaa epätavallisen havaintonsa nopeasti tiedeyhteisön laajempaan tietoisuuteen, jotta saisivat sille riiippumattomia arvioita ja kokeelleen toistajia? Käsittääkseni vertaisarvioidun julkaisun tekeminen vie kohtuullisen kauan aikaa, eikä sen läpimenosta laadukkaassa julkaisussa ole mitään takeita kun on näinkin poikkeuksellisesta - ja toistaiseksi heikosti varmennetusta - asiasta kyse.
27. syyskuuta 2011 kello 14.46
Jokainen mukana ollut (”MO”) tutkija, joka on uskaltanut antaa nimensä julki, riskeeraa tulevaisuutensa.
Jokainen MO tutkija, joka kieltäytyy tai haluaa viivyttää tutkimustietoa, joko epäilee vastausta, tai ei jaa laajempaa ajatteluaan itsekkäistä syistä. Ihan sama?
Kunnioitan sitä, että joukko tutkijoita USKALTAA “vuotaa” ajattelun, jossa he itse ovat umpikujassa, ja pyytävät apua, että voisiko tämän toistaakin.
Newton toimii hyvin ihmisen päivittäissä elämässä, Einstein vielä paremmin suuremmassa mittakaavsaa. Ehkä tässä on kaiken kaikkeuden osaamisemme? Ehkä jo osaamaamme ei pidäkään edes yrittää laajentaa? Vaan nuo MO osallistujat, muutaman nimen katsoneena, ottavat ISON riskin joutua tieteen “myötähäpeään”, jos ovat todistettavasti väärässä! Tälle palstalle tuskin eksyy ihmisiä, jotka aidosti kykenevät antamaan syvälle menevää lisäymmärrystä tai analyysiä FTL -aiheeseen.
Muistakaa kuitenkin, että useimmat meistä eivät tee eroa edes neutronin ja neutrinon välillä….
Itse tunnustan, omalla osaamisalueellani olevani hitaampi kuin uskaliain ennuste ja totuus, joka on toteutunut . Nicholas Negroponte on hyvä esimerkki henkilöstä, joka uskaltaa sanoa, että emme oikeasti tiedä, emmekä osaa vielä!
27. syyskuuta 2011 kello 15.33
Syksy:
Siis kokeen pitäessä paikkansa ei voida johtaa suhteellisuusteorian kaavoja, koska peruspostulaatti ei enää päde. Miten ihmeessä tässä tilanteessa voitaisiin roikkua suhteellisuusteoriassa ja uskotella että kyllä se on melkein tarkka, kun ei tiedetä mitkä ovat oikeat kaavat?
Tässä tilanteessa tulisikin ensin verifioida millä tavalla valon nopeus riippuu havaitsijasta (ei taida olla kuin tuo mainittu yksi varteenotettava vaihtoehto). Sitten tulee johtaa uudet koordinaattimuunnokset (mahdollisesti Galilein muunnos). Ei todellakaan olisi mitään järkeä jatkaa teorian kanssa, jolta on pohja pudonnut pois. Edelleen: Yksi uusi havainto voi kumota tuhat aikaisempaa havaintoa tai niiden tulkintaa,
27. syyskuuta 2011 kello 16.37
Timo:
Kiitos, lisäsin linkin merkintään.
27. syyskuuta 2011 kello 16.40
Da Winzi:
Neutriinot saapuivat lähettämisen jälkeen.
Alan Dorkin:
Rahoituksen saaminen usein mainitaan perusteena ennenaikaisten tulosten hehkuttamiseen, mutta en ole varma kuinka merkittävää moinen on. Fyysikkoja ajaa enemmän maineen kuin rahan tavoittelu. En toisaalta tiedä rahoituskuvioista niin paljon, että osaisin asiaa juuri tuon enempää kommentoida.
27. syyskuuta 2011 kello 16.47
Mika:
Tiedeyhteisön sisällä ei kommunikoida lehdistötiedotteiden ja lehdistötilaisuuksin, vaan tieteellisten julkaisujen ja seminaarien avulla. OPERA laittoi tuloksensa julki, ja oletettavasti he pitävät aiheesta kollegoille puheita. Huhujen mukaan joidenkin kokeen jäsenten mielestä tulosta olisi pitänyt kokeen sisällä analysoida enemmän ennen kuin sen antaa julki edes muulle tiedeyhteisölle, mutta huhuille ei kannata paljon painoa laittaa.
