Klávesové zkratky na tomto webu - základní­
Přeskočit hlavičku portálu


Padl Einstein v italské jeskyni? Asi ne, soudí fyzik

aktualizováno 
Proč má teoretik potíž s nadsvětelným neutrinem? Znamenalo by pouť do minulosti, nebo narušení teorie relativity, říká český fyzik Luboš Motl.

Start pouti. Sedmikilometrový kruhový urychlovač ve středisku CERN u Ženevy vystřeluje protony, ze kterých se uvolňují neutrina mířící do italské observatoře. | foto: CERN

Částice rychlejší než světlo popírají Einsteinovu teorii, ukazuje nedávný objev vědců z Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN). Devadesát devět procent teoretiků ovšem nad nedávným objevem italských vědců z týmu OPERA kroutí hlavami. Nadsvětelná rychlost neutrin by znamenala revoluci a počátek "nové fyziky". "Spíše tam ale někde vznikla chyba," říká spoluautor teorie strun Luboš Motl.

Jak velké je takové neutrino?

Je to elementární (dále nedělitelná) částice s klidovou hmotností jeden milielektronvolt. V souladu s teorií relativity vzroste jeho energie v letu téměř bilionkrát.

Kdybychom ho srovnali s elektronem?

Kdo je Luboš Motl?

Český teoretický fyzik (37), dnes žije v Plzni a je jeden z autorů maticové teorie superstrun. Studoval na americké Rutgersově univerzitě, přednášel na Harvardu. Vyučoval teorii strun a kvantovou teorii pole. Přeložil rovněž knihu Elegantní vesmír od Briana Greena do češtiny.

Luboš Motl

V roce 2007 Harvard opustil, mimo jiné pro nesouhlas s kulturou politické korektnosti. Každý den přispívá na blog "Reference Frame" (najdete zde), který má početné mezinárodní čtenářstvo. Vyjadřuje se na něm jak k teoretické fyzice, tak i politickým tématům. Je známý především svými ostrými výhradami proti zastánců myšlenky, že globální oteplování představuje pro lidstvo nebezpečí.

Neutrino v klidu je asi miliardkrát lehčí. V tomto stavu jej můžeme považovat v podstatě za nehmotnou částici. Ovšem v letu je neutrino milionkrát těžší než elektron v klidu.

Proč experimentátoři posílají z jedné podzemní laboratoře do druhé právě neutrina?

Jsou unikátní tím, že proletí zeměkoulí, jako by byla průhledná. Nemají interakce s hlínou ani se skálou. Je jich potřeba vyprodukovat tisíce bilionů, aby se jich pár tisíc zachytilo v podzemní šachtě Gran Sasso v Itálii.

A odkud se berou?

V urychlovači ve švýcarském CERNu nejprve kolidují biliony a biliony protonů, z nichž vznikají piony a kaony, které produkují neutrina. Ta jsou pak rychlostí světla vystřelena v pulzech směrem na detektory v italské laboratoři. Urychlovač na ně míří skoro jako na terč.

Proč létají pod zemí?

Detektory je třeba odstínit od kosmického záření, které vyvolává podobné reakce jako neutrina. Letí tedy kilometr pod povrchem. Vlastně více než kilometr, protože země je kulatá a neutrino sleduje v podstatě rovnou dráhu.

Jak se dají tak miniaturní částice vůbec polapit?

Většina jich proletí kolem a pokračuje na cestě planetou. Část z těch bilionů neutrin, řádově tisíce, však v detektoru narazí do nějakého atomového jádra a způsobí štěpnou reakci. To se na zdejších přístrojích projeví jako záblesk, který vzápětí zmizí. Srovnáním tvaru pulsů v CERNu a Gran Sassu experimentátoři týmu OPERA změřili rychlost neutrin.

A ta se neslučuje s Einsteinovou teorií relativity...

Podle ní měla být rychlost neutrin nižší než rychlost světla přibližně o 10-19 (což je jedna desetimiliardtina miliardtiny). Tým OPERA ovšem tvrdí, že neutrina jsou o celou stotisícinu rychlejší. To je ohromný rozdíl.

Co si o nadsvětelné rychlosti neutrin myslí teoretici?

Že je to šílenost. Po slavném výbuchu supernovy z roku 1987 se ukázalo, že světlo i neutrina dorazily téměř současně, jejich rychlost se shodovala s přesností 10-9. To je mnohem přesnější, než co prezentuje OPERA.

Vzdálenost supernovy byla asi větší než 732 kilometrů z Ženevy do Gran Sassa?

Jde tady o 168 tisíc světelných let. Kdyby byla chyba jedna stotisícina, zpoždění neutrin či světla by činilo rok. Ona však přicházela jen o tři hodiny dříve než světlo.

