Znajdź zawartość

Międzynarodowy zespół uczonych poinformował, że neutrino podróżują szybciej od światła. Jeśli doniesienia te się potwierdzą, jesteśmy być może świadkami olbrzymiego przełomu w fizyce. Antonio Ereditato, rzecznik prasowy grupy, stwierdził, że prowadzone wielokrotnie w ciągu ostatnich trzech lat eksperymenty wykazały, że neutrino wysyłane z CERN-u do włoskiego wykrywacza neutrin Borexino przybywały tam o 60 nanosekund szybciej, niż mogłoby przybyć światło. Jesteśmy pewni naszych wyników. Sprawdzaliśmy je wielokrotnie, braliśmy pod uwagę wszystko, co mogło je zakłócić. Teraz chcemy, by sprawdziły je niezależne zespoły naukowe - mówił Ereditato. Założenie, że nic nie może podróżować szybciej niż światło wynika ze szczególnej teorii względności Einsteina. Prędkość światła i przekonanie o jej nieprzekraczalności to jeden z kluczowych elementów Modelu Standardowego. Podczas eksperymentów prowadzonych w ramach projektu OPERA z CERN-u do Gran Sasso wysłano 15 000 wiązek neutrino. CERN od Gran Sasso dzieli 730 kilometrów. Światło przebyłoby taką odległość w 2,4/1000 części sekundy. Neutrino były o 60 nanosekund szybsze. To maleńka różnica, jednak niezwykle ważna. Odkrycie jest tak niesamowite, że każdy powinien bardzo ostrożnie do niego podchodzić - dodał Ereditato.

Kiedy ktoś zaczyna mówić o prędkości większej, niż prędkość światła, od razu zostaje zaliczony do miłośników fantastyki niezbyt naukowej, albo do maniaków pseudonauki. Nieliczne sensacyjne doniesienia w prasie o szybkości nadświetlnej - jak wiedzą zorientowani - donoszą jedynie o prędkości w ośrodku materialnym: światło w szkle, czy wodzie porusza się wolniej niż w próżni. Prawdziwa prędkość c jest nieosiągalna, nawet słynne stany splątane, nazywane teleportacją, nie pozwalają na ani na przenoszenie materii, ani energii, ani informacji z prędkością nadświetlną. Co prawda pojedyncze eksperymenty sugerują możliwość przekroczenia prędkości światła przez tunelowane fotony lub przez informację dzięki stanom splątanym, nie są one jednak pewne i powszechnie akceptowane. Dlatego doniesienie, jakoby dwaj naukowcy z laboratorium w Los Alamos: John Singleton i Andrea Schmidt, stworzyli coś, co porusza się szybciej niż światło, budzi niedowierzanie a nawet żarty. Po wyjaśnieniach sceptycy jednak milkną, zwłaszcza w obliczu potwierdzonych doświadczeń. Oczywiście, nie jest to i nie będzie „napęd Warp"... Ale po kolei. Singleton i Schmidt stworzyli obwód elektryczny, a może raczej przewód, w którym puls prądu wędruje szybciej niż światło w próżni. Wbrew pozorom nie łamie to zasad teorii Einsteina, ponieważ tworzone przez nich impulsy nie są procesem przyczynowo-skutkowym. Sama idea jest zaskakująca, autorzy opisują to w taki oto sposób: wyobraźmy sobie szereg kostek domina, ustawionych sztorcem. Kiedy popchniemy jedną, ta przewróci następne, „impuls" przewracających się kostek będzie wędrował z prędkością zależną od ich rozmiaru, odstępów między nimi, itd. Nigdy jednak nie przekroczy pewnej prędkości, ponieważ jest procesem przyczynowym - każda kostka oddziałuje na następną. Można jednak zbudować urządzenie, które „ręcznie" przewraca każdą kostkę w szeregu. W ten sposób można przewrócić każdy klocek, zanim uderzy go poprzedni. „Impuls" kostek może w ten sposób wędrować szybciej, niemal dowolnie szybko, przestaje bowiem być ciągiem przyczynowym. Ależ to oszustwo, sztuczka - można pomyśleć i owszem, ale to oszustwo działa. Właśnie taką sztuczką posłużyli się dwaj naukowcy, ale w odniesieniu do prądu. „Przewód" w ich wykonaniu jest sterowany szeregiem kontrolowanych obwodów elektrycznych, wzbudzających naładowane elektrycznie cząsteczki w zsynchronizowany sposób. Przy właściwej synchronizacji impulsy prądu wędrują z szybkością większą od nieprzekraczalnego c. Oczywiście żaden obiekt materialny, ani energia nie przekraczają prędkości światła, ale elektromagnetycznie nie ma to znaczenia. Wszystko jedno, jakie jest źródło wzbudzające prąd w obwodzie - emituje on promieniowanie elektromagnetyczne. Samo promieniowanie rozchodzi się oczywiście z prędkością światła. Ale jego kształt zależny jest od prędkości źródła - i o to chodziło w doświadczeniu. Porównanie promieniowania emitowanego przez wzbudzany sztucznie puls prądowy o prędkości mniejszej i większej od prędkości c z promieniowaniem naturalnych źródeł wykazało, że naprawdę można wywołać promieniowanie, które wygląda, jakby wysyłające je cząsteczki poruszały się szybciej od światła. Co się więc dzieje, gdy na przykład impuls trwający normalnie kilka sekund ściśniemy do milisekund? Efekty są zaskakujące. Czoła fal nakładają się na siebie, dając w rezultacie wyjątkowo ostry impuls, obejmujący bardzo szerokie spektrum. Ponadto ściśnięcie powoduje wzmocnienie sygnału, który zanika proporcjonalnie do odległości, zamiast do kwadratu odległości. Co z tego wynika w praktyce? Zastosowanie takiej techniki pozwoliłoby emitować sygnał radiowy z wykorzystaniem znacznie mniejszej energii. Singleton i Schmidt jednak nie zatrzymują się nad takim obiecującym pomysłem, ich cel jest bowiem zupełnie inny. Ich zainteresowanie to astrofizyka, a wspomniane doświadczenie może stanowić wyjaśnienie tajemnicy pulsarów - supergęstych gwiazd neutronowych, które wirując, emitują sygnały radiowe, podobnie do latarni morskiej. Do tej pory zagadką była wyjątkowa ostrość pulsarowych sygnałów, połączona z bardzo szerokim spektrum - czyli właściwości identyczne, jak w wytworzonym laboratoryjnie promieniowaniu. Inna właściwość zbudowanego układu, spadek siły sygnału jedynie proporcjonalnie do odległości, może wyjaśnić jeszcze inną astrofizyczną zagadkę: rozbłyski gamma. Wymyślony przez naukowców mechanizm emitowania promieniowania wyjaśnia wyjątkową siłę wspomnianych rozbłysków. Jak jednak gwiazdy mogą generować takie zjawisko? Razem z wirującym pulsarem obraca się jego pole magnetyczne. Przy stałej prędkości kątowej, zgodnie z prawami geometrii, jego prędkość liniowa rośnie wraz z odległością od źródła, aż wreszcie osiąga i przekracza prędkość światła, wzbudzając w atmosferze gwiazdy prąd, który działa dokładnie tak, jak laboratoryjny układ. W 1890 roku dwóch europejskich fizyków: Oliver Heaviside i Arnold Sommerfeldt opisało teoretycznie podobne zjawisko. Ponieważ jednak stworzona wkrótce teoria Einsteina zabraniała myśleć o prędkości szybszej od światła, o pracy zapomniano. Dziś pomysł powraca, pokazując całkiem nowe, nieznane pole dla nauki.