Jarza:
Käsitykseni mukaan OPERAn sisäinen analyysi ei ollut missään tieteellisessä umpikujassa.
27. syyskuuta 2011 kello 16.56
“Fysiikassa on kaunista totuus, joka ilmenee siinä, miten asiat kietoutuvat toisiinsa, miten pienet seikat johtavat vääjäämättömästi suuriin seurauksiin matematiikan tinkimättömässä ohjauksessa. Irralliset uutiset poikkeamista jotka pian vajoavat unhoon ennemmin hämärtävät kuin kirkastavat sitä tapaa, jolla uudet löydöt kytkeyvät aiempaan ja syventävät nykyistä tuntemusta.”
Alkeisfysiikan lait ovat mitattavien suureiden relaatioita, joihin tuntuu liittyvän mystinen aspekti. Ehkä juuri se on niiden kauneuden perusta. Alkeisfysiikan lakien mystinen aspekti on se, että nämä lait voidaan saattaa eräänlaiseen invarianssimuotoon. Esimerkiksi tuttu kaava F=ma voidaan esittää muodossa F:ma=1. Jos nyt kahden mitattavan suureen arvot kiinnitetään, kolmannen arvo on täysin määrätty; lausekkeen arvon non oltava 1. Herää kysymys, mikä tekijä luonnossa aiheuttaa suureiden matemaattisen kietoutuneisuuden. Vai onko olemassa luontoon kuulumaton syvätaso (kuten Wittgensteinin Tractatuksen “logiikan avaruus”), josta viime kädessä kaikki määräytyy?
Muita alkeisinvariansseja ovat muun muassa Ft^2:ms = 2 , hilan (lamda):[d sin(alfa)] = 1 ja..miksei myös vt:s = 1
27. syyskuuta 2011 kello 18.44
Jos OPERAn tulos osoittautuu paikkansapitäväksi, se merkitsee vallankumousta fysiikassa kuten Kari Rummukainenkin juuri totesi radiohaastattelussa,
Olen viimeiset 33 vuotta tyoskennellyt kaytannollisesti katsoen täysin akateemisen yhteison ulkopuolella kehittaen teoriaa jossa avaruusaika on 4-D pinta 8-D ulotteisessa avaruudessa joka maaraytyy taysin vaatimuksesta etta standardimallin kentat ja symmetriat geometrisoituvat. Lahtokohtana on yleisen suhteellisuusteorian perusongelma: energia ja impulssi eivat ole matemaattisesti hyvin maariteltyja koska tyhjan Minkowski-avaruuden symmetriat menetetaan kun avaruusaika kaareutuu gravitaation ansiosta. Nyt kuitenkin onnistutaan fuusioimaan yleisen suhteellisuusteorian geometrinen kuvailu painovoimalle ja erikoisen suhteellisuusteorian avaruusaikasymmetriat. Tuloksena on yksi-kasitteinen 8-ulotteinen upotus-avaruus M^4xCP_2. Perusero yleiseen ja erikoiseen suhteellisuusteoriaan on, etta abstrakti geometria korvataan alimonisto-geometrialla. Ero saieteorioihin ja M-teoriaan on se, etta upotusavaruus on 8-D ja ja yksikäsitteinen joten vältytään landscape katastrofilta joka on käytännössä tuhonnut nämä teoriat.
Teorian ensimmaisia ennustuksia oli se, etta maksimaalinen signaalinopeus avaruusaikapinnalle riippuu pinnasta ja on yleensa pienempi kuin maksimaalinen signaalinopeus M^4:ssa: johtuen siitä etta pinta on “muhkurainen” ja valonkaltainen geodeettinen viiva on yleensa ajankaltainen käyrä upotusavaruudessa. Operationaalinen määritelmä on yksinkertainen: mitataan aika jonka kuluessa relativistinen partikkeli etenee pisteestä A pisteeseen B. Periaatteessa on mahdollista edetä monta reittiä pitkin ja jokainen antaa erilaisen nopeuden.
Tama sallii sen, etta eri hiukkastyyppeihin liittyy kuhunkin “avaruusaikalehti” (analoginen aaltoputkeen) joita pitkin ko. hiukkaset propagoivat ja siis myos hiukkasesta riippuvat maksimaalinen signaalinopeus, joka saavutetaan jos hiukkanen on relativistinen. Avaruusaika
TGD mielessä olisi “spektroskooppi” joka pistää eri tyyppiset hiukkaset omille avaruusaikalehdilleen. Myös annettu hiukkanen voisi edetä eri lehtiä pitkin eri nopeuksilla.
