Relativitetsteoriens død eller tachyonets fødsel?

Albert Einstein (Kilde: Wkipedia Commons)

Relativitetsteorien sier at lysets hastighet er den samme i alle koordinatsystemer. Dette har vidtrekkende konsekvenser. Blant annet er det basis for den velkjente formelen E=mc2, som gir sammenhengen mellom masse og energi, og er basis for både atombomber og kjernekraft. Det har også den konsekvens at energi ikke kan bevege seg med hastighet høyere enn lyshastigheten. Andre konsekvenser er at to klokker som beveger seg i forhold til hverandre , vil gå med forskjellig hastighet. Det må det korrigeres for i forbindelse med satellittene som brukes av GPS-systemet. En annen konsekvens er at når en partikkel får en hastighet som nærmer seg lyshastigheten stiger energien mot uendelig når hastigheten blir lik lyshastigheten. Konsekvensen av det er at noe som inneholder masse eller energi ikke kan bevege seg raskere enn lyset, partikkelen får så stor masse at det ikke er mulig å dytte den opp i høyere hastighet.

Dette har fått litt oppmerksomhet i det siste, i forbindelse med målinger fra CERN som kan tyde på at såkalte neutrinoer beveger seg raskere enn lyset. En neutrino er en subatomær partikkel med nesten ubetydelig masse, og uten ladning. Den genereres i stort antall i kjernereaksjoner, slik som på sola, og vekselvirker i liten grad med stoffet de passerer gjennom. For eksempel er de i stand til å gå tvers gjennom jordkloden. Siden de har så liten vekselvirkning med annen materie, er de vanskelig å påvise, det trengs store detektorer.

Det er en helt ubetydelig større hastighet enn lysets som er blitt påvist, bare 0,0025% raskere. Målingene ble utført over en avstand på 730 km, fra CERN ved Genève i Sveits til Gran Sasso i Italia. Neutrinoene produseres ved CERN, ved at protoner akselereres til høy energi i en synkrotron og danner nøytrinoer ved kollisjon i et grafittmål. Forsøket har pågått siden 2009, og det er målt i alt 16000 tilfeller av vekselvirkninger mellom nøytrinoer og detektoren.

Naturlig nok har dette vakt stor oppmerksomhet i det vitenskapelige miljøet, og for den saks skyld i media.

Hva betyr dette?
Det første spørsmålet er om det kan være feil målinger, selv om arbeidet som er gjort er svært grundig. Scientific American har spurt en del fremtredende forskere om dette. Og gjennomgående er at først må man gå gjennom målingene på nytt for å verifisere resultatene. Det er tross alt mange muligheter for feil når man skal detektere en partikkel som er så vanskelig å finne at det trengs en detektor av størrelsesorden tusen tonn for  å finne den. En grunn til skepsis er at supernovaen SN1987A ble fulgt av en skur med nøytrinoer som ankom samtidig med lyset. Avstanden til supernovaen var 168 000 lysår, og derom neutrinoene fra den hadde beveget seg 0,0025% raskere enn lyset burde de ha kommet fram fire år før lyset. På den andre siden fant forsøk utført ved Fermilab i USA i 2007 tilsvarende resultater som forsøket ved CERN. Men her var usikkerheten så stor at forskerne valgte å være forsiktige med å trekke klare konklusjoner. Men nå forsøker de å skaffe midler til å gjøre flere forsøk. Samtidig vil det ha stor betydning for forståelse av grunnleggende fysikk dersom resultatene bekreftes.

Tachyonet
Fysikere spekulerer av og til på hva som kan skje hvis man går langt utenfor det som er akseptert. Og fysikken er full av eksempler på at man for å forklare fenomener som er i strid med det man kjenner postulerer at ting skjer i strid med fornuften og dagens kunnskap. Fysikk er ikke så 100% «riktig»» som mange tror. Relativitetsteorien er et eksempel på dette. Kvantefysikk er et annet eksempel på at man for å forklare fenomener postulerer at hverdagslivets regler ikke gjelder når dimensjonene blir små nok. (Einstein fikk Nobleprisen i fysikk i 1921 for sitt bidrag til kvantefysikken. På det tidspunktet var relativitetsteorien fremdeles for kontroversiell.)

Og allerede den kjente fysikeren Arnold Sommerfeld satte fram en hypotese om at det kunne eksistere hypotetiske partikler som beveget seg raskere enn lyset. Senere har andre studert dette teoretisk, og sett på hvilke egenskaper en slik partikkel kunne ha, ut fra den matematiske beskrivelsen av relativitetsteorien. Og man ga denne (hypotetiske) partikkelen navnet tachyon  fra det greske ordet ταχύς, som betyr hurtig.
Denne partikkelen må da ha den egenskapen at massen er et imaginært tall, Energien er lavere jo høyere hastigheten er, og den øker mot uendelig når hastigheten synker ned mot lyshastigheten, slik at partikkelen aldri kan gå langsommere enn lyshastigheten. Den må altså være «født» med overlyshastighet. Foreløpig har ingen seriøst våget å antyde at nøytrinoet er et tachyon.

Hva vil relativitetsteoriens eventuell død bety?
Fordi om man finner en partikkel som ikke oppfører seg slik den burde, betyr det ikke at relativitetsteorien er død. Det betyr bare at den ikke er allmenngyldig, men den beskriver fortsatt de fenomener det tidligere er vist at den beskriver. For vårt daglige liv betyr det ingen ting. Der klarer vi oss bra med Newtons mekanikk. Med de hastigheter vi beveger oss i her på jordoverflaten faller denne sammen med relativitetsteorien. Men for forståelsen av grunnleggende fysikk kan det ha enorme konsekvenser at man har funnet en partikkel som ikke oppfører seg sånn den burde, og dette kan igjen få konsekvenser for vårt daglige liv. Det er bare å tenke på betydningen av kvantefysikken for vårt daglige liv. Mange tenker sikkert ikke over det. Men det er kvantefysikken jeg kan takke for at jeg ikke må skrive dette på en mekanisk skrivemaskin, levere det til et trykkeri og så spre det som tekst på et papirark. Men takket være kvantefysikken er det utviklet maskiner som gjør at jeg kan spre det og du som leser dette kan gjøre det elektronisk.

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter picture

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+ photo

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s