Cichy Fragles

skocz do treści

O co chodzi z tą prędkością światła?

Dodane: 29 września 2011, w kategorii: Nauka

Zeszłotygodniowe doniesienia o neutrinach prawdopodobnie przekraczających prędkość światła wywołały sporo szumu w mediach, już to oznajmiających przełom w fizyce (czy w ogóle wywrócenie jej do góry nogami), już to snujących wizje podróży w czasie. Z wyrokowaniem o przełomie sugerowałbym jeszcze poczekać, natomiast o tej drugiej kwestii od dawna mam ochotę coś napisać, a okazja jest znakomita. Media bowiem chętnie podkreślają, że przekroczenie prędkości światła pozwala podróżować w czasie, ale nie zadają sobie trudu choćby powierzchownego wytłumaczenia, co ma piernik do wiatraka. Czemu niby przekroczenie magicznej bariery 299 792 458 m/s miałoby nam dać taką możliwość?

Cóż – odpowiedź na to pytanie zacznijmy od przyjrzenia się budowie czasoprzestrzeni z punktu widzenia teorii względności. Dowolne zdarzenie zachodzące we wszechświecie – czy to zderzenie dwóch atomów, czy publikacja wpisu na moim blogu, czy eksplozja supernowej – ma swój, mniejszy lub większy, wpływ na – z czasem – całą resztę obserwowalnego wszechświata. Z czasem, bo wszelkie oddziaływania rozchodzą się z prędkością nie większą niż prędkość światła – jeśli np. Słońce wybuchnie, to mniej więcej przez 500 sekund (czyli osiem minut z kawałkiem) to przykre wydarzenie nie będzie mieć żadnego wpływu na Ziemię, dopiero gdy światło przeleci te ~150 mln kilometrów, dowiemy się, że coś się dzieje. Podobnie ma się rzecz z innymi ciałami niebieskimi, które kolejno, wraz z rosnącą odległością od Słońca, będą się „dowiadywać” o jego eksplozji.

Bardzo schematycznie przedstawia tę sytuację poniższy rysunek:

Ukośne linie wychodzące ze środka układu to tzw. linie światła; ich przebieg odzwierciedla rozchodzenie się światła w przestrzeni wraz z upływem czasu. Punkt, w którym spotykają się przerywane linie, odpowiada momentowi, w którym wydarzenie na Słońcu zaczyna oddziaływać na Ziemię – innymi słowy, jest to punkt czasoprzestrzeni oddalony od początku układu o 150 mln km i 500 sekund. Żółtym kolorem został oznaczony stożek światła wychodzącego, czyli zbiór punktów w czasoprzestrzeni, które znalazły się w zasięgu oddziaływania tego wydarzenia. Żeby bowiem wiedzieć, że jakieś zdarzenie miało miejsce, musisz się znajdować w jego stożku światła – czyli odpowiednio blisko w przestrzeni i odpowiednio daleko w czasie.

Wiem, mój rysunek jest dość toporny, więc może lepiej sięgnąć do zasobów nieocenionej Wikipedii po rysunek przedstawiający to wszystko dużo ładniej:

Dla porządku dodajmy, że poza stożkiem światła wychodzącego (to ten górny) widać tutaj także stożek światła przychodzącego, odpowiadający – jak nietrudno zgadnąć – zdarzeniom, które miały wpływ na zdarzenie w punkcie A. To jednak nie ma znaczenia dla dalszych rozważań.

Dobrze, ale po co nam te stożki? Otóż uwaga – według teorii względności zdarzenie B ma miejsce po zdarzeniu A wtedy i tylko wtedy, gdy zdarzenie B znajduje się w stożku światła wychodzącego zdarzenia A. Natomiast o zdarzeniu C na powyższym rysunku nie można już tego powiedzieć.

