Nhanh hơn ánh sáng?

OPERA experiment

Thí nghiệm OPERA

Vừa rồi phòng thí nghiệm OPERA ở Ý (ảnh trên) tuyên bố rằng theo các phép đo của họ thì hạt neutrino chuyển động với tốc độ nhanh hơn tốc độ ánh sáng (gần bằng (1+2.5\times 10^{-5})c trong đó c là tốc độ ánh sáng). Xem tin ở Science Now hoặc Nature News. Thực ra nhiều người, trong đó có tôi, đã biết tin này vài ngày trước rồi (tôi đã nói đến tin này ở một comment trước đây). Đó là do các nhà vật lý ở nhóm OPERA đã sử dụng ngay tính chất mới tìm ra của neutrino để gửi tín hiệu về quá khứ. Họ làm như sau:

1. Trước đây ít lâu, họ đã phóng một tàu vũ trụ đi ra khỏi trái đất. Tàu này chuyển động với một vận tốc rất cao, gần bằng vận tốc ánh sáng, nhưng chưa vượt tốc độ ánh sáng. Trên tàu họ có đặt một máy phát neutrino.

2. Khi có kết quả thí nghiệm, các nhà vật lý ở OPERA dùng neutrino gửi một tin nhắn về nội dung kết quả của họ tới tàu vũ trụ.

3. Tổ bay trên tàu vũ trụ này nhận được tin từ trái đất và lập tức dùng máy phát tia neutrino trong tàu gửi tin ngược lại về trái đất.

4.  Chúng tôi đã nhận được tin từ tàu vũ trụ trước khi có kết quả thí nghiệm.

Nói nghiêm túc hơn: phần lớn các nhà vật lý chưa tin vào kết quả của thí nghiệm OPERA vì theo thuyết tương đối, nếu có một hạt có thể chuyển động nhanh hơn ánh sáng thì ta có thể dùng nó gửi tin nhắn vào quá khứ, vi phạm tính nhân quả của thế giới. Phương pháp gửi tín hiệu về quá khứ thì giống như tôi mô tả ở trên. Nếu bản thân bạn có thể chuyển động nhanh hơn vận tốc ánh sáng thì bạn có thể tự về quá khứ.

Doraemon's time machine

Tạm thời tôi viết thế thôi đã. Các bạn có thể đọc thêm ở đây về các nghịch lý sẽ nảy sinh ra nếu có vật chuyển động nhanh hơn vận tốc ánh sáng trong chân không: http://www.phys.vt.edu/~takeuchi/relativity/notes/section10.html

Các bạn đã học thuyết tương đối có thể làm bài tập sau: tìm tốc độ tối thiểu của tàu vũ trụ để dùng phương pháp mô tả ở trên ta có thể liên hệ được với quá khứ.

63 responses to “Nhanh hơn ánh sáng?

  1. Autiero, Dario’s presentation, New results from OPERA on neutrino properties [2011-09-23], is available here: http://cdsweb.cern.ch/record/1384486

    Original paper on Arxiv: http://arxiv.org/abs/1109.4897

  2. 3 Questions: Faster than light?
    “MIT physicist Peter Fisher answers questions about reports that experiments in Switzerland and Italy show neutrinos can break light’s speed limit.” http://www.stumbleupon.com/su/1cP8Jz/web.mit.edu/newsoffice/2011/3q-fisher-neutrinos-opera.html

  3. Chẳng lẽ kỹ thuật hiện nay đã chế tạo được tàu vũ trụ tốc độ nhanh gần bằng ánh sáng rồi ạ??

  4. Tôi nghĩ phá vỡ luật nhân quả cũng không sao cả. Thế giáo sư nghĩ sao về việc những người tiên tri được tương lai. Tôi nghĩ tiên tri là hiện tượng có thật.

  5. Múa rừu qua bác Sơn:
    Kể ra đúng là khó tin thật. Hoặc là trong đo đạc phải có chỗ nào đo sai rất tế nhị, hoặc là lý thuyết tương đối phải viết lại, hoặc đây là ví dụ về “lượng tử hóa hấp dẫn” ? Kiểu như hiện tượng tunneling của cơ học lượng tử, có điều đây là tunneling về thời gian thôi ?!

    • mình nghĩ thuyết tương đối không sai(vì nó đã được kiểm chứng tương đối nhiều trong thế giới vĩ mô) mà nó có thể chỉ là 1 trường hợp cụ thể của một thuyết tổng quát nào đó.

  6. Chào GS Sơn chào mọi người, cháu yêu thích vật lí đặc biệt về vũ trụ nhưng ko phải chuyên, cảm ơn GS cho cháu những bài viết rất hay. Cháu xin phép GS cho cháu chép 1 vài bài ( http://www.facebook.com/profile.php?id=100000108281245 , http://diendan.iqtest.vn/viewtopic.php?f=7&t=28)
    Về bài này: ở trái đất có kết quả, rồi gửi tin tới tàu vũ trụ, rồi tàu gửi tin về, ở trái đất nhận kết quả trước khi có kết quả, hơi khó hiểu và khó tin. Cháu ko biết nhiều kiến thức nhưng cháu xin mạnh dạn nói cách nghĩ của cháu: Nếu 1 vật chuyển động nhanh hơn vận tốc ánh sáng thì nó có thể nói là biết trc tương lai. VD 2 hành tinh cách nhau 2 năm ánh sáng,nếu 1 người đi từ hành tinh thứ 1 tới thứ 2 với vận tốc gấp đôi ánh sáng thì sẽ biết những điều ở hành tinh 1 trc những người ở hành tinh 2 một năm.

