Сверхновая SN1987A: Прямое измерение скорости света?
Nikitin Aleksandr Никитин А. П. E-mail: anikitinaaa@mail.ru
Abstract Джеймс Френсон (James Franson) из University of Maryland в журнале New Journal of Physics опубликовал статью [1], в которой, ссылаясь на наблюдения за сверхновой звездой SN1987A, полагает, что фотоны могут замедляться в связи с эффектом вакуумной поляризации. Уважая смелые предположения James Franson о замедлении скорости света, позволим обратить внимание на следующее объяснение этой проблемы, вытекающее из разрабатываемой нами энергетической теории. Мы считаем, что в 7h 35m (23.316 UT) при регистрации сначала нейтринной вспышки и затем оптического наблюдения Supernova 1987A в 10h 24m [23.433UT], произошло фактическое прямое измерение скорости света. В парадигме энергетической теории [10, 11, 12, 13, 14], когда все изменения и взаимодействия в Космосе определяются изменением энергетических характеристик Космоса, в статье рассмотрен следующий вариант: нейтрино и фотоны «вылетели» из взорвавшейся звезды одновременно с одинаковой скоростью, но прилетели на Землю в разное время, нейтрино на 11160s раньше фотонов вследствие изменения энерго-гравитационного потенциала Космоса во времени. Также, результат экспериментов OPERA в разнице в 60 ns между временем прилёта нейтрино и фотонами мы вынуждены признать совершенно возможным. Возможен и следующий наблюдательный космологический эксперимент: после зарегистрированной нейтринной вспышки приблизительно через время [(4;/3-1)H0]1/2Т/С2 секунд (+учёт энерго-гравитационных потенциалов галактик) должна произойти оптическая фотонная вспышка сверхновой звезды, что будет служить и подтверждением энергетической теории.
Keywords: Supernova 1987A, light, neutrino, photon, energy-gravity potential.
1.Introduction 1. Введение 23 февраля 1987 года в местной группе галактик в Большом Магеллановом Облаке на расстоянии ~ 50 кпк (163,0х103св. лет=5,1439 х1012 s) на месте голубого сверхгиганта Sanduleak-1 B31 вспыхнула удивительная сверхновая звезда SN1987A. Хронология открытия: В 2h 52m 36,79s (10357s от 0h 00m 00s) (23.124UT[2, с.726]) «…23.124 февраля Всемирного времени был обнаружен сигнал на Монбланской нейтринной обсерватории. Сигнал состоял из 5 импульсов выше энергетического порога 7МэВ за промежуток 7s. Это согласуется и по энергии, и по продолжительности с предсказаниями стандартных моделей относительно коллапса железного ядра на расстоянии 50кпк. Вероятность случайного совпадения с вспышкой SN1987A равна единице на 104 лет» (телекс К.Кастаньоли из Турина) [2, с.726] В Римской группе на детекторе гравитационных волн на 1,4s раньше Монбланской группы был обнаружен гравитационный сигнал-движение 2300–килограммового стержня. [2, с.727]
2
В 7h 35m (23.316 UT[2, с.726]) (через 16943s после нейтринных вспышек под горой Монблан и за ~3h=10800s? до первого обнаружения на фотопластинке ?) нейтринные обсерватории Kamiokande II, IMB и Баксан зарегистрировали вспышки нейтрино, длившиеся около 13 секунд. «Промежуток энергий был от порога в 7,5 до 36 МэВ» [2, с.727] Это был первый случай регистрации нейтрино от вспышки сверхновой. По современным представлениям, энергия нейтрино составляет около 99% общей энергии, выделяемой при вспышке. По оценкам при вспышке сверхновой SN1987A выделилось порядка 1058 нейтрино с общей энергией 1046 Дж. В 9h 22m ?[23.390UT] (через 6420s после нейтринной вспышки в Kamiokande II, IMB и Баксан) – «Еще раньше (Feb. 23.390UT) А. Джонс не заметил какого-либо объекта с помощью своего поискового телескопа» [3, с.563] - «верхняя оценка блеска по наблюдению А. Джонса (А. Jones) в 9h 22m и открытие радиоизлучения SN1987A» [3, с.564]? В 10h 24m [23.433UT] (через 2h 47m = 10020s после нейтринной вспышки в Kamiokande II, IMB и Баксан) Supernova 1987A достигает звёздной величины V=6,0 , а В 10h 41m [23.445UT] (через 11160s после нейтринной вспышки в Kamiokande II, IMB и Баксан) Supernova 1987A достигает звёздной величины V=6,2– Дж. Джеррад и Р.Х. Мак-Нот обнаружили Supernova 1987A на фотоплёнках. [2, с.726] Энергии нейтрино, зарегистрированные от Supernova 1987A, составили: 5,8–7,8МэВ в LSD, 20-40Mev в IMB, 7,5-35,4Mev в KAMIOKANDE II и массы электронных нейтрино, измеренные от Supernova 1987A, составили от mve <6eV до mve <30eV. Согласно современной теории более энергетичные нейтрино достигают поверности Земли быстрее низкоэнергетичных.
