Dávid Gyula kérdések

[dgy]

SzZoli:

A p-neutron megtévesztő megnevezés (használják?) a protonra, a beta felesleges, mert a positront már leírták.

Nem stimmel! Nincs olyan, hogy p-neutron!

Az előző válaszomban elkerülte a figyelmedet, hogy helyes volt a sejtésed, a kötőjel helyett nyilat kell írni:

p(roton) -> neutron + beta (ez igazából a pozitron) + neutrínó

Na ez így a közönséges pozitív béta-bomlás, ahol minden töltés megmarad.

Amit a proton elbomlásának hívunk, az más, abban nem keletkezik neutron:

proton -> pozitron + néhány semleges részecske (elméletfüggően)

Ezt a folyamatot negyven éve keresik (nem gyorsítókban: nagy tartályban sok víz van, benne sok proton, talán egyszer elbomlik az egyik, mi meg kukkolunk) - de még nem sikerült megfigyelni. Innen tudunk határt adni a felezési időre: ha kb 10^31 év lenne, akkor már észleltük volna.

dgy

[Rigel]

Sokat gondolkodtam azon, hogy ha a proton - még ha hosszú felezési idővel is - bomlékony, akkor miért nem lehet gyorsítóban, ahol plusz energiát adhatunk neki, szétszedni, olyan módon, ahogy majd természetesen le fog bomlani.

Gyorsítóval is szét lehet szedni a protont, de az egy teljesen más folyamat. A részecskegyorsítók ugyanis - ahogy a nevükben is szerepel - plusz energiát adnak a részecskéknek, hogy megnézzék hátha csinál valami érdekeset. A nagy, ütköztetésre készült gyorsítókban például a plusz mozgási energiából (ami nagyságrendekkel meghaladja magának a részecskének a tömegét) a részecske-állatkert különféle tagjait próbálják előállítani, amikor is szerterepül az ütközés "törmeléke". Energiamegmaradás ilyen kicsiben azért létezik, így a "törmelék" összenergiája azonos az ütköző részecskékével. Ha pedig egy nagyon nagy tömegű/energiájú ritka részecskét keresünk, akkor olyan energiájú részecskéket kell egymásnak vezetni, hogy négy-ötször meghaladja a keresett új részecske igényét, máskülönben esélye sincs, hogy felbukkanjon néha a "törmelék" között.

A spontán protonbomlás egy teljesen más energiájú folyamat. Ha plusz energiát rakunk be, akkor csak elrontjuk magát a keresett reakciót. Így marad az, hogy megvárjuk, hogy a proton maga elbomoljon. Szerencsére ez egy statisztikailag szabályszerű folyamat (már ha létezik), ami ad egy lehetőséget a vizsgálatára. Ha nagyon ritka eseményt vizsgálunk, akkor a bekövetkezésére való várakozási időt beválthatjuk a vizsgált objektumok darabszámára. Ugyanazt a végeredményt kapjuk, ha nagyon sok protont figyelünk meg rövid ideig, mintha egyet figyelnénk sokáig. És mivel a közönséges anyagban is nagyon-nagyon sok proton van, ha egy elég nagy rendszert összeállítunk a vizsgálatra, akkor abban záros határidőn belül be kell következnie egy eseménynek. Ahogy dgy is írta, jó nagy tartály folyadékokban már érdemes protonbomlást keresni. Persze rengeteg technikai problémája van a kivitelezésnek, azon kívül nagyon drága is, és egyáltalán nem olyan látványos, mint az LHC működése. Eddig csak negatív eredmények vannak, amik alsó határt adtak a protonbomlás felezési idejére. Ha a meglévő rendszerek üzemeltetésére van pénz, akkor az idő előrehaladtával folyamatosan emelkedik ez a határ, vagy esetleg megtörténik az esemény, ami biztossá teszi a keresett adatot. Arra viszont szerintem jelenleg nincs pénz, hogy még nagyobb rendszereket építsenek, amikben rövidebb idő alatt egy jóval nagyobb felezési idő igazolható lenne, mert ilyen gazdasági környezetben ki az a marha, aki arra ad pénzt, hogy valószínűleg évekig ne történjen semmi egy többszáz-millió dolláros hiperszuper kutatótartályban?

[SzZoli]

Gyorsítóval is szét lehet szedni a protont

Nyilvánvaló, az LHC is részben ezt csinálja (amikor nem ólom-atommagokat ütköztet).

