Κάτι περισσότερο για την εξίσωση E = mc²

Άραγε η γνωστή εξίσωση E = mc² - ακόμα και λογότυπος σε T-shirt έχει γίνει - είναι πλήρης; Ένα απολαυστικό βίντεο του Henry Reich, δημιουργού της σειράς MinutePhysics, εξηγεί ότι η εξίσωση E = mc² περιγράφει μόνο αντικείμενα με μάζα όταν δεν κινούνται. Αλλά τι γίνεται με σωματίδια χωρίς - όπως τα φωςτόνια- που κινούνται; Ρίξτε μια ματιά στο βίντεο για μια γρήγορη εξήγηση!Συμπληρωματικά δείτε κι εδώ.

Τα νετρίνα δεν κινούνται ταχύτερα από το φως

Εντέλει τα νετρίνα δεν κινούνται ταχύτερα από το φως! Η  επανάληψη των μετρήσεων με όλους τους διαθέσιμους ανιχνευτές του ιταλικού εργαστηρίου Γκραν Σάσο τους OPERA, ICARUS, BOREXINO, LVD και επιβεβαιώνει οριστικά ότι τα νετρίνα δεν παραβιάζουν τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας. Η ανακοίνωση έγινε από τον Σέρτζιο Μπερτολούτσι, διευθυντή ερευνών του CERN, στο 25ο Διεθνές Συνέδριο για τη Φυσική των νετρίνων και την Αστροφυσική, που πραγματοποιείται στο Κιότο της Ιαπωνίας-δες τις ανακοινώσεις του CERN εδώ. Γιατί όμως το αρχικό πείραμα είχε δώσει αυτές τις ανορθόδοξες και λανθασμένες ενδείξεις; Η πιθανότερη αιτία είναι μια ελαττωματική σύνδεση σε καλώδιο οπτικών ινών, την οποία αναγνώρισαν οι ερευνητές τον περασμένο Μάρτιο. Λόγω μάλιστα της ανησυχίας ότι τη φήμη του εργαστηρίου Γκραν Σάσο θα δεχόταν πλήγμα από την προκλητική αρχική ανακοίνωση, δύο επικεφαλής ερευνητές της ομάδας OPERA υποχρεώθηκαν σε παραίτηση τον περασμένο Μάρτιο (δες εδώ κι εδώ). 

Μια ακόμα επαλήθευση της Γενικής Σχετικότητας

Το βασικό συμπέρασμα της Γενικής Σχετικότητας, η υπόθεση ότι το φως, καθώς βγαίνει από το βαρυτικό πεδίο ενός αστρικού σώματος, χάνει μέρος της ενέργειάς του, επιβεβαιώνεται για πρώτη φορά και σε κοσμικό επίπεδο από μια ομάδα αστροφυσικών του Ινστιτούτου Niels Bohr του πανεπιστημίου της Κοπεγχάγης, Δανία, με επικεφαλής τον Radoslaw Wojak (δες εδώ). Όπως περιγράφουν στη μελέτη τους σκέφθηκαν να συγκρίνουν το μήκος κύματος του φωτός που «βγαίνει» από τα σμήνη των γαλαξιών. Αν η πρόβλεψη του Αϊνστάιν ήταν σωστή, το φως που εξέρχεται από το κέντρο ενός σμήνους (όπου η βαρύτητα είναι μεγαλύτερη) θα έπρεπε να έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος από αυτό που έρχεται από τα άκρα και οι επιστήμονες θα έπρεπε δηλαδή να «βλέπουν» μια συγκεκριμένη «βαρυτική μετατόπιση προς το ερυθρό» του φάσματος του φωτός. Επειδή μια τέτοια μέτρηση σε ένα μόνο σμήνος γαλαξιών είναι εξαιρετικά δύσκολη εξ αιτίας της μικρής επίδρασης του φαινομένου, οι ερευνητές αποφάσισαν να ελέγξουν πολλά σμήνη γαλαξιών μαζί. Για αυτό το λόγο εξέτασαν στοιχεία από 8000 σμήνη γαλαξιών, μέτρησαν το μήκος των κυμάτων φωτός που προερχόταν από το κέντρο και από τα άκρα τους και προχώρησαν σε στατιστική ανάλυση. Η βαρυτική μετατόπιση προς το ερυθρό που έδωσαν τα αποτελέσματά τους ταίριαζε ακριβώς με αυτήν που προβλέπεται από τη Γενική Σχετικότητας. Σύμφωνα με τον επικεφαλής ερευνητή «Αποδείχθηκε ότι οι θεωρητικοί υπολογισμοί της βαρυτικής μετατόπισης προς το ερυθρό με βάση τη Γενική Σχετικότητας ήταν σε απόλυτη συμφωνία με τις αστρονομικές παρατηρήσεις» και «η  ανάλυση των παρατηρήσεών μας στα σμήνη γαλαξιών δείχνει ότι η βαρυτική μετατόπιση προς το ερυθρό κινείται αναλογικά σε σχέση με την επιρροή από τη βαρύτητα των σμηνών γαλαξιών». Παρόλο που τα αποτελέσματα χρήζουν περεταίρω μελέτης όλοι συμφωνούν ότι αποτελούν μια μεγάλη νίκη για τη θεωρία του Αϊνστάιν. Εκτός αυτού φαίνονται επίσης να επιβεβαιώνουν την ύπαρξη της σκοτεινής ύλης αποκλείοντας τα εναλλακτικά μοντέλα που την αμφισβητούν (δες εδώ κι εδώ).Υπόψη ότι προ μηνών οι μετρήσεις του Gravity Probe B επαλήθευσαν την πρόβλεψη της Γενικής Σχετικότητας ότι ο χωρόχρονος καμπυλώνεται γύρω από τα μεγάλα ουράνια σώματα (δες εδώ).