Zaraz, krzyczy intuicja, przecież zdarzenie C znajduje się wyraźnie wyżej niż zdarzenie A – czy to nie oznacza, że z definicji wydarzyło się później? Otóż niestety nie – tu już wszystko zależy od obserwatora: w zależności od kierunku i prędkości przemieszczania się, jeden obserwator przyzna pierwszeństwo zdarzeniu A, inny stwierdzi, że oba zdarzenia miały miejsce jednocześnie, a jeszcze inny uzna, że pierwsze było zdarzenie C. I nie będzie to (znowu wbrew intuicji) tylko złudzenie obserwatorów – wręcz przeciwnie, chronologia jest naprawdę relatywna (dlatego właśnie mówimy o teorii względności), a właśnie nasze przekonanie o jej stałości jest złudzeniem, wynikającym z tego, że na co dzień poruszamy się z prędkościami rzędu 0,0001%-0,001% prędkości światła, więc nie mamy szans doświadczyć efektów relatywistycznych.

Krótko mówiąc, punkt C na powyższym rysunku możemy sobie – generalnie rzecz biorąc – dowolnie przemieszczać w pionie i rysunek będzie cały czas odpowiadać tej samej sytuacji, jeśli tylko nie umieścimy tego punktu wewnątrz stożka światła punktu A. Tu intuicja skrzeczy po raz kolejny, bo punkt C ma przecież własny stożek światła, który ma jakieś punkty przecięcia ze stożkiem punktu A – więc czy manipulując ich wzajemnym położeniem nie spowodujemy, że np. punkt B raz się znajdzie w stożku światła punktu C, a raz poza nim, co wywaliłoby nam chronologię już i wewnątrz stożków? No niestety, ale intuicja znów zawodzi, bo czasoprzestrzeń nie rządzi się prawami starej dobrej geometrii Euklidesa, lecz Minkowskiego, gdzie zdrowy rozsądek zawodzi, a wzory na wszystko są tak zawiłe, że lepiej uwierzyć na słowo, że to się trzyma kupy;-).

Co z tego wszystkiego wynika? Ano to, że jeśli jesteśmy w stanie przekroczyć prędkość światła (a więc opuścić stożek świetlny), to – odwołując się raz jeszcze do rysunku – możemy odbyć podróż z punktu B do C, jak również z C do A. Czyli możemy dotrzeć z B do A, chociaż – jak zostało powiedziane i podkreślone wyżej – zdarzenie B miało miejsce po zdarzeniu A. Ot i cała sztuczka.

Czy zatem możemy już rezerwować bilety na wehikuł czasu? Tak dobrze oczywiście nie ma – żeby wybrać się w przeszłość, musielibyśmy znaleźć sposób na rozpędzenie powyżej prędkości światła również własnych cząstek elementarnych, a nie tylko neutrin. Same neutrina wystarczyłyby „tylko” do wysyłania w przeszłość wiadomości, co oczywiście też byłoby gigantycznym przełomem, bez wątpienia największym od czasu wynalezienia koła. Ale i z neutrinami to jeszcze nic pewnego – wiadomości z przyszłości przecież jak dotąd nie dostajemy, więc albo ktoś w tej przyszłości nas nie lubi, albo jednak coś nie tak z tym eksperymentem.

Ta druga opcja brzmi dużo bardziej prawdopodobnie – historia nauki zna niejeden przełom, który przestał być przełomem po dokładniejszym przejrzeniu/zinterpretowaniu wyników eksperymentu. Błąd aparatury pomiarowej wydaje mi się wprawdzie zbyt banalnym wyjaśnieniem, żeby naukowcy je pominęli, ale dopóki takiego samego wyniku nie uzyskają niezależnie inni badacze, lepiej zachować sceptycyzm. A nawet jeśli uzyskają – już się tu i ówdzie pojawiają pomysły, że to może jakiś efekt kwantowy, czy inny czort, a nie żadne przekroczenie prędkości światła. A po mojemu to po prostu Wielki Zderzacz Hadronów zepsuł szwajcarską czasoprzestrzeń;-).

 

Podobne wpisy

Komentarze

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Formatowanie tekstu:
W zależności od wybranego formatu możesz używać podstawowych tagów HTML (np. <a>, <i>, <b>, <blockquote>) lub ich odpowiedników w Markdown.