Dlaczego nie superstruny?

Prawda jest jedna. A niepewności (przecież to ludzkie)? Te tworzą zbiór nieskończony. Łatwiej więc jest szukać prawdy w ich gąszczu.  

  
    W licznych artykułach, przy różnych okazjach, wspominałem mimochodem o teorii, (mowa w gruncie rzeczy o grupie teorii) która, jak sądzić można było do niedawna, ma szansę pogłębić w jakimś stopniu nasze zrozumienie mikroświata, w ogóle przyrody. Teorii? Raczej manifestacji określonej, obowiązującej dziś megakoncepcji, bazującej na dzisiejszym stanie zapatrywań. Nie antycypuje ona bowiem nieznanych dotąd efektów, dających możliwość sprawdzenia, choćby testowania.  Prawdziwa teoria powinna. Czym jest? Jest przede wszystkim niezliczonością równań matematycznych i obliczeń przybliżonych. A jednak dziś to właściwie jedyny znany nauce pomysł, mający pogłębić zrozumienie Przyrody, jedyna (bo dotąd nie wymyślono innej) zdawałoby się szansa na jakiś postęp w próbach unifikacji grawitacji z pozostałymi oddziaływaniami. Właściwie to nawet kulminacja wysiłków, zważywszy na ogrom włożonej pracy (obliczeniowej). Wdrapaliśmy się na szczyt, z którego widok zapiera dech, nie mówiąc o wysiłku i zadyszce, ale wyżej już nie można. To jedna z kulminacji odwiecznego dramatu stanowiącego historię nauki. Z dołu widać solidny pień, przechodzący w liczne gałęzie, te zaś w gałązki i dalej w niezliczone pędy, coraz rzadziej kończące się pąkiem. Chyba dosyć porównań.  

     Chodzi oczywiście o teorię superstrun. Pierwsze poważniejsze prace związane z nią, wyznaczające nowy kierunek badań, pojawiły się już w latach siedemdziesiątych ub. stulecia. Była wielką nadzieją, a przede wszystkim była nową niszą przyciągajacą młodych, dla kariery naukowej, łaknących sławy. W krótkim czasie liczba publikacji tematycznie związanych z nią osiągnęła liczbę dziesiątek tysięcy. Stała się modna. Na tę modę dały się złapać tysięce najzdolniejszych młodych ludzi. Na jednoznaczne roztrzygnięcia ilościowe należy jeszcze poczekać. Ad Kalendas Graecas... Jak dotąd, nie poświęciłem jej wiele miejsca. Wspominałem o niej tu, czy tam. Zainteresowania moje poszły zresztą zdecydowanie w innym kierunku, a dociekania, którym się oddawałem, nie bazowały na procedurach badawczych przyjętych dziś za obowiązujące. Miało w tym jakiś udział moje wyjątkowe lenistwo, lenistwo wobec tematów, które intuicja odrzuca. Może miałem nie najlepszych wykladowców, a może zbyt dużo było „na wiarę”. Zawierzyłem intuicji.

    O teorii superstrun wspominałem oczywiście, szczególnie tam, gdzie wskazana była konfrontacja moich konkluzji z dzisiejszym stanem zapatrywań. Przy tej sposobności zwróciłem też uwagę na to że moje fantazje właściwie nie są sprzeczne z docelowym sednem tej teorii (bez aspektu ilościowego), pomimo istotnej różnicy w odniesieniu do koncepcji struktury, a także (właściwie przede wszystkim) bazy. W dociekaniach swych bowiem bazowałem na klasycznym, choć nie w pełni newtonowskim, acz deterministycznym, modelu przyrody (nie omijając aspektu relatywistycznego). Teoria superstrun natomiast próbuje połączyć dwie zasadnicze sprzeczności w jedną komplementarną całość pozostając w zasadzie przy obowiązujacych paradygmatach. Próbuje pogodzić ze sobą deterministyczną ogólną teorię względności z indeterministyczną mechaniką kwantową, widząc w tym klucz do zgłębienia tajemnic bytu. Pogodzić na zasadzie iloczynu zbiorów? Zgodnie z przypuszczeniami raczej powszechnymi superstruny posiadać mają cechy bytu faktycznie elementarnego. Czy słusznie? „Pogodzić”. Czy chodziło więc o jakiś kompromis? Kompromis to ostatnia rzecz, która mogłaby doprowadzić do jednoznacznej prawdy obiektywnej. Teraz wiadomo już, że można inaczej: jednoznacznie i deterministycznie w każdej skali, przynajmniej na moim podwórku.   

     W artykule: „Indeterminizm kontra determinizm? Nie ma sprzeczności! Plankony i obrót” ustosunkowałem się do tej sprawy: „Dzisiejsze usiłowania połączenia grawitacji ze skwantowaniem, na ogół kończą się granicą niewłaściwą, czyli prowadzą do rozbieżności”. Nic dziwnego. Pragnie się połączyć dwie (rzekome) sprzeczności. A jednak sprzeczność w rzeczywistości nie istnieje. Po prostu mechanika kwantowa u swych podstaw nie uwzględnia grawitacji z powodu jej słabości gdzieś tam wysoko w skali atomowej, a swym rozpędem w głąb zapomniała, że ta sama grawitacja w innnej skali (piętro niżej), stanowić może czynnik decydujący. Inna sprawa, że formalną przyczyną nieuwzględniania grawitacji jest jej nierenormalizowalność pojawiająca się przy obliczeniach w ramach kwantowej teorii pola (na co także zwróciłem uwagę). Właśnie ten fakt mógł zastanowić, sprowokować do pytań, rozbudzić inwencję. Ale to się nie stalo. Tak między nami, jak grawitacja miałaby być renormalizowalna, jeśli nie jest uwzględniana przez mechanikę kwantowa, jakby nie istniała? Oczywiście istnieje, ale jako zakrzywienie przestrzeni, wprost obca jakość, gdyż mechanika kwantowa bazuje na konkretnych oddziaływaniach. Tak między nami, chodzi o jak najbardziej ludzką skłonność do kompromisu. Czasami to rzecz wprost niebezpieczna, szczególnie wobec bezkompromisowości zła. Wystarczy spojrzeć na ten nasz świat. A Przyroda?

     „Teoria superstrun stwarza też poważne szanse dla unifikacji wszystkich oddziaływań – rzecz dotąd nieosiągalna.” Do niedawna w to wierzono. Szanse te jednak topnieją w konfrontacji z koniecznością pokonania kolosalnych trudności natury matematycznej, związanych z wprowadzeniem dodatkowych wymiarów i z supersymetrią. 

     Z drugiej strony, nie można negować osiągnięć. Obliczenia w ramach kwantowej teorii pola i modelu standardowego cząstek są bardzo dokładne w konfrontacji z doświadczeniem. Godne to najwyższej uwagi. Nieuwzględnienie grawitacji ogranicza jednak zasięg wglądu w rzeczywistość. Uczeni zdają sobie z tego sprawę doskonale. A jeśli przyłączyć jakoś OTW? Usilne poszukiwania teorii unifikującej wszystkie oddziaływania są tego wyrazem, a monstrualna matematyka – dowodem. Sądząc po moich wyczynach, nie trzeba jednak szukać daleko. Pod latarnią świeca nie jest potrzebna.  

     Zgodnie z moimi konkluzjami, unifikacja polega na tym, że istnieje tylko jedno oddziaływanie podstawowe – grawitacja. Pozostałe, to oddziaływania specyficznych powtarzalnych układów – chodzi o te uwarunkowane obecnością struktury manifestującej się nam jako ładunek elektryczny, oraz te, które rozpoznajemy jako oddziaływania silne. Źródłem obydwu jest grawitacja. 

     Godne zastanowienia jest to, że superstruny właściwie kojarzą się z naszymi elsymonami. Mam nadzieję, że nie popełnię niestosowności zbyt wielkiej zauważając, że dociekania moje stanowić mogą nawet brakujące ogniwo wspomnianej teorii (upraszczające ją w sposób wydatny), pomimo, że jej punkt wyjścia jest zupełnie inny...

     Mowa więc o teorii będącej szczytem osiągnięć fizyki zmatematyzowanej „pod niebiosa”, teorii rozbudowanej i skomplikowanej. Właściwie „teorii”, gdyż nie generuje antycypacji. Bazując wyłącznie na tradycyjnych koncepcjach i paradygmatach dwudziestowiecznych, teoria ta zawiodła nas na szczyt osiągnięć myśli i... chyba zawiodła. Jest symbolem schyłku dwudziestego wieku. A jednak przydało się. Z tego szczytu bowiem widać doskonale wszystkie niedostatki, nawet to, że fundament fizyki dwudziestowiecznej jest już zmurszały, a ten wielki gmach jakby się zaczyna sypać. Ale, jak na razie, ma się dobrze, dzięki entuzjazmowi kolejnych adeptów „wiedzy tajemnej”.  

      Środkiem opisu cząstek elementarnych i ich oddziaływań jest dziś relatywistyczna kwantowa teoria pola. Według tej teorii cząstki traktowane są jako kwantowe wzbudzenia określonych pól. Procedury obliczeniowe stosowane w tej teorii prowadzą do bardzo dobrej zgodnosci z doświadczeniem. Obliczenia te bazują na rachunku perturbacyjnym, na kolejnych, coraz lepszych przybliżeniach. Wymagają one jednak zabiegu renormalizacji, bez którego prowadziłyby do granicy niewłaściwej, do nieskończoności.

      Fizyka cząstek-pól i ich oddziaływań nazywana jest też fizyką wysokich energii, wobec których grawitacja (w tej skali) jest niezmiernie słaba. Nieuwzględnienie jej nie ma więc, jak się sądzi, istotnego wpływu na wyniki obliczeń. Jednak zasadniczą przyczyną niewłączania grawitacji do bezpośrednich badań jest jak już niejednokrotnie zaznaczałem, niemożliwość stosowania zabiegu renormalizacji w odniesieniu do grawitacji. Wiąże się ona z tym, że grawitacja (w dzisiejszym pojmowaniu spraw) prowadzi do osobliwości. W kwantowej teorii pola (i nie tylko), osobliwości te prowadzą do nieskończoności. To na prawdę nic dziwnego. Stąd nierenormalizowalność. Tak od siebie mogę dodać, że postulowane tu odpychanie grawitacyjne usunęłoby ten problem. Ale to już tylko moje fantazje. To problem poważny. Należałoby go ominąć w jakiś sposób. Rezultatem tego byłaby kwantowa teoria grawitacji, której zręby próbuje się dziś stworzyć. Pierwsze prace w tym kierunku podjęte zostały już w początkach lat 70 ub. wieku. Mowa oczywiście o teorii strun.

      Sprawa, w gruncie rzeczy, zaczęła się od próby opisu kwarkowego modelu mezonów, a ściślej, od dociekań nad sposobem łączenia się kwarków tworzących mezony. Wyobrażano sobie, że kwarki wiąże ze sobą coś w rodzaju napiętej struny. Jak wiemy, w strunie, sprężynie, energię potencjalną określa jej naprężenie. Nie ważne co tę strunę naciągnęło. Stąd droga do zróżnicowania mas mezonów w zależności od wielkości tego naprężenia (zgodnie z równoważnością masy i energii). Naprężenie takiej struny stanowi zasadniczy parametr danej cząstki. Okazało się, że model taki pogodzić można z teorią względności i mechaniką kwantową. „Energia równoważna jest masie, a masa stanowi źródło grawitacji” – powinniśmy więc otrzymać jakąś kwantową reprezentację grawitacji w rozwiązaniach równań pola. W takich mniej więcej okolicznościach pojawiła się teoria strun.

      Ten nowy model przewidywał też istnienie stanu o spinie 2 i zerowej masie spoczynkowej. „To jest to”. Arbitralnie uznano, że powinien to być grawiton – bozon przenoszący oddziaływania grawitacyjne. Mamy więc kwantową grawitację (!). O kwantowaniu grawitacji myślano poważnie już wcześniej i oto mamy punkt zaczepienia dla poważniejszych studiów w tym kierunku. Już znacznie wcześniej stwierdzono, że, by opisać grawitację, należy zejść do wymiarów plankowskich. Dopiero w tych skalach grawitacja powinna bowiem stać się czynnikiem istotnym. Problem w tym, że „Jeśli nie można zobaczyć, to nie istnieje, to znajduje sie poza fizyką” – zgodnie z dość popularną doktryną metodologiczną. Wiąże się to z masą plankowską*, która jest bardzo wielka w porównaniu z masą znanych nam cząstek. Wprowadzenie dodatkowego, grawitacyjnego czynnika do kwantowej teorii pola, bynajmniej nie uprościło sprawy. Wprost stanowiło wyzwanie, tak w sensie matematycznym, jak i konceptualnym. Przecież grawitacja, to zakrzywiona przestrzeń. Koniecznością okazało się między innymi wprowadzenie dodatkowych wymiarów. Ich liczba rosła w sposób dramatyczny (6 dodatkowych wymiarów przestrzennych). Precedens ku temu już był. Wszak właśnie wprowadzenie dodatkowego wymiaru (cztery przestrzenne) przez Kaluzę dało możliwość połączenia w jedną całość oddziaływań grawitacyjnych i elektromagnetycznych. Podążono więc tym obiecującym tropem, choć to połączenie miało charakter deterministyczny – "właśnie dlatego było warto”.

*) W artykule szóstym pierwszej części wprowadzone zostało pojęcie plankonu, jako modelu bytu elementarnego absolutnie. Jego masa jest właśnie tą masą plankowską.

      Kłopot sprawiło też to, że teoria strun przewidywała istnienie cząstek szybszych, niż światło, tak zwanych tachionów, których nie można było wetknąć w dotychczasowe schematy, choćby przez to, że powodowały łamanie zasady przyczynowości. Od siebie dodam, że dzisiejsza fizyka bazuje na paradygmacie łącznościowym. Właśnie to jest przyczyną tego „łamania”.

      Rzecz rozwiązało wprowadzenie supersymetrii. To była tzw. Pierwsza Rewolucja Strunowa. Dzięki (już) superstrunom udało się wyeliminować tachiony. Dodatkowo, dzięki superstrunom grawitacja nie sprowadza się do osobliwości, gdyż czasoprzestrzennie struna przedstawia rodzaj rurki, to znaczy posiada określone wymiary przestrzenne. Pojawiła się więc szansa unifikacji standardowego modelu cząstek z kwantową teorią grawitacji. Opis jednak stał się bardzo skomplikowany. Nie dość, że wymaga aż dziesięciu wymiarów (wraz z czasem), to w dodatku prowadzi do ogromnej różnorodności możliwych opcji, na ogół nie realizowalnych w rzeczywistej Przyrodzie.

      Wprowadzenie symetrii dualności (jedną z jej postaci jest istnienie pól elektrycznego i magnetycznego, stanowiących wspólną całość) spowodowało drugi skok jakościowy w rozwoju teorii. Nazwano to Drugą Rewolucją Strunową. Ed Witten, jeden z głównych sprawców tej rewolucji nazwał nową teorię M – teorią (chyba M, jak matka, a może membrana...). Okazało się, że teoria ta wymaga wprowadzenia dodatkowego, jedenastego wymiaru. M-teoria, to dziś główny front natarcia fizyki teoretycznej. To dziś bardzo modne. Nawet większość doktoratów dotyczy superstrun, membran i wszystkiego, co się z tym wiąże. [Pisałem to w roku 2009.] Zgodnie z równaniami teorii, struny sa obiektami jednowymiarowymi. M-teoria przewiduje jednak istnienie także obiektow o większej liczbie wymiarów, nazywanych branami. Membrana pozbawiona „przedrostka” „mem” stała się dwu-, trój-...p-braną (p – liczba wymiarów, nie większa, niż 10). Interesujące, że teoria ta nie wyklucza też możliwości istnienia cząstek będących czarnymi dziurami. Od razu sprawdzono, bo to już nawet kryterium poprawności teorii, choć wcale nie jest pewne, że czarne  dziury (te powszechnie znane) istnieją. W tym kontekście warto przypomnieć sobie serię artykułów o dualnej grawitacji i plankonach. Tam zauważyliśmy, że rozmiary plankonów są mniejsze, niż sfera ich promienia grawitacyjnego. W dodatku do tego nie trzeba było angażować potężnego arsenału środków matematycznych. Obyłem się prawie bez matematyki. W dodatku cechy fizyczne tych „czarnych dziur” (mojego chowu) możliwe są do określenia w oparciu o model zaproponowany w tej pracy.