Τα νετρίνα κινούνται γρηγορότερα από το φως;

Faster than Light? by CNRS

Δέσμη νετρίνων κάλυψε την απόσταση περίπου 730 χιλιομέτρων μεταξύ CERN και του Εργαστηρίου Gran Sasso κατά 60 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου (60 ns) γρηγορότερα από το φως ή είχαν ταχύτητα περίπου 0,0025% μεγαλύτερη από την ταχύτητα του φωτός! Οι ερευνητές, υπό τον Antonio Ereditato, έμειναν έκπληκτοι από το αποτέλεσμα και επανέλαβαν το πείραμα σχεδόν 16 000 φορές την τελευταία τριετία με το ίδιο πάντα αποτέλεσμα (δες εδώ).Σύμφωνα με τον Antonio Ereditato «όταν έχεις στα χέρια σου ένα τέτοιο αποτέλεσμα, πρέπει να είσαι σίγουρος ότι δεν έχεις κάνει το παραμικρό λάθος. Επί μήνες ελέγχαμε εξονυχιστικά τα αποτελέσματά μας και δεν στάθηκε δυνατό να εντοπίσουμε κάποιο λάθος».Οι ερευνητές του πειράματος Opera δημιούργησαν μια δέσμη μιονικών νετρίνων και τα έστειλαν από το CERN, κοντά στη Γενεύη, Ελβετία στο υπόγειο -1400 μέτρα κάτω από το έδαφος-  Εργαστήριο Gran Sasso (LNGS), 120 km ΒΑ της Ρώμης, Ιταλία, με στόχο να δουν πόσα από αυτά θα μετατρέπονταν σε ταυ νετρίνα. Τα ευρήματά τους είναι στατιστικά σημαντικά και εφόσον επαληθευτούν και από άλλα εργαστήρια, θα ταράξουν για τα καλά τη βασική αρχή της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας σύμφωνα με την οποία τίποτα στο Σύμπαν δεν μπορεί να ταξιδέψει ταχύτερα από το φως (περισσότερα εδώ κι εδώ). Tώρα, αν αποκλειστεί και η ύπαρξή του μποζονίου Higgs και οι φυσικοί υποχρεωθούν να επανεξετάσουν από την αρχή το κυρίαρχο Καθιερωμένο Πρότυπο (δες εδώ), μμμ, κάτι δεν πάει καλά με τη φυσική του 20ού αιώνα - αν και οι μεγάλες ανατροπές είναι αυτές που χαρακτηρίζουν την επιστήμη (δες κι εδώ).Αλλά ας μη βιαζόμαστε...
Τα νετρίνα υπάρχουν ολόγυρά μας, καθώς αποτελούν υποπροϊόν των πυρηνικών αντιδράσεων στο εσωτερικό του Ηλίου. Είναι ηλεκτρικά ουδέτερα σωματίδια, έχουν πολύ μικρή μάζα, απαντώνται σε τρεις μορφές ("γεύσεις") ως νετρίνο ηλεκτρονίου, μιονικό νετρίνο, ταυ νετρίνο. Τα νετρίνα σπάνια αλληλεπιδρούν με την ύλη, περνάνε μέσα από τοίχους και διαπερνούν τους πλανήτες και δισεκατομμύρια τέτοια υποατομικά σωματίδια περνάνε κάθε δευτερόλεπτο μπροστά μας και μέσα από το σώμα μας, χωρίς να το αντιλαμβανόμαστε!Ένα τηλεσκόπιο ανίχνευσης νετρίνων, το πείραμα ΝΕSΤΟR, λειτουργεί στη θαλάσσια περιοχή νότια της Πύλου.