Avaruusaikapintaan liittyva maksimaalinen signaali nopeus voi riippua myos pituus-skaalasta ts. sanoen hiukkasia valittavan “avaruusaikalehden” pituudesta. Malli kykenee selittamaan neutrino-ongelman kuin myos SN1987A:n liittyvan vastaavan havainnon. Erityisen mielenkiintoista olisi testata mita tapahtuu esimerkiksi relativististen elektronien tapauksessa: tama olisi luultavasti paljon helpompaa kuin neutrinojen tapauksessa. Jopa sähköpiireihin on Teslan ajoista alkaen väitetty liittyvän superluminaalisia signaalinopeuksia: väittämät on tietysti sivuutettu ilman sen kummempia kommentteja.
Aiheesta enemmän blogissani ja artikkelissa.
28. syyskuuta 2011 kello 7.01
Hei Syksy,
Sanoit että koetulos on ristiriidassa aiempien tulosten kanssa. Se ei sitä ole koska aiemmin on tehty vain yksi vastaava neutriinojen nopeusmittaus ja siinä havaittiin että niiden nopeus oli suurempi kuin c, mutta etäisyyden mittausta ei pystytty varmistamaan riittävän tarkasti joten tulos ei ollut merkityksellinen.
Neutriinot eivät siis rikkoneet c:n (eli Einsteinin vakion, eikä suinkaan vain valonnopeuden) invarianssia, vaan se tarkoittaa sitä että kvanttiteorian kuvaamassa teleportaatiossa välittyy informaatiota. Eli neutriinot teleporttaa tai tunneloituu osan matkasta kulkiessaan maankuoren materian lävitse.
Jatkotutkimuksissa tullaankin havaitsemaan korrelaatio eli mitä enemmän materiaa on neutriinojen kulkureitillä sitä suurempi on ylinopeus. Eli jäämme odottamaan koko maapallon lävistävää neutriinon nopeusmittausta, koska luonnollisesti ytimessä aine on tiheämpää kuin kuoressa. Joten saadaan korrelaatio ylinopeuden ja lävistetyn aineen määrälle.
Tämän vuoksi myös supernovasta tulleet neutriinot eivät kulkeneet ylinopeutta vaan täsmälleen nopeudella c, koska tähtien välinen aine on niin harvaa ettei sillä ole mitattavaa vaikutusta.
Jos (kun!) tämä havainto varmistetaan, niin mitä tämä tarnoittaa tieteelle, niin se poistaa kvanttiteoriasta kaikki klassisen fysiikan rippeet kirurgisesti. Eli meillä ei ole enää kahta ristiriitaista kivijalkaa eli kvanttiteoria ja klassinen fysiikan suhteellisuusteoria, vaan jäljellä on vain läpikotaisin moderni kvanttiteoria, koska klassisen kinematiikan peruspostulaatti eli fysiikan lait ovat samat kaikissa tasaisesti liikkuvissa koordinaatistoista (suhteellisuusperiaate) falsifioituu.
Kvanttiteoria ei tätä oletusta tarvitse mihinkään koska kyse on vain _oletuksesta_ joka ei perustu empiirisiin havaintoihin. Ja kvanttiteoriassa mitään ei voida todeta olettamalla, koska koska meidän klassinen logiikka on harhaanjohtava. Jos luonnon käyttäytymistä haluaa ennakoida, pitäisi käyttää kvanttilogiikkaa päättelyihin, mutta tämä on vaikeaa ihmiselle.
28. syyskuuta 2011 kello 12.57
Maallikkopähkäilijä heittää taas yhden tyhmän kysymyksen: Jos neutriino on massaton kuten fotonikin, millä perusteella neutriinot läpäisevät maapallon, mutta fotonit kulkevat gravitaation kaareuttavaa aika-avaruutta pitkin ohi?
28. syyskuuta 2011 kello 13.12
PS. Lisäys edelliseen kommenttiini: Syksy mainitsee tässä blogissaan, että nykyfysiikan mukaan neutriinolla ON massa. Eikö juuri tästä syystä johtuen nimenomaan neutriinon pitäisi noudattaa gravitaation mukaista kaareutuvan aika-avaruuden reittiä, eikä porhaltaa läpi Maan?