      A to dzięki temu, że tym razem koncepcja wyprzedziła matematykę. Dziś jednak matematyka dyktuje, narzuca koncepcję, pomimo, że stanowi system aksjomatyczny (ludzki), nie koniecznie zbieżny z obiektywnymi cechami Przyrody. Nie może przecież człowiek z góry znać tych praw, jeśli je poszukuje, wymyślając w tym celu matematykę. Jako aksjomatyczna, jakąkolwiek by nie była, nigdy nie doprowadzi do znalezienia kamienia filozoficznego przez swą immanentną aksjomatyczność. Zbliża się jak Achilles do żółwia w jednej z aporii Zenona. Z tą różnicą, że aporie te można było obalić (za pomocą...matematyki). I tu jest pies pogrzebany. 

     Ktoś mógłby teorię superstrun nazwać fiaskiem. Ja określiłbym to mianem zwiastunu czegoś nowego. 

      Można też na sprawę spojrzeć inaczej. Po pierwsze, nieoznaczoność wskazuje na rodzaj rozmycia, stosunkowo dużego w małych skalach. Dla przykładu, nie jest możliwe jednoznaczne określenie rozmiarów (i ewentualnie kształtu) elektronu. Określa się go więc jako obiekt punktowy. Relatywistyczna kwantowa teoria pola, rozważa więc cząstki jako obiekty punktowe. Po drugie, w związku z nieoznaczonością, przyjętą przez mechanikę kwantową (jako cechę swoistą Przyrody, a nie jako cechę opisu), zakłada się istnienie fluktuacji pól, które są tym wyraźniejsze, tym bardziej przeszkadzają w poznaniu, im większe powiększenie zastosujemy, im bardziej zagłębiamy się w strukturę materii. O energii próżni, cząstkach-polach Higgsa, o polu inflatonowym, dzięki któremu miała miejsce (podobno) inflacja, była już mowa w eseju poświęconym inflacji. Tam, szczególnie na inflację, zapatrywałem sie z dużą dozą sceptycyzmu, ale cóż, fantazjonerzy (wśród nich ja) są jak wióry z rąbanego drwa. Pocieszam się, że wióry zostaną, a drewno posłuży na rozpałkę. Dziś właśnie to jest ważniejsze. A wióry? Niektóre z nich zapuszczą korzenie.  

      W tym samym kwantowym duchu ustosunkować się można do grawitacji. Formą grawitacji, zgodnie z ogólną teorią względności, jest zakrzywiona przestrzeń. Nie zawadzi więc (by sprawdzić co z tego wyjdzie) zgodnie z imperatywem kwantowania, przyjąć za realne istnienie fluktuacji przestrzeni, fluktuacji jej zakrzywień. Byłyby to oczywiście fluktuacje kwantowe pola grawitacyjnego. Wobec względnej słabości (w skalach dostępnych obserwacji) tych oddziaływań, fluktuacje te mogłyby być tym wyraźniejsze, im sięgamy głębiej, ku skalom odpowiednio małym, w szczególności, zbliżając się do skali Plancka.  Mamy tu więc do czynienia z kwantowaniem grawitacji, mamy też szansę połączenia wszystkich oddziaływań w jedną spójną całość. Właśnie to jest ambicją teorii superstrun. Zbieżne to jest zresztą z próbą modelowania samej materii, uwzględniającego wszystkie możliwe czynniki.         

      Z drugiej strony, odpowiednio blisko wymiarom plankowskim fluktuacje są tak wielkie, a „wrzenie” jest tak intensywne, że przyporządkowanie jakiegokolwiek punktu tej niespokojności jednoznacznym współrzędnym jest z zasady niemożliwe. Rozmycie czyni wszystkość nieprzebywalną mgłą. Tym zaznacza się granica wglądu fizyki  w byt materialny. Tak można widzieć granicę poznawalności....od góry. „Co ze strunami?” Nieprzeliczalność czyni nieskończonym zbiór równań, w którym tylko jedno odpowiada realizowalności fizycznej. Zdeterminowanie w nieskończonym gąszczu. Szukaj wiatru w polu, albo igły w stogu siana z pomocą bomby atomowej. Jedno spośród nieskończenie wielu? Czy to logiczne? Jedno, gdyż prawda jest jedna. A niepewności (przecież to ludzkie)? Te tworzą zbiór nieskończony.

      ...Od dołu wszystko wygląda inaczej. Świat plankonów, trzy wymiary (patrz artykuły poświęcone plankonom, szczególnie ten trzeci.), itd. Trójwymiarowość jako cecha immanentna zdeterminowanego bytu? Tak by mogło wynikać.

     Superstruny są obiektami mającymi stanowić bazę strukturalną dla znanych nam cząstek elementarnych, dotąd traktowanych jako punkty materialne. W tym istota postępu konceptualnego. Już wcześniej zdążyłem zauważyć, że superstruny, jeśli by je troszkę zmodyfikować, są naszymi... elsymonami! Tak w każdym razie kojarzą mi się. Dałem temu wyraz niejednokrotnie. Od strony matematycznej teoria superstrun jest jednak niezwykle skomplikowana. Wiąże się to między innymi z koniecznością wprowadzenia co najmniej sześciu dodatkowych, wymiarów przestrzennych. Sądzę, że oznacza to potrzebę innego podejścia do sprawy, zaatakowania problemu z innej (dosłownie) strony. Wskazywałaby na to niejednoznaczność wyników badań. Jest to jednak sąd jak najbardziej prywatny. Tak ja to odbieram.

     To, co my, naszymi dotychczasowymi teoriami postrzegamy jako punkty, jest w rzeczywistości „tętniącą życiem złożonością”, dla której opisu niezbędne jest wprowadzenie dodatkowych wymiarów. W dodatku, by dotrzeć do granicznej długości Plancka, należałoby „odpunkcić” rzecz punktowo małą dla naszej trójwymiarowej percepcji, jeszcze dwukrotnie. Zatem dla opisu pełnego musielibyśmy przedstawić tę rzeczywistość jako posiadającą dziewięć wymiarów przestrzennych (3 + 3 + 3). Tak to sobie wyobrażam. Struktura bytu tworzy zatem jakby trzypiętrową budowlę. W niej, najwyżej znajduje się piętro naszych bezpośrednich doznań, które zawdzięczamy fotonom (do atomów włącznie); niżej, kwantowe, piętro pośrednie, struktur nazywanych przez nas cząstkami elementarnymi (kwarki, leptony); najniżej, piętro o rozmiarach odpowiadających przeliczalnej wielokrotności długości Plancka, piętro struktury elementarnej, czyli układy plankonów, w moim mniemaniu, stanowiących o istnieniu tak zwanych strun. Właściwie należałoby do tego uwzględnić także specyficzną topologię plankonu, a poprzez to całego Wszechświata (dodatkowy, dziesiąty wymiar przestrzenny, może nawet nie ostatni). Tak by można w daleko posuniętym uproszczeniu przedstawić tę rzecz z mojego punktu widzenia. W tym sensie większa niż trzy liczba wymiarów oznaczać by mogła strukturalną złożoność tego, co percepcyjnie jawi się nam punktem. Dla przypomnienia, nasza percepcja wysługuje się fotonami. Gdybyśmy mogli patrzeć czymś innym, oglądalność nawet najbardziej elementarnej struktury mogłaby być trójwymiarowa. Czym byłoby to „coś innego”? Nie mam pojęcia. Plankony? Ta wielowymiarowość, tak nawiasem mówiąc, także kojarzy mi się z faktem zasadniczej niemożności pełnego (bez metod zaburzeniowych i aproksymacji), jawnie deterministycznego opisu układu dynamicznego, zbudowanego z więcej niż dwóch elementów. Dla przypomnienia, nasze rozważania ilościowe ograniczyły się jedynie do układów dwuelementowych. Z tego zresztą powodu (nie mówiąc o moim lenistwie) do szczegółowych obliczeń zaprosiłem młodych, by zbudowali „superstruny” na bazie plankonowej. To tak, jak by wiadome było, w przeciwieństwie do samej teorii superstrun (jeśli to, co popełniłem nazwać można wiedzą), jak te superstruny są zbudowane, co wcale nie ułatwia sprawy. Mają być bowiem struny bytami stanowiącymi kres podziałom w głąb, przez to, że rozmiary ich ogranicza długość Plancka; bytami (ponoć) prawdziwie elementarnymi. O czymś mniejszym „nie można bowiem w ogóle mówić”, zważywszy na unifikację (odpowiednio zakrzywionej grawitacyjnie) czasoprzestrzeni ze skwantowaniem. To nawet przemawia do wyobraźni, takie zdyscyplinowane zawirowania... Ale to chyba nie całkiem tak. Tej „elementarności strun” przeczy ich różnorodność (w sensie zróżnicowanego „naciągu”, a tym zróżnicowanej energii-masy, zbieżnej z różnorodnością cząstek), która świadczy przecież jednoznacznie o ich złożoności strukturalnej. Przeczy, nawet jeśli mowa tu o tworach, powiedzmy dziesięcio- (lub jedenasto-) wymiarowych (dodatkowy wymiar stanowi czas), o specyficznej topologii, o orbifoldach, których istotą jest nie ich „wnętrze”, lecz forma całościowa. „Nie ma więc mowy o strukturze superstrun. To nie dotyczy sprawy”. Czyżby? Chyba nie w tym zasadza się prawdziwa elementarność. W kontekście tym nie dziw, że można by pokusić się o sąd, iż to, co szumnie nazwałbym teorią elsymonów, stanowi jeśli nie alternatywę, to przynajmniej bazę konceptualną (nawet) dla teorii superstrun, uzupełnienie „od dołu”. Czy sąd ten jest słuszny? To przecież tylko fantazje... Gdzież mi do...     

     Co ważne w teorii superstrun, to zarysowująca się po raz pierwszy, możliwość połączenia w jedną jakość fizyczną, dwóch sprzecznych ze sobą koncepcji, dwóch teorii sprawdzonych i niewątpliwie słusznych (w zakresie naszego dotychczasowego wglądu): mechaniki kwantowej (statystycznej i bazującej na nieoznaczoności heisenbergowskiej) z ogólną teorią względności (deterministyczną). Łatwo zauważyć, że do „połączenia” grawitacji ze skwantowaniem, tym razem nawet chyba dość udanego (w każdym razie jakościowo), doszliśmy także w naszych rozważaniach, badając własności plankonu. Dla przypomnienia, elsymony nasze tworzą układy grawitacyjne, przy czym liczba ich rodzajów jest ograniczona (tylko do układów drgających, zrezonowanych wewnętrznie – to nam przypomina struny). Już to tworzy rodzaj skwantowania. Dodajmy do tego, że różnorodne elsymony tworzą nieprzeliczalną mnogość, choć w artykule szóstym (tego blogu) siódmym pierwszej części raczej ograniczyliśmy ten festiwal do form, których podstawowym elementem jest czworościan foremny, oraz dwunastościan foremny, uzasadniając to potrzebami organizacji przestrzeni**. Stanowi to nawet w moim odczuciu określony postęp w sensie konceptualnym w stosunku do wcześniejszych przypuszczeń.

**) Dodatkowo, optymalizacja polegałaby na jak najgęstszym upakowaniu. To kieruje uwagę ku naturalnemu rozwiązaniu preferowanemu przez przyrodę, odkrytemu jeszcze w Starożytności,  jako „złoty podział”.  Wiąże się to z ciągiem Fibonacciego. Zwróciłem już na to uwagę w innym miejscu. 

     A jednak mimo wszystko nieprzeliczalna mnogość. Wyłowienie z niej cech tworów konkretnych zawdzięczamy, to należy podkreślić, metodom mechaniki kwantowej. Sprzeczność między dwoma wymienionymi wyżej podejściami jest więc właściwie pozorna, szczególnie gdy schodzimy wystarczająco głęboko w hierarchii struktur materialnych, ku skalom małości już niepercepowalnym. Można nawet mówić wówczas o komplementarności. Nie zapominajmy w tym kontekście, że tak zwana „teoria standardowa” cząstek elementarnych odniosła sukcesy nie podlegające dyskusji dzięki jej dokładności w konfrontacji z doświadczeniem i, co nie mniej ważne, z obserwacją astronomiczną (na przykład trafnym określeniem rozkładu występowania pierwiastków we Wszechświecie). Aż dziw, że teoria ta cząstki elementarne postrzega właściwie jedynie jako punkty materialne, a same obliczenia w jej ramach mają charakter aproksymacji. To jednak ogranicza głębokość jej wglądu w istotne cechy materii (jak już zdążyłem wspomnieć) tam, gdzie grawitacja stanowić zaczyna czynnik istotny, ujawniając się przy tym także działaniem odpychającym. Należy dodać, że sama wspomniana wyżej teoria standardowa, odwrotnie, niż na przykład teoria Maxwelle’a, nie może jeszcze stanowić bazy konceptualnej, nie może antycypować (przewidywać z góry), gdyż właściwie pełza w ślad za nowymi ustaleniami doświadczalnymi i otwarta jest na nowe pomysły o charakterze konceptualnym. W tym sensie rozwija się. Dopiero przyjęcie za bazę, istnienia bytu absolutnie elementarnego, utożsamianego (nawet) z plankonami daje chyba szansę na sformułowanie takiej „bazowej” teorii. Być może uwzględnienie tego nowego czynnika, odpychania, zredukowałoby wydatnie uciążliwość obliczeń skazanych na konieczność renormalizacji (nawet jeszcze w ramach aktualnych poglądów, w ramach struktury poznawczej obowiązującej dziś). Uzasadniałoby też moje lenistwo.

     Teoria superstrun, mająca zniwelować „feler” niepełnej adekwatności z powodu „punktowego postrzegania”, jest jednak teorią kwantową, która przecież w swej istocie metodologicznej bazuje na obserwowalności (observable), warunkowanej istnieniem fotonów (oto jeden z paradygmatów) i ich rolą, a także (i przede wszystkim) na nieoznaczoności widzącej swą bazę ontologiczną we fluktuacjach pól i próżni. W dodatku nie uwzględnia (bo nie może) wewnętrznej, strukturalnie adekwatnej grawitacji, a same struny traktuje siłą rzeczy całościowo. Być może w tym właśnie należy upatrywać fakt, że teoria ta jest aż tak skomplikowana w swej strukturze pojęciowo-formalnej. Zdjęcie satelitarne nawet, najbardziej precyzyjne, posiada określoną miarę nieoznaczoności (rozdzielczość obrazu), w dodatku nigdy nie zastąpi szpiega pracującego w terenie (mądrego, zaangażowanego i nieprzekupnego), mającego przy tym dostęp do tajnych dokumentów. Trudno jest z fragmentarycznych przesłanek stworzyć obraz jednoznacznie prawdziwy i spójny wewnętrznie. Mucha z odległości dziesięciu metrów jest punktem, a wymiary (trzy) przewodu trakcji elektrycznej, z odległości, powiedzmy pięćdziesięciu metrów zwinięte są do jednego. Trzeba się więc sporo napocić, by z punktu i kreski, poprzez eksperyment „na odległość”, wydobyć muchę i kabel, a co dopiero szczegóły ich budowy wewnętrznej (znów dwie fazy schodzenia w głąb, poczynając od percepcji bezpośredniej). Aż dziw bierze do czego mimo wszystko już doszliśmy. W tym kontekście rola plankonów wydaje się nawet zaszczytna.  