A spontán protonbomlás egy teljesen más energiájú folyamat. Ha plusz energiát rakunk be, akkor csak elrontjuk magát a keresett reakciót.

Persze, gyorsítóban nem spontán bomlik a proton, hiszen szándékosan adunk neki energiát. Az én kérdésem az volt, hogy gyorsítóban sikerült-e olyan bomlást megfigyelni, ami az elméletek szerint spontán történik meg?

[dgy]

SzZoli:

Persze, gyorsítóban nem spontán bomlik a proton, hiszen szándékosan adunk neki energiát.

A proton nem energiabefektetés hatására bomlik el. Mi több, a gyorsítóban egyáltalán nem is bomlik el! Szétesik alkotórészeire - kvarkokra és gluonokra -, emellett új kvark-antikvark párok és új gluonok keletkeznek, aztén ezek a elemi részecskék más módon csoportosulva állnak össze új összetett részecskékké, köztük új protonokká, antiprotonokká, pionokká és más mezonokká, végül ezek közül az instabilak elbomlanak. Ezt a folyamatot nem tekintjük a proton bomlásának.

Mint már többször megírtuk, a proton (feltételezett) bomlása az a folyamat, amikor a barionszám- és a leptonszám-megmaradás szabályát megsértve a protont alkotó kvarkok leptonokká alakulnak. Ez spontán folyamat, és nem függ a külső energiabefektetéstől, tehát a proton gyorsításától. Azért kell rá sokat várni, mert közben ideiglenesen létre kell jönnie egy GUT-bozonnak (azaz a Nagy Egyesített elméletek valamelyike által feltételezett közvetítő részecskének), ennek nagy a tömege, ezért a keletkezésének kicsi a valószínűsége. Ezt a valószínűséget nem tudjuk növelni a proton gyorsításával, mert a gyorsítás más szabadsági fokoknak ad energiát.

Az én kérdésem az volt, hogy gyorsítóban sikerült-e olyan bomlást megfigyelni, ami az elméletek szerint spontán történik meg?

Erre is többször megírtuk, hogy NEM. De ezen nem is kell csodálkozni. Egy spontán, adott valószínűségű folyamat gyakoriságát úgy növelhetjük, hogy sok anyagot figyelünk meg. A gyorsítókban mikrogrammnyi vagy még kevesebb proton száguldozik. Egyedi bomlásuk valószínűsége épp annyi, mint ha állnának. Ezért sokkal célszerűbb egy nagy tartályban levő sok tonnányi víz rengeteg álló, nem gyorsított protonját figyelni, hátha valamelyik elbomlik. Mint megírtuk, eddig még egyetlen ilyen jól dokumentált esetet sem sikerült megfigyelni, pedig negyven éve várnak rá. Hát akkor miért gondolnánk azt, hogy a gyorsítókban, a sokkal kisebb anyagmennyiség és a zavaró háttéresemények mellett megfigyelhettünk volna ilyesmit?

A dolog lényege az - és ezt kéretik jól megjegyezni -, hogy a gyorsítókban a proton átalakulása, de nem bomlása játszódik le. Ez egészen más folyamat (ha egyáltalán létezik).

Szerintem a témát túltárgyaltuk, zárjuk le.

dgy

[Tuarego]

1/ Az "információ" nem fizikai mennyiség.
2/ A fizikában nem létezik "információ-megmaradási törvény".
3/ Nem létezik az "úgynevezett memórium" nevű anyagfajta. Az információnak semmi köze a "sötét anyaghoz".
dgy

Kiegészíteném ezt még azzal, hogy mi is tulajdonképpen az információ.
Legáltalánosabb értelemben én a rendszerelméleti meghatározását tartom legjobbnak, miszerint az információ nem más, mint a rendszer szerveződési mintázata (Stonier nyomán).
Ebből adódik, hogy az információ valóban nem fizikai mennyiség, de azért egy virtuálisan létező valami, ami a rendszerek viselkedésében felfedezhető. Továbbá az is következik a meghatározásból, hogy információ keletkezhet, szaporodhat, eltűnhet; hiszen a szerveződési mintázatok bonyolódhatnak, vagy akár meg is szűnhetnek.

5/ Az információ különböző fajtáiról, ezek egymáshoz való viszonyáról, keletkezéséről, felhalmozódásáról stb érdemes elolvasni Csányi Vilmos: "Az evolúció általános elmélete" (Akadémiai Kiadó, 1979) című könyvét.