  7. thưa giáo sư cho em được hỏi về hiện tượng Causality trong trường hợp này. Nếu đây là dạng thu-phát tín hiệu, thì 2 events này phải nằm trong time-like spacetime, và khả năng đảo ngược thứ tự thời gian là không thể (nếu tuân theo Einstein là ko có vật chất nào di chuyển nhanh hơn vận tốc ánh sáng). Như vậy Causality đã bị phá vỡ trong trường hợp này phải không ạ? Theo em nghĩ thì trong trường hợp thu-phát tín hiệu như thế này, ko thể xảy ra hiện tượng causally disconnected như trong space-like được. Liệu thầy có thể giải thích hoặc đưa ra một giả thuyết cho kết quả này không ạ? Trong cái paper ở http://arxiv.org/abs/gr-qc/0107091, các hiện tượng về tachyons và Scharnhorst photons preserve causality được đưa ra, nhưng em không hiểu lắm. Thầy có thể giải thích rõ hơn giúp em không ạ? Em có đọc 1 tài liệu trong đó chứng minh tachyon không tồn tại (nhưng cũng khá lâu rồi nên em không nhớ nguồn). Theo giáo sư giả thuyết nào hợp lý hơn ?
    Ngoài ra thì cô của em, Nicole Bell, đưa ra ý kiến:
    It comes from a star that went supernova in 1987 within the Large Magellanic Cloud galaxy.
    Supernovae are formed when stars explode as they get too large or reach the end of their lives. As part of the radiation emitted when they do this, they release neutrinos and light.
    The Kamioka Nucleon Decay Experiment detector in Japan picked up neutrinos from the explosion three hours before light from supernova event reached Earth.
    “However, this does not mean the neutrinos travelled faster than the speed of light. It just means that the neutrinos left the supernova first, while the light was trapped in the supernova for longer before it could get out,” said Bell.
    If the neutrinos from the explosion actually had been travelling faster than the speed of light, like the CERN experiment suggests, they would have reached Earth years, rather than hours, before the light did, explained Bell.
    (Nguồn: http://www.cosmosmagazine.com/news/4775/tests-needed-light-speed-neutrino).
    Thầy có nhận định thế nào về ý kiến trên ạ? Liệu hiện tượng neutrinos trong trường hợp này có thể tìm được một nguyên nhân tương tự như trên không ạ?
    Em cảm ơn thầy nhiều và xin lỗi vì làm mất thời gian của thầy.

    • Thực ra năng lượng của neutrino ở thí nghiệm OPERA là 17 GeV, còn neutrino từ các siêu tân tinh có năng lượng cỡ MeV. Do đó những đo đạc năm 1987 không phải mâu thuẫn trực tiếp với thí nghiệm OPERA.

  8. Einstein nói nếu thực nghiệm và lý thuyết khác nhau, hãy thay đổi lý thuyết. Mà TTĐ khẳg định ko có vật nào có thể cđ nhanh hơn ánh ság, giờ thì có tin trên. Liệu thuyết tương đối có phải thay đổi ko ạ?

    • “Extraordinary claims require extraordinary evidence” (hình như là câu của Carl Sagan). Phải chờ xem các thí nghiệm khác khẳng định hay phủ nhận thí nghiệm này.

    • Thế có chết không, cuối giờ chiều nay mình còn hùng hồn tuyên bố trên blog: ” Ánh sáng có chạy nhanh hơn bọn trẻ không?Tất nhiên là có! Ánh sáng chạy nhanh hơn bọn trẻ nhiều, cho đến giờ chưa có thứ gì chạy nhanh hơn ánh sáng.”
      Nếu kết quả thực nghiệm của tuyên bố chết người này là đúng, thì liệu điều thứ hai: “Khi không bị vướng gì, nghĩa là trong chân không, … Thú vị hơn là chúng RUN khác nhau nhưng lại chạy tuyệt đối cùng nhau.” liệu còn đúng hay không?
      Chạy chậm hơn các neutrino, rồi các photon có còn chạy cũng tốc độ hay không?
      Hệ quả lý thuyết nào của việc các photon không còn có cùng c nữa?

  9. Thầy cho phép em bổ sung thêm, trong thuyết về tachyons nói trên, thì “tachyon propagation without causal paradoxes. Both signals travel to the future in at least one reference frame” (figure 3, pp.13). Vậy thì ngay cả trong trường hợp này tachyons cũng chỉ có thể di chuyển tới tương lai, còn về quá khứ thì sẽ gây ra causal paradox, như phần discussion ở trang 12. Vậy giả thuyết về tachyons có nghịch lý không ạ? Liệu có mối tương quan nào giữa thuyết về tachyons trong paper này và kết quả của OPERA tìm được không, thưa thầy?

    • Theo bài báo mà bạn giới thiệu thì tachyon không vi phạm tính nhân quả nếu như có môt hệ quy chiếu đặc biệt, cái gì xảy ra trước cái gì xảy ra sau là theo hệ quy chiếu đấy (chú thích số 16). Điều này trái với một tiên đề của thuyết tương đối, là tất cả các hệ quy chiếu đều như nhau. Tôi vẫn cho rằng kết quả của OPERA mâu thuẫn với thuyết tương đối.

    • Một cách nữa để thấy được tachyon không thể tương thích với thuyết tương đối là nghĩ về năng lượng và xung lượng của hạt tachyon. Bình thường E=\sqrt{p^2c^2+m^2c^4}. Để chuyển động với tốc độ lớn hơn c ta phải có m^2<0. Lúc đó năng lượng sẽ là số ảo nếu p đủ nhỏ. Người ta có thể bảo bạn là các hạt tachyon luôn luôn phải có xung lượng đủ lớn để E là số thực, nhưng như thế cũng vẫn bị vấn đề. Ta thấy E<cp, như vậy tồn tại một hệ quy chiếu (chuyển động với vận tốc v chậm hơn tốc độ ánh sáng) trong đó E'=\gamma(E-vp) nhỏ hơn không, tức là hạt có năng lượng âm. Lúc đó ta có thể khai thác năng lượng từ chân không bằng cách cho sinh cặp các hạt tachyon và phản hạt của nó.