Neutrino Cz. 4. Wstęp do modelowania matematycznego

Fascynacja zwierzęcia wpatrującego się w lustro jest bardziej naukowa, niż nasza obojętność.

Treść

10. Neutrino w zwierciadle. Niezachowanie parzystości.

11. Historia badań.

12. Próba modelowania ilościowego.

13. Dalsze wnioski.

14. Czy anihilują ?

15. I jeszcze coś...

Á propos

10. Neutrino w zwierciadle. Niezachowanie parzystości.

  Gdy patrzymy w lustro widzimy siebie, nasze otoczenie, widzimy rzeczywistość. Nie przeszkadza nam, że napisy są nieczytelnie obrócone, „on” podnosi lewą rękę gdy ja prawą, a moje lewe „oczko”, u „niego” jest prawym. To nasza codzienność, powszedniość, normalność nie budząca nawet specjalnego zainteresowania. Z łatwością wyjaśniamy ten „obrót" i śmieszy nas reakcja niektórych zwierząt wpatrujących się w lustro.. Ich fascynacja jest z całą pewnością bardziej naukowa niż nasza obojętność. Przyzwyczailiśmy się do tej „asymetrii” do tego stopnia, że widzimy w tym przejaw symetrii. Wszystko co widzimy w zwierciadle obrócone, za pomocą drugiego zwierciadła możemy przywrócić do stanu wyjściowego. Ilustruje to poniższy rysunek. 

Pamiętam, chyba 45 lat temu, podczas lekcji, przy omawianiu zwierciadła płaskiego, wziąłem kredę i, jakby od niechcenia (byłem wtedy żartownisiem, o którym krążyły po mieście legendy), napisałem coś lewą ręką (jestem w zasadzie leworęczny, choć piszę prawą). Ku swemu zaskoczeniu skonstatowałem, że swobodnie piszę lustrzanym pismem, w dodatku charakter pisma nie zmienił się. Wystarczyło wziąć lusterko. Uczniowie byli zachwyceni. Ja także. Umiejętność tę potem wykorzystywałem, by ukryć treść swych zapisków, szczególnie podczas jazdy pociągiem. Raz, pewna matrona siedząca obok mnie nie wytrzymała i tonem przygany wprost rzuciła: Po jakiemu pan pisze? Z prawa na lewo? Odpowiedziałem: Po polskiemu, tak, by nie mogła pani przeczytać. Reszta pasażerów wybuchła śmiechem.

    Kłopotu z odczytaniem nie mamy. Nie mamy problemu także gdy w lustrze obserwujemy zjawiska elementarne, jak na przykład ruch, ciała oddziaływujące ze sobą, nawet elektromagnetycznie (również w tym przypadku). Wprawdzie obrót w prawo odzwierciedla się jako obrót w lewo, układ współrzędnych prawoskrętny widzimy jako lewoskrętny, ale wszystko to realizuje się w rzeczywistości i jest w gruncie rzeczy kwestią umowy preferowanie takiego czy innego kierunku. W tym sensie strona prawa jest w pełni równoważna lewej. Aż w głowie się nie mieści, że przyroda mogłaby preferować którąś ze stron, że przestrzeń mogłaby być anizotropowa. Już wyrazem tego jest przyjęty przez nas postulat nazywany zasadą kosmologiczną.

Rozważmy jednak najbardziej chyba znany rozpad beta minus neutronu, o którym była już mowa (ten powszechnie przyjęty schemat, gdyż skoncentrować się mamy na czymś innym): 

Otrzymujemy w jego wyniku między innymi antyneutrino elektronowe. [Pomijam tu udział bozonów pośredniczących, a także opcję, zgodnie z którą neutrino tła powoduje rozpad neutronu – opisałem to w poprzednim artykule (Cz. 3).] Pozostając przy schemacie reakcji zapisanym tuż powyżej (tak się dziś rozpad neutronu przedstawia), ustawmy zwierciadło i zajrzyjmy w nie. Co widzimy? Otóż proton pozostanie protonem, elektron elektronem, natomiast antyneutrino staje się neutrinem z powodu odwrócenia skrętności. Takiej reakcji jednak nigdy nie zaobserwowano, co więcej, wykazano doświadczalnie, że neutrino i antyneutrino, przynajmniej dla nas, obserwatorów ze świata podświetlnego, to dwie różne cząstki. Wspomniałem już o tym w pierwszych dwóch artykułach tego cyklu. Fakt ten świadczy o łamaniu symetrii zwierciadlanej, a także o niezachowaniu parzystości. Jest to cecha charakterystyczna oddziaływań słabych, oddziaływań z udziałem neutrin. [Jeśli przyczyną rozpadu neutronu jest mimo wszystko neutrino tła uderzające weń, to także w tym przypadku obraz zwierciadlany tego naruszy prawo zachowania momentu pędu (jeśli neutrino i antyneutrino, to dwie różne cząstki). Naruszy także prawo zachowania liczby leptonowej.] 

   Tu wychodzimy z założenia, że w reakcji tej przykładowym źródłem antyneutrina jest rozpadający się spontanicznie  neutron. Tak się sądzi. Z niego się ono bierze, powstaje, a wcześniej nie istniało. Podobnie z rozpadem wielu cząstek, a także jąder atomowych. Czy słusznie? Jeśli tak, to mamy we Wszechświecie coraz więcej cząstek neutrino. Czy tak właśnie (w wyniku rozpadów) powstały wszystkie neutrina (i anty-) istniejące we Wszechświecie??? Tak, ale pozytonów jest znacznie mniej, więc liczba neutrin i antyneutrin nie jest jednakowa? Tak w każdym razie można przypuszczać. To stawia całą sprawę na głowie. To zakłóca oczekiwaną symetrię i prowokuje do niegrzecznego pytania: Dlaczego?. W dodatku pojawia się wiele pytań, na które nie ma miejsca w koncepcji koherentnej, w modelowaniu konsekwentnym, szczególnie w odniesieniach kosmologicznych. O nich nie należy zapominać. Niestety, nie sprzyja temu ograniczanie horyzontu badań i dociekań (a więc także świadomości poznawczej) do raczej wąskiego zakresu tematycznego – u ogromnej większości badaczy. Właśnie takie redukcjonistyczne podejście cofa nas do stanu początkowego, do braku punktu zaczepienia. Dziś problem neutrin jest daleki od rozwiązania. W tym kontekście, wracając do mojej koncepcji, muszę zauważyć, że jak na razie nie doszedłem do ostatecznych konkluzji, jednakże porzucenie jej i powrót do chaosu pytań zadanych i nie zadanych jeszcze, to chyba jednak nie najbardziej roztropne rozwiązanie wobec dość obiecujących perspektyw modelu prezentowanego tutaj. 

     Jak widać, na te sprawy (i na wiele innych) należy patrzeć w znacznie szerszym kontekście, bardziej emergentnie. 

     Wywnioskowałem przecież wcześniej, że liczba neutrin i antyneutrin powinna być jednakowa. Wszak modelowałem ich powstanie, a to modelowanie było w pełni uzasadnione.

     Robi się spory bałagan. W kontekście tym przekonanie o słuszności założenia wystawione jest na poważną próbę. [Propozycję innego podejścia przy opisie  rozpadu neutronu przedstawiłem pod koniec części trzeciej tego eseju, w Suplemencie.] Wynikałoby bowiem z niego, że neutrina są bytami wtórnymi, dopiero powstającymi w wyniku rozpadów.   

     Równocześnie, tak mimochodem, wspomina się o neutrinach tła, jakby były z innej planety. Po prostu nie wiadomo, jak się pojawiły w najwcześniejszych fazach Wielkiego Wybuchu, choć wszystko wskazuje na to, że istnieją. Czy dlatego, gdyż było dosyć czasu, by było ich bardzo dużo (z rozpadów)? Jak wiadomo, sądząc z mojego modelu, neutrina pojawiły się jeszcze zanim pojawiły się oddziaływania niegrawitacyjne, zanim pojawiły się fotony, a tym bardziej neutrony.

     Jeśli są szybsze od światła (wiele na to wskazuje), a przy tym są bytami wtórnymi, a także swymi cechami podstawowymi różnią się wyraźnie od pozostałej materii, to dlaczego? Jak pogodzić to i uzgodnić z cechami pozostałej materii? Jak w ogóle mogą powstawać w wyniku procesów, za które przecież odpowiedzialne są oddziaływania elektromagnetyczne i silne? Wszak w oddziaływaniach tych neutrina nie uczestniczą. Są one wprost ślepe i nie mają węchu (kolory i zapachy kwarków) i nic ich nie elektryzuje. Kręci je, nawet dosłownie, wyłącznie grawitacja. Jeśli tak, to to, co ma do powiedzenia na ich temat mechanika kwantowa, jest bardzo niepewne, wprost ograniczone do inercji konceptualnej. Mechanika kwantowa bazuje przecież na oddziaływaniach silnych i elektromagnetycznych, a grawitacja, jako niemierzalnie słaba w subatomowym zakresie rozmiarowym, nie jest uwzględniana.Wszak nasze działania badawcze ograniczają się do detekcji i pomiaru. „Byty nieobserwowalne znajdują się poza zakresem dociekań fizyki.” – tak twierdzą radykaliści. Chyba tu jest przyczyna kłopotów z neutrinami. Rzecz uporządkować może wyłącznie grawitacja dualna, stanowiąca bazę dla wszystkich bez wyjątku oddziaływań. [Oddziaływania nazywane słabymi, choć formalnie, matematycznie zostaly już powiązane z elektromagnetycznymi, dotyczą właśnie neutrin, rozpadów z ich udziałem (teoria Weinberga-Salama, Nobel). Ale nie tylko. Patrząc na to inaczej, można właśnie tu nawet dostrzec wielce atrakcyjną możliwość unifikacji elektromagnetyzmu z grawitacją. Tak, z grawitacją. To, o czym marzył Einstein. Sądząc z treści już pierwszej części tego eseju, chodziłoby bowiem o odpychanie grawitacyjne. Dlatego o oddziaływaniach słabych, tutaj niewiele wspominam.

11. Historia badań.

     Na fakt niezachowania parzystości zwrócono uwagę już w połowie lat pięćdziesiątych ubiegłego stulecia (to brzmi dawno). W tych dawnych czasach neutrina były wyłącznie hipotezą Pauliego. Właśnie miały wtedy zostać doświadczalnie odkryte (Fred Reines i Clyde Cowan, 1956)*. Od tego do systematycznego badania ich własności było jeszcze dosyć daleko. W tych czasach uczeni mieli sporo powodów do innych zastanowień. Właśnie, ku swemu zaskoczeniu, zwrócili uwagę na zastanawiający przebieg rozpadu mezonu K (kaon). Wbrew powszechnemu przekonaniu, że prawo zachowania parzystości jest prawem uniwersalnym, wykryto, że w niektórych rozpadach kaonów prawo zachowania parzystości nie jest spełnione. Przypuszczenie takie wysunęli w roku 1956 dwaj uczeni chińscy (pracujący w USA): Tsung Dao Lee i Chen-Ning Yang.To była wręcz dramatyczna konkluzja. W tym samym roku wysunęli też przypuszczenie, że parzystość może też być niezachowana w rozpadzie beta. Nie dość na tym. Zaproponowali też doświadczenia mające tę konkluzję potwierdzić (lub obalić). W doświadczeniach tych, jeśli parzystość może być rzeczywiście naruszona, przestrzenny rozkład produktów rozpadu preferować powinien jeden z kierunków ich ruchu, na niekorzyść kierunku przeciwnego. Z dzisiejszego punktu widzenia odpowiadałoby to łamaniu symetrii zwierciadlanej podczas rozpadu beta w związku z istnieniem skrętności neutrin i tym, że neutrino i anty-neutrino, to dwie różne cząstki. Opisałem to powyżej. Na to było wówczas jeszcze trochę za wcześnie.

*) Bazowali na reakcji tzw. odwrotnego rozpadu beta, w której, zgodnie z tradycyjnym przedstawianiem spraw antyneutrino uderzając w proton powoduje powstanie neutronu i emisję pozytonu. Chodzi więc o oddziaływanie antyneutrina z jądrem atomowym. Sama reakcja zachodziła w zbiorniku wypełnionym wodą z dodatkiem chlorku kadmu, zaopatrzonym w liczne scyntylatory rejestrujace promieniowanie gamma (2g), które pojawiło się w wyniku anihilacji otrzymanego pozytonu z elektronem. Sam neutron otrzymany wraz z pozytonem reagował z jądrem kadmu, co było przyczyną emisji jeszcze jednego fotonu gamma. Wykrycie tych fotonów stanowilo potwierdzenie zajścia reakcji z udziałem neutrina (anty-), a więc potwierdzenie istnienia tych cząstek. W roku 1995 Reines otrzymał nagrodę Nobla (Cowan już wówczas nie żył).  

   Nawet bez patrzenia w zwierciadło! „Symetria nie jest pełna, a lewe nie jest równoważne prawemu?” Czyż to nie fantazja? Należy więc znaleźć rozwiązanie tej kwestii, a nie pogodzić się z „wyrokiem niebios”. Przeprowadzono szereg doświadczeń, wśród nich zaproponowane przez wyżej wymienionych fizyków. Jako pierwszy, w roku 1957, przeprowadził je zespół pod kierownictwem pani Wu (też z Chin), przy bacznej uwadze wymienionych wyżej fizyków. Doświadczenia te potwierdziły dramatyczną hipotezę. Asymetria przyrody jest faktem obiektywnym! Czyżby? A jednak, w samej rzeczy. Wszak opisany powyżej rozpad neutronu (nawet) stanowi świadectwo tego „faktu”. Toż to fantazja największa, gdyż tylko Przyrodę stać na nią…a nam nie pozostaje już nic poza uznaniem asymetrii za wybryk Natury, oj przepraszam, po prostu za fakt przyrodniczy, za prawdę obiektywną. A może jednak wdrapaliśmy się na wysokie drzewo, z którego należałoby kiedyś zejść by powrócić do starego, dobrego świata, prostego i normalnego, zrozumiałego (ma się rozumieć, nie z zarozumiałości) i symetrycznego? By to uczynić należałoby jednak, być może, uruchomić jeszcze jedną fantazję… (lub pozostać na drzewie, by z wysoka lepiej i dalej widzieć, albo siedzieć na płocie i wyczekiwać). Ale nie uprzedzajmy faktów.