28. syyskuuta 2011 kello 13.39
Jos ylivalonnopeudet ovat mahdollisia, niin ne pitäisi saavuttaa myös suuremmilla hiukkasilla. Sähkökentällä ei tällaisia nopeuksia saada aikaan, sillä kenttä itsessään rajoitttaa nopeudeksi c (kentän suhteen). En tiedä onko tehty koetta missä mittauslaitteisto liikkuu merkitsevällä nopeudella vastakkaiseen suuntaan lähes valonnopeudella liikkuvan hiukkasen suhteen kiihdyttimen lepokoordinaatistossa. Voisi olla kokeilemisen arvoinen.
28. syyskuuta 2011 kello 14.58
http://www.tekniikkatalous.fi/innovaatiot/avaruus/uusi+vakuuttava+teoria+maailmankaikkeuden+laajeneminen+ja+pimea+energia+ovatkin+puppua/a693844
28. syyskuuta 2011 kello 15.25
Alan Dorkin:
Fotonit ja neutriinot matkaavat molemmat suoraan kaareutuvassa aika-avaruudessa. Fotonit eivät pääse Maapallon läpi, koska ne vuorovaikuttavat sähkömagneettisesti aineen kanssa (valo ei loista läpi kalliosta). Neutriinot eivät vuorovaikuta sähkömagneettisesti, joten niille Maapallo ei ole este.
28. syyskuuta 2011 kello 16.04
Neutriinon vähäinen massahan todistettiin, taisi olla 2003 paikkeilla, tuolla Kanadan SNO (Sudbury Neutrino Observatory):ssa
raskasvesi-ilmaisimella (McDonald et al) sillä, että auringon neutriinot oskilloivat matkallaan (kvanttiaallonpituus muuttui) Maahan.
Samalla selvisi tuo auringon puuttuvien neutriinojen arvoitus, niitä oletettiin tulevan vain kolmannes teorian edellyttämistä, mutta itse asiassa kolmesta neutriinotyypistä oli pystytty havaitsemaan vain yksi aikaisemmilla ilmaisimilla (mm. Superkamiokade).
SciFin vanha “sotaratsu” Arthur C. Clarke ehti siinä välillä kirjoittaa aiheesta huiman vision auringon sisustan “syövästä”, joka
räjäytti auringon novaksi 3000-luvulla ja ihmiskunta pakeni tähtiin.
29. syyskuuta 2011 kello 9.59
Kysymys koejärjestelyyn liittyen:
Mainitaan, että neutriinot syntyvät kilometrin mittaisessa tyhjiöputkessa. Kuinka suurella nopeudella hiukkaset, josta neutriinot syntyvät, liikkuvat tällöin?
29. syyskuuta 2011 kello 12.03
Kiitän Syksyä mielenkiintoisesta ja tärkeästä puheenvuorosta.
Hötkyily, aikamme ongelma, niin tieteessä kuin taiteessakin. =)
29. syyskuuta 2011 kello 12.38
Valoa on pidetty massattomana ja liikenopeutta vakiona, perustuen 1800-luvun alkeellisiin olettamiin ja tutkimuksiin ja aaltoteoriaan.
Ei ole mitään luonnollista syytä miksi valo olisi massaton ja liikenopeus vakio, onhan valo kohteestaan lähtevää valoa.
Valon ainekooste on edelleen sellainen että sitä ei tiedetä.
Minulle ei ole mikään yllätys että jokin aineosanen voi liikkua lujempaa kuin 300000km/s.
Mikään ei estä sitäkään että valossakin jokin aineosanen liikkuu lujempaa kuin tuo nopeus.
Ehkä voisi alkaa tieteessä kysymään,,millaisista aineosasista valo koostuu ja/tai oletammeko edelleen että valo on vain värähtelyä?
29. syyskuuta 2011 kello 13.35
Mika:
Kiitos tästä, oiva esimerkki tiedejournalismista. Otetaan marginaalinen julkaisu, joka käsittelee tunnettua aihetta huonosti, otsikoidaan sen väittävän jotain muuta kuin mistä on oikeasti kyse (”maailmankaikkeuden laajeneminen onkin puppua”) ja myydään paketti “uutena” ja “vakuuttavana” “teoriana”.