A co zaznamenali experimentátoři v Gran Sassu?

S přesností na 10 nanosekund změřili, že neutrina překonala vzdálenost 732 kilometrů o 60 nanosekund rychleji, než by odpovídalo rychlosti světla. Ta jejich měření, jichž proběhlo několik tisíc, mají interval spolehlivosti "6 sigma", což je ohromný efekt. Z čistě technického hlediska se to rovná jistotě.

Co se stane za nanosekundu, jen tak pro představu?

Jedna nanosekunda odpovídá jednomu taktu mikroprocesoru v telefonu iPhone, který má 1Ghz. Za jednu nanosekundu urazí světlo 30 centimetrů. My jsme ovšem schopni měřit čas s pomocí atomových hodin mnohem přesněji, a to až s přesností 10-15, což je jedna miliontina nanosekundy.

Otázkou však je, zda hodiny v CERNu a Gran Sassu měřily stejný čas.

Synchronizace času je jeden z hlavních momentů, kde mohlo dojít k chybě. Experimentátoři se spolehli na GPS, které měří polohu s přesností na centimetry.

Proč neposlali elektromagnetický signál z jednoho místa na druhé?

Dal by se poslat laserový paprsek, ale musíte si uvědomit, že by nemohl cestovat rovnou čarou, nýbrž delší dráhou přes atmosféru. GPS to dělá přesněji, zároveň však může být zdrojem chyb. Když si představíte, že GPS produkuje chybu v měření vzdálenosti mezi Gran Sassem a CERNem, která činí pokaždé 18 metrů, potom by se všichni na tu chybu adaptovali a nikdo si toho ani nevšiml.

Osmnáct metrů je vzdálenost, o niž mělo neutrino překonat rychlost světla?

Cíl švýcarských neutrin: detektor v laboratoři Gran Sasso ve střední Itálii,

Cíl švýcarských neutrin: detektor v laboratoři Gran Sasso ve střední Itálii, kde se zjišťuje, za jak dlouho sem ze Ženevy dorazily částice.

Přesně tak. "Džípíeska" je možná přesná v anglickém smyslu "precise", ale je otázka, zda je také "accurate" (čili zda měří "správně"). Kromě toho i přesnost závisí na efektech Einsteinovy teorie relativity.

Ty jsou citelné i při současné rychlosti satelitů?

Velmi dobře. Kdyby je tvůrci GPS zanedbali, což se nestalo, nabere poziční systém každý den chybu asi 15 kilometrů.

Projížděl bych Plzní a hlásilo by, že jsem v Rokycanech?

Za několik dní už v Berouně, neboť ta chyba by se akumulovala. Ale i kdyby jen experimentátoři synchronizovali čas podle satelitu, což patrně neudělali, tak se při měření polohy spletou o 300 metrů, neboť ten relativistický efekt je při rychlosti satelitu několika kilometrů za vteřinu docela silný.

Dejme tomu, že se nadsvětelná rychlost neutrin potvrdí i při plánovaných měřeních v USA. Co budou fyzikální teoretici dělat?

Nějakou dobu ta skepse přetrvá, pokud budou i Američané měřit vzdálenost pomocí GPS. Když se ale výsledek potvrdí i jinými metodami, bude to samozřejmě šok.

Nespekulovalo se o nadsvětelných neutrinech už v minulosti?

Ano. V USA se vícekrát snažili změřit druhou mocninu hmotnosti neutrina a vyšla jim záporná hodnota. To znamená imaginární hmotnost a nadsvětelnou rychlost. Neutrino bylo označeno za tachyon, hypotetickou částici, která by neměla existovat. Má menší energii než hybnost, tím pádem se nedá rozhodnout, jestli směřuje do minulosti či do budoucnosti... O tom jsme ještě nemluvili?

Sci-fi jsem si chtěl nechat na konec...

Na tom není nic fantastického. Podle teorie relativity je pohyb nadsvětelnou rychlostí ekvivalentní pohybu nazpátek v čase. Neexistuje kvalitativní rozdíl mezi pohybem do minulosti a pohybem do budoucnosti v případě, že ten pohyb jde nadsvětelnou rychlostí.

Tomu právě nerozumím.

To je důsledkem toho, že současnost událostí závisí na vztažné soustavě. Když se například v CERNu a Gran Sassu stane něco současně, z hlediska satelitu se tyto události vůbec současné nejeví. Nadsvětelná rychlost by k tomu přidala teoretickou možnost zabít svého dědečka ještě před tím, než se poprvé vyspí s babičkou. Vaše bytí nutné k vykonání takového zločinu by se stalo nekonzistentním s výsledkem tohoto zločinu.

