Kedves LaPoM és Fizinfo olvasók!
Hirtelen nagyon felkapott hír lett, hogy nem kizárt, hogy a kísérleti fizikusok találtak a fénysebességnél gyorsabban haladó neutrínókat.
A hatásvadász írások zöme azt is állítja, hogy ha ez igaz, akkor vége van Einstein relativitáselméletének.
Csak egy idézetet had szúrjak be hangulatkeltésnek az egyik népszerű hírportáról:
"Ha a neutrínók valóban gyorsabbak lehetnek a fénynél, akkor megdől az, hogy a fizika törvényei minden megfigyelő számára azonosak."
Ezt a kérdést szeretném most röviden tisztázni.
Először is a lényeg egy mondatban:
A közhiedelemmel ellentétben nem dől meg a speciális relativitáselmélet, még akkor sem, ha tényleg találnak a fénynél gyorsabban mozgó részecskét!
Részletesebben:
Az eredeti 1905-ös változat semmiképp nem dől meg. Az eredeti változat az két alapfeltevést (informális axiómát) posztulál:
(1) A "fizikai törvények" függetlenek attól, hogy melyik (inerciális) megfigyelő rendszerében írjuk fel őket.
(2) Van olyan (inerciális) megfigyelő, aki szerint a fénysebesség minden irányban ugyanannyi, függetlenül attól, hogy ki bocsátotta ki.
Annak ellenére, hogy a fordítások nem szó szerintiek, teljesen világos, hogy az elmélet csak megfigyelőkről (vonatkoztatási rendszerektől) tesz kikötéseket, és semmit nem mond arról, hogy mehet-e egy részecske a fénynél gyorsabban vagy sem.
Az könnyen következik a két posztulátumból, hogy a fénysebesség minden megfigyelő számára, minden irányban ugyanannyi.
Ez azért van így, mert (2) miatt van egy megfigyelő, aki így látja, (1) miatt pedig a többinek is így kell látnia.
Az következik, hogy a fénysebességgel nem haladhat egy megfigyelő.
Ez azért van így, mert egy fénysebességgel haladó megfigyelő látna álló fényjelet.
(1) miatt akkor minden megfigyelőnek azt kellene látnia, hogy a fényjelek állnak, és (2)-be beleszokták érteni, hogy c nem 0.
Az is következik, hogy inerciális megfigyelők nem haladhatnak a fénynél gyorsabban (legalábbis, ha a téridő dimenziója nem 2).
Ez azon múlik, hogy a fénykúp "kívülről" másképp néz ki, mint "belülről"...
Az következik, hogy vagy minden megfigyelő lát a fénynél gyorsabban mozgó részecskéket, vagy egyik se.
!!!Az viszont nem következik, hogy részecskék nem mehetnek a fénynél gyorsabban!!!
(Az meg pláne nem, hogy "semmi" nem mehet gyorsabban. ;-)
Az egy hibás érvelés, hogy ha valami mehet a fénynél gyorsabban, akkor megfigyelő is mehet hisz pl. "ráültetjük". Ugyanis, ha igaz lenne, hogy "ha valamilyen sebességgel mehet részecske, akkor azzal a sebességgel mehet megfigyelő is", akkor abban a pillanatban megdőlt volna a relativitáselmélet, amikor kiderült, hogy vannak fénysebességgel haladó részecskék (pl. fotonok). Hiszen, mint ahogy korábban láttuk az pottyan a két posztulátumból, hogy fénysebességgel nem mehet megfigyelő (kivéve, ha c=0 ;-).
Üdvözlettel,
Andréka Hajnal, Németi István és Székely Gergely
Ui1. Persze lehet gyártani olyan változatát (erősítését) a relativitáselméletnek, ahova betesszük alapfeltevésként, hogy nincs a fénynél gyorsabb részecske. Ekkor olyan elméletet kapunk, ami megdől, ha találnak a fénynél gyorsabb neutrínót. Ilyen elméletek szórványosan találhatók az irodalomban, lásd pl. Borchers és Sen “Mathematical implications of Einstein-Weyl causality” könyve vagy Udo Shelb cikkei. Viszont ezeknek az elméleteknek a megdőlése egyáltalán nem jelenti a relativitáselmélet megdőlését.
Ui2. Ahhoz, hogy a speciális relativitáselmélet működjön, egyáltalán nem kellenek ilyen típusú erős axiómák. Sőt, a relativitáselmélet megragadásához lényegében véve elég Einstein eredeti két posztulátumának az a triviális következménye, hogy "a fénysebesség minden megfigyelő számára minden irányban ugyanannyi", vö. pl.
http://arxiv.org/abs/1005.0960,
http://arxiv.org/abs/1105.0885 cikkeinket. A cikkekben szereplő axiómarendszerekből nem csak informálisan, hanem teljesen precízen bizonyítható, hogy nem következik, hogy nincsenek a fénynél gyorsabb részecskék (az elmélettel konzisztens az is, hogy vannak ilyen objektumok és az is, hogy nincsenek).
Ui3. A precízen formalizált (pl. matematikai logikában axiomatizált) elméletek egyik nagy előnye, hogy világosan és vitathatatlanul látszik, hogy mi következik az elméletből, és mi nem.