      • Em cảm ơn thầy nhiều về câu trả lời trên ạ. Như vậy theo thầy điều kiện về Causality có bị vi phạm ở đây không ạ, nếu quả thực vận tốc của neutrino trong thí nghiệm của OPERA lớn hơn c? Vì khi đó delta s^2 = (ct)^2 -x^2 <0, tức là 2 event phát và nhận tín hiệu trở thành space-like related và tồn tại một hệ quy chiếu để t(nhận) < t(phát). Nhưng nếu thời điểm nhận tín hiệu vẫn sau thời điểm phát, em nghĩ kết quả tìm được có gì đó mâu thuẫn với lý thuyết. Hơn nữa khi giảng bài, cô em có nói, để đạt được vận tốc ánh sáng thì lực tác dụng tiến tới vô cực; ở đây năng lượng là 17GeV tuy lớn, nhưng em nghĩ không thể tạo ra lực tiến tới vô cực được.
        Ngoài ra, thầy cho phép em hỏi, liệu có khả năng nào về wormhole trong trường hợp này không ạ? Trong video "The Universe on a string" của TED, giáo sư Brian Greene có nói, người ta sẽ đo đạc năng lượng trước và sau va chạm, nếu có sự khác biệt, có thể 1 phần năng lượng đã chuyển sang một chiều không gian khác. Trong thí nghiệm của OPERA, liệu có sự khác biệt nào về năng lượng không ạ, và có xác suất nào của neutrino từ một chiều không gian phụ hoặc thế giới song song nào đó không thưa thầy? Em xin lỗi vì câu hỏi của em nghe viễn tưởng quá. Nhưng trong cuốn The Hidden Reality của Brian Greene thì ông ấy cũng có nói về khả năng tồn tại multiverse và nếu chúng ta có thể di chuyển nhanh hơn c, thì có thể quay ngược về quá khứ hoặc tới tương lai của một parallel-universe, và Max Tegmark & Michio Kaku cũng từng đề cập tới giả thuyết này.Theo thầy giả thuyết về multiverse là có cơ sở không ạ?

  10. Nếu chúng ta thu nhận tín hiệu không phải bằng thu nhận photon mà bằng neutrino thì chuyện gì sẽ xảy ra thưa GS ? Điều này giống như việc liệu có tồn tại sinh vật nhìn thế giới thông qua neutrino chứ ko phải photon ? Nguyên lý Anthropic [observations of the physical universe must be compatible with the conscious life that observes it–http://en.wikipedia.org/wiki/Anthropic_principle] liệu có giúp ta giải thích được gì ko ạ ?

  11. Em xin phép giải trí trước khi đi ngủ. Quả thật là nhờ có comment của bạn Nothing em mới để ý đến kết quả thí nghiệm mới này. Có một số nhà vật lý cho rằng kết quả này có error trong việc xử lý số liệu. Em cũng hy vọng là như vậy. Có một giáo sư comment như sau nghe có vẻ rất thú vị: ” Nếu chúng ta có thể tạo được một máy truyền tín hiệu ngược chiều thời gian, thì chúng ta có thông tin về chiếc máy đó trước khi chế tạo ra nó, nghĩa là hiện tại ta đã có nó rồi.

    Phần câu đố, giả sử rằng lý thuyết tương đối hẹp vẫn đúng, nghĩa là vẫn dùng công thức Lorentz cho chuyển hệ tọa độ. Gọi hệ quy chiếu gắn với trái đất là (t,x) , hệ quy chiếu gắn với tàu vũ trụ là (x’,t’) ( Ta xét hai hệ quy chiếu chung gốc tọa độ tại thời điểm phóng tầu vũ trụ). Cho vận tốc ánh sáng trong chân không c=1. Vận tốc của neutrino là v0, vận tốc của tầu vũ trụ là v1.

    Muốn cho truyền được thông tin ngược thời gian thì vận tốc tầu vũ trụ phải lớn hơn vẫn tốc giới hạn vc sao cho(trong hệ quy chiếu gắn với trái đất) đường thẳng x’= – v0*t’ ( song song với đường truyền tín hiệu về) phải trùng với đường thẳng x=v0*t (song song với đường truyến tín hiệu đi) . Từ đó ta có vc=2v0/(v0^2+1), ta thấy vc<1 (0 thì x và t phải cùng nhỏ hơn 0. Điều đó dẫn đến v0 phải lớn hơn 1( Là tính chất “mới được phát hiện” của neutrino) .

    Kết luận 1>v1>vc.

  12. I just want to rewrite the part that wordpress missed.

    If we want to transfer information backward time in this case, we need other condition ( besides v1>vc) . On the line x’= -v0*t’, when t’>0 we must have x<0 and t 1 ( which is the “new discovered properties” of neutrino).

  13. Bác Sơn không hề làm thực nghiệm. Nhưng bác vẫn có linh cảm của bác là kết quả thực nghiệm này chắc chắn phải sai. Nếu bác làm thực nghiệm, thì bác sẽ ít tin vào kết quả thực nghiệm hơn nhiều – Ít hơn nhiều😀

  14. Đọc lại truyện viễn tưởng của bác Sơn, tôi không nghĩ là casuality bị phá vỡ dễ như vậy dù cho neutrino chạy nhanh hơn ánh sáng, tức là tin phóng theo tín hiệu neutrino về bác Sơn vẫn đến sau khi thí nghiệm đã xảy ra chứ không đến trước khi thí nghiệm đã xảy ra

    Hình dung là, thay vì lấy vận tốc ánh sáng là vận tốc lớn nhất, ta đổi lại thành vận tốc neutrino là vận tốc lớn nhất nếu nó chạy nhanh hơn ánh sáng, các phần khác của thuyết tương đối vẫn như cũ, trong công thức e=mc2 thì bây giờ c là vận tốc của neutrino (công thức cũ thành ra là gần đúng), như thế thì đã có làm sao nhỉ ?! cùng lắm thì mọc thêm mấy hạt 😀

    Vài dòng bình loạn, các nhà vật lý bỏ quá cho nhé

    • Không được, vì lúc đó tốc độ của photon sẽ không phải là cố định, ví dụ có thể làm cho photon dừng hẳn lại. Điều này không phù hợp với thực nghiệm.

    • Em nghĩ là nếu có một lý thuyết tương đối mới lấy vận tốc neutrino lớn hơn ánh sáng làm vận tốc cực đại thì sẽ tồn tại hệ photon đến từ một nơi xa xôi trong vũ trụ sẽ có vận tốc nhỏ hơn c đáng kể (Tính theo công thức cộng vận tốc trong lý thuyết tương đối của neutrino) khi đo ở trái đất vì vũ trụ dãn nở.
      Ngoài ra có một thứ của photon mà neutrino không có đó là khối lượng nghỉ của neutrino khác 0. Điều đó ngăn cản việc lập một lý thuyết tương đối mới với vận tốc neutrino là cực đại, vì khi đó năng lượng của bất cứ neutrino nào cũng vô cùng lớn. Và khối lượng nghỉ của photon bằng 0 thì theo lý thuyết tương đối neutrino động năng cũng như xung lượng của photon bằng 0.

