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超光速ニュートリノは相対論と矛盾しない!(修正版)

9月23日ビッグニュースが世界を震撼させました。CERNのOPERAチームがニュートリノの速度を精密に測定した結果、光の速度を超えた値だったというのです。相対論によれば、超光速で情報を伝達することはできないはずなので、今回の測定結果が正しいとすると、相対論は修正される可能性があり、「アインシュタインもびっくり」とか「タイムマシンが可能に!」とかいって、マスコミでも大変な騒ぎになりました。


しかし、1987年に小柴氏が超新星爆発で放出されたニュートリノを捉えた際は、爆発による光もほぼ同時に観測したという事実は、今回の測定結果と矛盾しているようにみえます。このように、相反するようにみえる二つの測定結果はどうすれば矛盾なく説明できるのでしょうか。それとも、どちらかが間違いなのでしょうか。物理学史を紐解けば似たような事例に行き当たります。19世紀末、黒体放射の測定に関して長波長側ではレイリー・ジーンズの公式が実験結果とよく一致し、短波長側ではウィーンの公式が実験結果とよく一致するということが知られていました。そこで、プランクは長波長側でレイリー・ジーンズの公式に収束し、短波長側でウィーンの公式に収束するプランクの公式を考案し、その公式を解釈する過程でエネルギー量子の存在を発見しました。


小柴氏の実験は、ニュートリノの速度を測定する区間が天文学的な距離になればニュートリノの速度は光速に一致することを示しています。一方、今回のOPERAの実験は、ニュートリノの速度を測定する区間が比較的短ければニュートリノの速度が超光速として測定されることを示しています。そこで、両者を両立させるためには、ニュートリノは発生時空点の近傍では超光速であり、遠方に行くにしたがって限りなく光速に近づいていくと考えざるを得ません。


ニュートリノが発生時空点の近傍で超光速であったとしても、相対論的因果律は保たれなければなりません。相対論的因果律とは、結果事象は原因事象を頂点とする未来光円錐の中になければならないという法則です。今回の速度測定に関する測定の原因事象を、ニュートリノを発生させるために用いる陽子の分離生成事象であると考えてみましょう。すると、ニュートリノの検出事象(測定の結果事象)は、陽子の分離生成事象(測定の原因事象)を頂点とする未来光円錐の中になければならないことになります。ニュートリノが発生事象の近傍で超光速であり、遠方で光速であることを考え合わせると、ニュートリノの世界線は下図に示すように、測定の未来光円錐面に漸近的に接近していく4次元時空中の曲線になると解釈できます。


neutrino

以上の解釈では、なぜニュートリノの世界線が曲線になるのかについての理由は示していません。しかし、この解釈は、2つの信頼できる実験結果の関係を相対論的因果律と矛盾することなく説明できるので、正しい世界像へと発展していく可能性を秘めています。

(つづく)



コメント
>因果律は保たれなければならない
ということは、
今回のニュートリノのバーストで、
光速をこえる部分は、
「壁に映った回転する光の点」のように、
因果関係を伝えないものか、
そうでなければ、Entangled実験結果のように
単に相関関係しかないもの
ということになると思います。
  • kafuka
  • 2011/09/27 8:32 PM
kafukaさん

私は、このブログで「因果のロープ」という比喩を
使って、因果律に反しない情報伝達を考察しました。

そこでは、1本のロープの2つの末端を「原因端」と
「結果端」と呼び、その間のロープを情報伝達の経路
にたとえました。原因端を手にもって、このロープを
遠くへ(未来へ)投げ出した場合、結果端がUターン
して戻ってきても、原因端より遠方(未来)にあれば
因果律は保たれます。ただし、原因端となる原因事象
は、究極の原因たりえる量子力学的確率事象です。

つまり、部分的な情報伝達が超光速であったり、
時間反転していたりしても、原因事象と結果事象
の先後関係が正常なら因果律は保たれます。
十分遠方では、光速を超える部分はなくなる
ということでしょうか。
確かにそう考えれば、超新星の観測結果と矛盾しませんね。
  • kafuka
  • 2011/09/27 10:23 PM
お久しぶりです。
またあなたの世界に入ってきてしまいました。
あたしのコメントが削除されていないところを見ると、TimeCommさんは優しい方ですね♪
どうして過去の質量に拘るのかわかんないですが、瞬間って点の価値は無いに等しい発言ばかり。
たぶん、ビックバンを信じているんだと思われる。
あと、どうして光やニュートリノは運動してるの?
電子と陽子がぶつからないのはなぜ?
真空という媒体を光が運動する理由をおしえて下さいまし。
  • くおりあ
  • 2011/09/29 2:45 PM
くおりあ さん、また来てくれてありがとう。

私は、ビッグバンを信じてはいません。
しかし、言葉を紡ぐためには、この様であって別様ではないこの私の歴史や因果を信じないわけにはいきません。
この私、この夢において、世界(物理)は必然と偶然によって語られます。

光やニュートリノが運動している理由はわかりません。
理由がわからなくても、世界はありえます。
だからまだ夢って言うのか・・

じゃさ、あたしに教えてくれた「実存」って↑の「ありえる」のことなの?

だったらあなたは嘘つきだ!
  • クオリア
  • 2011/09/29 6:50 PM
夢と現実とは区別がつきません。
不可識別者同一という意味で、この私は一つの夢なのです。
私は実存するが、実体は不可知です。
なるほどなるほど。人生を夢で解消しようとしているのね。

↑の表現って記憶とか現象をバラバラに捉えてる証拠だよ!中途半端な独我論だ。

夢と現実と熟睡している意識状態を統合させてこそ、実存なんだ!

  • クオリア
  • 2011/09/29 8:28 PM
クオリアさん

いいなぁ。あなたは本当に自由です。

不可知論は独我論ではありません。
そかそか、中途半端な独我論ではない・・なるほどそゆ意見ね、どうかな?

同一という何かと何かとの統合は、差異を認めるというとこまではいいけど、同一を生きることは実存ではないの?
  • クオリア
  • 2011/09/30 1:51 AM
あなたも実存、私も実存。
ライプニッツは「モナドは窓を持たない」といいました。
モナドを実存だと捉えれば、独我論のように聞こえます。
しかし、同時に彼はモナド同士が予定調和の関係にあるとして、独我論を克服しました。
私は、ライプニッツのような宗教的な信念を持っていませんので、最後に絶対者を置いて大団円となりものごとが収まると「語る」ことはできません。
それでも、私はその大団円を信じています。
理性では、不可知を認めつつ
感性では、大団円を信じる
というのが、私の姿勢です。
どこまでいっても分かり合えない・・異質なものだから・・そんな感じかですか?

確かに右手と左手があるなんて、変ですよね。

反響しあってるのに対立するような
モナドは鏡みたいなものなんだろうか・・

語ることはできなくても、それを生きることはできないんだろうか・・

遠心力の真ん中にあるのに、外側に振り飛ばされているような感じなんだろうか・・
  • クオリア
  • 2011/09/30 7:54 AM
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