29. syyskuuta 2011 kello 13.43
Leone:
Lähes valon nopeudella, en ole katsonut kuinka lähellä tarkalleen.
29. syyskuuta 2011 kello 20.21
Mikä tämän OPERA-kokeen perimmäinen tarkoitus oli? Eikö neutriinojen oskillaatio todettu jo Fermilab´in MINOS-kokeessa 2005,
matkakin oli melkein sama, reilu 700 km? Voisiko neutriinojen nopeuslisä aiheutua ilmaisimen rakenteen (tiukka levypakka) Casimir-efektistä, neutriinot siis saisivat lisäpotkua virtuaalipartikkeleilta, toisin sanoen kaikki kvanttiaallonpituudet eivät mahdu levyjen väliin?
Tällöin ne olisivat osan aikaa Einsteinilaisen universumin ulkopuolella.
30. syyskuuta 2011 kello 9.38
Moi. Luin että neutriinoita on kolmea eri lajia, joilla kaikilla on hieman toisistaan eriävät teoreettiset massaenergiat. Ja että se mikä näistä neutriinoista on “painavin”, sitä ei tiedetä? Miten tämä on mahdollista jos ilmaisimeen tulleesta neutriinohavainnosta on voitu päätellä että ilmaistu neutriino on joku näistä kolmesta, nimeltä mainiten? Tämä voi olla ihan off-topic mutta kysynpähän silti.
30. syyskuuta 2011 kello 10.58
Jatkokysymyksiä koejärjestelystä:
Kun alkeishiukkasesta syntyy neutriino siinä kiolmetrin putkessa, niin sen liikesuunta ilmeisesti voi olla mikä vain? Vai voidaanko niitä jotenkin “suunnata”?
Tässä ilmaisin oli satojen kilometrien päässä, joten jos liikesuunnat ovat satunnaisia, neutriinot iskeytyvät tasaisesti jakautuneena kuvitteelliselle pallopinnalle, jonka säde on satoja kilometrejä. Tässä skaalassa ilmaisin on mitättömän pieni, joten kuinka neutriinoja voi osua ilmaisimeen? Onko niitä vain niin valtava määrä?
30. syyskuuta 2011 kello 12.08
Mika: kiitoksia minunkin puolestani linkistä. Tekniikka ja talous-lehden (tiede)toimituksellinen taso on nähtävästi järkyttävän huono - tuollaisia “kaiken uusiksi pistäviä” lehdistötiedotteitahan tulee netistä vastaan harva se päivä, ilmeisesti sensaation nälkä on niin kova, ettei voi kysyä asiantuntijoiden mielipidettä. Tuohon juttuunkin liittyen löytyy tuoreita artikkeleita, joissa kaukaisten galaksijoukkojen liiketiloja on analysoitu tarkemmin käyttäen laajempia havaintoaineistoja - ja mitään väitetyn kaltaista ei ole löytynyt.
30. syyskuuta 2011 kello 18.05
Hannu Tanskanen:
Neutriinojen muuttuminen toisikseen on toki todettu jo useissa kokeissa. OPERA eroaa edeltäjistään siten, että sen tarkoitus oli tutkia myonin neutriinojen muuttumista taun neutriinoiksi. MINOS keskittyi käsittääkseni myonin neutriinoiden muuttumiseen elektronin neutriinoiksi. OPERA on tähän mennessä havainnut vain yhden taun neutriinon (koetta suunniteltaessa arveltiin, että todennäköisyys siirtymälle olisikin isompi kuin mitä sittemmin on osoittautunut.)
Tämä havaittu signaali on myonin neutriinoilla, joten MINOS on hyvässä asemassa tuloksen tarkistamiseen.
Pekka:
Eri neutriinot vuorovaikuttavat eri tavalla aineen kanssa. Yksinkertaistaen, kun myonin neutriino vuorovaikuttaa atomiytimen kanssa, voi syntyä myoni, kun taun neutriino tekee niin syntyy tau ja elektronin neutriinon kohdalla arvaatkin jo mitä tapahtuu. Elektroni, myoni ja tau on helppo erottaa toisistaan kokeellisesti, koska niiden eliniät ovat hyvin erilaiset
Leone:
Hiukkasreaktioissa liikemäärä säilyy, joten suuri osa neutriinoista kulkee samaan suuntaan putkessa kuin ne synnyttäneet hiukkaset.