We wspomnianym powyżej doświadczeniu pani Wu badano rozpad β jąder kobaltu 60. Jądra te zostały najpierw uporządkowane. W tym celu próbkę zawierającą wspomniany izotop oziębiono do bardzo niskiej temperatury (0,01K) i umieszczono w bardzo silnym polu magnetycznym. Jądra kobaltu (oczywiście jądra każdego pierwiastka) posiadają określony spin. To pociąga za sobą istnienie momentu magnetycznego. W warunkach normalnych, w rozkładzie przestrzennym momentów magnetycznych nie ma mowy o uprzywilejowaniu określonego kierunku. Płaszczyzny „wirowania” zorientowane są dowolnie. Niska temperatura i silne zewnętrzne pole magnetyczne powodują jednak powstanie orientacji zgodnej jądrowych momentów magnetycznych. W tak spolaryzowanej magnetycznie próbce, każde (w zasadzie) jądro kobaltu, rozpadając się, emitować może (tak sądzono) elektron w dwóch przeciwnych kierunkach (np. na dół lub do góry), zgodnie z kierunkiem pola magnetycznego. Chodzi o to, że spiny emitowanych elektronów ±1/2 względem zewnętrznego dla nich pola magnetycznego, a więc także ich momenty magnetyczne o dwóch orientacjach, sądząc po dominujących w tych czasach przekonaniach, są jednakowo prawdopodobne. Należałoby więc oczekiwać dwóch jednakowych strumieni elektronów, biegnących w przeciwne strony.

    Tak, ale dlaczego same neutrony miałyby się różnić między sobą, by rozpadać się na dwa sposoby, czyli wysyłać elektron o momencie magnetycznym dodatnim lub ujemnym względem pola zewnętrznego? Sam spin elektronu (jeśli jego oś rotacji jest prostopadła do kierunku ruchu postępowego), nie zależy od układu odniesienia i dlatego równy jest 1/2 (bez ±) pomimo, że z określonego miejsca patrząc widzimy rotację bądź w prawo, bądź w lewo. Elektrony faktycznie różnią się między sobą (w stosunku do zewnętrznego pola magnetycznego), jeśli  stanowią parę okrążającą na przykład (w najprostszym przypadku) jądro helu – wtedy można mówić o rotacji – jednego z nich w lewo, a drugiego – w prawo. OK.

  Jednak w neutronie (przed jego rozpadem) elektrony nie istnieją, a wszystkie neutrony są identyczne. Zatem, „wszystkie elektrony powinny lecieć w tę samą stronę.” To tylko naiwna wątpliwość „licealisty”, by zbudzić znużonego czytelnika. Przecież sprawa jest bardziej złożona. Poza tym wtedy jeszcze nie było mowy o czynnym udziale neutrin w opisywanym procesie.

    Okazało się, że elektrony w doświadczeniu tym jednak (...) preferują jeden z dwóch zwrotów (na przykład podążają w dół). W połowie wieku dwudziestego było to rzeczą zaskakującą, wprost niewiarygodną. [Dziś, jeśli jednak wszystkie elektrony są identyczne, to to, że preferują określony kierunek ruchu, natychmiast wynika z cech neutrin.] (Dziś dla studenta niewiarygodne, jak mogło to zaskakiwać, choć wcale nie jest pewne, że wszystko rozumie.).

W wyniku rozpadu jądra kobaltu 60 powstaje jądro niklu 60. Drugim wykrywalnym produktem rozpadu jest elektron. Rozważamy ruch tego elektronu względem nieruchomego jądra. Zasada zachowania pędu wymaga, by oprócz elektronu biegnącego dajmy na to, że w dół, istniała cząstka biegnąca do góry, natomiast elektronowi biegnącemu do góry powinna towarzyszyć cząstka biegnąca ku dołowi. Jeśli cząstką towarzyszącą jest w pierwszym przypadku antyneutrino (prawoskrętne), to w drugim neutrino (lewoskrętne). Tego wymaga z kolei zasada zachowania momentu pędu – wszystko dla określonego stanu jądra emitującego. Przypadek drugi jest zwierciadlanym odbiciem pierwszego. Zatem w tym (drugim) przypadku znak momentu pędu obydwu emitowanych cząstek zmienia się na przeciwny, a tym spin jądra wzrastać powinien o jednostkę (tak, jak odejmujemy liczbę ujemną – to wyjaśnienie bardzo uproszczone dla poglądowości). Tu trzeba zaznaczyć, że jądra: rozpadające się i otrzymane z rozpadu beta, są izobarami. W związku z tym ich spin zmieniać się może o liczbę całkowitą, w tym przypadku o jedność. W warunkach idealnych doświadczenia realizuje się tylko przypadek pierwszy. W tym przypadku bowiem łączny spin elektronu i antyneutrina równy jest jedności. O tyle właśnie zmniejsza się spin jądra (nikiel 60), które pozostaje. Spin jądra niklu 60 jest jednoznaczny. W tym przypadku wszystko się zgadza. W doświadczeniu elektrony wybierają właśnie ten (ku dołowi) kierunek. Podsumowując stwierdzamy, że istnieje uprzywilejowany kierunek emisji elektronów, ten, któremu towarzyszy emisja (w przeciwną stronę) antyneutrin. Inne opcje są niemożliwe w związku z koniecznością spełnienia prawa zachowania momentu pędu. Oczywiście należy tu uwzględnić też samo jądro – trzeci element układu (jego spin i orientację przestrzenną).   

To uprzywilejowanie określonego kierunku emisji elektronów w powiązaniu z właściwościami neutrin stanowi o łamaniu symetrii. Dziś jest to zrozumiałe. Gdyby bowiem elektrony biegły także w kierunku przeciwnym (do „góry”), to by spełniona była zasada zachowania momentu pędu, emisji elektronu musiałaby towarzyszyć, jak wyżej wspomniałem, emisja neutrina (a nie antyneutrina). Taki właśnie przebieg doświadczenia widzielibyśmy w ustawionym poziomo zwierciadle. Jednakże wiadomo (właściwie już to doświadczenie mogłoby o tym świadczyć), że neutrino i antyneutrino, to dwie różne cząstki, choć sprawa dotyczy przecież tego samego rozpadu wszystkich bez wyjątku neutronów (w jądrze kobaltu). Są one przecież identyczne. Dodatkowo, jak wspomniałem, spin otrzymanego jądra (Ni) jest mniejszy (a nie większy) o jedność od spinu jądra kobaltu 60.  W rozpadzie beta (i w innych rozpadach cząstek w ramach oddziaływań słabych) nie jest więc zachowana symetria zwierciadlana. Dziś wnioskować możemy, że stwierdzony doświadczalnie brak symetrii oznacza, iż neutrino i antyneutrino, to dwie różne cząstki (już to wystarczy dla takiego wniosku), a rozpad neutronu nie przebiega na dwa różne sposoby. W doświadczeniu preferowany jest właśnie kierunek ruchu elektronu, w naszym przykładzie: ku dołowi.  

A jednak zastanawiające w tej interpretacji doświadczenia pani Wu jest to, że spinowy moment pędu elektronu emitowanego z jądra kobaltu, jeśli ma biec w kierunku przeciwnym niż antyneutrino i jeśli spełniona ma być zasada zachowania momentu pędu, musi być równoległy do kierunku ruchu (elektron powinien posiadać skrętność). Nie jest to jednak cechą swoistą tej cząstki, właściwie każdej cząstki oddziaływującej elektromagnetycznie. Zauważmy, nie po raz pierwszy, że fale elektromagnetyczne są falami poprzecznymi, a naturalny kierunek spinowego momentu pędu, w odniesieniu do cząstek oddziaływujących elektromagnetycznie, jest prostopadły do kierunku ich ruchu postępowego. Przypadek? W przyrodzie nie ma przypadkowych zbieżności, a dopasowania, to domena ludzkiej niedoskonałości. Doskonała jest właściwie umiejętność zmiatania pod dywan. 

W dodatku, w odniesieniu do samego elektronu, w tymże rozpadzie, symetria zwierciadlana jest zachowana, prawo zachowania parzystoći jest spełnione. Zwróciłem na to uwagę już na początku tego cyklu. W odbiciu zwierciadlanym elektron pozostaje elektronem, nie staje się pozytonem! Pomimo niezerowej skrętności? Z neutrinami jest inaczej. Czy zatem elektron jako produkt rozpadu rzeczywiście posiada skrętność? Jest inny, niż te, które okrążają jądro w atomie? A jeśli ma być złapany przez jakiś jon, to co z nim?...  W tej sytuacji pytanie: „Jak dokonuje się inwersja spinu na prostopadły do kierunku ruchu, by elektron był tym, czym go znamy?”, nie jest wcale trywialne, choć nikogo to nie podnieca. „W teorii wszystko ma swoje miejsce, wszystko jest OK, już myślano o tym.” A jednak o tej prostopadłości świadczy przecież pośrednio nierozróżnialność swobodnych elektronów. [Spinowy moment pędu elektronu nie zależy od układu odniesienia – nie ważne z której strony nań patrzymy. Czy także w przypadku istnienia skrętności? Z neutrinami jest inaczej. Jak to jest w istocie, zobaczymy dalej – zgodnie z moimi propozycjami.] Świadczy też istnienie promieniowania mikrofalowego 21,1cm, emitowanego przez neutralny wodór. Gdyby elektron swobodny przechwycony przez atom zjonizowany, posiadał skrętność, to pod wpływem jądrowego pola magnetycznego, wówczas prostopadłego do momentu magnetycznego elektronu, nastąpiłaby inwersja likwidująca skrętność. Związane to musiałoby być z emisją promieniowania o określonej energii. Można nawet odgadnąć, że byłoby to promieniowanie o w przybliżeniu połówkowej długości fali, czyli ok. 10cm. Jak dotąd nie słyszałem o jego odkryciu. Może dlatego, gdyż po prostu nie istnieje. A to by mogło oznaczać, że elektrony z rozpadu b nie posiadają skrętności. A jednak sądząc po tradycyjnym widzeniu spraw można stwierdzić, że „nie istnieje żadna przyczyna, dla której elektron posiadający skręność, nie mógłby okrążać jądra atomowego. Nie ma tu bowiem mowy o jakimś mechanistycznym ruchu, a wszystkim rządzą prawa mechaniki kwantowej, dopuszczające wspomnianą możliwość” (Amen). Zwróciłem już na to uwagę wcześniej. Dziś skrętność leptonów (wszystkich) jest rzeczą normalną. Nawet została wyznaczona (na bazie dzisiejszego stanu zapatrywań) skrętność elektronów przez Goldfabera. Dalszy ciąg naszych rozważań, w szczególności ilościowych powinien mimo wszystko skłonić myślących krytycznie do ponownego rozważenia tej kwestii.

  A teraz zafantazjujemy, choćby po to, by odpowiedzieć na kłopotliwe pytanie, zadane powyżej: „Czy rzeczywiście elektron może posiadać skrętność?”, odpowiedzieć jednoznacznie pomimo, że sytuacja opisana tuż powyżej (skrętność elektronu) jest dopuszczalna (mechanika kwantowa tego nie wyklucza, wprost przyjmuje za rzecz normalną). Odpowiedź przecząca na zadane pytanie, w kontekście naszych rozważań, jest czymś naturalnym. Zobaczymy to dalej.

Teoria teorią, a jednak jakieś odczucie niedosytu pozostaje. Mianowicie, jeśli antyneutrino jest za każdym razem produktem rozpadu cząstki oddziaływującej elektromagnetycznie, a samo przy tym w tym rodzaju oddziaływania nie uczestniczy i znajduje się poza zakresem, w którym istnieją cząstki „normalne”, to jak może z niebytu stać się bytem? Zgodnie z zasadą „Deus ex machina”? Tylko po to, by ratować zasady zachowania? A może w rzeczywistości przyczyną rozpadu są neutrina, istniejące już, obce, pochodzące z tła? Tej opcji wykluczyć mimo wszystko nie można, tym bardziej, że nie godzi to w zasady zachowania. Nie dość na tym. Zapytajmy: Czy możliwy jest opis rozpadu cząstek jednoznaczny, powiedziałbym nawet: opis deterministyczny (nie w kategoriach prawdopodobieństwa), w dodatku opis ilościowy, na bazie prezentowanej tu, nowej koncepcji, opis weryfikowalny doświadczalnie? Sądzę, że tak.

12. Próba modelowania ilościowego

    Przyjmijmy więc, że elektron z natury swej nie posiada skrętności. W tej sytuacji niezerowa skrętność oznaczałaby jedynie stan zakłóconej równowagi wskutek jakiegoś przypadkowego oddziaływania w krótkim zasięgu, do której elektron ma powrócić natychmiast już choćby dlatego, gdyż otoczenie oddziaływuje z nim (nie jest on obiektem odosobnionym). Oto (poniżej) niekonwencjonalna (Mechanistyczna, naiwna?) interpretacja opisanego powyżej doświadczenia. Załóżmy mianowicie, że w rzeczywistości antyneutrino (jeśli już, by nie komplikować zaskoczenia) z rozpadu, biegnie prostopadle do kierunku ruchu elektronu. Wówczas kierunek spinu elektronu, zgodnie z jego naturą, jest prostopadły do kierunku ruchu (przy spełnieniu zasady zachowania momentu pędu). Widzimy to na rysunku poniższym. To brzmi zachęcająco, choć od razu zauważamy pogwałcenie zasady zachowania pędu. Czy rzeczywiście? By uprzedzić protesty zapowiadam, że zajmę się też pędem. To na razie pierwszy etap rozumowania.    

   Otóż pęd jest iloczynem masy cząstki i jej prędkości. W odniesieniu do neutrina mamy kłopot. Załóżmy, że jego prędkość równa jest c, a jego masa spoczynkowa równa zeru. Co na to foton? Jego pęd wyraża oczywiście wzór: 

tutaj: h – stała Plancka, n - częstotliwość fali elektromagnetycznej jaką reprezentuje foton. Wzoru tego jednak nie można zastosować w odniesieniu do neutrina, które przecież nie oddziaływuje elektromagnetycznie. Widocznie prędkość neutrina rzeczywiście nie jest równa c, choć mniejszą być nie może, zważywszy na rozumowanie zaprezentowane w licznych argumentach, przytoczonych w poprzednich artykułach. A więc jest większa od prędkości światła…I tu znajdujemy trop, który doprowadzić ma nas  do rozwiązania (powiedzmy, że ideowego) naszego problemu. Otóż masa neutrina przez to, że nośnikami informacji o nim mają być z założenia fotony, jest liczbą zespoloną. Także pęd jako iloczyn masy i prędkości, jest liczbą zespoloną. Właśnie to doprowadzi nas do ostatecznej konkluzji. Tutaj pozostańmy jednak przy masie.

Kojarzy się to ze wzorem relatywistycznym na masę dla przypadku ruchu z prędkością nadświetlną – hipotetyczne tachiony. Tachiony (gr. Tacheos – szybki) to hipotetyczne cząstki poruszające się szybciej niż światło. Hipoteza o ich istnieniu, dziś w zasadzie zarzucona, bazuje jedynie na wzorach szczególnej teorii względności. Tachiony pojawiły się także jako „produkt uboczny” w teorii strun. Uznano je jednak za „plewy” teorii. Okazało sie, że teoria superstrun już ich nie przewiduje. By je opisać, należałoby posłużyć się wzorem: 

Przyznać trzeba jednak lojalnie, że gdyby wzór ten odnosił się także do neutrina, sprawą zagadkową byłaby jego masa spoczynkowa. Jednakże zdążyliśmy już stwierdzić, że jeśli neutrino porusza się szybciej, niż światło, to nie może posiadać masy spoczynkowej. W samej rzeczy. Spoczynek oznacza zerową prędkość względną. Czy może posiadać taką prędkość obiekt o prędkości nadświetlnej? Nawet fotonu zatrzymać nie można, a co dopiero... W dodatku fakt, że nie oddziaływuje ono elektromanetycznie sugerowałby potrzebę ( być może nie koniecznie) określenia jego masy w inny sposób.