    • Em nghĩ khi xây dựng thuyết tương đối cái quan trọng không phải là chọn vật nào có vận tốc lớn nhất, mà là chọn vật nào có vận tốc không đổi trong các hệ quy chiếu (quán tính) khác nhau. Người ta chọn photon một phần là bởi thí nghiệm Michelson-Morley chỉ ra như thế. Phần khác là vì hệ phương trình Maxwell cũng xác định ánh sáng có 1 vận tốc duy nhất c, nghĩa là nếu hệ phương trình Maxwell đúng với mọi hệ quy chiếu quán tính thì ánh sáng phải có cùng vận tốc c với mọi hệ quy chiếu quán tính. Việc xác định c là vận tốc lớn nhất có thể đạt được chỉ là hệ quả của sự lựa chọn này.

  15. Vấn đề là con người vẫn chỉ có thể nhìn (cảm nhận thế giới) bằng ánh sáng. Nếu có vật nào chạy nhanh hơn ánh sáng, thì nhận thức nhân quả của con người sẽ bị rối hết. Không đơn giản là thay vận tốc neutrino là vận tốc cực đại trong vũ trụ. Trừ phi như bạn gì nói là có những giống khác có thể nhìn thấy bằng neutrino🙂

  16. Các nhà kinh doanh của Opera Browser lập tức chơi chữ ăn theo tin nóng thật là nhanh:
    http://my.opera.com/chooseopera/blog/2011/09/26/is-opera-faster-than-the-speed-of-light-4.
    Khoái nhất là video quảng cáo đặt tên là World Record Speed Test:

    Mà mình phải vào wordpress của bác Sơn bằng Opera thật vì khi dùng IE8 thì đợi mãi không nhìn được các comment, thay vào đó toàn là các URL quảng cáo.
    Bác Sơn làm ơn check lại với wordpress coi cái vì nguyên tắc là trang web phải dùng được trong tất cả các browser thì mới ổn mà.

  17. Tuấn Anh (Boston)

    Anh Sơn ơi làm sao họ đánh dấu được neutrino nào máy phát bắt đầu gửi? Có rất nhiều neutrino xuyên qua đích từ những nguồn khác nhau phải không?
    Neutrino có khối lượng. Như vậy nói đúng ra đây là truyền vật chất về quá khứ?
    Đạt bằng hay hơn tốc độ ánh sáng thì khối lượng neutrino phải là vô hạn mới đúng chứ?

    • Các chùm neutrino phát từ CERN có độ rộng 10.5μs cách nhau 50ms. Hình như phát lặp hai chùm một lần theo chu kỳ 6 sec.
      Thống kê phân bố và phân tích phổ rộng 10μs nhận được từ đầu đo rồi mới bắt được chính xác thời điểm chạm trung bình.
      Có hai phép đo khác quan trọng không kém. Đó là phép đo khoảng cách từ CERN tới Gran Sasso và phép đồng bộ thời gian phát – nhận của hai nơi.
      Để ý khoảng cách từ CERN tới Gran Sasso là 730km, tổng thời gian travel của neutrino sẽ vào cỡ 1/400 sec hay chỉ khoảng 2500μs mà thôi.

      • Về các chi tiết của thí nghiệm này có bài của Butterworth trên Guardian rất đáng đọc. Một vài chi tiết: Chùm tia rộng 10μs, rìa của chùm tia (lúc cường độ tăng lên và giảm đi) là khoảng 1μs. Người ta đo thời điểm đi và đến của rìa chùm tia. Người ta claim độ chính xác 10ns. Có 5 thành viên của OPERA không có tên trong danh sách các tác giả của bài báo.

    • Tới trái đất thì chủ yếu là từ neutrino từ mặt trời, cộng với một số rất ít neutrino từ các siêu tân tinh. Các neutrino này có năng lượng trong một dải nhất định, mình chỉ cần phát ra neutrino năng lượng cao hơn trong dải này là được.

      Khi nói “neutrino có khối lượng” thường ta ám chỉ là khối lượng nghỉ. Nếu như kết quả của OPERA mà đúng thì khái niệm khối lượng nghỉ có khi cũng phải xem xét lại. Lúc đó tôi không chịu trách nhiệm về những gì xảy ra trong quá khứ của các bạn.

      Nếu thuyết tương đối đúng thì vận tốc v liên quan đến xung lượng p như sau: v=pc^2/E, E=\sqrt{p^2c^2+m^2c^4}, m là khối lượng nghỉ. Tác dụng lực vào hạt thì cũng chỉ làm tăng p thôi nhưng vận tốc thì không bao giờ vượt quá c.

      • Le Nhu Minh Tue

        Em cũng có thắc mắc, nếu OPERA đúng thì theo em nghĩ cả khái niệm thời gian cũng phải xem xét lại, bởi 1s=chu kỳ phân rã của cesium. Nếu cesium chạy = vận tốc ánh sáng thì chu kỳ phân rã sẽ dừng. Nếu chạy nhanh hơn ánh sáng ko lẽ cesium có thể đảo ngược được quá trình phân rã của nó sao ạh.

  18. Có một câu xin hỏi các bạn. Phép biến đổi Lorentz có phải là hệ quả tất yếu từ các tiên đề của thuyết tương đối không? Hay nói cách khác, có tồn tại một phép biến đổi khác với cái của Lorentz mà vẫn thỏa mãn các tiên đề của thuyết tương đối không?

    Mình đặt câu hỏi này là vì mình nghĩ vấn đề vi phạm nguyên lý nhân quả không xuất phát trực tiếp từ các tiên đề của thuyết tương đối mà đươc tính toán từ phép biến đổi Lorentz.