30. syyskuuta 2011 kello 18.27
Auringon neutriinoistahan siis ymmärtääkseni noin kolmannes on elektronin neutriinoja joita ensimmäiset ilmaisimet yksinomaan
havaitsivat, mutta tuolla noin 150 miljoonan kilometrin “testiradalla” siis oskillointi muuttaa kvanttiaallonpituuksia ja Maahan tulee noin kolmannes kutakin “makua” (flawor), eli ne ovat superpositioita.
30. syyskuuta 2011 kello 19.17
On nämä neutriinot outoja otuksia. Niitä ei voi nähdä, niitä ei voi haistaa tai maistaa, ja ne vaeltavat keskellä valtavaa tyhjyyttä vaikka tyhjyys tarkoittaisi uraanimöykkyä halkaisijaltaan yksi valovuosi. Voisitko jossain seuraavassa blogiaiheessa sivuta neutriinojen oskillaatiota, ellei se sovi tähän aihealueeseen? Sitä minä ihmettelen, mutta en välttämättä kauan jos joskus hieman selvennät tätä ilmiötä? Neutriinoita on siis kolme erilaista, ja kun neutriino muuttuu toisekseen eli “oskilloi” (nyt tämä sana voi olla ihan p:stä) niin voiko kevyin neutriino muuttua painavammaksi neutriinoksi, ja jos niin miten? Ja kun painavin neutriino oskilloi, niin onko lopputulemana kevyempi neutriino? Mutta missä on se erotus massaenergioissa näissä kahdessa tapauksessa, miten tämä energiaero ilmenee? Vai kyselenkö asioita jotka opetetaan jo fysiikan alkeiskurssilla… pahoin pelkään että kyselen, sorry.
30. syyskuuta 2011 kello 22.37
Syksy:
Samaan suuntaan minkä suhteen? Emme me voi asettaa itseämme absoluuttisen koordinaatiston vartijaksi. Alkeishiukkasta, joka kohta hajoaa neutriinoksi, voi lähestyä supistuvalla pallopinnalla lukematon joukko havaitsijoita ja kaikki voivat väittää, että syntyvä neutriino tulee juuri häntä kohti, koska hiukkanenkin niin tekee! Muistakaamme siis edes suhteellisen liikkeen käsite, jossa kaikki havaitsijat ovat samanarvoisia.
Näin ollen sen mitä sanomme neutriinoksi täytyy olla jotain mikä leviää pallopintamaisesti ympäristöön. Eihän fotonillekaan voi sanoa mihin suuntaan se emittoituu, vaan se täytyy ajatella laajenevana pallopintamaisena häiriönä varauksen ympärillä. Ei ole pisteestä A pisteeseen B liikkuvaa fotonia, vaan fotonista voidaan puhua vasta siinä kohtaa, kun materia absorboi energiakvantin, joka itse asiassa voi koostua lukuisista pallopinta-aalloista. Tämä on dualismin olemus.
Siis neutriinon täytyy olla jotain samankaltaista kuin fotonin. Siinä missä fotoni assosioituu sm -vuorovaikutukseen, niin neutriino assosioituu johonkin toiseen vuorovaikutukseen. Mutta nythän ilmeisesti on viitteitä, että neutriino vuorovaikuttaa heikon ydinvoiman kautta! Olisiko siis niin, että neutriino on heikon ydinvoiman kvantti, joka vastaa fotonia? Ja heikon ydinvoiman nopeus olisi hieman suurempi kuin sm -kentän nopeus, jolloin neutriino on hieman nopeampi kuin fotoni (jos puhutaan ajasta milloin kvantti absorboituu)…
1. lokakuuta 2011 kello 1.34
Syksylle pohdittavaa. Valon nopueus vakio (?), gravitaatio vakio (?), atomien ja siihen liityvien pienhiukkasten määrä vakio (?), kuitenkin avaruus loittonee sovitusti mallin mukaan (?). Voisiko olla niin että olemme itse mustassa aukossa tai ainakin reunalla sitä, jolloin vakiot eivät pidä paikkansa? Tai olisimmeko alkuperäisiä 1 kansalaisia, jolloin avaruus ikäänkuin karkaa luotamme? Mutta olemmeko lähempänä jotain mustaa aukkoa kuin tiedämme olevamme, jolloin aika ja valo vääristyvät?
