Logodygmat: neutron i tachion - eksperyment myślowy w Sokole Milleniuum

Technologie, Nauka

Kosmolot w tachionowym oceanie

Przesłanka: Zasada bezwładności Galileusza dotyczy ruchu jednostajnego prostoliniowego. Oznacza to, że ciało, na które nie działają żadne siły (lub siły te się równoważą), porusza się ze stałą prędkością i po linii prostej.

W notce z 2024 roku  pt. "Szybciej od światła w idei "SMS od Galileusza"- ćwiczenia (3/4)" opisane są rozważania w kontekście zagadnienia Galileusza (XVI-XVII wiek): "Gdyby kogoś zamknąć pod pokładem statku, to w żaden sposób nie byłby on w stanie stwierdzić, czy statek płynie ze stałą prędkością, czy stoi w miejscu". Zagadnienie znane dziś jako zasada względności Galileusza – wyraża fundamentalne pojęcie, które przetrwało rozwój nauki, stając się podstawą dla nowoczesnej fizyki. Podaje się ją również jako zasada "Galileusza - Einsteina", ponieważ Albert Einstein przeniósł pierwotną zasadę względności sformułowaną przez Galileusza na grunt nowożytnej fizyki. Einstein uogólnił ją, rozszerzając z mechaniki na całą fizykę (w tym elektrodynamikę) i nadał jej kluczową rolę w teorii względności.

Opis notki w formie ilustracji:

Wewnątrz układu B emitowana jest fala elektromagnetyczna, którą również wewnątrz odbiera odbiornik i przekazuje wiadomość o stanie ruchu v=0 lub v=const. do stacji bazowej A. Stacja ta bada odrębnie ruch układu B za pomocą radaru. Z godnie z zasadą Galileusza wiadomość z układu B będzie - nie wiem czy układ jest w spoczynku (v = 0), czy w ruchu wzdłuż linii prostej ze stałą prędkością v =const.

W tej notce połączona jest zasada Galileusza z notką o idei eksperymentu myślowego, który dotyczy neutronów i tachionów ("Logodygmat: neutron i tachion - eksperyment myślowy - wymyśl myśl").

Opis notki w formie ilustracji: Dwa identyczne pojemniki (pułapki magnetyczne), zawierające taką samą ilość swobodnych neutronów. Jedna o prędkości v = 0, druga o prędkości v > 0 i v = const. Czy czas rozpadu neutronów τ(v) zależy od prędkości układu (pojemnika z nautronami):

Fizycy przypuszczają, że powodem różnicy czasu rozpadu swobodnych neutronów (τ) w dwóch układach, tj. pułapka magnetyczna oraz strumień neutronów (odpowiednio τ_p = 879 s oraz  τ_s = 888 s) jest metoda badawcza, środki techniczne i sposób realizacji za ich pomocą badań lub nierozpoznany do tej pory efekt energetyczny wewnątrz neutronu, np. w postaci wzbudzenia podczas uwolnienia neutronu do stanu swobodnego i następnie przejście neutronu w stan podstawowy (teoretycznie wzbudzone neutrony wykazują dłuższy czas rozpadu).

Eksperyment myślowy rozważa hipotetyczną możliwość wpływu stanu ruchu układu neutronów na ich czas życia poprzez dodatkowe stopnie swobody związane z tachionowymi fluktuacjami energetycznymi pola kwantowego. Stopnie swobody pochodzą z przestrzeni podświetlne o trzech wymiarach przestrzennych i jednym wymiarze czasu (3+1) oraz od przestrzeni nadświelnej o jednym wymiarze przestrzennym i trzech wymiarach czasowych (1+3). Podział przestrzeni względem szybkości światła (c) na podświetlną i nadświetlną jest umowy. To dalej jest jedna przestrzeń, ale o większej licznie stopni swobody.

Fantastyka: W powstaniu protonu i elektronu w rozpadzie swobodnego neutronu czas dla nich płynie w przyszłość, natomiast antyneutrino (spowolniony tachion) pochodzi z przeszłości. Spowolniony tachion to ukierunkowana w ruchu fluktuacja pola kwantowego, odbita od neutronu fala pola kwantowego.

Podręcznikowy model fizyczny rzeczywistej natury:

Taki wątek hipotezy w eksperymencie bezpośrednio odnosi się do zasady Galileusza. W tym ułożeniu jedna pułapka pomiarowa jest w kosmolocie poruszającym się w przestrzeni podświetlnej (v < c) i nadświeltnej (v > c).

***

Zasada Galileusza–Einsteina
neutrony i tachiony – eksperyment myślowy

Czy neutron może wykryć ruch kosmolotu?

Jedną z najważniejszych zasad fizyki jest zasada względności Galileusza–Einsteina. W uproszczeniu mówi ona, że żaden eksperyment wykonany wewnątrz zamkniętego układu poruszającego się ruchem jednostajnym (stała prędkość, v = const.) prostoliniowym (tor linią prostą) nie pozwala stwierdzić, czy układ ten spoczywa, czy porusza się ze stałą prędkością.