Dla przypomnienia, liczba zespolona ma swoją interpretację geometryczną. Liczbę taką przedstawić można jako punkt na płaszczyźnie Gausa, w układzie współrzędnych, którego oś odciętych nazywana jest osią rzeczywistą, a oś rzędnych osią urojoną. Liczbę zespoloną zapisujemy jako sumę: 

gdzie: a jest częścią rzeczywistą (reu), b – częścią urojoną (imu), a i nosi nazwę jednostki urojonej. Zgodnie z definicją jej kwadrat równy jest -1. We wspomnianym wyżej układzie współrzędnych część rzeczywista znajduje się na osi OX, a urojona na osi OY. 

   W przytoczonym powyżej wzorze (*) dla prędkości nadświetlnej otrzymujemy wzór (**) – poniżej. Masa jest więc liczbą nierzeczywistą (zespoloną), w związku z tym, że v > c. Jej część rzeczywista, jak widać, tutaj równa jest zeru. A przecież masę neutrin już oszacowano. Jest mała, ale jest. Czy mimo wszystko wzór ten (**) ma jakiś sens w odniesieniu do neutrin?  Raczej chyba nie, już sądząc po zerowej wartości części rzeczywistej. W sposób naturalny pojawia się też pytanie: A co z masą spoczynkową, rzekomo wyznaczoną doświadczalnie? Pytanie to może nawet zaskoczyć, szczególnie w kontekście przypuszczenia (mającego już dość racjonalną bazę) o nadświetlnej prędkości tej cząstki. W tej sytuacji bowiem masa spoczynkowa nie może istnieć, gdyż neutrino nie może spoczywać. Jaką więc masę wyznaczyli uczeni? Jeśli jeszcze w dodatku przypomnimy sobie skąd się neutrina wzięły (patrz artykuł drugi tej serii), znalezienie jakiegoś punktu zaczepienia dla określenia ich masy stanie się wyzwaniem bardzo poważnym. Faktem jest, że masa istnieje. Wszak neutrina mimo wszystko oddziaływują z materią. W tym kontekście zyskuje na znaczeniu przypuszczenie, że także masa neutrin, określona przez uczonych jako spoczynkowa (bo „przecież nie relatywistyczna”), jest w rzeczywistości częścią rzeczywistą liczby zespolonej. To opcja dosyć przekonywująca, szczególnie w kontekście zawartości tej pracy. Wynikałoby stąd, że część rzeczywista tej zespolonej masy może być różna od zera. Zobaczymy to dalej. Różna od zera może być więc także część rzeczywista ich (zespolonej) energii kinetycznej. Właśnie to wyjaśniałoby rozkład energii elektronów emitowanych podczas rozpadu beta. Gdyby część rzeczywista zespolonej masy neutrin była równa zeru, wyjaśnienie rozpadu beta nie byłoby tak proste (jeśli w ogóle byłoby możliwe). Już sam fakt, że neutrino oddziaływuje z materią (nie ważne, że słabo, ważne, że w ogóle oddziaływuje), oddziaływuje nie elektromagnetycznie i nie silnie, a jednak – pozostaje grawitacja, świadczy o tym, że posiada ono masę. Zgodnie z naszymi rozważaniami, to część rzeczywista masy zespolonej. (Na to już wcześniej zwróciłem uwagę). Mimo wszystko przyznać trzeba, że przekrój czynny**, a właściwie szansa na napotkanie przez neutrino jądra atomowego i oddziaływania z nim, jest niewielka. Przyjęcie masy za ujemną, niewątpliwie wyjaśnia tę rzecz (było o tym już na początku tego eseju.) Właśnie to jest przyczyną trudności z detekcją neutrin, a także przyczyną tego, że z taką łatwością przenikają one materię. Wyznaczona doświadczalnie masa neutrin jest więc (bardzo niewielką) częścią rzeczywistą ich całkowitej masy, w dodatku wszystko wskazuje na to, że jest ujemna. Można sądzić, że bardzo mała masa rzeczywista neutrin i bardzo słabe oddziaływanie ich z materią (nie mylić z ich przenikliwością), to fakty ze sobą powiązane. Zatem znikomo mała masa (rzeczywista) neutrin jest właściwie dowodem ich nadświetlnej prędkości. Gdyby poruszały się wolniej niż światło, to znaczy, gdyby ich masa spoczynkowa była liczbą rzeczywistą i dodatnią, to przy dużych prędkościach relatywistycznych (pomijam tu kwestię względności ruchu, omówioną wcześniej), masa rejestrowana doświadczalnie byłaby bardzo wielka. Jak wówczas przebiegałyby oddziaływania neutrin z materią? Neutrina nie byłyby tym, czym są. Wniosek, że poruszają się szybciej, niż światło jest więc logiczną konsekwencją. W tej sytuacji dopuszczalny byłby sąd (na razie tylko przypuszczenie), że ich energia (rejestrowana przez nas) jest tym większa, im prędkość mniejsza (czyli bliższa prędkości światła od góry).

**) Wielkość określająca prawdopodobieństwo zajścia określonego zdarzenia: rozpraszania, zderzenia, reakcji, najczęściej jądrowej, na przykład w wyniku bombardowania przez strumień określonych cząstek, w naszym przypadku neutrin.

   Spróbujmy zmodelować tę rzecz. Za bazę weźmy wyrażenie (**). W związku z tym, że znajdujemy się po drugiej stronie osi c, wobec podkreślonego tuż powyżej stwierdzenia, powinniśmy (podpowiada to intuicja) wyrażenie podpierwiastkowe odwrócić. Otrzymujemy następujące wyrażenie:                                                          

m₀ oczywiście nie jest masą spoczynkową i nie konkretnego neutrina. To wielkość wspólna dla wszystkich neutrin, wielkość stała i uniwersalna, będąca także liczbą zespoloną. Dlaczego zespoloną? Sądząc po tutejszych konkluzjach, neutrina są reliktami Ureli, procesu poprzedzającego przemianę fazową. Właśnie to jest przyczyną nadświetlnej prędkości wszystkich bez wyjątku neutrin. Byłaby to jakby masa odniesienia, na podobieństwo zerowej wielkości gwiazdowej, będącej pojęciem pomocniczym, dotyczącym, jak stwierdziłem powyżej, wszystkich bez wyjątku neutrin. Wielkość tę nazwałem: Zespolonym Współczynnikiem Masy Neutrin – ZWMN (Complex Coefficient Mass of Neutrino). Jak widać, masa konkretnego neutrina zależna jest bezpośrednio od jego prędkości. Ze wzoru (***) wynika też, że masa neutrin, w przypadku prędkości (od góry) dążącej do c, dąży do zera.

Od razu paść może pytanie: Czy można wyznaczyć tę wielkość? Właściwie chodzi o wartość części rzeczywistej tej liczby. To byłaby stała uniwersalna (dla wszystkich neutrin danego zapachu), ta, którą należałoby wyliczyć na podstawie wyników doświadczeń. To nowa stała uniwersalna (jeśli to wszystko ma sens). [Na razie nie dopisywałbym do niej swego nazwiska. Należałoby najpierw ją wyznaczyć.] Ze wzoru (***) wynika, że należałoby w tym celu doświadczalnie wyznaczyć prędkość konkretnego neutrina (lub anty-) i jego masę, oczywiście rzeczywistą. Ale to nie takie proste. Z różnych powodów. Przede wszystkim, jak wyznaczyć prędkość, w dodatku nadświetlną? Tu odpowiedzi nie udzielę. Warto jednak zwrócić uwagę na to, że w warunkach doświadczenia Wu, poszczególne jądra (w tym konkretnym przypadku) kobaltu 60, są w zasadzie w spoczynku. W tej sytuacji wartość liczbowa pędu elektronu równa jest wartości pędu antyneutrina. Parametry ruchu elektronu (jego masa i prędkość) są do wyznaczenia. A co z masą antyneutrina? Jej wyznaczenie bezpośrednie, dziś, jak na razie, jest wyzwaniem poważnym. Na razie umiemy masę oszacować, jak gdyby wszystkie neutrina (powiedzmy, że elektronowe) były identyczne. Ale tak nie jest. Już wzór (***) podpowiada nam to. Co z tym fantem zrobić?

Przede wszystkim należy, właśnie w tym miejscu, uświadomić sobie rzecz zdawałoby się oczywistą: prędkości antyneutrin (anty-?) z rozpadu beta są zróżnicowane, tak, jak zróżnicowana (w sposób ciągły) jest ich energia kinetyczna. Wynika to z rozkładu energii elektronów emitowanych w tym rozpadzie, mającego charakter ciągły. Mamy więc tu do czynienia z różnymi neutrinami tła, a nie z „antyneutrinem jedynym istniejącym o zróżnicowanej energii, wytwarzanym dopiero w czasie rozpadu któregoś z neutronów, w którymś z jąder, antyneutrinem, które wcześniej nie istniało.” Gdyby rozpad zachodził zgodnie z przyjętym schematem (jedyne istniejące antyneutrino, kreujace się podczas rozpadu), to wobec identyczności neutronów tworzących jądro atomowe, energia elektronu z rozpadu beta byłaby tylko jedna – w doświadczeniu otrzymalibyśmy pik rezonansowy lub ewentualnie mielibyśmy zbiór pików rezonansowych w związku z tym, że także wewnątrz jądra istniałaby jakaś hierarchia poziomów energetycznych zawartych w nim neutronów. A co mamy? Rozkład ciągły energii emitowanych elektronów. Jak widać to bardzo istotna różnica. Powtarzam konkluzję: Mamy tu do czynienia z różnymi neutrinami tła, powodującymi rozpad, a nie z pojedyńczym antyneutrinem, który z własnej nie przymuszonej woli ustala sobie wielkość swej energii, dzieląc się nią z elektronem w sposób dowolny. [Tak robią ludzie, z tym, że w dodatku na ogół wolą oszukiwać.] Wbrew pozorom, to rzecz bardzo istotna: zbiór różnych neutrin tła (a nie oszukańcze ludzkie ciągoty). Już zdążyłem to (z neutrinami) zauważyć wcześniej (albo z nimi uzgodnić). 

   A jednak nie znaczy to, że energia pojedyńczego neutrina nie może ulegać zmianie, na przykład wzrastać, w wyniku oddziaływania z inną cząstką. To należałoby podkreślić. 

Konsekwencją powyższej konkluzji jest jeszcze jedna hipoteza. Otóż, jak zauważyłem, neutrina (i anty-) nie są jedną cząstką, lecz tworzą nieprzeliczalny zbiór różnych cząstek. Nie jest wykluczone, że tworzą one między sobą różnorodne układy, tak, jak nasze nukleony, dając być może cały bogaty, może nawet nie mniej, niż nasz, świat po drugiej stronie (lustra?) osi c. [Ileż nowych filmów powstanie...] To czyni pełny byt materialny symetrycznym bardziej, niż myślałem wcześniej.

   A podczas detekcji? Nietrudno przewidzieć, że zbiór neutrin wykrytych w detektorze chlorowym może być inny niż ten wykryty w detektorze tlenowym (na przykład w Kamiokande). Chcąc wyznaczyć rzeczywistą wartość zespolonego współczynnika masy neutrin, musimy wszystko to uwzględnić. Jednakże jego wartość powinna wyjść jednakowa w każdym doświadczeniu. To byłby nawet rodzaj kryterium. Dalej spróbuję coś zasugerować.  

   Wracamy do  m₀ . To liczba zespolona. Możemy zapisać ją następująco:

Tutaj: m jest częścią rzeczywistą Zespolonego Współczynnika Masy Neutrin (ZWMN) Complex Coefficient Mass of Neutrino Podstawmy wyrażenie (****) do wyrażenia (***). Oto co otrzymujemy: 

Zauważmy, że część rzeczywista masy neutrina jest w naszym modelu liczbą ujemną, co odpowiada przypuszczeniom, które pojawiły się już w poprzednich artykułach, o odpychającym działaniu neutrin, powodujących, wskutek właśnie tego, rozpady cząstek. Ta ujemna masa jest także  przyczyną tego, że neutrina są tak bardzo przenikliwe. W samej rzeczy, masa ujemna oznacza odpychanie także materii „z sąsiedztwa”, w większym zasięgu. To wyjaśniałoby więc znikomy przekrój czynny na zderzenia neutrin z innymi cząstkami, innymi słowy fakt „unikania” materii substancjalnej, a więc łatwość, z jaką neutrina ją przenikają. Jak wiadomo, materia dla neutrin jest właściwie idealnie przeźroczysta. 

   Przy defiowaniu ZWMN uznałem, przynajmniej roboczo za słuszną, równość części rzeczywistej i urojonej (m), wiedziony intuicją i potrzebą widzenia w tym jakiejś symetrii. W dodatku, gdyby nie były równe, szukalibyśmy przyczyn tego, a w związku z tym musielibyśmy określić związek między nimi, będący konsekwencją...czego? Może jednak się mylę. Nie w tym jednak rzecz. W tym momencie chodzi bowiem o stwierdzenie istnienia części rzeczywistej, zespolonej masy neutrina; tej, którą zmierzono, a właściwie oszacowano, na przykład w Los Alamos. Jak widać ze wzoru (X), część rzeczywista masy jest tym mniejsza, im prędkość neutrina bliższa jest prędkości światła (od góry). Dla prędkości „relatywistycznych”, czyli bliskich prędkości światła, masa (składnik rzeczywisty) jest znikomo mała, co stwierdzono doświadczalnie. Okazuje się, że przekrój czynny na detekcję neutrin jest tym większy, im większa jest ich energia, a energia jest tym większa, im prędkość bliższa jest prędkości światła (od góry). Wraz z tym masa (jej część rzeczywista) bliższa jest zeru, czym upodabnia się neutrino do fotonu o dużej energii. A fotony o małej energii, na przykład fotony światła widzialnego, a tym bardziej fal radiowych? One energią odpowiadałyby neutrinom szybkim o mniejszej energii (i większej masie), ale nie wykrywalnym, przynajmniej dziś – z powodu silniejszego odpychania.  Wniosek stąd, tak mimochodem, że w różnych doświadczeniach oczekiwać powinniśmy różnych mas (rzeczywistych) neutrin, zależnych od chemicznego składu detektorów. Warto i tę rzecz sprawdzić. To propozycja, gdyż ja nie dysponuję odpowiednimi środkami (nie mówiąc o sile przebicia ). Podkreślam, że masa ta jest ujemna. Im wartość tej masy jest mniejsza, tym słabiej neutrino jest odpychane przez inne cząstki, tym łatwiej neutrinu wtargnąć do jądra atomowego i spowodować jego rozpad. Neutrino takie wymusić może choćby rozpad neutronów w jądrach niektórych atomów, na przykład tlenu (jak w detektorze neutrin Kamiokande w Japonii). Istnieje więc zgodność proponowanego tu modelu z faktami ustalonymi empirycznie.

  Na bazie konkluzji, do których doszliśmy, możemy wstępnie zasugerować i zamodelować (ilościowo) sposób wyznaczenia wartości liczbowej współczynnika masy neutrin m. Chodzi wyłącznie o konceptualny schemat. Oczywiście oprzemy się na wzorze (X) – część rzeczywista. Rozważmy dwa elektrony i oczywiście towarzyszące im dwa (anty-) neutrina. Dla neutrin otrzymujemy:

Tu chodzi o masy poszczególnych neutrin, które należałoby wyznaczyć doświadczalnie. Na razie wartość współczynnika m można wyrugować zapisując  stosunek tych mas. Dodatkowo wykorzystać można to, że w warunkach doświadczenia, wartości pędów elektronu i neutrina są równe. Ogólnie zapisać to można tak:

 W równaniu tym po lewej stronie mamy pęd elektronu. To podejście uproszczone, nie uwzględniające możliwości ruchu elektronu z wielkimi prędkościami. Ale elektrony z rozpadu beta nie są aż tak szybkie. Równanie to zapisać można dla dwóch elektronów (jak powyżej dla dwóch neutrin), a następnie rozważyć stosunek ich pędów. Tak wyznaczyć można prędkości obydwu neutrin. Czy są większe od c? Na tej podstawie można podjąć próbę doświadczalnego oszacowania wielkości współczynnika m. Uczyniłem to bazując na znanych oszacowaniach mas neutrin i przyjmując, że ich prędkość tylko nieznacznie większa jest od c. Chodzi o neutrina o dużej energii, te których detekcja jest możliwa. W grubym przybliżeniu chodzi o liczbę rzędu stu eV (dla neutrin elektronowych). Jeśli, dla przykładu, masa neutrina wynosi 5eV, to porusza się ono z prędkością 1,0025c, a jeśli masa neutrina równa jest 1eV, to jego prędkość: 1,00005c. To chyba nie najgorsza ilustracja. Łatwo to wyliczyć. Dla pozostałych rodzajów neutin wielkość współczynnika masy powinna być proporcjonalnie większa.