Még részletesebben van kifejtve az elmélet a későbbi kiadásban: (Csányi Vilmos: Evolúciós rendszerek - Az evolúció általános elmélete (Gondolat Kiadó 1988).

Csányi szerint - egyszerűsítve - az evolúció nem más, mint a replikatív információk halmozódása.
Az információk között ugyanis különleges szerepet töltenek be azok, amik elősegítik egy rendszer szerveződési mintázatának megismétlődését (replikációját). Ez a replikatív információ, ami minden evolúciós folyamatnak az alapja. Az általános evolúciós elmélet fontos következtetése, hogy ezen replikatív információk halmozódása nemcsak az ismert biológiai rendszerek sajátja, hanem egyéb anyagi rendszerekben is halmozódhat a replikatív információ, tehát képesek evolúcióra.

Érdekes kérdés, hogy maga az Univerzum is evolúcióképes rendszer-e? Csányi elmélete alapján nem lehet kizárni, hogy az.

Ezzel foglalkozik Lee Smolin Life of the Cosmos (A kozmosz élete) c. könyvében, ahol fekete lyukak sorozatos keletkezéből létrejövő "univerzumokat" feltételez, melyek mindegyikében mások a fizikai alapértékek, s ezek evolúciója "termeli ki" azt a világot, amiben éppen mi vagyunk, s ami alkalmas a magasabb szintű szerveződésre, az élet és az intelligencia kialakulására.

[dgy]

(Stonier nyomán)

Stoniert ne emlegessük, volt szerencsém előzetesen lektorálni - abban a könyvben több a tudományos szarvashiba, mint az információ...

Ezzel foglalkozik Lee Smolin Life of the Cosmos (A kozmosz élete) c. könyvében

A Smolin-féle "kozmoevolúciós" modellnek ugyanaz az alapvető baja, mint Lovelock "Százszorszép-világ" nevű önstabilizáló planetológiai-biológiai modelljének: önkényes feltételezések, véletlenszerű egybeesések kellenek a modell működéséhez. Az utóbbiban előre fel kell tételezni, hogy a sötét virágú százszorszépek a hideg éghajlatot szeretik, a világosak meg a meleget. Ebben az esetben a rendszer valóban stabilizálja a bolygó éghajlatát. De ha a virágok ízlése (korábbi lokális evolúciós történetükből következően) éppen fordított, akkor a rendszer megszalad a forró üvegház (Vénusz) vagy a jeges hógolyó irányába...

A Smolin-féle modellben azt kell feltételezni, hogy az az univerzum, ami nagyobb számban termel fekete lyukakat, és ezeken keresztül új, kissé mutáns bébiuniverzumokat, egyben alkalmasabb az életre, ezáltal biológiai evolúcióra is. Márpedig ezt a két tulajdonságot csak igen erőltetetten lehet összekapcsolni, a kapcsolat semmiképpen sem nevezhető szükségszerűnek és magától értetődőnek. A modellből tehát csak az következik, hogy ha fennállnak a Csányi-féle feltételek, azaz az univerzumok a fekete lyukakon keresztül "szaporodnak", eközben átadódik valami információ (mondjuk a fizikai törvények alakja és a fizikai állandók hozzávetőleges értéke), ugyanakkor ez az információ "mutálódni" is képes, azaz a bébiuniverzumban a fizikai állandók kissé eltérnek az anyauniverzumban felvett értékektől - tehát e feltételek fennállása mellett a "meta-univerzumban" vagy "multiverzumban" idővel elszaporodnak a sok fekete lyukat, és így sok utódot produkáló univerzumok, ezért a fizikai állandók "átlagolt" értéke eltolódik az ehhez szükséges irányba. Hogy egy ilyen "bébiontó" univerzumot "fejlettnek", "komplexnek", esetleg "élőnek" nevezünk-e, az részben izlés, részben biológiai elfogultság kérdése.

De az már egyáltalán nem következik a modellből, hogy az így elszaporodó univerzumok egyben "antropikus" szempontból is kitüntetettek lesznek, azaz alkalmasabbak lennének az életre (az univerzumon belüli lokális, ám tartós komplexitás-növekedés, negentrópia-termelés kialakulására, a helyi evolúciós folyamatok megindulására és megszaladására), mint a korábban domináns univerzumok. Tehát ez az okoskodás valójában nem magyarázza meg a kémiai és biológiai evolúció kozmikus előfeltételeit, az antropikus problémakört - mikozben ragyogóan példázza a Csányi-féle általános evolúcióelmélet valóban általános, kozmikus alkalmazhatóságát.

dgy

[SzZoli]

Köszönöm a válaszokat.
Sajnos, van még kérdésem, más témában, ami régóta foglalkoztat. Most felteszem.