11-6-2012 Εντέλει τα νετρίνα δεν κινούνται ταχύτερα από το φως!

Eπικαιροποίηση 
23-9-2011 Speed of light broken-an expert's view
23-9-2011 Νετρίνο «αστραπή» απειλούν τον Αϊνστάιν και τη σύγχρονη φυσική 
24-9-2011 Superluminal muon-netrinos? Don't get your hopes up
24-9-2011 Challenging Einstein is usually a losing venture 
24-9-2011 Το πρόγραμμα OPERA και συνέντευξη Σταύρου Κατσανέβα
24-9-2011 Ο θεωρητικός φυσικός Jim Al-Khalili, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Surrey, Αγγλία, είπε: "Οι επιστήμονες έχουν δίκιο να είναι εξαιρετικά προσεκτικοί όσον αφορά την ερμηνεία αυτών των ευρημάτων. Εάν τα νετρίνα έχουν σπάσει την ταχύτητα του φωτός, θα ανατρέψουν τον ακρογωνιαίο λίθο της φυσικής του  τελευταίου αιώνα. Αυτό είναι εφικτό, αλλά είναι πολύ πιο πιθανό ότι υπάρχει ένα λάθος στα δεδομένα. Εάν, όμως, το πείραμα του CERN αποδειχθεί ότι είναι σωστό και τα νετρίνα έχουν σπάσει την ταχύτητα του φωτός, εγώ θα φάω τα μποξεράκια μου(!) ζωντανά (live) στην τηλεόραση." Δες κι εδώ.

26-9-2011 Faster-Than-Light Neutrinos? Physics Luminaries Voice Doubts

26-9-2011 Κατά τον Heinrich Päs από το Πανεπιστήμιο του Ντόρτμουντ, Γερμανία, είναι πιθανό τα νετρίνα να εκμεταλλεύονται άγνωστες διαστάσεις και να κόβουν δρόμο μέσα από τον χωρόχρονο σε περίπτωση που «οι επιπλέον διαστάσεις στο σύμπαν μπορεί να είναι έτσι διαμορφωμένες, ώστε τα σωματίδια που κινούνται σε αυτές να τρέχουν γρηγορότερα από τα αντίστοιχα που ταξιδεύουν στις τρεις γνωστές διαστάσεις του Σύμπαντος» (δες εδώ και εδώ).
9-10-2011 Το πείραμα που «ανακάτεψε τα χαρτιά της Φυσικής»:Συνέντευξη του Σταύρου Κατσανέβα (…) Μερικοί τίτλοι εφημερίδων ανακοίνωσαν σε πρωτοσέλιδα την ανατροπή του Αϊνστάιν. Αυτό είναι υπερβολικό γιατί, εφόσον οι μετρήσεις της Opera χρησιμοποιούν το GPS και η ακρίβεια του GPS βασίζεται στη θεωρία του Αϊνστάιν, θα ήταν αντιφατική η χρήση τους για να αποδειχθεί ότι ο Αϊνστάιν είναι “λάθος”. Η επιστήμη, αντίθετα με την πολιτική ή κάποιες κοινωνικές επιστήμες, δεν προχωρεί με “ανατροπές” αλλά με γενικεύσεις…

23-2-2011 Πιθανόν είναι λάθος ότι το νετρίνο ταξιδεύει πιο γρήγορα από το φως, καθώς νέα στοιχεία δείχνουν ότι μάλλον σε τεχνικό σφάλμα οφείλεται η απρόσμενη μέτρηση, σύμφωνα με τον εκπρόσωπο του CERN Τζεημς Γκίλις, αν και οι ερευνητές συνεχίζουν τις έρευνές τους για να καταλήξουν ποιά τελικά μπορεί να ήταν η επίπτωση αυτών των σφαλμάτων στο αποτέλεσμα της μέτρησης της ταχύτητας. Περισσότερα εδώ και εδώ.

