• Sunday April 21,2019

Können Neutrinos ihre eigenen Großväter töten?

Scott Aaronson baut auf meinem Vortrag auf der Zeitkonferenz auf und hat einen Blogbeitrag über Entropie und Komplexität, den Sie jetzt lesen sollten. Es ist einem ähnlich, den ich mir vorgestellt habe, aber klüger und origineller.

Schon zurück? Scott machte am Ende des Posts törichterweise das Neutrino-Geschäft, das schneller als das Licht ist. Was natürlich zu Fragen führte, auf eine davon antwortete er folgendermaßen:

Geschlossene zeitliche Kurven scheinen mir eine andere Reihenfolge der Fremdheit zu sein als alles, was bisher in der Physik entdeckt wurde - etwa 1000 Mal fremder als Relativitätstheorie, QM, virtuelle Teilchen und Schwarze Löcher zusammen. Und ich verstehe nicht, wie man tachyonische Neutrinos haben könnte, ohne auch CTCs zu bekommen - würde jemand, der diese Möglichkeit akzeptiert, so freundlich sein, mir das zu erklären?

Das Problem, auf das Scott anspielt, ist, dass es in Relativitätstheorie die Lichtgeschwindigkeitssperre ist, die verhindert, dass Partikel (oder irgendetwas) in der Vergangenheit herumlaufen und sich treffen - eine geschlossene Schleife in der Raumzeit. In einem Diagramm, in dem sich die Zeit vertikal und der Raum horizontal erstreckt, definieren die möglichen Lichtwege eines Ereignisses Lichtkegel, und physikalische Teilchen müssen in diesen Lichtkegeln bleiben. "Spacelike" Flugbahnen, die die Lichtkegel verlassen, sind in der herkömmlichen Art und Weise einfach nicht zulässig.

Was Sie in diesem Raumzeitdiagramm nicht sehen, ist ein Schnitt, der „das Universum zu einer festgelegten Zeit“ darstellt, weil diese Art von Sachen in Relativität vollständig vom Beobachter abhängig ist. Wenn Sie sich auf einer räumlichen Flugbahn bewegen könnten, gibt es Beobachter, die darauf bestehen, dass Sie in der Zeit rückwärts fahren. Sobald Sie schneller als das Licht sein können, können Sie in der Zeit zurückgehen und sich selbst in der Vergangenheit begegnen. Dies ist Scotts Grund für die Skepsis gegenüber den schneller als hellen Neutrinos: Wenn Sie diese Tür nur einen Spalt öffnen, bricht die Hölle los.

Aber ruhen Sie sich einfach aus! Es folgt nicht unbedingt. Theoretiker sind mehr als genial genug, um sich Wege zu finden, wie sich Teilchen schneller als Licht bewegen können, ohne dass sie sich durch geschlossene Kurven durch die Raumzeit bewegen. Eine kleine technische Anmerkung: Wenn sich ein Teilchen schneller als Licht bewegt, sollten wir uns keine "geschlossenen zeitlichen Kurven" machen, sondern "geschlossene, raumförmige Kurven, auf denen sich physikalische Teilchen bewegen."

Aber wir sollten uns darüber nicht unbedingt Sorgen machen. Das übliche Argument, dass schneller als Licht die Fähigkeit beinhaltet, auf einer geschlossenen Schleife zu reisen, setzt eine Lorentz-Invarianz voraus. Wenn wir jedoch ein echtes FTL-Teilchen entdecken, sollte Ihre erste Vermutung lauten, dass die Lorentz-Invarianz gebrochen ist. (Nicht nur möglich, aber vernünftig.) Betrachten Sie zum Beispiel die Existenz einer bisher nicht beobachteten Flüssigkeit, die das Universum mit einem genau definierten Ruhebereich durchdringt, mit dem Neutrinos interagieren, aber nicht mit Photonen. Oder ein Vektorfeld mit ähnlichen Eigenschaften. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, uns einen Hintergrund vorzustellen, der einen bevorzugten Bezugsrahmen heraussucht und die Lorentz-Invarianz spontan verletzt.

Wenn dies wahr ist, funktioniert das Argument, dass FTL geschlossene Schleifen durch die Raumzeit impliziert, nicht mehr. Selbst wenn Neutrinos in der Lage sind, Lichtkegel nach außen zu schleichen, kann es dennoch "Neutrino-Kegel" geben, auf die sie noch beschränkt sind. Diese Neutrino-Zapfen könnten ein wenig breiter sein als gewöhnliche Lichtkegel, aber sie könnten immer noch eine feste Vorstellung von „in der Zeit vorwärts“ definieren, gegen die selbst Neutrinos nicht verstoßen könnten.

Es gibt eine nette (wenn auch technische) Diskussion in einer kurzen Arbeit von Robert Geroch. Lesen Sie Abschnitt 2 für die Mathematik, Abschnitt 3 für die Wörter. Aus der Diskussion:

Kurz gesagt, die Kausalkegel der speziellen Relativitätstheorie haben aus dieser Perspektive keinen besonderen Platz über den Kegeln eines anderen Systems. Dies ist eine Demokratie der Kausalkegel mit Rache. Dies ist natürlich nicht die traditionelle Ansicht. Diese Ansicht, dass die speziellen Relativitätskausalkegeln eine bevorzugte Rolle in der Physik spielen, entstehe ich aus der Tatsache, dass eine Reihe anderer Systeme - Elektromagnetismus, die Spinfelder usw. - genau dieselben Kegel verwenden wie sie. In der Tat kann es sein, dass die physische Welt um eine solche Gemeinsamkeit von Kegeln herum organisiert ist. Andererseits ist es durchaus möglich, dass es eine Anzahl anderer Systeme gibt - die noch nicht beobachtet wurden (oder vielleicht schon!) -, die ganz unterschiedliche Mengen von Kausalkegeln verwenden. Und die Kegel dieser „anderen Systeme“ könnten durchaus außerhalb der Nullkegel der speziellen Relativitätstheorie liegen, dh, diese Systeme könnten sehr gut überluminale Signale manifestieren. Nichts davon widerspricht unseren grundlegenden Vorstellungen über die Strukturierung der Physik: Eine Anfangswertformulierung, Kausalkegel, die Signale regeln usw.

Die Chancen sind immer noch groß, wenn das OPERA-Ergebnis gleich bleibt. Aber selbst wenn es richtig ist, bedeutet das nicht sofort, dass Neutrinos Zeitreisende sind.


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