Как повлияет на теоретическую физику, если нейтрино будут двигаться быстрее света?

Прежде чем я отвечу, пара предостережений:

1. Как сказал Адам, Вселенная не начнет вести себя иначе из-за того, что мы что-то открыли.
2. Сейчас кажется гораздо более вероятным (даже по признанию экспериментаторов), что это просто ошибка где-то в анализе, а не реальный случай сверхсветового движения.

В любом случае: если открытие окажется реальным, влияние на теоретическую физику будет огромным , в основном потому, что оно может сделать недействительной специальную теорию относительности , показывающую, что специальная теория относительности неполна. Это имело бы «волновой эффект» на протяжении последнего столетия прогресса в теоретической физике: почти каждая отрасль теоретической физики за последние 70 с лишним лет так или иначе использует теорию относительности, и многие предсказания, сделанные на основе этих теорий, приходится пересматривать. (Существует множество других предсказаний, основанных на теории относительности, которые мы непосредственно проверили, и они останутся совершенно верными независимо от того, что произойдет.)

Если быть точным, то одно из ключевых предсказаний специальной теории относительности состоит в том, что «обычные» частицы (реальной массы) не могут достичь скорости света или превысить ее. Это не просто произвольное правило, подобное ограничению скорости на шоссе. В основе теории относительности лежит математическая модель движения объектов — группа Лоренца. По сути, когда вы переходите от сидения на месте к движению, ваша точка зрения на вселенную меняется в соответствии с преобразованием Лоренца или «усилением», что в основном влечет за собой небольшое смешивание времени и пространства. (Замедление времени и сокращение длины, если вы с ними знакомы). Мы с высокой точностью подтвердили, что это действительно так, т. е. наблюдаемые последствия изменения вашей скорости соответствуют предсказаниям ускорения Лоренца. Однако, нет ускорения Лоренца, которое переводит объект из движения медленнее света в движение быстрее света. Если бы мы обнаружили частицу, движущуюся быстрее скорости света, мы получили бы тип движения, который не может быть описан с помощью лоренцевского ускорения, а это значит, что мы должны начать искать что-то еще (кроме теории относительности), чтобы описать его.

Теперь, сказав это, есть несколько (еще) предостережений. Во-первых, даже если обнаружение реально, мы должны спросить себя, действительно ли мы нашли частицу реальной массы. Альтернатива состоит в том, что у нас может быть частица с воображаемой массой, настоящий тахион ., что согласуется с относительностью. Хотя теоретически тахионы неудобны (ну, это мягко сказано). Основное возражение состоит в том, что если мы сможем взаимодействовать с тахионами, мы сможем использовать их для отправки сообщений в прошлое: если тахион путешествует между точкой А и точкой Б, то нельзя точно определить, стартовал ли он из точки А и пошел ли в точку Б. или он начался из B и дошел до точки A. Эти две ситуации могут быть преобразованы друг в друга с помощью ускорения Лоренца, что означает, что в зависимости от того, как вы двигаетесь, вы можете увидеть одно или другое. (Это не относится к нормальному движению.) Эта идея исследовалась в прошлом, но я не уверен , получилось ли из нее что-нибудь полезное, да и в любом случае у меня есть сомнения, что дело обстоит именно так.

Если мы не нашли тахион, то, возможно, нам просто нужно признать, что теория относительности неполна. На жаргоне это называется «нарушением Лоренца». Были проведены некоторые исследования теорий, нарушающих Лоренц, но это всегда была второстепенная тема; основное намерение состояло в том, чтобы показать, что это приводит к несоответствиям, тем самым «доказав», что Вселенная должна быть лоренц-инвариантной. Однако, если мы откроем сверхсветовое движение, люди начнут пристальнее присматриваться к этим теориям, а это значит, что в ближайшие годы физикам-теоретикам предстоит много работы.

Хотя это интересно, даже потенциально грандиозно для физики, вы все равно можете сделать ставку на то, что завтра взойдет солнце. Одна вещь, на которую я хотел бы указать людям, очарованным тем фактом, что наука постоянно меняется, заключается в том, что любые новые изменения должны соответствовать старым наблюдениям. В статье даже упоминается об этом специально.

Если выяснится, что нейтрино могут двигаться быстрее света, факт остается фактом: общая теория относительности проделывает фантастическую работу по объяснению самых разных явлений, и так будет всегда.

Нет никаких шансов, что это наблюдение отражает физику нейтрино. Нейтрины от сверхновой 1987a прибывают за 3 часа до света из-за блокирования света сверхновой материей. Давайте удвоим это время до 6 часов, чтобы включить некоторые сомнительные измерения, и предположим, что все 6 часов связаны со сверхсветовым путешествием нейтринов. Тогда разница во времени для 400 км против 168 000 световых лет составляет$2.5 \cdot 10^{-12} s$, а это на 4 порядка меньше измеренного отклонения. Это означает, что если нейтрино настолько опережают свет, то нейтрино от сверхновой пришли бы примерно на год раньше, чем свет.