Szó volt róla (előadásokon, stb.), hogy szupernóva-robbanás során a visszahulló csillaghéj a belülről jövő neutrínókkal ütközve felforrósodik, kilökődik, mert az ott lévő speciális körülmények ezt lehetővé teszik.

Mik ezek a speciális körülmények?

Ha a neutrínósugár több száz fényév vastagságú ólomfalon áthaladva feleződik meg, hogy "foghatja meg" jelentős részét az a csillagburoknyi, nagyságrendekkel kevesebb anyag?

[Rigel]

A trükk itt is a sűrűségben van. Esetünkben a neutrínósűrűségben. Olyan mennyiségben jön létre a kollapszusos szupernóvánál elektron-neutrínó, hogy legyen bármilyen kicsi a neutrínó gyenge kölcsönhatásának a valószínűsége, a töredékrész is nagyszámú neutrínót jelent, amelyek az említett fizikai hatásokat okozzák.

[SzZoli]

Tehát arányaiban nem hat kölcsön több neutrínó, mint adott anyagmennyiséggel más körülmények között.

[dgy]

Rigel:

A trükk itt is a sűrűségben van. Esetünkben a neutrínósűrűségben. Olyan mennyiségben jön létre a kollapszusos szupernóvánál elektron-neutrínó, hogy legyen bármilyen kicsi a neutrínó gyenge kölcsönhatásának a valószínűsége, a töredékrész is nagyszámú neutrínót jelent, amelyek az említett fizikai hatásokat okozzák.

SzZoli:

Tehát arányaiban nem hat kölcsön több neutrínó, mint adott anyagmennyiséggel más körülmények között.

A helyzet cifrább. Egyrészt kissé több neutrinó hat kölcsön, mint normál körülmények között, mert a kölcsönhatás valószínűsége (az ún. hatáskeresztmetszet) energiafüggő, és a szupernova magjában igen nagy energiájú neutrinók keletkeznek.

De a lényeg mégsem ez, hanem a sűrűség. Mégpedig nem csak a neutrinók sűrűsége (bár az is nagy), hanem a vele szemben mozgó, a csillag magja felé zuhanó csillaganyagé, ami lényegében már atommagsűrűségűre tömörödött össze, mire beért a központi zónába. Hiába kicsi az egyes neutrinók és az egyes atommagok kölcsönhatásának valószínűsége, hiába mérhető a neutrinók szabad úthossza száz fényévekkel a normál sűrűségű anyagban - itt olyan szupersűrű anyagban halad a neutrinósugárzás, hogy a szabad úthossz kb száz méterre csökken. És mivel a kérdéses zóna (a sűrű csillagmag) mérete kb 10 km, ezen áthatolva gyakorlatilag az összes neutrinó elnyelődik. (Az 1987-es szupernova robbanása nyomán a Földön is észlelt neutrinók nem a robbanásnak ebben a szakaszában keletkeztek, hanem kicsit korábban, amikor a csillaganyag még kisebb sűrűségű, ezért gyakorlatilag átlátszó volt, és így a neutrinók akadálytalanul elhagyhatták a csillagot.) Az elnyelődő neutrinók sugárirányú impulzusa átadódik az atommagoknak, azok lefékeződnek és elindulnak ellenkező irányba, kifelé. Ezt szokták lírai módon úgy kifejezni, hogy a befelé zuhanó anyag "visszapattan" a kemény csillagmagról. Ez igaz, de hozzá kell tenni, hogy a "kemény csillagmag" lényegében a sugárirányú neutrinósugárzást jelenti, és a folyamat csak akkor indul meg, amikor a befelé hulló anyag elég sűrű lesz ahhoz, hogy lényegében az összes neutrinót elnyelje.

A szupernova-robbanás fizikájáról és az izgalmas részletekről szól "Az atomoktól a csillagokig" sorozat kilencedik évfolyamának első előadása, szeptember 19-én csütörtökön 17 órakor az ELTE lágymányosi északi tömbjében. Részletes program (hamarosan): http://www.atomcsill.elte.hu

dgy