3. Jak to jest właściwie z energią neutrin?

  Przecież nie wystarczy bezpośredni wniosek wypowiedziany powyżej, wykluczajacy istnienie zerowej prędkości (i energii kinetycznej). Kluczem do jej określenia jest rozpad (β) beta określonej porcji jakiegoś pierwiastka promieniotwórczego, związany z rozpadem neutronu. Interesujące jest widmo energetyczne jednego z produktów tego rozpadu, 

elektronów (innych cząstek w tym rozpadzie nie rejestruje się). Ilustruje to wykres – na nim: N – liczba elektronów. Widzimy, że jest to widmo ciągłe, co oznacza, że w określonym przedziale reprezentowane w nim są wszelkie energie, nie większe jednak od pewnej granicznej, maksymalnej. Badania wykazały, że energia jąder emitujących elektrony nie jest zależna od rozrzutu energii elektronow przez nie emitowanych. Na pierwszy rzut oka jest to sprzeczne z zasadą zachowania energii. Nie są spełnione także zasady zachowania pędu i krętu, co uwidacznia się w analizie torów emitowanych elektronów i ich spinów, a także spinów jąder emitujących te elektrony. Wprowadzenie do gry neutrina natychmiast rozwiązuje ten problem. [Istnienie neutrin przewidział Wolfgang Pauli w roku 1930, a nazwę neutrino zawdzięczamy włoskiemu fizykowi Enrico Fermiemu.] Wszystkie trzy podstawowe zasady zachowania są spełnione potwierdzając swą uniwersalność. Sprawdzian spełnialności tych zasad stanowi nawet procedurę badawczą. Powróćmy do neutrina. Przyjmijmy na początku lojalnie, że jego prędkość mimo wszystko równa jest c (co oznacza, że jego masa spoczynkowa równa jest zeru). Co więc stanowi o zróżnicowaniu energii neutrin? Wszak rozkład energii elektronów (nasz wykres) wiąże się z tym bezpośrednio. Czy częstotliwość? Czego? Z całą pewnością nie promieniowania elektromagnetycznego (E = hn), z wiadomych powodów. Może jakiejś „fali neutrinowej”? Oj, nie mnóżmy bytów! Uzasadniona byłaby więc hipoteza, że masa neutrin jest różna od zera, a ich prędkość siłą rzeczy większa jest od c (wykazaliśmy, że mniejszą być nie może). I nie ważne jak my tę masę widzimy (naszą wyobraźnią) za pomocą fotonów. Zróżnicowanie energii emitowanych antyneutrin związane jest więc ze zróżnicowaniem ich prędkości*, w każdym przypadku większych od c, zgodnie z powyższymi przemyśleniami.

    Mówiąc o energii neutrin mam więc na myśli właściwie tylko energię kinetyczną, choć określoną przez energię potencjalną w momencie ich oderwania się od panelsymonu w fazie urela (patrz artykuły poświęcone plankonom). Ta energia kinetyczna jednak, wbrew naszemu „podświetlnemu widzeniu spraw” nie zależy od układu odniesienia (jest dla nas jakby niezmiennicza). W samej rzeczy. Względność ruchu oznacza możliwość istnienia zerowej prędkości względnej, co nie jest możliwe gdy mowa o obiekcie poruszającym się z prędkością nadświetlną. Dla obserwatora posługującego się fotonami, pomiar prędkości neutrina nie jest możliwy. Pewne jednak, że jest zróżnicowana, w związku z oczywistym zróżnicowaniem energii kinetycznej emitowanych elektronów. Świadczy o tym opisany powyżej rozkład energii elektronów emitowanych w rozpadzie beta. Tak nawiasem mówiąc, to by też oznaczało, że widmo prędkości (energii) neutrin jest ciągłe – w każdym razie w spojrzeniu fenomenologicznym.