  19. http://vnexpress.net/gl/khoa-hoc/2011/09/gioi-vat-ly-hoai-nghi-viec-hat-bay-nhanh-hon-anh-sang/
    Các nhà báo mạng Vn vừa phát hiện ánh sáng đã giảm tốc độ tới 3600 lần😀 Thế thì neutrino bay nhanh hơn photon cũng chẳng có gì lạ.

  20. Xem lại report của OPERA ở http://arxiv.org/abs/1109.4897 biết thêm là chùm neutrino của CERN dùng lần này có năng lượng 17GeV.
    Không thấy số neutrino ước lượng trong mỗi chùm nhưng tương ứng với 16111 events đo được tại Gran Sasso từ 2009 là khoảng 10 mũ 20 proton đã bắn tại CERN.

    Bác Tuấn Anh (Boston) có mấy câu hỏi rất hay. Còn lại hai câu cuối nhưng bác Sơn trả lời đí😀

  21. Kính chào thầy, em xin được phép đăng lại bài của thầy tại http://360.thuvienvatly.com/bai-viet/thien-van-vu-tru/1831-nhanh-hon-anh-sang
    Xin cảm ơn thầy Sơn

  22. The OPERA neutrino velocity result and the synchronisation of clocks
    By Carlo R. Contaldi [1109.6160]
    “The CERN-OPERA experiment claims to have measured a one-way speed of neutrinos that is apparently faster than the speed of light c. One-way speed measurements such as these inevitably require a convention for the synchronisation of clocks in non-inertial frames since the Earth is rotating. We argue that the effect of the synchronisation convention is not properly taken into account in the analysis of and may well invalidate their interpretation of superluminal neutrino velocity.”

  23. @mọi người: chào tất cả , mình là newbie , mình tự nhiên xuất hiện câu hỏi hơi ngờ nghệch (🙂 ) : trong công thức $v = v_0 + at$ thì nếu a>0 , sau một thời gian đủ lớn v>c .
    hì , em ngờ nghệch thật chả hiểu sao , ai giúp em chỉ ra chỗ sai ngớ ngẩn này với hic

    • Công thức của bạn chỉ dùng được trong giới hạn của cơ học cổ điển, nôm na là khi v còn rất nhỏ so với c (v<<c).
      Giới hạn ở đâu? Nhỏ hơn là nhỏ ở mức nào?
      Giới hạn ở khi nó còn đúng, nhỏ ở mức mà nó còn được coi là đúng, vậy thôi😀

    • Bạn cho ví dụ một vật chuyển động với gia tốc a. Tay hãy dừng lại suy nghĩ làm thế nào để vật có thể chuyển động như thế. Muốn có gia tốc thì phải có lực. Để cho cụ thể, ta xét một hạt mang điện tích chuyển động trong một điện trường không đổi. Lúc đó lực tác dụng lên hạt F là không đổi.

      Như thế xung lượng của hạt sẽ tăng tuyến tính theo thời gian: p=p_0+Ft. Cái này đúng cả trong cơ học Newton lẫn Einstein.

      Trong cơ học Newton, vận tốc liên quan đế xung lượng như sau: v=p/m. Do đó mà ta có chuyển động với gia tốc đều: v=v_0+at, trong đó a=F/m.

      Nhưng trong thuyết tương đối thì mối liên hệ giữa vận tốc và xung lượng lại phức tạp hơn:

      v=\displaystyle{\frac{pc^2}{\sqrt{p^2c^2+m^2c^4}}}

      Theo công thức này bạn có thể thấy p có tăng đến giời thì v vẫn nhỏ hơn c.

      • Nếu thế này thì sao ạ: Ta có 1 bánh xe, nếu bán kính bánh xe đủ lớn thì khi quay bánh xe quanh trục với 1 tốc độ góc nào đó, rìa của bánh xe sẽ chuyển động với vận tốc dài lớn hơn vận tốc ánh sáng.? Em thử thay số: bánh xe r=1000km, tốc độ góc 300 rad/s thì vận tốc dài là 300000km/s.
        Nghe cũng có lí, nhưng em nghĩ là so sánh vận tốc dài kia với vận tốc ánh sáng có vẻ không ổn hoặc là năng lượng cung cấp cho bánh xe sẽ vô cùng lớn.
        [Cái bánh xe này cũng giống kiểu Archimedes đòi nâng Trái Đất]^^

  24. Chào bạn, theo mình nghĩ thì special relativity sử dụng inertial frame of reference và trong đó các vật chuyển động với gia tốc bằng 0.
    “In physics, an inertial frame of reference (also inertial reference frame or inertial frame or Galilean reference frame) is a frame of reference that describes time homogeneously and space homogeneously, isotropically, and in a time-independent manner.[1]
    All inertial frames are in a state of constant, rectilinear motion with respect to one another; they are not accelerating (in the sense of proper acceleration that would be detected by an accelerometer). Measurements in one inertial frame can be converted to measurements in another by a simple transformation (the Galilean transformation in Newtonian physics and the Lorentz transformation in special relativity). In general relativity, an inertial reference frame is only an approximation that applies in a region that is small enough for the curvature of space to be negligible.[2][3]
    Physical laws take the same form in all inertial frames.[4] In a non-inertial reference frame the laws of physics depend upon the acceleration of that frame of reference, and the usual physical forces must be supplemented by fictitious forces.[5][6] For example, a ball dropped towards the ground does not go exactly straight down because the Earth is rotating.” (nguồn: wikipedia)
    Trường hợp của bạn là chuyển động với gia tốc, tức là bạn phải xét trong locally inertial frame. Khi đó mọi định luật vật lý vẫn dc bảo toàn trong hệ quy chiếu đó.
    (em có gì sai sót thì xin các thầy và các anh chị chỉnh sửa giúp và bỏ quá cho em ạ).