Szwajcarscy naukowcy przeprowadzili niezwykle interesujący eksperyment, z którego wynika, że błędne jest przekonanie, iż nic nie może poruszać się szybciej od prędkości światła. Nicolas Gisin i jego zespół z Uniwersytetu Genewskiego wysłał dwa splątane fotony oddzielnymi światłowodami do miejscowości, z których każda znajdowała się o 18 kilometrów od uniwersyteckiego kampusu. Badano przy tym, co działo się z fotonami w czasie ich podróży. Okazało się, że w momencie, gdy zmieniały się właściwości jednego z nich, identyczna zmiana zachodziła w drugim. Nie wykryto przy tym żadnego opóźnienia. Zmiany były identyczne i zachodziły w tym samym momencie. Cokolwiek je powodowało, informacja pomiędzy fotonami musiała być przekazywana z prędkością co najmniej 10 000 razy większą niż prędkość światła. Naukowcy wciąż nie wiedzą, ani w jaki sposób przekazywana jest informacja, ani z jaką prędkością się ona porusza. Przeprowadzony eksperyment jest jednak pierwszą próbą zmierzenia tej prędkości. Wiadomo, że jest ona olbrzymia. Wiadomo też, że stany splątane są faktem oraz że w jakiś sposób jedna z cząstek w parze natychmiast "wie", co dzieje się z drugą. Ciągle jednak brak wytłumaczenia tego fenomenu.