    [To, co popełniłem tuż powyżej nazwać można manifestacją naiwności. Nawet jeśli w pozostałych sprawach mam rację. Czy mam? W najlepszym przypadku, od strony doświadczalnej to zupełna utopia. Jeśli już, to powinniśmy dysponować sporym strumieniem elektronów, no i oczywiście neutrin, z których tylko nieliczne nam się ujawnią. A które elektrony z tych wszystkich dopasować do nielicznych odkrytych neutrin? Nie będzie łatwo. Cała skomplikowana statystyka. Ale lepsze to, niż nic. Utopia? Utopia to rzecz, do której realizacji dochodzi wtedy gdy wszyscy uświadamiają sobie jej utopijność.]

   Kontynuujmy. Jeśli w modelu tym jest jakieś źdźbło prawdy, to rola, jaką spełniają neutrina w przyrodzie jest zróżnicowana i zależna tak od ich liczebności, jak i od wielkości ich rzeczywistej masy (ujemnej). Ale to rzecz bardziej złożona. Warto wyobrazić sobie proces uwalniania się neutrin z panelsymonu jako lawinę zapoczątkowaną przez nieliczne „forpoczty” i kończącą się nielicznymi resztkami. Jak lawina śnieżna. Rozkład ilościowy neutrin w funkcji czasu tworzył więc chyba krzywą dzwonową.

Neutrina bardzo szybkie, a więc te o najmniejszej energii (z naszego punktu widzenia) mają masę (jej część rzeczywistą) stosunkowo dużą (ujemną). Unikają więc w największym stopniu materię pozostałych cząstek, stąd ich (jeszcze większa) przenikliwość.

Spontaniczny rozpad jest zjawiskiem powszechnie znanym. Spontaniczny? Tak się dziś sądzi. Mimo wszystko każdy (powiedzmy, że prawie – mamy przecież cząstki wirtualne) rozpad jest wymuszony, oczywiście przez neutrina tła. Tak ja to widzę. Neutrina o energii pośredniej (mezo-energetyczne) stanowią zdecydowaną większość (zgodnie z przypuszczalnie gaussowskim rozkładem). Koncentracja właśnie tych ze środka Ureli jest największa. Właśnie te neutrina, tworząc tło i dominując ilościowo, powodują „spontaniczne” rozpady cząstek swobodnych. Chodzi o to, że prawdopodobieństwo zajścia rozpadu w związku z dużą ilością tych neutrin, jest największe. Stąd średni czas życia większości cząstek jest bardzo krótki. Na przykład średni czas życia mezonu p zero wynosi (8,4 ± 0,6)·10^-17s. Neutrina te nie należą więc do tych wysoko-energetycznych, które w Kamiokande uprzedziły nas o wybuchu supernowej 1987A.   

Kontynuując stwierdzić możemy, że koncentracja tych wysokoenergetycznych, zgodnie ze stwierdzonym powyżej dzwonowym rozkładem nie jest wielka. Stąd ich rzadkość i właśnie dzięki temu możliwość rozróżnienia i wyodrębnienia jako produkty konkretnych reakcji jądrowych, a w większej skali jako pozostałości po wybuchu supernowej. Te bowiem nie stanowią tła, a na tle wyróżniają się, gdyż zakłócają jednorodność promieniowania tła z powodu uczestnictwa w konkretnych oddziaływaniach. Przy tym ich detekcja jest łatwiejsza w związku ze stosunkowo dużym przekrojem czynnym. Sam rozpad konkretnych jąder jest zjawiskiem selektywnym, rezonansowym także w odniesieniu do określonych neutrin. Dlatego właśnie te neutrina się ujawniają.

Sądząc po powyższych rozważaniach, stwierdzić można, że właśnie te mezoenergetyczne neutrina stanowią zdecydowaną większość. Stąd zjawisko „spontanicznego” rozpadu cząstek jest tak powszechne (jeśli prawdą jest, że właśnie neutrina są tego przyczyną). Intuicyjne uzasadnienie dla takiego sądu daje treść, szczególnie artykułu drugiego tej serii.¹

   Wróćmy do pędu neutrina (powiedzmy, że antyneutrina). Oto, co otrzymujemy w kontekście powyższych konkluzji. Przede wszystkim stwierdzić powinniśmy, że także jego pęd jest liczbą zespoloną, w dodatku taką, której część rzeczywista jest różna od zera. Rysunek poniższy przedstawia wynik rozpadu neutronu (to, co się dzieje także podczas rozpadu β próbki materiału promiemiotwórczego), w układzie środka masy związanego z 

protonem jądra atomowego, trzecią cząstką otrzymywaną w tym rozpadzie. Tym razem przyjmujemy istnienie części rzeczywistej masy antyneutrina. Widzimy, że część urojona pędu antyneutrina ma kierunek prostopadły do kierunku osi, na której pęd elektronu oraz część rzeczywista pędu antyneutrina tworzą jedną prostą. Zgadza się to z interpretacją doświadczenia pani Wu podaną wyżej. Porównaj to z treścią ilustracji poprzedniej (z rozwiązaniem problemu, którego nie zaakceptowaliśmy z powodu naruszenia zasady zachowania pędu). Widzimy tu, że tym razem zasada zachowania pędu jest spełniona. Antyneutrino ma masę rzeczywistą, a więc i pęd rzeczywisty (zwrócony przeciwnie do pędu elektronu). A co ze skrętnością antyneutrina, jego momentem pędu? W modelu tym, z założenia, oś obrotu elektronu jest prostopadła do kierunku jego ruchu postępowego. Zasada zachowania krętu żąda więc (jeśli model ten ma być słuszny), by część rzeczywista skrętności antyneutrina, także równa była zeru, to znaczy, by w kierunku osi rzeczywistej, jego oś obrotu była jednak prostopadła do kierunku ruchu postępowego. Oznaczałoby to w ogólności, że rzut momentu pędu neutrina na kierunek jego ruchu jest liczbą urojoną i dla odmiany, rzut na kierunek prostopadły do kierunku ruchu jest liczbą rzeczywistą. Dziś twierdzi się, że skrętność większą lub mniejszą (rzut na kierunek ruchu postępowego), posiada elektron. Czy słusznie? Wróć, wyekwipowany w wyobraźnię, do rysunku pierwszego. Mamy tu rozwiązanie problemu, który, jak na razie, zalega pod dywanem czekając na lepsze czasy. Czy nadeszły? Czy elektron naprawdę powinien posiadać skrętność? Skrętność pozostała wyłącznie sprawą neutrin, a elektrony i pozostałe cząstki oddziaływujące elektromagnetycznie, nie posiadaja skrętności.

   Sądzę też, że warunki kwantowe, w sytuacji tu opisanej powinny prowadzić do opisu zagadnienia, zbieżnego z treścią powyższych wynurzeń. Należałoby tylko poszerzyć kwantowe spojrzenie na sprawę. Wiązałoby się to na przykład z koniecznością wprowadzenia nowych operatorów kwantowych, uwzględniających możliwość ruchu z prędkościami nadświetlnymi, hermitowskich z uwzględnieniem nowych uwarunkowań. Oczywiście należałoby także poszerzyć zakres spojrzenia na nieoznaczoność heisenbergowską. Otrzymalibyśmy nowe, fizycznie realne, rozwiązania funkcji falowych. Wówczas być może okaże się, także w mechanice kwantowej (nie miałem czasu na gruntowne przebadanie sprawy), że skrętność mimo wszystko jest, jak wspomniałem powyżej, parametrem charakteryzującym wyłącznie układy neutrinowe.  Młodzi do roboty! Obiecuję Wam parę Nobli.

    Wniosek stąd, że istnienie skrętności neutrina zbieżne jest z jego nadświetlną prędkością. Sądzę, że powyższe rozwiązanie problemu jest bardziej koherentne, niż rozwiązanie tradycyjne, przyjmujące prędkość neutrina za mniejszą lub równą prędkości światła (niezdecydowanie). Otrzymujemy je jednak zakładając, że cząstki neutrino znajdują się po drugiej stronie osi jaką tworzy niezmiennicza prędkość c. Jak widać, zasady zachowania, w formie stosowanej przez nas, obowiązują w naszym, podświetlnym świecie, to znaczy, stosują się wobec wszystkiego, co ma masę rzeczywistą (dodatnią, ujemną lub zerową – w odniesieniu do fotonów). 

    Wszyćko piknie, niepokoi jednak trochę ujemna masa rzeczywista neutrin. Wynikałoby stąd, że aby składowa rzeczywista pędu antyneutrina (z rozpadu b) była przeciwna (pędowi emitowanego elektronu), to poruszać się powinno w tę samą stronę, co elektron (albo w rzeczywistości otrzymujmemy... neutrino, które postrzegamy jako anty-). Rysunek poniższy uwzględniałby tę rzecz, tym razem jako konkluzja (Czy ostateczna?). Zatem, ta pierwotna (robocza) propozycja nie była tak całkiem pozbawiona sensu.

A co mówi historia? Podejmowane były próby ratowania symetrii zwierciadlanej, bo przecież rozsądek, nie tylko ten „zdrowy” nie godził się na takie „imperadictum”. Asymetria przyrody wprawia w zakłopotanie a nawet szokuje; wydaje się czymś wprost nielogicznym. Widocznie przy jej opisie coś zostało pominięte. Człowiek, jak na niego przystało, znów popełnił jakąś niesprawiedliwość i obciąża oczywiście nie siebie, lecz Przyrodę.

Pretensje ma się też do Pana Boga pomimo, że wciąż próbuje się Go przekupić, nie tylko na tacy w Jego przybytku. Chitrusek, mądrala stego człeka. Homo sapiens (człowiek rozumny), a jednak wszyscy idioci na świecie, to ludzie. Niesprawiedliwość... Ileż dziś jest kłamstwa i nieuzasdnionych, oszczerczych oskarżeń... Cały świat najlepiej wie, kto jest wszystkiemu winien: cykliści. Trzeba ich wysłać do nieba (...), skąd przybyli parę tysięcy lat temu. Różne Galileusze, Newtony, Einsteiny, Bohry, Borny, Bohmy, Freudy, Feynmany; Pauli, Landau i tysiące innych. Fajnie. Prawdziwa ludzkość wyżywa się tam, gdzie nie ograniczają jej zakazy i nakazy kosmitów, nazywane etyką i moralnością – optymalne warunki panują w Syrii, Iraku, Iranie, Afryce Północnej, Hamastanie; tam, gdzie przed sześciu tysiącami lat... bardzo poprawiają się też w prawie całej Europie zachodniej i północnej. Także w środkowo-wschodniej mamy głosicieli ludzkich wartości, werbalnie w innym kolorze, ale z tym samym zapachem. Oto awangarda, oto Opowieść o Prawdziwym Człowieku...

A jeśli ci „kosmici” odejdą? To po krótkim czasie apokalipsy znów przyroda zapanuje na Ziemi. Amen.

13. Dalsze wnioski.

Co więc zostało pominięte? Jednym z poszukiwaczy (sprawiedliwości) był Lew Dawidowicz Landau, fizyk radziecki, laureat nagrody Nobla. Zwrócił on uwagę na potrzebę uwzględnienia faktu istnienia antymaterii, to znaczy na konieczność łącznego, a nie rozdzielnego traktowania cząstek i antycząstek, na potrzebę uwzględnienia całości, a nie części rzeczywistości. Wydawało się, że odniósł sukces. Jego idea parzystości kombinowanej stała się nadzieją fizyków. Na krótko. Mimo, że idea ta czyniła nasze spojrzenie na przyrodę bardziej sprawiedliwym (właściwie mniej niesprawiedliwym), bo dotychczasowe naruszało symatrię świata, odpowiedź przyrody była nokautująca. Znów do gry wmieszał się sławny mezon K, którego jeden z rozpadów, zabroniony przez zasadę zachowania parzystości kombinowanej, został zaobserwowany.

A może jednak Landau poszedł we właściwym kierunku, choć w połowie drogi zatrzymał się... (było trochę za wcześnie). Czy dlatego, gdyż nie uwzględnił jakiejś jeszcze symetrii świata? Zwróćmy uwagę na to, że mimo wszystko istnieje asymetria ilościowa pomiędzy materią i antymaterią. Nie można więc jednakowo traktować obydwu tych form, pomimo, że słusznym jest uwzględnienie faktu istnienia tej dwoistości. O tym, kiedy jednak dominować będzie antymateria, a symetria zatriumfuje znów, zdążyłem już zafantazjować wcześniej.            

Wróćmy na chwilę do zwierciadła. Powyżej (i w poprzednich artykułach) uzyskaliśmy dość mocne wsparcie dla tezy, że neutrina poruszają się z prędkościami nadświetlnymi, zajmując tym miejsce po drugiej stronie osi symetrii jaką tworzy prędkość światła. Notabene jest to symetria trochę dziwna – przez swą asymetryczność, gdyż materia  w całości (pomijając neutrina) znajduje się „u nas”.  Czyżby? Być może świat neutrin jest tak samo bogaty jak nasz. Zauważyłem to wyżej. Nasze ograniczenia nie powinny ograniczać świata.

    Spójrzmy więc znów na neutrino (załóżmy, że mimo wszystko za pomocą fotonów można je zabaczyć). Co widzimy z naszego stanowiska obserwacyjnego? Otóż widzimy odwrócenie strzałki czasu, wir w prawo widzimy jako wir w lewo. Neutrino widzimy jako antyneutrino (i odwrotnie). Dokładnie to samo otrzymujemy za pomocą zwierciadła! Można to wysłowić następująco: Jeśli cząstka porusza się z prędkością nadświetlną, to ruch jej rozpatrywać można i obserwować tylko jako ruch z prędkością mniejszą od „c”, będący zwierciadlanym odbiciem pierwszego. Założenie, że obiektem tak poruszającym się jest wyłącznie neutrino, jest dość uzasadnione, choćby treścią wcześniejszych wywodów. Można twierdzenie powyższe sformułować też inaczej: Jeśli cząstka porusza się z prędkością nadświetlną, to rejestrowany obraz zjawisk zachodzących z jej udziałem jest zwierciadlanym odbiciem rzeczywistego ich przebiegu. Nazwać to można Twierdzeniem o Odbiciu Zwierciadlanym Obiektów Nadświetlnych (powiedzmy: twierdzenie OZON), albo z angielska: Theorem of Mirror Reflection of Overlight Obiecs TMROO. Oczywiście obserwator zjawisk pozostaje w „krainie podświetlnej”. Jeśli już tak, to spójrzcie znów na nasze trzy wykresy. Który z nich wybieracie? A może wolicie dorysować czwarty (ten z neutrinem zamiast antyneutrina)? 