     Wykrycie neutrin w bezpośrednim pomiarze, w związku z konkludowaną tutaj ich nadświetlną prędkością, nie jest (w świetle powyższych rozważań) możliwe. [Właściwie niemożliwość bezpośredniego odkrycia (np. zaobserwowania toru jego ruchu) konsystentna jest  z hipotezą o nadświetlnej prędkości tej cząstki.] Nawiasem mówiąc, nie jest też możliwe z powodu nieuczestnictwa ich w oddziaływaniach elektromagnetycznych. I rzeczywiście, ich detekcja ma charakter pośredni, a polega tylko i wyłącznie na wykrywaniu zmian spowodowanych przez reakcje neutrin z materią, na wykrywaniu rozpadów. Jednakże możliwa jest (jak na razie) tylko detekcja neutrin wysokoenergetycznych. Gdyby ich energia zależała od układu odniesienia, ich bezwzględna wysokoenergetyczność byłaby pod znakiem zapytania, jako wielkość o charakterze lokalnym. Upodabnia to neutrina do fotonów, w każdym razie gdy chodzi o niezmienniczość ich energii. Wszystko to zaskakuje (nawet mnie). Czyżby należałoby w związku z tym wymyślić nową zasadę względności i nową transformację, ogólniejszą, niż tr. Lorentza, a uwzględniającą możliwość ruchu z prędkością ponadświetlną? Bardzo możliwe. To chyba nawet rzecz wykonalna. W czwartej części tego eseju znajdziecie pewne sugestie. Młodzi, do roboty!     

     Reasumując stwierdzić możemy, iż sąd, że neutrino znajduje się po drugiej stronie osi c, ma spore szanse by odpowiadać prawdzie. Bazując na tym sądzie zauważmy dodatkowo, że w tych warunkach ewentualny obserwator pomimo, że należy do naszego świata, nie ma żadnej wątpliwości, rozróżniając jednoznacznie neutrino i antyneutrino (nie ważne jak mu się to uda, gdyż posługuje się przecież fotonami). Co on naprawdę zaobserwuje, stwierdzimy w dalszym ciągu naszej fantazji. Nawet jeśli obserwatorem jest samo neutrino we własnej osobie, bez cienia wątpliwości rozpozna ono swego partnera. Dodajmy, że jego masa nie musi już być zerowa, nawet nic nie staje na przeszkodzie, by była na przykład liczbą zespoloną…w oczach obserwatora posiadającego oczy. Wówczas też masa dana naszym pomiarom byłaby częścią rzeczywistą tej liczby zespolonej (teoretycznie możliwe, że zmierzającą ku zeru, gdy prędkość neutrina dąży od góry do c – zobaczymy to później). Tylko w tym przypadku bowiem masa ta może być bardzo mała pomimo prędkości bliskiej c (nieco od niej większej). [Chodzi o tzw. masę relatywistyczną.] Taki właśnie był wynik doświadczenia przeprowadzonego w Los Alamos, wspomnianego już kilkakrotnie. Należy sądzić, że wyniki te są w pełni wiarygodne.   

     W dzisiejszej interpetacji tego pomiaru masy, podkreśla się, że wyznaczona w Los Alamos (i w innych miejscach) masa jest masą spoczynkową – chyba raczej po to, by uniknąć nieporozumień, a przede wszystkim nadmiernego drążenia przez ciekawskich. Dalej przekonamy się, że nie koniecznie chodzi o masę spoczynkową. Wprost nie może to być masa spoczynkowa, wbrew temu, co się sądzi. To przecież nie jest możliwe. W poprzednim poście stwierdziliśmy bowiem, że neutrina nie mogą być w spoczynku (prędkość zerowa). W kontekście tym nie ma więc znaczenia wielkość masy relatywistycznej, tym bardziej, że ten rodzaj masy wykreślono z rejestru („jako wyłącznie współczynnik przy wyznaczaniu pędu lub energii kinetycznej”). Z całą pewnością jednak, patrząc na to fenomenologicznie, możemy oczekiwać, że  masa powinna być bardzo duża, zważywszy na domniemaną (podświetlną) prędkość neutrin. Chodzi więc o aktualną interpretację wyników badań. Sama „spoczynkowość” tej masy jest jednak decyzją arbitralną badaczy. „To przecież niemożliwe, aby przy tak wielkiej prędkości, wprost ocierającej się o c, masa była tak mała, a poza tym masa relatywistyczna ma charakter względny, więc nie może stanowić o wynikach pomiaru, które powinny być jednoznaczne.”. Z dalszych rozważań (naszych)  wprost wynika, że masa neutrin jest tym mniejsza, im większa jest ich energia i dąży do zera gdy ich prędkość dąży do c – myśl ta pojawiła się już powyżej. 