  25. Chào mọi người, en có thiển ý thế này. Thuyết tương đối của Einstein được xây dựng dựa trên 2 tiên đề, trong đó có tiên đề về vận tốc ánh sáng trong chân không. Tiên đề đấy phủ nhận sự tồn tại của vận tốc truyền tín hiệu hay vật chất lớn hơn vận tốc ánh sáng (trong chân không). Như vậy nếu đem thuyết tương đối mà đi giải bài toán này e không được hợp lý.
    Thứ hai, em nghĩ nếu giả sử tồn tại vận tốc siêu ánh sáng của neutrino thì có nghĩa lúc này thuyết tương đối của Einstein sai. Cái mà ta nói về việc quay ngược thời gian và vi phạm nguyên lý nhân quả là đứng trên quan điểm của thuyết tương đối. Như vậy, nếu chuyển động với vận tốc siêu ánh sáng đấy thì cũng chưa chắc là vi phạm nguyên lý nhân quả hay có thể quay ngược lại thời gian. Lúc này lại có một lí thuyết khác thay thế cho thuyết tương đối thì sao? (em đang giả sử là nếu tồn tại vận tốc siêu ánh sáng, nói thật thì em không tin mấy cái siêu ánh sáng lắm)

  26. Trên báo Frankfurter Allgemeine có bài bài phỏng vấn một người là công tác viên của OPERA nhưng không ký vào bài báo “nhanh hơn ánh sáng”.
    Nguyên bản tiếng Đức: Der Zeitpunkt der Veröffentlichung war verfrüht.
    Bản tiếng Anh của Google translate: The timing of the release was premature.

  27. Cái này bàn luận, tranh cãi và giả thuyết chứng minh cũng nhiều, nhưng chung quy lại vẫn khó thuyết phục rõ cái này đúng hay phản biện vấn đề này đúng, tranh cãi thêm chỉ vô ích thôi, tuỳ mỗi người tin thế nào. Dù gì thì con người chúng ta cũng sống chậm mà.🙂

  28. Trong những câu chuyện như thế này thì ý kiến của các nhà thực nghiệm và kỹ thuật viên – cửu vạn của các phòng thí nghiệm thường đưa lại những thông tin thú vị hơn.

    Cuộc tranh luận sôi nổi trên blog của một chuyên gia IT: http://blog.zorinaq.com/?e=58 trong đo nghi ngờ được tập trung vào một khái niệm rất phổ thông – hệ thống thu thập dữ liệu DAQ. Trong đó hạt nhân là bộ dao dộng chính xác 100Mhz và các phần tử FPGA cùng với các điều kiện liên quan của chúng như tốc độ truy cập bộ nhớ DRAM, sự phụ thộc nhiệt độ …

    Với cơ sở lớn và đội ngũ hùng kỹ thuật hùng hậu của Opera, những câu hỏi kiểu này sẽ được clear một cách dễ dàng nếu được đặt ra chính thức.

    Dù sao, trong khi chờ đợi, câu hỏi vẫn là câu hỏi. Như ai đó đã so sánh hài hước:
    “Knowing a 5-6 CERN engineers I am 99.99% sure the FPGA is fine with 0.01 certainty :)”

  29. Thưa thầy, hôm nay em mới hỏi lại rõ hơn về vụ supernova năm 1987, cô Nicole Bell có nói như sau: do photon có electromagnetic interaction với matter in the supernova nên bị giữ lại trong khi neutrino thì không, nên neutrino có thể tới trái đất trước. Có nhiều trường hợp mà “photons were kept for ages before actually getting out of the supernova”. Do đó nếu quả thực tốc độ neutrino lớn hơn ánh sáng, neutrinos phải tới trái đất nhiều giờ trước photons rồi. Cô Nicole nói, có thể 1 lý do nào đó trong quá trình truyền tín hiệu ở OPERA, đã xảy ra hiện tượng electromagnetic interaction between photons and matter khiến tốc độ photons bị chậm lại so với neutrino. Cô cũng có nói, có nhiều người cho rằng, với năng lượng rất lớn như 17GeV có thể electromagnetic interaction đó sẽ bị ảnh hưởng, nhưng chưa có thực nghiệm nào chứng minh được là với năng lượng rất lớn ~ GeV thì kết quả có thể bị thay đổi. Do đó qua thí nghiệm của OPERA chúng ta chưa nói được gì, mà phải chờ LHC, với năng lượng ~ TeV mới có thể có lời giải đáp được. Ngoài ra cô em có giới thiệu cho em bài báo của Sheldon Glashow, “New Constraints on Neutrino Velocities” http://arxiv.org/pdf/1109.6562, ở trang 4 ông có viết: “Using the expression for 􀀀 above we may also establish that any superluminal neutrino with the velocity claimed by OPERA of any specific initial energy much greater than 12.5 GeV has a negligible probability of arriving at the Gran Sasso without having lost most of its energy.The observation of neutrinos with energies in excess of 12.5 GeV cannot be reconciled with the claimed superluminal neutrino velocity measurement.”. Vậy thì nếu thực sự neutrino có tốc độ nhanh hơn ánh sáng, thì sẽ bị mất hết năng lượng trước khi tới đích, do đó khả năng v(neutrino) > c là không hợp lý.
    Thầy cho phép em hỏi thêm, vì chúng ta có hiện tượng neutrino oscillation, nếu các neutrino trong thí nghiệm oscillate between electron-neutrino, tau-neutrino & muon neutrino thì sao ạ? Làm sao nhận biết được neutrino nhận được đúng là neutrino phát ra, trong trường hợp chúng interconvert?
    Ngoài ra, liệu locality có còn đúng ở đây không ạ? Có khi nào vì những phép đo đã làm sai lệch kết quả, giống như ví dụ về Schodinger’s cat và Young double slits? (Dù các lý thuyết về Quantum Mechanics không còn đúng trong large scale, nhưng liệu có 1 lý do nào tương tự như vậy ko ạ? Nghĩa là chúng ta không thể có locality trong trường hợp trên?)

    • Tôi thấy hơi khó tin là neutrino bị giữ lại do tương tác điện từ. Siêu tân tinh là một quả cầu lửa rất đục đối với photon, nên photon bị giữ lại trong đó một thời gian mới thoát ra được là bình thường. Chứ còn ở OPERA thì cơ chế như thế nào?

      Theo tôi hiểu thì thí nghiệm OPERA vốn được design để tìm oscillation từ mu neutrino sang tau neutrino, nhưng họ không may là chênh lệch khối lượng bình phương quá nhỏ để họ có thể đo được oscillation này. Nhưng thực ra có oscillation thế nào thì cũng không thể chạy nhanh hơn ánh sáng được.