   Możemy teraz spojrzeć nieco inaczej na niezachowanie (?) parzystości w rozpadach z udziałem neutrin. Otóż zwierciadlany obraz rozpadu (choćby tego najbardziej znanego, β) przedstawia rzeczywistość. Zwierciadło stanowi granicę, barierę między rzeczywistością naszych doznań, a rzeczywistością realizującą się obiektywnie. Czy można więc mówić o łamaniu symetrii zwierciadlanej? Wszak po obu stronach lustra widać to, co ma miejsce w istocie. Co na to Alicja w krainie czarów? Dla niej wszystko było naturalne. Dla nas dorosłych – nie.

   Jeśli symetria zwierciadlana (podkreślam „jeśli”) nie jest łamana również w rozpadach słabych, to jest symetrią uniwersalną, jakkolwiek nie mamy tu do czynienia ze zwyczajnym odbiciem, lecz raczej z symetrią zwierciadlaną w złożeniu z inną jeszcze symetrią. Niech się więc nie martwią entuzjaści kontaktów z mieszkańcami odległych światów. W przekazie, który zechcą przesłać, w dalszym ciągu „lewe i prawe” można rozróżnić i zdefiniować jednoznacznie (troszkę trudno bowiem założyć, że któryś z naszych entuzjastów nie oddziaływuje elektromagnetycznie). Tę dodatkową symetrię tworzy czas (globalny), którego bieg wyznacza ewolucja Wszechświata. Jej cykliczność odgrywa tu rolę zasadniczą. Być może nawet cechą immanentną czasu jest cykliczność zjawisk warunkujących jego istnienie. Nawet w sensie najogólniejszym. Zatem wszelkie globalne zmiany mają charakter cykliczny, nawet jeśli nie odkrywamy tego bezpośrednio. Rozwój Przyrody nie jest więc monotonicznie jednokierunkowy. Czy na prawdę? W każdym razie warto zaryzykować to twierdzenie, choćby po to, by sprowokować do dyskusji. Na cykliczność rozwoju Przyrody i cykliczność zachodzących w Niej zjawisk zwracałem uwagę wielokrotnie, wskazując na odwrócenie wraz z inwersją (rozpoczęciem kontrakcji) wszystkich asymetryczności istniejących w naszym dzisiejszym świecie. Oznacza to wbrew pozorom symetrię. Umożliwił to model oscylującego Wszechświata. Przykładem tego może być inwersja ładuku czyniąca materią to, co dziś nazywamy antymaterią. Przykładem może też być niezachowanie parzystości w „przeciwną stronę”. Zwierciadło daje nam więc jakiś wgląd  w świat globalnej zapaści, w to, co czeka nas za ileś tam miliardow lat.

Jeśli chodzi o zasadę zachowania liczby leptonowej i zasadę zachowania krętu, to są one spełnione dla obserwatora tylko w świecie, w którym on przebywa, jedynie w odniesieniu do zjawisk przez nas bezpośrednio rejestrowanych (w naszej krainie podświetlnej). A co z czasem? W obydwu krainach pełnego świata czas spokojnie już może płynąć tylko naprzód, przy tym bez groźby uwikłania się w nieskończoność, dzięki cykliczności warunkującej jego istnienie.  

  Twierdzenie wypowiedziane wyżej (to zapisane tłustym drukiem twierdzenie o zwierciadlanym odbiciu OZON), służyć może za bazę dla budowy transformacji, która w odniesieniu do prędkości mniejszych od światła, czyli w naszym elektromagnetycznym świecie, sprowadzałaby się do transformacji Lorentza. Ogólnie jednak transformacja taka byłaby dodatkowym narzędziem w ręku fizyka badającego mikroświat. W mechanice kwantowej pojawiłyby się też nowe operatory (temat godzien odrębnych badań). Być może dzięki temu teoria standardowa poszerzyłaby zakres wglądu w rzeczywistość przyrodniczą (oczywiście po uwzględnieniu grawitacji, w dodatku dualnej).

Obiektywność przyrody nie zawsze idzie w parze z jej percepowalnością. Nie zawsze to, co widzimy przedstawia nam dokładnie rzeczywistość. Weźmy choćby znane powszechnie złudzenia optyczne. Bywa, że to, co manifestuje się nam w doświadczeniu, jest tylko zwierciadlanym odbiciem określonej realności, odbiciem przekształcającym tę realność. Prawdę więc dostrzec można jako odbicie tegoż odbicia w zwierciadle. Większość zjawisk przy tym, w zwierciadle pozostaje sobą. Jeśli więc chcemy widzieć dany proces tak, jak zachodzi faktycznie, spójrzmy na jego odbicie w zwierciadle. Prawda widziana w zwierciadle jest bardziej uniwersalna…

   Na początku była mowa o symetrii budowanej na prędkościach, przy czym c stanowiłoby oś tej symetrii. Można teraz uczynić jeszcze jeden krok naprzód. Prędkość c jest prędkością wyjątkową ze względu na dominację, w skali atomu i w naszym otoczeniu, oddziaływania elektromagnetycznego. Ale jest także wyjątkową przez swą niezmienniczość, dzięki której wiemy, jak ekspanduje Wszechświat, niezmienniczość łączącą sobą świat najmniejszych małości z ogromem Wszystkości. Niewątpliwie niezmienniczość ta posiada cechy uniwersalne, a jej wyrazem jest zasada kosmologiczna. W tym kontekście prędkość c ujawniać powinna swą niezmienniczość także w nadświetlnym świecie neutrin. W tym sensie więc istnienie prędkości nadświetlnych absolutnie nie jest sprzeczne z duchem szczególnej teorii względności. Oznaczałoby to, że niezależnie od prędkości samych neutrin względem nas, światło względem nich ma także niedoścignioną prędkość c.. A my dla nich jesteśmy „tachionami”, czyli obiektami szybszymi niż światło? Sama prędkość światła... Czy zasadniczo światła? Czy jest taką w związku z elektromagnetycznością promieniowania posiadającego tę prędkość? A może odwrotnie? Światło rozchodzi się z tą prędkością, gdyż jest bytem stanowiącym relikt określonego momentu w historii Wielkiego Wybuchu (?). Ta niezmiennicza prędkość stanowi więc byt uniwersalny i autonomiczny. To przecież prędkość ekspansji Wszechświata, której niezmienniczość wskazuje na słuszność tezy nazywanej zasadą kosmologiczną. Wbrew pozorom, „elektromagnetyczność” nie powołała jej do życia, po prostu zabrała się na łebka.   

Fantazje, fantazje, fantazje.

14. Czy anihilują ?

   Anihilację definiuje się następująco. Wikipedia:  to „proces oddziaływania cząstki z odpowiadającą jej antycząstką, podczas którego cząstka i antyczastka zostają zamienione na fotony...” i „Z punktu widzenia klasycznej elektrodynamiki jest to więc zamiana materii na promieniowanie elektromagnetyczne.” Encyklopedia fizyki: „Proces przekształcania się fermionu i antyfermionu w cząstki o spinie całkowitym, zachodzący podczas ich zderzenia.” Ta definicja jest ogólniejsza. Zgodnie z nią bezpośrednimi produktami reakcji są bozony. Wszystkie one oddziaływują elektromagnetycznie. Na przykład, w wyniku anihilacji elektronu z pozytonem (najprostszej) otrzymujemy fotony gamma. Definicje te jednak nie bardzo pasują do neutrin.

   Tu raczej nie biorę pod uwagę tego, co zdążyłem już stwierdzić wcześniej, szczególnie gdy była mowa o wyodrębnieniu się preneutrin i neutrin z panelsymonu w czasie Ureli. Neutrino z antyneutrinem? „Oczywiście” w reakcji spontanicznej nie przekonuje jednak. Bo co w wyniku takiej anihilacji otrzymamy? Fotony promieniowania elektromagnetycznego? Jak wiadomo neutrina nie oddziaływują elektromagnetycznie. Jeśli nawet proces anihilacji zachodzi, w żadnym przypadku nie otrzymamy fotonów ani innych cząstek oddziaływujących elektromagnetycznie. Co najwyżej inne neutrina, co także jest bardzo wątpliwe zważywszy na bardzo ograniczoną liczbę ich rodzajów (tylko trzy). Wówczas na przykład para (neutrino – antyneutrino) taonowa (τ) dałaby parę miuonową (μ), a ta parę elektronową. Co z nadmiarem energii wyzwalajacej się wtedy? Z całą pewnością nie fotony. Może kwant fali grawitacyjnej? To już fantazja bez zaplecza doświadczalnego. A co z parą neutrin elektronowych? Ta nie anihiluje? Pozostałe są jej wzbudzeniami? Coś tu nie tak. Zgodnie z definicją (przytoczoną powyżej), anihilacja to proces przekształcania się fermionu i antyfermionu, na przykład elektronu z pozytonem, w bozony (cząstki o spinie całkowitym), w przypadku elektronów – w fotony; zachodzący, gdy cząstka i antycząstka spotykają się ze sobą. Wszystkie neutrina są wprawdzie fermionami, ale nie oddziaływującymi elektromagnetycznie. Zawyrokujmy więc, bez większego ryzyka, że anihilacja wśród neutrin nie zachodzi.

   Zachodzi jednak, zgodnie z najnowszą konepcją, zjawisko „oscylacji”, czyli przejście neutrina jednej generacji w neutrino innej generacji (elektronowa, mionowa i taonowa). Tym wyjaśnia się stwierdzony obserwacyjnie deficyt neutrin słonecznych, czyli stanowczo zbyt małe, w porównaniu z oczekiwanym, natężenie neutrin (elektronowych) będących produktami reakcji jądrowych zachodzących na Słońcu. Otóż neutrina słoneczne w drodze ku nam ulegają oscylacji, neutrina elektronowe stają się mionowymi i taonowymi, nie wykrywalnymi przez nas. Dane obserwacyjne (zliczenia neutrin w konfrontacji z teoretycznymi modelami reakcji zachodzących w jądrze słonecznym i z uwzględnieniem oscylacji) zdają się potwierdzać słuszność koncepcji (lub wyjątkową chytrość pomysłu). W roku 2015 odkrywcy oscylacji otrzymali nagrodę Nobla [Takaaki Kajita (Japonia) i Arthur B. McDonald (Kanada)].

    Swoją drogą, dlaczego wykrywalne są tylko neutrina elektronowe? Czy ktoś już o to pytał w nadziei na rozsądną odpowiedź? A przecież masy neutrin mionowych i taonowych (tym bardziej) są dużo większe od mas neutrin elektronowych. Tamte powinny więc silniej oddziaływać z materią, powinny być wykrywalne łatwiej. A jednak prawdopodobnie neutrina taonowe byłoby wykryć trudniej, niż mionowe. Dlaczego? Dziś już możemy odpowiedzieć, a odpowiedź pasuje dokładnie do naszego modelu bazującego na grawitacji dualnej. Otóż chyba dlatego, gdyż obydwa pozostałe, jako bardziej złożone, zdecydowanie bardziej unikają materii (jako jeszcze bardziej ujemne swą masą). Tej opcji, na tym etapie przemyśleń, raczej nie należałoby wykluczać, tym bardziej, że to jedyna istniejąca opcja.    

   To, że nie anihilują pozostaje aktualne także z całą pewnością w związku z tym, że znajdują się po drugiej stronie osi c. Nie oznacza to jednak, że pozostają w całkowitej izolacji od reszty świata. Przecież są czynnikiem rozpadu cząstek, być może nawet zgodnie z modelem przedstawionym w mych pracach. Zresztą posiadają masę rzeczywistą. Formalnie uczestniczą w oddziaływaniach słabych, a także grawitacyjnych. Odpychają². Może dlatego tak fascynują...

15. I jeszcze coś...

    Już na początku tego eseju, w drugiej części, wspomniałem o słynnej supernowej: SN 1987 A, której rejestrację w zakresie optycznym poprzedziła detekcja intensywnego promieniowania neutrinowego. By już „w zarodku stłamsić” myśl o ewentualności, że prędkość neutrina większa jest od prędkości światła, od razu znaleziono argument, jak najbardziej racjonalny, nawet przekonywujący, na inne przyczyny zauważonego efektu opóźnienia. Sensacji nie było. W samej rzeczy. Neutrino jest cząstką bardzo przenikliwą. „Dlaczego? Tak już jest.” Materia jest dla tej cząstki właściwie zupełnie przeźroczysta, czego nie można powiedzieć o świetle. Stąd właśnie przyczyna stwierdzonego opóźnienia. Z tej samej przyczyny sama detekcja neutrin jest wyjątkowo utrudniona. W dodatku proces emisji neutrin poprzedził, nawet o kilka godzin, emisję światła. Tak się sądzi (bo tak z całą pewnością przebiega sam proces, czy też dlatego, gdyż w przeciwnym razie neutrino musiałoby być szybsze od światła, co jest niedopuszczalne...(?). Sama detekcja neutrin polega na rejestracji reakcji jądrowych, wywoływanych przez nie. Przykładem może być reakcja, w wyniku której chlor 37 przekształca się w promieniotwórczy argon 37 (detektor Davisa). Neutrina w detektorze tym nie są jednak wykrywane natychmiast. Sama detekcja polega bowiem na zliczeniu nowopowstałych jąder argonu. Nie można więc określić dokładnie momentu, w którym reakcja zaszła, a przede wszystkim nie można określić kierunku, czyli skąd neutrina przybywają. Wad tych nie posiada detektor Kamiokande w Japonii (w miejscowości Kamioka). Detektor ten jest wielkim zbiornikiem wody, umieszczonym głęboko pod ziemią. Niektóre spośród neutrin przechodzących przez wodę powodują reakcję jądrową w atomach tlenu, w której neutron rozpada się na proton i elektron. Wyzwolony elektron ma energię na tyle dużą, że w pierwszej chwili porusza się w ośrodku wodnym szybciej niż światło, jest więc źródłem promieniowania Czerenkowa, emitowanego w kierunku jego ruchu. Detekcja tego promieniowania daje więc indykację na moment reacji i kierunek, z którego przybywa neutrino. Można więc „z całą pewnością” stwierdzić, że neutrina zarejestrowane tego pamiętnego dnia 23 lutego 1987 roku (Ta ważna data szczęściem przypomina mi o rocznicy ślubu.) pochodzą z gwiazdy supernowej, znajdującej się w Wielkim Obłoku Magellana, odległym od nas o około 170 tys. lat świetlnych. Co nie mniej ważne, zarejestrowano je równocześnie w kilku różnych detektorach, na przykład w detektorze znajdującym się w kopalni soli w pobliżu Cleveland (USA) i w specjalnym ośrodku badawczym, mieszczącym się w górach Kaukazu (wówczas ZSRR). Interesującym szczegółem jest to, że gwiazda, która wybuchła, znana była wcześniej, przed jej wybuchem. Dało to asumpt do bardzo intensywnych (i efektywnych) badań nad naturą gwiazd supernowych. Ale to już inny temat.  [Czy „z całą pewnością”? A może jednak źródło tych neutrin nie ma nic wspólnego z tą supernową? Rzecz zdarzyła się tylko jeden raz. Dla pewności należałoby zaczekać na jeszcze jedną supernową (co najmniej). Ale dajmy na to.]      

   Czy jednak wszystkie neutrina można wykryć? Otóż nie. Detektory neutrin wykorzystują właściwości określonych izotopów, a ich wybór jest dość ograniczony. Wraz z tym,  przekrój czynny na oddziaływanie neutrin z materią, stwierdziliśmy to już wcześniej, zależy od ich energii jako funkcja rosnąca. Energia neutrin powodujących reakcję jądrową w detektorze Kamiokande, z całą pewnością była bardzo duża, zważywszy na energię kinetyczną emitowanego elektronu (emisja promieniowania Czerenkowa). Można więc sądzić, już tylko na podstawie tego faktu, że znaczna liczba neutrin jest, jak na razie niewykrywalna. Wniosek ten uzasadniliśmy w rozdziale dwunastym modelując matematycznie, kinematyczne cechy neutrin.