24-2-2011 Δεν καταθέτουν τα όπλα οι φυσικοί της ομάδας OPERA

...το αρχικό αποτέλεσμα δεν επηρεάζεται!

16-3-2012 Τα νετρίνα, εν τέλει, δεν κινούνται γρηγορότερα από το φως;

30-3-2012 Παραιτήθηκε ο επικεφαλής του πειράματος Opera

H σκοτεινή ενέργεια υπάρχει...

Επιβεβαιώνεται η ύπαρξη της (μυστηριώδους) σκοτεινής ενέργειας (dark energy) που πληρεί το Σύμπαν, σύμφωνα με τα πρώτα αποτελέσματα μιας (νέας) μεγάλης σχετικής έρευνας. Μετά τετραετή μελέτη περισσότερων των 200 χιλιάδων γαλαξιών, στο πλαίσιο της έρευνας «WiggleZ Dark Energy Survey», οι 26 επιστήμονες (από 14 διαφορετικούς ερευνητικούς φορείς), με επικεφαλής τους καθηγητές Chris Blake και Karl Glazebrook από το Swinburne Institute of Technology, Μελβούρνη, Αυστραλία, και τον καθηγητή Michael Drinkwater από το πανεπιστήμιο του Qeensland, Αυστραλία, «κοιτώντας» μέχρι οκτώ δισεκατομμύρια χρόνια στο παρελθόν, ανέλυσαν τον τρόπο κατανομής των γαλαξιών στο Σύμπαν, καθώς επίσης το πόσο γρήγορα οι ομάδες γαλαξιών έχουν σχηματιστεί στο πέρασμα του χρόνου. Μέσα από το συνδυασμό αυτών των παρατηρήσεων και των σχετικών μετρήσεων, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι πράγματι υπάρχει η σκοτεινή ενέργεια, που όμως ακόμα κανείς δεν ξέρει τι ακριβώς είναι, παρόλο που η ιδέα της προτάθηκε για πρώτη φορά στη δεκαετία του ΄90 (δες εδώ). Αστροφυσικοί και κοσμολόγοι για να ερμηνεύσουν την επέκταση του Σύμπαντος έπρεπε είτε να αναθεωρήσουν τη Γενική Σχετικότητα  είτε να αποδεχτούν ότι στο Σύμπαν είναι πανταχού παρούσα μια νέα μορφή ενέργειας, που προκαλεί τη συνεχή επέκτασή του (λειτουργεί σαν αντι-βαρύτητα) και συνεπώς αιτιολογεί την επιταχυνόμενη απομάκρυνση των γαλαξιών μεταξύ τους. Σήμερα, οι περισσότεροι επιστήμονες αποδέχονται ότι η σκοτεινή ενέργεια αποτελεί μια «κοσμολογική σταθερά», μια ιδέα που είχε προτείνει ο Αϊνστάιν και αργότερα την απέρριψε, θεωρώντας την το μεγαλύτερο λάθος(!) του. «Η δράση της σκοτεινής ενέργειας είναι σαν να πετάς μια μπάλα στον αέρα και αυτή να απομακρύνεται προς τα πάνω όλο και πιο γρήγορα» είπε, χαριτολογώντας, ο καθηγητής Chris Blake (εδώ, εδώ κι εδώ). Και σύμφωνα με τον καθηγητή Warrick Couch της αυστραλιανής ομάδας, «Αν και η ακριβής φυσική που απαιτείται για την ερμηνεία της σκοτεινής ενέργειας παραμένει ακόμα ένα μυστήριο, η γνώση ότι η σκοτεινή ενέργεια υπάρχει, δίνει τη δυνατότητα στους αστρονόμους να κατανοήσουν καλύτερα την προέλευση, την εξέλιξη και το μέλλον του Σύμπαντος» (εδώ, εδώ). Οι παρατηρήσεις του WiggleZ έγιναν δυνατές χάρη στον ισχυρό φασματογράφο με τον οποίο είναι εφοδιασμένο το μεγάλο Αγγλο-αυστραλιανό τηλεσκόπιο στο Αυστραλιανό Αστρονομικό Παρατηρητήριο (ΑΑΟ) και είναι σε θέση να «δει» 392 γαλαξίες σε μια ώρα σε απόσταση του ημίσεως του ορατού Σύμπαντος, αλλά και δεδομένα από το διαστημικό τηλεσκόπιο της NASA Galaxy Evolution Explorer (Galex) (δες κι εδώ).Το εύρημα των Αυστραλών επιστημόνων έρχεται να ενισχύσει τις μετρήσεις Αμερικανών επιστημόνων της ομάδας SHOES (Supernova Ho for the Equation of State) που εργάζεται για να βελτιώσει την ακρίβεια της σταθεράς του Hubble –μια και η μεγαλύτερη ακρίβεια της σταθεράς Hubble μας επιτρέπει να κατανοήσουμε την συμπεριφορά της σκοτεινής ενέργειας (δες εδώ).Υπόψη ότι η σκοτεινή ενέργεια εκτιμάται ότι αποτελεί το 73% του Σύμπαντος, η ορατή ύλη το 4% και το υπόλοιπο 23% η αποκαλούμενη "σκοτεινή ύλη".
26-5-2011 Μήπως η αντιβαρύτητα ή σκοτεινή ενέργεια διαρρέει από ένα παρακείμενο σύμπαν;