Измерить расстояние сложно, потому что путь света не совпадает с путем нейтрино — нейтрино проходят сквозь Землю. Если вы измеряете расстояние, отправляя радар между башнями, вам приходится иметь дело с поправками на кривизну из-за гор между ними, зданий и т. д., которые могут легко добавить 20 м длины пути на 400 км. Поэтому я предполагаю, что они измеряли расстояние с помощью GPS. Но тогда у вас возникает проблема, связанная с тем, что вы полагаетесь на заверения правительства США в том, что абсолютные координаты GPS надежны до 20 метров. Относительные расстояния могут быть в порядке, даже если абсолютные расстояния не работают на больших расстояниях.

Я не могу сказать больше, не видя измерений, но в научном смысле уверенности в 5 сигм несомненно, что это неправильный результат, поэтому, вероятно, лучше классифицировать это как безответственный рекламный ход .

ПОСЛЕ ПРОСМОТРА БУМАГИ: Нет ошибки, связанной с абсолютным положением GPS

Их оценка измерений расстояния основана на превосходных относительных значениях смещения с учетом координат GPS. Они могут регистрировать сантиметровые сдвиги в земной коре и т.д. Но все дело в том, что вам нужно относительное расстояние между двумя точками, и у них нет абсолютно никакой независимой калибровки погрешности в дальномерном измерении, и пускают дым и зеркала с тем, как точны измерения коротких расстояний.

Вот ссылка, которую они дают для измерения абсолютного расстояния; они не сделали ничего своего; http://www.iers.org/nn_11216/IERS/EN/IERSHome/home.html , и они не оценивали погрешность полученных значений. Это нехорошо.

Я не знаю никакого способа независимо откалибровать абсолютное положение, которое является более точным, чем пучок нейтрино, поэтому лучшая интерпретация статьи состоит в том, что они использовали пучок нейтрино для измерения расстояния между принимающей и испускающей точкой с большей точностью, чем проект выше дает.

Спутниковая аберрация

Учитывая, что Земля вращается со скоростью v примерно 400 м/с, в кажущемся угловом положении спутников возникает аберрация порядка v/c, которой обычно можно пренебречь. Величина аберрации между двумя мгновенными измерениями на расстоянии 700 км друг от друга зависит от углового положения спутника в небе, а для спутника на расстоянии 20 000 км дает разницу в оценке положения примерно в 20 м, умноженную на тригонометрический коэффициент, который может уменьшить это значение на 10% к 1%.

Я не вижу в статье оценки поправки на угловую аберрацию.

Поскольку Хокинг уже обнаружил, что квантовые эффекты позволяют обойти преграду в виде черной дыры, воздвигнутую чистейшей, неквантовой общей теорией относительности, вполне возможно, что существуют аналогичные способы квантового туннелирования, чтобы обойти представление о том, что$c$является блокпостом. На самом деле, общая теория относительности уже требует изменения постоянства скорости света в вакууме, и небо не упало на это, поэтому, даже если эти экспериментаторы правы, что кажется маловероятным, это не должно быть более революционным, чем то, что мы уже поняли: существуют фундаментальные проблемы с объединением специальной теории относительности с квантовой механикой, и, возможно, мы еще не закончили. Было бы здорово и интересно иметь измеримую несовместимость между специальной теорией относительности и квантовой теорией, более доступную для эксперимента, чем шкала Планка.

Если результаты эксперимента OPERA подтвердятся, это, вероятно, будет означать, что нейтрино являются тахионами с отрицательным квадратом массы. Как писал Дэвид, тахионы согласуются со специальной теорией относительности (СТО), т.е. СТО не нарушается, но нам все равно нужно что-то делать с потенциальным нарушением причинно-следственной связи.

Но эта ситуация не нова в физике. Мысленный эксперимент, проведенный в 1935 году Эйнштейном, Подольским и Розеном (ЭПР), был призван продемонстрировать, что квантовая теория не соответствует причинно-следственной связи. Потребовалось около 50 лет, чтобы установить, что в этом мысленном эксперименте сохраняются и причинность, и квантовая теория. Кстати, это уже не мысленный эксперимент. Идея парадокса ЭПР используется в реальных экспериментах по квантовой телепортации, а также в новейших системах защиты информации.

Я нашел книгу профессора МГУ Якова Терлецкого, изданную в 1966 году (к сожалению, только на русском языке). В этой книге Терлецкий делает попытку объяснить существование тахионов без нарушения причинно-следственной связи. Вот ссылка:

http://lib.mexmat.ru/books/8667