   A co określa energię neutrin? Pytanie to już padło. Jeśli neutrina nie poruszają się z prędkością światła, to jedynie ich prędkość decyduje o energii.  „Nie mogą także poruszać się z prędkością mniejszą, co związane jest z ich skrętnością, oraz z faktem, że neutrino i antyneutrino to dwie różne cząstki.” Tak twierdzili ci, którzy sądzili, że prędkość neutrina dokładnie równa jest c. Temu jednak przeczyłby już rozkład ciągły energii elektronów z rozpadu beta, gdyż „Co decydowałoby o energii otrzymywanych w reakcji antyneutrin?”. Przeczyłaby treść naszych rozważań. Nie zapominajmy, że prędkość jest wielkością względną, zależną od układu odniesienia. O wielkości energii kinetycznej w sensie bezwzględnym, prędkość decyduje pod warunkiem, że nie chodzi o ruch względny w naszym podświetlnym świecie. Zakładając, że neutrino porusza się szybciej niż światło, przyjąć można, że jego energia jest tym większa, im prędkość bliższa jest prędkości światła („neutrina relatywistyczne”), przez analogię z cząstkami z naszego, podświetlnego świata. Zwróciłem już na to uwagę wcześniej, a rzecz zmodelowałem matematycznie (w odniesieniu do masy). Energia neutrin o prędkościach zdecydowanie większych (w naszym odczuciu) od c jest mniejsza, zatem przekrój czynny na oddziałwanie tych neutrin z materią, jest znacznie mniejszy. Wynikałoby stąd, że wykrywalne są tylko neutrina, których prędkość jest bardzo zbliżona do prędkości światła. Podczas wybuchu naszej supernowej, zarejestrowane zostały (już to było wielkim sukcesem) tylko i wyłącznie neutrina wysoko-energetyczne, czyli te, których prędkość jest bardzo zbliżona do prędkości światła. Wytłumaczenie „dlaczego zarejestrowano je zanim dostrzeżono sam wybuch”, było więc jak najbardziej przekonywujące, gdyż różnica w czasie była znikoma, a w dodatku „emisja neutrin nie musiała być równoczesna z emisją światła”. Tak między nami, to, że „nie musiała” jest dość zagadkowe i wyjaśnia w pierwszym rzędzie pobożne życzenia badaczy nie mogących sobie poradzić z tym wyprzedzeniem. Bo tak na chłopski rozum, jeśli zachodzi wybuch, to wszystkie składniki tego wybuchu pojawiają się w tym samym momencie (lub w odstępie sekund, a nie godzin). Inna sprawa, że fotonom bardzo trudno wydostać się, ich przejście przez materię zabiera sporo czasu – to jedna z przyczyn opóźnienia widomych oznak wybuchu w stosunku do neutrin, dla których materia nie stanowi przeszkody – to argument najczęściej przytaczany, i słusznie. Z drugiej jednak strony, któż gotów jest dać głowę w przekonaniu, że wybuch supernowej przebiega zgodnie z przyjętym modelem? Jeśli bowiem grawiatacja ma charakter dualny, wszystko może wyglądać inaczej. Była o tym mowa. Zatem neutrina, te znacznie szybsze („słabsze”), nie są wykrywalne (przynajmniej na razie), co wcale nie oznacza, że nie istnieją. Jeśli tak, to dotarły dużo wcześniej, o czym wiedzieć nie możemy (ale wykluczyć tej opcji nie można). Przytoczona wyżej argumentacja, bazująca na założeniu, że prędkość neutrin jest nie większa od prędkości światła nie może więc przekonywać, gdyż nie wyklucza możliwości, że część neutrin, w dodatku te najszybsze są niewykrywalne. Jest argumentacja (ta oficjalna), być może, jedynie, jak najbardziej uzasadnioną, próbą ratowania status quo. To, co zaobserwowano (Supernowa 1987A), stanowi właściwie nawet wzmocnienie tezy o nadświetlnej prędkości neutrin, wbrew intencji samej „argumentacji”, bardzo przekonywującej, na pierwszy rzut oka. Wszak sąd, że prędkość neutrin jest mniejsza, choć prawie równa prędkości światła, „z braku laku”, na prawdę nie przekonuje, choćby wobec argumentacji potwierdzającej tezę o nadświetlnej prędkości neutrin. Ich masa rzeczywista, to nic, że bardzo mała (wyznaczona doświadczalnie), nie przekraczająca 3eV, pośrednio świadczyłaby o tym (jako niezerowa). Pamiętamy, że zmierzona masa neutrin stanowi część rzeczywistą masy zespolonej, tym większej, im większa jest prędkość (nadświetlna). Przy tym, im większa jest ta prędkość (bardziej odległa od c), tym mniejsza jest energia neutrina. Jak na razie wykrywalne są wyłącznie neutrina o wielkiej energii (prędkości bliskiej c). Wyraża to przedstawiony w rozdziale dwunastym model matematyczy. „Nie zamyka to jednak sprawy, gdyż rzeczywista masa (ta percepowalna za pomocą fotonów) może też być równa zeru. Samo doświadczenie (jedno, czy dwa) nie może też roztrzygać” – tak mógłby ktoś skonstatować z pozycji wiary, że prędkość neutrin nie jest większa niż c.   

    Na zakończenie, oto cytat z poczytnej książki Craiga Wheelera: „Kosmiczne katastrofy” (Amber – Warszawa 2002): Zanim fala uderzeniowa dotarła do skraju niebieskiego nadolbrzyma i wytworzyła jaskrawy błysk światła, zauważony przez Oskara Duhalde i zarejestrowany przez Iana Sheltona i Roba McNaughta, minęła godzina. Pierwsze fotony były więc opóźnione względem neutrin o godzinę świetlną, czyli około 10 milionów kilometrów*, co odpowiada mniej więcej orbicie Jowisza. Impuls neutrinowy i pierwszy rozbłysk światła podróżowały wspólnie przez 150 tysięcy lat, światło nie zdołało nadrobić różnicy. Neutrina dotarły do nas o godzinę wcześniej niż fotony światła...(moje podkreślenie). [*Pomyłka tłumacza. Godzina świetlna równa jest 1,08 miliarda kilometrów. Łatwo to obliczyć. Jest to jednak zupełnie nie istotny szczegół. Nie bądźmy małostkowi.] Sądząc po tym tekście, autor jest zdania, że neutrina poruszają się z prędkością światła, pomimo istnienia oscylacji, świadczących o tym, że masa neutrin nie jest zerowa. Dlatego z premedytacją dopasował godzinną różnicę czasu w obydwu miejscach. O tej niezerowości świadczą też wyniki pomiarów. Dodajmy, że neutrina dotarły około trzech godzin (a nie jedną godzinę) wcześniej. Autor dopasował różnicę czasu do swych poglądów. Do rzeczy tej ustosunkowałem się w artykule drugim tej serii.    

Á propos

¹) Zaraz, zaraz. Masa większości neutrin (ujemna) jest stosunkowo duża. Jeśli na przykład przyjmiemy, że pewne neutrino porusza się z prędkością 10c, to część rzeczywista jego zespolonej masy równa jest prawie -10m. Zauważmy jednak, że jeśli masa (ujemna) jest zbyt duża, w przypadku neutrin najszybszych (jest ich stosunkowo mało), nie mogą one spowodować rozpadu, nie mogąc się po prostu zbliżyć do cząstek (zbyt silne odpychanie, odczuwane w stosunkowo dużym zasięgu). A teraz, znając czas połowicznego rozpadu cząstek, w tym neutronów, i modelując sam ich rozpad działaniem neutrin (to wymagałoby sporego zbiorowego wysiłku teoretyków), można by mieć nadzieję na uzyskanie jakiejś indykacji na wartość rzeczywistą zespolonego współczynnika masy neutrina (ZWMN). Umożliwiłoby to także opis oddziaływań między samymi neutrinami. Gdyby w dodatku, daj Boże, w tym wszystkim było choć odrobinę więcej, niż fantazja...     

   Jak już fantazjujemy... Na samym początku był krótki bezruch. Teraz mamy materię o masie dodatniej – przyciagającą się, oraz neutrina o masie ujemnej, odpychające ją. Neutrina są dokładnie wymieszane z materią „naszą”. Stąd intuicyjny wniosek, że powszechne przyciąganie kompensowane jest przez odpychanie. Stąd płaskość przestrzeni – tym bardziej, że do „płaskości” przestrzeni doszliśmy wczesniej inną drogą. Także na tę rzecz zwróciliśmy uwagę wcześniej. Dawniej jednak wątpliwość wzbudzała znikomość zmierzonej masy neutrin. Teraz już wiemy, że w odniesieniu do neutrin stanowiących większość (tych, których wykryć nie potrafimy), ujemna masa rzeczywista jest stosunkowo duża, nie mówiąc o masie tych najszybszych (najrzadziej występujących). Osobiście nie byłbym za tym, by odpychaniem neutrin uzasadniać istnienie ciemnej energii. Niejednokrotnie wskazywałem na jej faktyczne nieistnienie. Argumentacja z użyciem środków matematycznych znajduje się w artykułach pod wielce mówiącym tytułem: "Katastrofa horyzontalna". Tam wyprowadziłem wzór na wielkość osłabienia supernowych, zgodny z obserwcją. Że ktoś zachachmęcił Nobla? Niech im będzie na zdrowie (Tym, którzy przyznają tę nagrodę. Zresztą nie po raz pierwszy dają plamę.).

²) I tu pojawia się problem. Neutrina działają odpychająco. Jak więc zgodziły się na to, by pod koniec poprzedniego cyklu oscylacji Wszechświata, znów się połączyć z resztą w celu utworzenia wspomnianego wyżej panelsymonu? A może wcale się nie przyłączają będąc swobodnymi tworami „nie z tej ziemi”, tworzącymi osnowę przenikającą wszystko i zawsze? I wcale nie oddzieliły się (jako preneutrino – patrz artykuł pierwszy tej serii) w początkowej fazie wybuchu (wbrew temu co sugerowałem wcześniej)?

     Można też na to spojrzeć inaczej. Widocznie ujemne masy nawzajem przyciągają się (iloczyn dwóch mas ujemnych jest dodatni). Neutrino odpychająco działa przecież na obiekty o masie dodatniej (to by było zbieżne z modelem grawitacji dualnej). Panelsymon o ujemnej masie po prostu przyciąga neutrina, a one w jakimś stopniu stanowią element spoistości całości. Tak powstaje doskonała forma uporządkowana strukturalnie („diament zamiast węgla retortowego”). Rozluźnienie więzów rozszerzającego się panelsymonu musiało osłabić więź struktur neutrinowych z resztą. Przyciąganie praktycznie przestało na nie działać (było mniejsze, niż spoistość samych preneutrin) jeszcze zanim pojawiło się odpychanie, wraz z pojawieniem się materii normalnej (w wyniku przemiany fazowej). A dlaczego same neutrina nie przyciągają się wzajemnie? Otóż przyciągają się, ale otacza je wszędzie materia „dodatnia”, gdyż prawdziwej próżni nie uświadczysz; materia odseparowująłca je od siebie. Tworzą więc one rodzaj osnowy przestrzeni (wspomniałem już o tym). Mimo wszystko czasami są ze sobą połączone tworząc generację mionową lub taonową. Zjawisko przejścia z jednej generacji do drugiej, to właśnie oscylacja neutrin. Okazuje się (doświadczalnie), że masy (ujemne) neutrin mionowych i tym bardziej taonowych są znacznie większe od masy neutrin elektronowych: neutrino elektronowe: m < 2,2 eV, mionowe: m < 170 keV, taonowe: m < 18 MeV. To by wyjaśniało, dlaczego są niewykrywalne, dlaczego ich detekcja (nawet pośrednia) wykracza poza nasze możliwości techniczne (dziś). To by potwierdzało ujemność ich mas. Można przypuszczać, że zjawisko oscylacji zachodzi w obszarach o dużej koncentracji materii – tam, odpychane ze wszystkich stron łączą się. Przedstawia to schematyczny rysunek poniżej. 

Strzałki symbolizują spinowy moment pędu. Wypadkowy w każdym przypadku równy jest 1/2ħ. Jak widać na rysunku, oscylacja polegałaby na łączeniu się neutrin z antyneutrinami. Połączenie to jednak (widocznie) nie jest zbyt mocne. W obszarach o mniejszej koncentracji materii następuje rozpad układów – powrót do postaci neutrin (i antyneutrin) elektronowych.  Dla przypomnienia, oscylacją tłumaczy się nadspodziewanie małe natężenie neutrin słonecznych. Im układ bardziej złożony, trudniejsza jest jego realizacja. Na przykład układ siedmiu (strzałek) bądź nie istnieje, bądź też jest niewykrywalnie rzadki, a więc jego wpływ na rozwój materii jest zupełnie pomijalny. Same neutrina, jak zauważyłem już w pierwszym artykule, tworzą strukturę zbitą. Można więc sądzić, że możliwe są tylko trzy takie struktury. Gdyby możliwe były formy bardziej złożone (już układ siedmiu), tabelka podstawowych cząstek modelu standardowego, siłą rzeczy byłaby mniej elegancka od tej, jaką przedstawia model dzisiejszy i dla porządku należałoby umieścić w niej jeszcze jeden, siódmy kwark. Uwaga na brzytwę. Wskazówka dla badaczy. 

    I jeszcze jedno. Jak już stwierdziłem wcześniej, wiadomo, nie za sprawą mych badań, że neutrina miuonowe i taonowe są znacznie bardziej masywne od neutrin elektronowych. „Powinny być więc łatwiej wykrywalne od neutrin elektronowych, gdyż silniej oddziaływują z materią, przynajmniej grawitacyjnie, w każdym razie przekrój czynny powinien być większy.” – tak mógłby ktoś pomyśleć. A tu klops, nawet nie są wykrywalne. Jedynym wyjaśnieniem jest przyjęcie tezy, że masa ich jest nie tylko duża, ale i ujemna, zatem tym silniej powinny odpychać materię normalną (i być przez nią odpychane), tym bardziej tej materii unikać, tym łatwiej przez materię przenikać. Jak widać, model zaproponowany przeze mnie wyjaśnia rzecz w sposób prosty i logiczny. Czy istnieje model, który wyjaśni to lepiej i prościej? Mamy tu potwierdzenie tezy, że warto mój model przetestować (a nie odrzucić z kretesem bez zapoznania się z nim, ale za to z licznymi epitetami – to, co dziś ma miejsce).

    To naprawdę przekonuje (pomimo, że to tylko fantazja). Jeśli tak, to jak to się stało, że „ujemne” neutrina oddzieliły się od „ujemnej” reszty? Otóż oddzieliły się, choć nie zostały odepchnięte. Stało się to w momencie, gdy ich wewnętrzna spoistość większa była od spoistości samego panelsymonu, jeszcze zanim rozprysł się. Zauważyłem to już wcześniej. Co odpychało się wzajemnie, to wyłącznie plankony, w głębi elementarnej struktury. Właściwie tylko one. A cząstki, ich agregaty? To już nowa jakość. Same neutrina, o nich była mowa, już oddzielone, zachowały swą tożsamość jako określone cząstki, gdy wszystko to pękło, stanowiąc relikt czasów, w których się wyodrębniły.