      Còn nếu về cơ học lượng tử, tôi không hiểu ý bạn khi bạn bảo nó không còn đúng trong large scale?

      • Dạ em nghĩ có lẽ thầy hiểu nhầm ý em rồi ạ. Ý em là photon được giữ lại trong tương tác điện từ một thời gian lâu nên đến đích sau neutrino. Cô Nicole chỉ đặt giả thuyết là trong thí nghiệm ở OPERA thì photon đã bị tương tác điện từ giữ lại.
        Còn về locality thì em thắc mắc, bởi theo Quantum Mechanics, particles entangled to each other – “something we do over here (such as measuring certain properties of particles) can be subtly entwined with something over there (such as the outcome of certain properties of another distant particle” (Brian Greene), which violates with Einstein’s theory of relativity. Trong trường hợp này (với khoảng cách lớn) em nghĩ chúng ta phải sử dụng relativity để tính toán (tức là vẫn tuân theo locality). Nhưng vì em vẫn tin là neutrino không vượt qua được tốc độ ánh sáng, vậy thì có khi nào những sai lệch (nếu có) trong phép đo, là do một hiện tượng/tính chất nào đó tương tự như hiện tượng non-locality như ở trong Quantum Mechanics không?

  30. “New theories emerge to disprove OPERA faster-than-light neutrinos claim:
    The first is by Carlo Contaldi of Imperial College London;
    The second is by Andrew Cohen and Sheldon Glashow.”
    Full story is available at:
    http://www.physorg.com/news/2011-10-theories-emerge-opera-faster-than-light-neutrinos.html

    • Về bài của Cohen và Glashow mà bạn và jonipham nói đến thì bản chất vấn đề là như sau. Nếu bạn có một chiếc máy bay bay vượt tốc độ âm thanh thì ta sẽ nghe thấy tiếng nổ rất to do sóng xung kích (ví dụ xem ảnh này). Hai tác giả trên nhận ra rằng nếu neutrino chuyển động trong môi trường mà tốc độ của các hạt khác (như electron) nhỏ hơn tốc độ ánh sáng thì nó có thể phát ra các hạn đấy (như máy bay phát ra âm thanh) và mất năng lượng rất nhanh. Các tác giả tính toán và thấy neutrino với năng lượng lớn hơn 12.5 GeV không thể bay 730 km được, thế mà OPERA vẫn thấy những neutrino này.

    • One of these theories has been published in PRL
      Pair Creation Constrains Superluminal Neutrino Propagation
      by Andrew G. Cohen and Sheldon L. Glashow
      http://prl.aps.org/abstract/PRL/v107/i18/e181803

      • A paper entitled “Testing the OPERA Superluminal Neutrino Anomaly at the LHC” written by Hooman Davoudiasl and Thomas G. Rizzo has been accepted for publication by PRD [Rapid Communications section]

        “The OPERA collaboration has reported the observation of superluminal muon neutrinos, whose speed $v_\nu$ exceeds that of light $c$, with $(v_\nu – c)/c \simeq 2.5 \times 10^{-5}$. In a recent work, Cohen and Glashow (CG) have refuted this claim by noting that such neutrinos will lose energy, by pair-emission of particles, at unacceptable rates. Following the CG arguments, we point out that pair-emissions consistent with the OPERA anomaly can lead to detectable signals from decays of highly boosted top quarks at the LHC, allowing an independent test of the superluminal neutrino hypothesis.”

        A free version of this paper is available at http://arxiv.org/abs/1110.0821

  31. Chắc anh Sơn và nhiều người đã đọc bài sau đây rồi.
    Faster-than-Light Neutrino Puzzle Claimed Solved by Special Relativity
    http://www.technologyreview.com/blog/arxiv/27260/
    http://arxiv.org/abs/1110.2685

    Anh có ý kiến gì không ạ?

  32. Superluminal neutrinos and extra dimensions: constraints from the null energy condition
    “In light of the recent results from the OPERA collaboration, indicating that neutrinos can travel superluminally, I review a simple extra-dimensional strategy for accommodating such behavior; and I also explain why it is hard in this strategy to avoid violating the null energy condition somewhere in the extra dimensions.”
    By Steven S. Gubser
    http://arxiv.org/abs/1109.5687
    http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037026931101272X

  33. Contested ‘faster-than-light’ experiment yields results
    “A fiercely contested experiment that appears to show the accepted speed limit of the Universe can be broken has yielded the same results in a re-run, European physicists said.”
    Full story: http://www.physorg.com/news/2011-11-contested-faster-than-light-yields-results.html
    See also the second version of the paper written by OPERA collaboration at: http://arxiv.org/abs/1109.4897

  34. “BREAKING NEWS: Error Undoes Faster-Than-Light Neutrino Results
    by Edwin Cartlidge on 22 February 2012.
    It appears that the faster-than-light neutrino results, announced last September by the OPERA collaboration in Italy, was due to a mistake after all. A bad connection between a GPS unit and a computer may be to blame.”
    Full story: http://news.sciencemag.org/scienceinsider/2012/02/breaking-news-error-undoes-faster.html

  35. Thưa thầy, em xin mạn phép hỏi thầy một vấn đề liên quan đến nhanh hơn ánh sáng, du hành vượt thời gian và quan niệm về tính đồng thời.

    Em chưa hiểu thật sâu về thuyết tương đối nhưng có được những kiến thức nền tảng, nên có gì điều chưa phải mong thầy chiếu cố chỉ dạy cho. Vấn đề của em như sau:

    Ta biết hàng ngày ta quan sát những ngôi sao là đang nhìn vào quá khứ của chúng. Giả thiết rằng ta đang quan sát ngôi sao A cách ta 3 tỉ năm ánh sáng. Giả sử bằng một cách di chuyển nào đó mà chỉ mất 1 giây, từ hiện tại ta tới được ngôi sao A. Vậy khi đến nơi phải chăng hiển nhiên ta sẽ được chứng kiến những gì đang diễn ra ở ngôi sao A giống hệt với những gì ta quan sát ở trái đất, tức là ta đã đi ngược về quá khứ 3 tỉ năm của sao A? Và nếu ta tiếp tục quay trở về trái đất cũng chỉ trong 1 giây, thì ta cũng đã ngược về quá khứ của trái đất khoảng thời gian 6 tỉ năm (khi chưa hình thành cả thái dương hệ) đúng ạ?