Inercjalny układ odniesienia to układ, w którym ciało niepoddane działaniu sił zewnętrznych (lub gdy się one równoważą) spoczywa lub porusza się ze stałą prędkością (ruchem jednostajnym prostoliniowym). W układzie tym nie występują tzw. siły bezwładności (np. siła odśrodkowa), a prawa dynamiki Newtona działają w swojej podstawowej formie.

Wyobraźmy sobie dwa identyczne kosmoloty. Jeden znajduje się w spoczynku, a drugi porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym. W obu znajdują się takie same laboratoria i takie same pułapki neutronowe. Zgodnie z zasadą względności wyniki wszystkich doświadczeń powinny być identyczne. Astronauci nie powinni mieć możliwości określenia, który z kosmolotów się porusza.

Inspiracja zagadką neutronową

Od wielu lat fizycy badają czas życia swobodnego neutronu. Interesujące jest to, że dwie główne metody pomiarowe dają nieco różne wyniki. W eksperymentach wykorzystujących pułapki neutronowe otrzymuje się średni czas życia około 879 sekund. Natomiast w eksperymentach wiązkowych (strumień neutronów) uzyskuje się wynik około 888 sekund. Przyczyna tej różnicy nie została jeszcze ostatecznie wyjaśniona i pozostaje interesującym zagadnieniem współczesnej fizyki.

Eksperyment myślowy

Załóżmy na chwilę, że czas życia neutronu zależałby od prędkości ruchu kosmolotu. W takim przypadku astronauta mógłby zmierzyć czas rozpadu neutronów i na tej podstawie stwierdzić, czy jego statek porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym. Oznaczałoby to możliwość wykrycia ruchu wewnątrz kosmolotu bez obserwacji świata zewnętrznego. Taki wynik byłby sprzeczny z klasyczną interpretacją zasady względności. Dlatego współczesna fizyka zakłada, że sama prędkość ruchu jednostajnego prostoliniowego nie może wpływać na wynik takich pomiarów. A jeśli neutron nie jest układem całkowicie izolowanym? Tu pojawia się główna idea eksperymentu myślowego. Zasada względności odnosi się do układów izolowanych. Nie zabrania jednak oddziaływań pochodzących z otoczenia. Można więc zadać pytanie:

Czy swobodny neutron jest rzeczywiście całkowicie odizolowany od wpływu środowiska kosmicznej próżni?

Jeżeli na neutron oddziaływałyby fluktuacje próżni, zmiany gęstości energetycznej przestrzeni lub jakieś nieznane jeszcze pola fizyczne, wówczas zmiana czasu jego rozpadu nie musiałaby oznaczać wykrycia samej prędkości. Mogłaby natomiast świadczyć o oddziaływaniu z otoczeniem. W takim przypadku zasada względności nie zostałaby "obalona." Po prostu nie byłyby spełnione warunki idealnego, izolowanego układu.

Hipotetyczne pole tachionowe

W prezentowanym eksperymencie myślowym rolę takiego środowiska odgrywa hipotetyczne pole tachionowe. Tachiony są hipotetycznymi cząstkami, które w niektórych rozważaniach teoretycznych mogłyby poruszać się szybciej od światła. Do tej pory nie zostały jednak eksperymentalnie potwierdzone.

W tej wizji tachiony nie są traktowane jako udowodniony element przyrody, lecz jako narzędzie do budowy eksperymentu myślowego. Ich fluktuacje mogłyby wpływać na gęstość energetyczną otoczenia neutronu, a tym samym zmieniać warunki jego rozpadu.

Sokół Millennium i fizyka

Dla lepszego zobrazowania idei można wyobrazić sobie słynnego "Sokoła Millennium" lecącego przez hiperprzestrzeń. Jeżeli podczas takiego lotu neutrony zaczęłyby wykazywać inne czasy życia, pojawiłoby się pytanie: Czy neutron wykrył prędkość statku? A może wykrył zmianę środowiska energetycznego, przez które statek przelatuje? To właśnie rozróżnienie stanowi sedno tego eksperymentu myślowego.

Podsumowanie

Zasada Galileusza–Einsteina mówi, że ruch jednostajny nie może zostać wykryty przez eksperyment wykonywany wewnątrz izolowanego układu. Eksperyment myślowy z neutronami i tachionami nie próbuje obalać tej zasady. Zadaje natomiast pytanie, czy obserwowane neutrony są rzeczywiście całkowicie odizolowane od otaczającej je struktury energetycznej Wszechświata? Jeżeli nie są, to różnice w czasie życia neutronów mogłyby dostarczać informacji nie o samej prędkości, lecz o środowisku, w którym neutrony istnieją. To właśnie jest główna idea tego eksperymentu myślowego: odróżnić wykrywanie ruchu od wykrywania oddziaływania z otoczeniem.

***

Ilustracja AI diagramu energetycznego w idei "Einsteina-Dragana" z dodanym tachionem