A proč by obyčejná částice rychlejší než světlo měla, byť teoreticky, podobné věci umožnit?

Protože když už máte nadsvětelný signál, může se v jedné vztažné soustavě pohybovat do budoucnosti a podle jiné soustavy zase do minulosti.

Přece se bavíme o čase, který nastane až poté, co něco začneme pozorovat? Nemůžeme jít před událost, která předchází našemu pozorování?

Logická připomínka. Ale nesprávná. "Poté" je slovo, které závisí na vaší vztažné soustavě.

Jak si představit vztažnou soustavu, která by to ozřejmila? Nějakou jinou galaxii, co míjí tu naši?

Představte si prostě mouchu, která letí vedle toho neutrina, rychlostí nepatrně menší, než je rychlost světla. To se rozhodně smí. Normální moucha, která letí z Ženevy do Itálie. Těch much je několik, sesynchronizují si hodinky, úplně stejným způsobem, jakým si je synchronizujeme my. A ty mouchy zjistí, že neutrino přiletělo do Itálie dříve, než vyletělo z CERNu.

Takhle by to ta moucha viděla?

Zlaté sídlo velkých mozků: jedna z budov evropského střediska CERN.

Zlatá klec pro fyziky. Jedna z budov evropského střediska CERN

Pokud teorie relativity platí, tak si můžete zkonstruovat model, v němž ty mouchy urychlíte, pošlete je ven a necháte je měřit čas. Kalkulace takto vyjde. Pokud jste vystřelením neutrina chtěl něco ovlivnit v Itálii, z hlediska těch much jste změnil minulost. Nejdříve se stalo to, co jste chtěl změnit, a potom jste se rozhodl, že to uděláte.

A to se podle vás děje?

Nikoli, to by byla katastrofa, takovým logickým paradoxům je třeba se vyhnout.

A jak?

Pokud by nás ty experimenty donutily věřit, že se neutrina pohybují nadsvětelnou rychlostí, je prostě jasné, že lidé obětují teorii relativity. Nelze ji použít, takže ty jevy z hlediska těch much probíhají jinak, než si myslíme, ač není jasné jak, neboť Einsteinova teorie byla ověřena mnoha jinými způsoby a s mnohem větší přesností, než prokázal tento experiment.

Je ještě jiná možnost?

Alternativně bychom museli dokázat, že se neutrina pohybují "správnou" maximální rychlostí, že chybu dělá světlo, když se z nepochopitelných důvodů pohybuje nižší rychlostí. Šlo by o chybné názvosloví, maximální rychlost bychom museli přejmenovat na "rychlost neutrin". To by byla méně radikální změna zákonů, ale způsobila by taky hromadu problémů, i když ne tak zásadních jako je vraždění dědečka. Byli bychom za blázny, jako už několikrát v dějinách fyziky, když si lidé brali za dogma věci, které nebyly jisté a ukázaly se být chybnými.

Rozhovor vznikl pro MF Dnes.

Autor:




Hlavní zprávy

Další z rubriky

Dva domnělé otisky nalezené na Krétě mohly podle vědců  vzniknout, když jejich...
Jsme z Evropy? Na Krétě se našly možné stopy předka člověka

Na Krétě se podařilo objevit stopy staré zhruba 5,7 milionu let, které by mohly patřit předkům Homo sapiens. Sami autoři označují objev v lokalitě Trachilos za...  celý článek

Konspirační teorie kolem 11. září
Nečekané důsledky 11. září: více nehod, šmírování a on-line zprávy

Teroristické útoky 11. září šokovaly celý svět. Zabily přes tři tisíce lidí. Měly ale také řadu dopadů, které pociťují lidé i dnes po šestnácti letech. A ne...  celý článek

Rekonstrukce hrobky Bj 581 v době archeologických vykopávek na konci 19....
DNA ukázala, že vikingský „válečník“ byl ve skutečnosti žena

Ve slavném vikingském hrobě neležel muž, ale žena, tvrdí závěry provokativní studie. Podle některých je čas přehodnotit představy o roli žen ve vikingské...  celý článek

Najdete na iDNES.cz



mobilní verze
© 1999–2017 MAFRA, a. s., a dodavatelé Profimedia, Reuters, ČTK, AP. Jakékoliv užití obsahu včetně převzetí, šíření či dalšího zpřístupňování článků a fotografií je bez souhlasu MAFRA, a. s., zakázáno. Provozovatelem serveru iDNES.cz je MAFRA, a. s., se sídlem
Karla Engliše 519/11, 150 00 Praha 5, IČ: 45313351, zapsaná v obchodním rejstříku vedeném Městským soudem v Praze, oddíl B, vložka 1328. Vydavatelství MAFRA, a. s., je členem koncernu AGROFERT.