     Można jednak rzecz interpretować inaczej. Powyżej przecież zauważyliśmy (patrz fragment zapisany tłustym drukiem), że neutrino nie może być w spoczynku, co stanowiło dość ważki argument za tym, że jego prędkość większa jest od c. W następnym paragrafie stwierdzimy wprost, uzyskamy potwierdzenie tezy, że neutrino nie może mieć w ogóle masy spoczynkowej, gdyż wyodrębniło się w momencie, gdy jego prędkość przekraczała nieznacznie c, a prędkość neutrin, które wyodrębniły się później, pod koniec Ureli, była nawet znacznie od tej większa. [Z tą prędkością c to niedokładnie tak. Neutrina, wyodrębniając się, nic o tej prędkości nie wiedziały. Ekspansja przyśpieszała gwałtownie, jeszcze podczas ureli pojawiły się neutrina. Gdy doszło do przemiany fazowej, a ekspansja zaczęła przebiegać zgodnie z prawem Hubble’a, neutrina były już poza tym interesem. W tym właśnie sensie ich prędkość jest większa, niż niezmiennicza prędkość ekspansji, jakby należały do innego świata. Większa w zgodności z tym, że dyssypacja urelowskiej energii kinetycznej nie dotyczyła neutrin.]  

     Czy zatem rzeczywiście wyznaczono jego masę spoczynkową? Chyba raczej część rzeczywistą jego masy zespolonej. Nie było więc problemu z masą relatywistyczną, a zastrzeganie się, że chodzi o masę spoczynkową, miało bardziej znaczenie polityczne, niż fizykalne.  Zobaczymy to niebawem.   

     Hipoteza o prędkości nadświetlnej neutrin, w świetle powyższych konkluzji  wydaje się być dość logiczną. Wszak neutrino nie uczestniczy w oddziaływaniach elektromagnetycznych. A może istnieje jakiś czynnik fizykalny (a nie czyjś pogląd bazujący na tym, czego „go uczono”) wykluczający wymienioną możliwość? Jeżeli tak, to proszę o wskazanie go. W międzyczasie załóżmy, że nie istnieje. Jeśli tak, to sprawy należy widzieć „w innym świetle”. Jak się okaże, przedstawiona tu hipoteza pozwoli na opis bardziej koherentny pewnych faktów przyrodniczych, bez uwarunkowań i ograniczeń, którym poddane są wszelkie obiekty należące do królestwa elektromagnetyzmu. Czyż zatem wyznaczona doświadczalnie masa neutrin świadczy automatycznie o tym, że ich prędkość jest mniejsza niż c? A może ta wykrywalna masa stanowi drobny koniuszek góry lodowej? Mimo wszystko istnieje także jakaś możliwość tego, że jednak masa neutrin równa jest zeru. Tę ewentualność zostawiłbym jednak na koniec, gdyby okazało się, że założenie o niezerowej masie prowadzi do sprzeczności. Aktualnie zaczyna dojrzewańć przekonanie, że masa neutrin nie jest zerowa. Jak już wspomniałem, oczekiwania te bazują między innymi na  pomyśle o istnieniu oscylacji neutrin. Dla przypomnienia, tym tłumaczy się „niedostateczne” natężenie neutrin słonecznych. Doświadczenia zdają się potwierdzać istnienie oscylacji. Zatem, czy rzeczywiście prędkość neutrin jest (jednak, mimo wszystko) mniejsza od c? To by odpowiadało dzisiejszemu widzeniu spraw, pomimo, jeśli nie sprzeczności, to  wyraźnego niedopasowania.