Το πείραμα της διπλής σχισμής

Το παραπάνω βίντεο πιθανόν δεν είναι το καλύτερο, αλλά μας δίνει μια ιδέα για το πείραμα της διπλής σχισμής της κβαντομηχανικής. Το πείραμα πραγματοποίησε για πρώτη φορά ο Άγγλος Thomas Young σε μια προσπάθεια να ανακαλύψει αν το φως είναι τελικά κύμα ή σωματίδιο. Ο Young χρησιμοποίησε μια ακτίνα φωτός, η οποία διέρχονταν από ένα φράγμα με μια σχισμή και στη συνέχεια περνούσε από ένα φράγμα με δυο σχισμές, για να καταλήξει στοι τέλος σε ένα πέτασμα (οθόνη). Ο Young παρατηρώντας το φως που έφτανε στο πέτασμα, διαπίστωσε πως όταν οι σχισμές του δεύτερου φράγματος ήταν μεγάλες, σε μεγάλη μεταξύ τους απόσταση και κοντά στο πέτασμα, εμφανίζονταν δυο ξεκάθαρες φωτεινές γραμμές. Αντίθετα, όταν η απόσταση των σχισμών ήταν μικρότερη και το εύρος τους μικρότερο, το φως σχημάτιζε στο πέτασμα φωτεινούς και σκοτεινούς κροσσούς. Το σχήμα με τους εναλλασσόμενους φωτεινούς και σκοτεινούς κροσσούς ονομάζεται και εικόνα συμβολής (δες και μια διαδραστική προσομοίωση του πειράματος εδώ, εδώ). Τέτοιου είδους εικόνες μπορούν να παραχθούν μόνο αν το φως συμπεριφέρεται σαν κύμα (περισσότερο αναλυτικά εδώ κι εδώ). Το 1905, ο Albert Einstein έδειξε ότι το φως αποτελείται από ένα σύνολο διακριτών σωματιδίων τα οποία ονόμασε φωτόνια. Κατά την εκτέλεση του πειράματος της διπλής σχισμής αυτή τη φορά με τα φωτόνια να φτάνουν στο πέτασμα αφού περνάνε ένα-ένα από το φράγμα, η εικόνα της συμβολής παράγεται και πάλι ανεξάρτητα με το γεγονός ότι ένα και μόνο σωματίδιο δεν είναι δυνατόν να συμβάλει με τον εαυτό του. Το φαινόμενο κατά το οποίο το φως συμπεριφέρεται άλλοτε σαν κύμα και άλλοτε σαν σωματίδιο είναι γνωστό ως κυματοσωματιδιακός δυϊσμός (wave–particle duality). Υποατομικά σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια επιδεικνύουν και αυτά την ίδια συμπεριφορά με το φως. Η προσπάθεια να εξηγηθεί αυτή η συμπεριφορά υπήρξε γόνος πολλών θεωριών. Από την ερμηνεία της Κοπεγχάγης (εδώ) μέχρι την ερμηνεία του Hugh Everett περί "πολλών συμπάντων" (δες κι εδώ).Επίσης: "Το πείραμα της διπλής σχισμής, ο κυματοσωματιδιακός δυϊσμός", εδώ, " Μια νέα ματιά σε ένα κλασικό πείραμα", εδώ, "Τα φωτόνια δε γνωρίζουν αν κάποιος τα παρατηρεί ή όχι", εδώ.

30-11-2012 R. Feynman on the Double Slit Paradox: Particle or Wave?