1. lokakuuta 2011 kello 11.23
” Newtonin teorian pätevyysalue on ylitetty kokeissa jo kauan sitten, ja suhteellisuusteoria on taasen todettu omalla pätevyysalueellaan hyvin toimivaksi. Jos tulos pitäisi paikkansa, valon kulku olisi tosiaan yksityiskohdissaan erilaista kuin mitä suhteellisuusteoria ja tuntemamme sähkömagnetismi kertoo, ja saattaa hyvin olla, että valon nopeus ei olisi absoluuttinen, vaan riippuisi havaitsijasta. Mutta kuten Pekka yllä kommentoi, se ei muuttaisi sitä, että suhteellisuusteoria toimii hyvin tarkasti hyvin laajalla alueella, sen enempää kuin suhteellisuusteoria tekisi Newtonin teoriasta täysin väärän. Kysymys on kuvan tarkentamisesta, ei uudelleen maalaamisesta.”
Ihmettelin uutisen kuultuani monen asiantuntijan “järkytystä. “Miten satelliitti/puhelintekniikka toimii jos …?”.
Me tavalliset kansalaisetkin olemme lukeneet esim. Newtonin teorioiden riittäneen monenlaisten koneiden rakentamiseen huolimatta teorian rajoituksista. Selvää kai on että geepeees toimii ihan hyvin Einsteinin opeilla. Vaan ottaisi minuakin kupoliin jos televisiossa “100 varmaksi” asioita julistaisin. Ihmisen ei pitäisi. Ei ainakaan tiedemiehen .
1. lokakuuta 2011 kello 21.17
Muistaakseni valoa nopeampi ilmiö on havaittu jokunen vuosi sitten todella pitkissä valokaapeleissa: Tieto signaalista, tai signaali, tulee tietyin välimatkoin oleville vahvistimille ennen kuin varsinainen valo (laser). Harmi kun en muista lähdettä. Asiaa oli ihmetelty, mutta siitä ei sitten tullut sen kummempaa kohua.
2. lokakuuta 2011 kello 22.27
Pekka:
Kysymys on hyvä, neutriino-oskillaatiot eivät ole mitenkään ilmeisiä. Palaan ehkä niihin, ja neutriinojen kiinnostavaan rooliin fysiikassa muutenkin, jossain myöhemmässä merkinnässä.
2. lokakuuta 2011 kello 22.28
Leone:
Samaan suuntaan kuin mihin alkuperäisten hiukkasten kolmi-impulssi osoittaa. Tämä riittäköön tästä.
2. lokakuuta 2011 kello 22.30
pete:
Ks. http://www.tiede.fi/blog/2011/04/25/rajaton-kasvu/
3. lokakuuta 2011 kello 0.43
Ajatus, että valon nopeus on maksimaalinen informaation siirossa on ihmisen oletus, ja olisi merkillistä, jos luonto tottelisi tuota oletusta. Vaikka näin näyttäisi mittausten mukaan olevan, on asiassa jotain hämärää. Ovathan suppean suhteellisuusteorian kaavatkin niin yksinkertaisia, että nykyisen fysiikkatieteen aikana niitä on vaikea mieltää syvästi luonnon olemusta kuvaaviksi. Lisäksi koko informaation käsite on epämääräisenä ongelmallinen.
Saattaahan olla niin, että suhteellisuusteoreettiset lait koskevat vain valon hallitsemaa materian osaa, ja mittaukset ovat koskeneet vain sitä. Olettaen, että Kentin yliopiston elektroniikkaneron R.C.Jennisonin hiukkaskäsitys realistisimmillaan pätee
http://adsabs.harvard.edu/abs/1977JPhA…10..167J
useimmat hiukkaset koostuvat säteilyonteloista, joihin valonkaltainen säteilyannos on ansoittuneena. Neutriinot ovat ehkä rakenteeltaan toisenlaisia, jolloin ne eivät kuulu säteilyn lakien alaisuuteen. Näitä toisenlaisia hiukkasia saattaa olla muitakin, ehkä vielä löytymättömiäkin.
4. lokakuuta 2011 kello 17.25
Kysymys Syksylle hieman off-topic, mutta koska se on ajankohtainen ja liittyy substanssiin, esitän sen.
Uutinen 4.10./YLE: “Fysiikan Nobel-palkinto on myönnetty kolmelle yhdysvaltalaistutkijalle räjähtävien tähtien tutkimuksesta. Saul Perlmutter, Brian Schmidt ja Adam Riess osoittivat tutkimuksillaan, että avaruuden laajentuminen kiihtyy.”