     Jakie jest to dzisiejsze widzenie? Sądzi się, że znaczenie stałej c jest dużo głębsze niż by to wynikało z jej elektromagnetycznego rodowodu (i chyba słusznie, choć z innego powodu). Pogląd ten skonkretyzować można w następującym zdaniu: „c jest prędkością obiektów (cząstek) pozbawionych masy spoczynkowej, niezależnie od ich właściwości, ich zaszeregowania w hierarchiach struktur przyrodniczych, a także rodzajów oddziaływań, w których uczestniczą.”** Wynikałoby stąd, że prędkość neutrina co najwyżej równa jest c. Stała c jest więc granicą absolutną. Dla wielu jest to oczywiste i „zrozumiałe samo przez się”. A jednak zdanie powyższe wzbudza odczucie wewnętrznej niespójności, a przy tym brzmi jakby trochę dogmatycznie jako imperatyw, a nawet aksjomat; wzbudza (być może tylko na mniej douczonych) wrażenie wykrętu wobec czegoś, co nie daje się rozgryźć. W moim odczuciu jest anachroniczne, bo gdy wracamy do neutrina, w gruncie rzeczy nie rozwiązuje ono dylematu jego prędkości, choćby w związku z istnieniem skrętności i jego niezerową masą. Twierdzenie powyższe, jak sądzę, można więc uznać za kolejny etap na drodze (odwiecznej) ku zrozumieniu istoty rzeczy. Załóżmy jednak, że wszystko w porządku i tylko „ja” nie rozumiem sedna. Zatem należy pytać. Kto pyta, ten się…pogrąża…Czy uogólnienie zawarte w twierdzeniu tym nie jest raptem wyrazem dogmatyzmu interpretacyjnego, ograniczającego zakres stosowalności teorii? Na przykład, rzeczywiście zerowa masa dana obserwacji nie musi świadczyć o prędkości obiektu równej c. Może przecież świadczyć też o jego prędkości nadświetlnej wskutek niewykrywalności za pomocą fotonów. Być może granica „c” nie stanowi wcale końca rzeczywistości przyrodniczej, końca istnienia. „Czyż nie stanowi ściany, absolutnego muru, za którym istnieje tylko nieistnienie?” Filozofia, przynajmniej tutaj, odrzuca granice. Zatem mur ten, sądząc po dzisiejszym pojmowaniu sprawy, a właściwie zgodnie z dzisiejszą wyobraźnią, powinien być niewidzialny, a wszelka możebność kończyć się powinna jeszcze na przedmurzu. A może jednak jakiś sens Istnienia, istnieje dla tego, co stanowi drugą stronę? Czego? Lustra? „Tylko małpy szukają czegoś po drugiej stronie lustra. To zresztą bardzo naukowe podejście z ich strony.” Smieją się przede wszystkim ci zaprogramowani na porządek rzeczy stanowiący ich naturalne środowisko. Wszystko to brzmi jak niegodna prowokacja.    

     Pytania powyższe i wiele innych powinny właściwie zawsze towarzyszyć twierdzeniom pretendującym do objawiania praw Natury. Dobrze jest pytać, nawet jeśli z góry wiadomo, że na odpowiedź być może czekać trzeba będzie wiele lat, albo też odpowiedź na danym etapie rozwoju nauki nie w pełni zadawala, nawet jeśli samo pytanie prowokuje swą retorycznością. Mimo wszystko pozostańmy wierni poglądowi zaakcentowanemu tłustą czcionką powyżej, co do którego panuje cosensus omnium. Jeśli znów zdecydujemy się na pytania, jeśli w dalszym ciągu rozważań znów popuścimy wodze fantazji, uczynimy to gwoli zadośćuczynienia potrzebie zrozumienia, acz w pełni szacunku i poważania dla dorobku nauki.

   Boć największy problem przed nami.

Do wątków tych jeszcze powrócę, zaopatrzony lepiej w nowe ustalenia.

*) W rozpadzie beta rejestrowane są elektrony (nie neutrina). Oczywiście prędkość elektronów, a więc także ich energia kinetyczna, ma charakter względny. W przypadku omówionego doświadczenia mamy jednak do czynienia np. z kryształem kobaltu, będącym w spoczynku względem laboratorium. Prędkość emitowanych cząstek można więc określić jednoznacznie.

**)  W książce tej inwariant c definiuje się jako wielkość określającą tempo ekspansji Wszechświata.