Profesor Gerald Cleaver i doktor Richard Obousy z Bailor University twierdzą, że podróże z prędkością większą od prędkości światła są możliwe. Co więcej, uważają, że ich teoria pozostaje w zgodzie ze wszystkimi prawami fizyki. Ich zdaniem, jeśli uda się za pomocą olbrzymich ilości energii manipulować czasoprzestrzenią wokół statku kosmicznego, to powstanie rodzaj pęcherza, który nada pojazdowi prędkość większą od szybkości światła. "To jak surfowanie na fali. Statek będzie popychany przez bąbel, a sam bąbel będzie wędrował szybciej niż wynosi prędkość światła" - mówi Cleaver. Cleaver i Obousy zakładają manipulowanie 11-wymiarową przestrzenią w celu uzyskania ciemnej energii. Połączyli swój pomysł z ideą napędu Alcubierre'a, znanym też jako napęd Warp, który ma działać dzięki rozszerzeniu czasoprzestrzeni za statkiem i jej ściśnięciu przed pojazdem. W rzeczywistości statek się nie porusza, ale znajduje się pomiędzy rozszerzającą się i ściskającą czasoprzestrzenią. Teoria względności mówi, że do rozpędzenia obiektu ponad prędkość światła potrzebowalibyśmy nieskończonej ilości energii. W powyższym przypadku obiekt (czyli statek kosmiczny) pozostaje nieruchomy, a więc ilość energii nie musi być nieskończona. Fizycy z Baylor University wykorzystali w swej pracy również zmodyfikowaną teorię strun. Ta oryginalna mówi, że istnieje 10 wymiarów oraz sześć dodatkowych, których nie potrafimy zidentyfikować. Z kolei według nowej, zmodyfikowanej teorii, struny wibrują w przestrzeni składającej się z 11 wymiarów. I to właśnie ten 11. wymiar może, zdaniem Cleavera i Obousy'ego, napędzać pojazd. Fizycy wyliczają, że energia, potrzebna do podróży szybszej niż prędkość światła, jest równa energii, którą można uzyskać z zamiany całej masy Jowisza. Przez najbliższe dziesięciolecia nie będziemy więc w stanie wytworzyć tak olbrzymiej ilości energii.

Zidentyfikowano błędy, które mogły wpłynąć na niedokładność pomiaru podczas eksperymentów, w wyniku których ogłoszono, że neutrino może poruszać się szybciej niż światło. Zespół pracujący przy eksperymencie OPERA stwierdził, że możliwe były dwa błędy związane z obsługą systemu GPS. Czas, jaki potrzebowały neutrino na pokonanie 730-kilometrowej trasy pomiędzy CERN-em a detektorem w Gran Sasso był mierzony za pomocą systemu GPS. Kluczową rolę mogły więc odegrać zegary atomowe na początku i na końcu trasy neutrino. Żeby je zsynchronizować, trzeba wysłać pomiędzy nimi sygnał, a ten też potrzebuje czasu na przebycie określonej odległości. Dlatego też dane są interplowane, w celu wyeliminowania tej różnicy czasu. OPERA przyznaje, że interpolacja mogła zostać źle wykonana. Drugi z możliwych błędów to niewłaściwe połączenie pomiędzy urządzeniem GPS, a głównym zegarem eksperymentu OPERA. Należy podkreślić, że są to na razie wstępne najbardziej możliwe wyjaśnienia. Nie wydano jeszcze ostatecznego komunikatu, gdyż oba spostrzeżenia nie zostały ostatecznie zweryfikowane. Tymczasem w Fermilab naukowcy pracujący przy eksperymencie MINOS próbują na własną rękę powtórzyć eksperyment CERN-u i sprawdzić uzyskane informacje.

Dwójka amerykańskich naukowców przedstawiła wyliczenia, z których wynika, że za 75-80 lat dojdziemy do kresu możliwości dalszego zwiększania mocy obliczeniowej komputerów. Jeśli Prawo Moore'a nadal będzie obowiązywało i komputery będą o 100% zwięĸszały swoją moc co mniej więcej dwa lata, to około roku 2085 nie będzie możliwe dalsze ich przyspieszanie. Granicę wyznaczy prędkość światła. Lev Levitin i Tommaso Toffoli z Boston University opublikowali swoje wyliczenia w Physical Review Letters. Oparli się przy tym na pracach Levitina z lat 80. ubiegłego wieku. Uczony wyróżnił wówczas najprostszą kwantową operację, która musi być wykonana w kwantowych systemach obliczeniowych. Teraz obaj naukowcy obliczyli najkrótszy czas, potrzebny do jej wykonania. Z ich wyliczeń wynika, że idealny komputer kwantowy będzie w stanie wykonać w ciągu sekundy 10 biliardów operacji więcej, niż obecne najbardziej zaawansowane procesory. Jeśli zatem Prawo Moore'a zachowa ważność, wydajność taka zostanie osiągnięta jeszcze przed końcem bieżącego wieku. Wyliczenie Levitina i Toffoliego opiera się jednak na Prawie Moore'a. Scott Aaronson z MIT-u uważa, że założenie takie jest jednak wyjątkowo optymistyczne. Jego zdaniem Prawo Moore'a nie przetrwa kolejnych 20 lat. Oczywiście nie oznacza to, że naukowcy z Boston University się mylą. Aaronson jest zadowolony ze znalezienia granicy rozwoju komputerów. Z punktu widzenia teoretyka, bardzo dobrze jest wiedzieć, że są nieprzekraczalne granice. Można stwierdzić, że to rozczarowujące, iż nie będziemy w stanie budować nieskończenie szybkich komputerów, jednak jeśli mielibyśmy teorię fizyczną, która pozwala na tworzenie nieskończenie szybkich maszyn liczących, to by znaczyło, że coś jest nie tak z tą teorią.