Olisi mielenkiintoista tietää, kuinka hyvin tunnet henkilökohtaisesti mainitut tutkijat? Miten paljon mahdollisesti teet heidän kanssaan yhteistyötä omissa tutkimuksissasi?
5. lokakuuta 2011 kello 12.05
Alan Dorkin:
Adam Riessin olen tavannut kerran, Brian Schmidtin kanssa olen jutellut muutaman kerran. En työskentele niin kokeellisella alueella kuin he, vaikka heidän ryhmiensä dataa olen toki tutkimuksessani käyttänyt.
17. lokakuuta 2011 kello 16.05
Syksy, voisiko vastaus liittyä neutriinojen ja gravitaation vuorovaikutuksen erilaisuuteen suhteessa gravitaation ja esim. fotonien vuorovaikutukseen? Jos ajatellaan, että gravitaatio vaikuttaa esim. fotoneihin siten, että ne kulkevat aika-avaruudessa kaareutuneen reitin x. Koska neutriinot vuorovaikuttavat vähemmän gravitaation kanssa, ne kulkevatkin lyhyempää aika-avaruuden reittiä joka on vähemmän kaareutunut, eli x miinus kaareutumisen vaikutus reittiin?
Tällöinhän ei periaatteessa rikota valon nopeutta, vaan neutriinojen kulkema matka on lyhyempi koska ne ottavat vähemmän aika-avaruuden kaareutumista huomioon.
Esim. Supernovahavainnossa vaikuttaa supernovan gravitaatio mm. fotoneihin ja neutriinoihin vain aluksi kohtisuorasti, jolloin neutriinot saavat pienen alkukirin. Vaikutus on kuitenkin niin vähäinen, että kummatkin hiukkaset saapuivat maahan lähes samaan aikaan, jolloin supernovahavainnon ja Operan tulokset eivät ole suoraan verrattavissa. Opera-kokeessa taas aika-avaruuden gravitaatiokaareutuminen vaikuttaa koko reitin ajalta “vaakasuorasti” hiukkasiin, jolloin päästään saatuun nopeuteen.
Asiaan päästään matemaattisesti kiinni esim. siten, että lasketaan Opera-kokeen osalta se reitin pituus, mikä tuottaisi valon nopeuden. Tällöin saadaan avaruuden kaareutumisen vaikutus kuljettuun matkaan. Verrataan sitä supernovan teoreettiseen gravitaatiokenttään ja sen vaikutukseen kuljettuun reittiin, jolloin saataisiin tulokseksi se reitti, jonka fotonit ja neutriinot ovat kulkeneet. Jos suhde on sama kuin Operassa, voidaan päätellä että neutriinojen vuorovaikutus gravitaatiokentässä on syyllinen neutriinojen näennäiseen “ylinopeuteen”. Toivoisin että pystyisin asian itse laskemaan matemaattisesti, mutta valitettavasti siihen ei minulta löydy ruutia.
Ymmärrän kyllä sen, että koska kaareutuminen on aika-avaruuden ominaisuus, se että neutriinot jotenkin suoristaisivat tämän reitin oman kulkureittinsä osalta olisi perin hämmentävää, mutta mielestäni tukimisen arvoista.
17. lokakuuta 2011 kello 17.38
Andy:
Tällainen idea tulee hiukkasfyysikoillekin helposti mieleen. Valon ja neutriinojen reitistä voidaan saada erilainen siten, että on olemassa ylimääräinen ulottuvuus (tai useampia), ja että neutriino vähän oikaisee sellaisen kautta, kun taas fotonit ja muut hiukkaset kulkevat vain tuntemiemme ulottuvuuksien suuntaan. Tästä mahdollisuudesta OPERAn tulosten selittämiseen ilmestyi jo viime viikolla (ellei nopeammin) ainakin yksi julkaisu - varmaan itseasiassa useampikin, mutta en ole seurannut teoreettisia selityksiä juurikaan, koska on niin epäluultavaa, että mittaustulos on oikein.
Eroa OPERAn ja supernovaneutriinomittausten välillä ei tosin voi selittää ehdottamallasi tavalla, mutta kenties kylläkin siten, että neutriinot matkaisivat sitä enemmän ylimäärisissä ulottuvuuksissa mitä korkeampi energia niillä on.