    Từ đây em thấy một vấn đề rất đáng xem xét của thuyết tương đối (TTD) đó là quan niệm về sự đồng thời. TTD cho rằng đồng thời chỉ là khái niệm tương đối giữa các hệ quy chiếu. Có thể 2 sự kiện xảy ra đồng thời với người này nhưng người khác ở hệ quy chiếu khác lại không thấy như vậy.
    Em đã nghiên cứu nhiều ví dụ trong các tài liệu và em nhận thấy, phải chăng TTD đánh đồng sự đồng thời xảy ra của các sự kiện với sự đồng thời mà một người quan sát được các sự kiện đó?

    Một ví dụ trong cuốn Cơ sở vật lý của David Haliday có mô tả về Sam và Sally đứng trên 2 toa tàu dài, 1 toa tàu cố định và 1 toa chuyển động với vận tốc lớn cỡ c, theo phương song song với chiều dài toa. Hai thiên thạch bất ngờ va chạm vào 2 toa tàu đó, 1 va chạm vào đầu toa và 1 cuối toa, làm sáng lên các tín hiệu đèn tại 2 đầu toa (thời điểm đó 2 toa đang bằng nhau về điểm đầu và điểm cuối). Tác giả phân tích Sam đứng chính giữa trên toa tàu đứng yên sẽ nhận được tín hiệu điện từ từ 2 đầu toa tới và thấy chúng đồng thời với nhau còn Sally ở toa chuyển động, sẽ bắt được tín hiệu một đầu sớm hơn và đầu kia muộn hơn, dẫn đến Sally cho rằng 2 sự kiện không đồng thời.

    Vậy phải chăng TTD cho rằng sự đồng thời của các biến cố chính là sự đồng thời của việc quan sát thấy những biến cố đó? Vậy phải chăng sự tương đối của tính đồng thời hiểu theo TTD cũng giống như một người quan sát ở TĐ quan sát thấy sự việc xảy ra ở TĐ đồng thời với những gì họ quan sát được ở sao A và khác với người đứng ở sao A quan sát các sự kiện ở TĐ và sự sai lệch thời gian biến cố của 2 người này là 6 tỉ năm?

    Nếu như vậy thì em cho đây thực sự là một quan điểm sai lầm. Bởi chúng ta hoàn toàn có thể tuyệt đối hóa sự đồng thời bằng một phương cách đơn giản. Tồn tại một thanh cứng dài bằng khoảng cách giữa Trái Đất và ngôi sao A, sao cho thanh tiếp xúc với bề mặt 2 thiên thể này giống như ta kê chiếc bút bi lên 2 chiếc bút bi khác đặt vuông góc với nó vậy. Bằng cách nào đó ta nhấc thanh này lên sao cho nó cách bề mặt của 2 thiên thể 1 khoảng bằng nhau và đặt tịnh tiến nó xuống vị trí cũ. Lúc này việc sự kiện thanh va chạm với 2 thiên thể là đồng thời và tuyệt đối. Người quan sát ở các vị trí khác nhau có thể thấy chúng lệch nhau đến 3 tỉ năm, hay những người đang di chuyển với vận tốc ~ c có thể thấy 2 sự kiện không đồng thời, nhưng sự thật tuyệt đối là chúng vẫn xảy ra đồng thời, khác nhau chỉ là những gì họ quan sát được khác nhau mà thôi. Giống như âm thanh vậy, 2 quả bom nổ cùng lúc nhưng nếu chúng cách nhau đủ xa, sẽ có người thấy nghe thấy những âm thanh không đồng thời với nhau. Và điều tương tự xảy ra với ánh sáng. Điều em không hiểu là tại sao TTD lại ngộ nhận những gì họ quan sát được với những gì thật sự diễn ra?

    Em có một suy nghĩ, (cứ cho là do em chưa thật sự hiểu sâu, nhưng rất cần được chỉ giúp) là sự đồng thời luôn luôn là tuyệt đối, tương đối chỉ là những tín hiệu mà chúng ta quan sát được. Từ khi âm thanh có vận tốc, con người dễ dàng nhận ra tiếng sấm tới muộn hơn tia sét. Nhưng kì thực chúng vẫn xảy ra đồng thời. Thì bây giờ ánh sáng cũng tương tự như âm thanh vậy. Chúng cũng có vận tốc lan truyền và đơn giản, chúng chỉ được bức xạ hoặc phản xạ từ sự kiện đó mà thôi chứ không đại diện cho sự tồn tại của sự kiện đó.

    Do vậy trở lại với câu chuyện du hành vũ trụ với vận tốc lớn hơn nhiều vận tốc ánh sáng em mở ra ở đầu bài viết, em mạo muội cho rằng, nếu ta từ TĐ có thể đi với vận tốc đủ lớn để tới sao A trong 1 giây, ta sẽ vẫn chứng kiến những gì xảy ra ở sao A ở thời điểm hiện tại giống như ở TĐ và khi ta quay về với vận tốc đó, ta vẫn sẽ được gặp lại TĐ thân yêu hệt như lúc mà ta khởi hành. Và câu chuyện của việc đi nhanh hơn ánh sáng, em cũng mạo muội cho rằng, sẽ có những kết quả đơn thuần là hệt như đi nhanh hơn âm thanh, thay vì ta được nghe một bản nhạc chạy lùi, thì ta nhìn thấy mọi thứ giật lùi về thời gian. Nhưng đó chỉ là những thứ ta nhìn thấy trên đường ta đi, còn khi ta đến nơi, dừng lại để quan sát, thì mọi thứ đã khác, nó không còn là cái mà ta quan sát thấy khi chuyển động nữa, cũng tương tự như âm thanh vậy.

    Sẽ là niềm vinh hạnh lớn nếu những thắc mắc của em được thầy quan tâm và giải đáp. Xin cảm ơn thầy.

    Thien Thach.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s