2. Прямое измерение скорости света
James Franson (Джеймс Френсон) из University of Maryland в журнале New Journal of Physics опубликовал статью [1], в которой, ссылаясь на наблюдения за сверхновой звездой SN1987A, полагает, что фотоны могут замедляться в связи с эффектом вакуумной поляризации. Уважая смелые предположения James Franson о замедлении скорости света, позволим обратить внимание на следующее объяснение этой проблемы, вытекающее из разрабатываемой нами энергетической теории. [10, 11, 12, 13, 14] Во-первых, мы считаем, что в 2h 52m 36,79s (10357s) (23.124UT) произошла регистрация гравитационных волн Римской группой и регистрация нейтринных сигналов на Mont Blanc Монбланской нейтринной обсерватории от гравитационного коллапса звезды Sanduleak-1. Во-вторых, мы считаем, что в 7h 35m (23.316 UT) при регистрации сначала нейтринной вспышки и затем оптического наблюдения Supernova 1987A в 10h 24m [23.433UT], произошло фактическое прямое измерение скорости света. Ниже мы объясняем свои выводы. В нашем принципиально нелокальном мире происходит несколько всеобъемлющих космических энергетических процессов, один из которых – массообразование – образование барионной материи, одним из результатов которого в космическом масштабе является изменение энерго-гравитационного потенциала Вселенной во времени, равного в настоящий момент ;t=Сt2. [14] Соответственно, вместе с энерго-гравитационным потенциалом изменяется и скорость света, равная V=(;t)1/2=Сt ;const. Мы предполагаем, что первые нейтринный и гравитационный всплески в 2h 52m 36,79s (10357s) (23.124UT) – это начало процесса гравитационного коллапса звезды Sanduleak-1, когда произошло катастрофическое сжатие железного ядра звезды с обрушением оболочки, «звезда взорвалась внутрь» так, что даже нейтрино не могли покинуть звезду. Через некоторое время, а именно, через 4h 43m , когда по Гамову Г.А. (George Gamow) барионная материя звезды в результате колоссального сжатия превратилась в «тёмную энергию» нейтринного излучения, которое сообщилось оболочке и «спровоцировало» фотонное излучение, и звезда вспыхнула как сверхновая, увеличивая во много раз своё свечение.
3
Необходимо предположить, что в результате этого взрыва нейтринное и фотонное излучение одновременно оторвались от поверхности звезды и выбросили в Космос до 99% вещества звезды. «В отличие от протонов и фотонов, нейтрино могут проходить космологические расстояния во Вселенной практически без поглощения» [5, с.936] «Так как нейтрино стабильны и даже при энергиях Еv >>EGZK ~7х1019 эВ могут проходить космологические расстояния практически без поглощения…» [5, с.959] В парадигме энергетической теории [10, 11, 12, 13, 14], когда все изменения и взаимодействия в Космосе определяются изменением энергетических характеристик Космоса, а именно, - энерго-гравитационного потенциала, рассмотрим следующий вариант: нейтрино и фотоны «вылетели» из звезды одновременно с одинаковой скоростью, но прилетели в разное время: нейтрино на 11160s раньше фотонов. Примем, что разность энерго-гравитационного потенциала Космоса 163,0х103 лет назад в галактике Большое Магелланово Облако (Large Magellanic Cloud) (LMC) составляла ;;T, а в наше время на Земле она составляет ;;с=C2. Учтём энерго-гравитационный потенциал нашей Галактики Млечный Путь (Milky Way galaxy) и LMC galaxy (БМО), а потенциалы галактики Small Magellanic Cloud (SMC) (ММО), the Sun, Луны, Земли не будем учитывать как незначительные второго и третьего порядков. Космический фактор изменения в 1 секунду энергетического потенциала барионной материи в Космосе: ;b=;;/;=H0=2,3655 10-18 , где ;;- изменение энергопотенциала в 1секунду, ; =C2, H0 –постоянная Hubble. Космический фактор изменения в 1 секунду энергетического потенциала «тёмной материи» в Космосе: ;d=;;d/;d=4;/3H0=9,908583 х10-18, где ;;d- изменение энергопотенциала «тёмной материи» в 1секунду, ;d =4;/3 C2=4,18879 C2– энергетический потенциал «тёмной материи», ;tf=T(H0)1/2=5,1439 х1012 s х1,5380 х10-9=7,9114 х103s=7911s. ;tn=T(4;/3 H0)1/2=5,1439 х1012 s х3,1478 х10-9=16,1919 х103s=16192s. Энерго-гравитационный потенциал на орбите Солнца в нашей Galaxy равен VC2=(2,2 х105 )2 =4,84 х1010 м2/с2 =;;G. Гравитационный потенциал барионной материи в центре galaxy LMC равен (влияние galaxy SMC не будем учитывать) ;;БМО=GM/R=6,67384 х10-11х2 1040/4,63 х1019=2,883 х1010 м2/с2. Вероятность того, что Supernova 1987A взорвалась в центре LMC galaxy мала; поэтому примем ~50% ~1/2: ;;БМО =2,883 х1010 м2 /с2.х0,5=1,4415 х1010 м2 /с2 ;;G- ;;БМО=4,84 х1010-1,4415 х1010=3,3985 х1010 м2/с2 Hubble factor для гравитационного потенциала равен ;bG=3,3985 х1010/8,9876 х1016 х5,1439 х1012=0,0736 х10-18 (;bG)1/2=0,2713 х10-9 (;dG)1/2=0,2713 х10-9 х2,0466=0,5553 х10-9 ;tfG=T(;bG)1/2=5,1439 х1012 х0,2713 х10-9=1396s. ;tnG=2856s Теоретическая расчётная разница во времени между прилётом нейтрино и фотонами для Supernova 1987A составляет ;t=(;tn+;tnG)–(;tf+;tfG)=(16192s+2856s) - (7911s+1396s)=19048–9307s =9741s=2h 42m. Разница между наблюдаемыми нейтринными вспышками в 7h 35m (23.316 UT) и последующей оптической фотонной вспышкой в 10h 24m [23.433UT] (когда Supernova 1987A достигает звёздной величины V=6,0) составила 2h 47m (10020s). Нам представляется, что такое «совпадение» говорит в пользу излагаемой нами энергетической теории с переменной скоростью света и нейтрино и совершенно невозможно объяснить в рамках современной парадигмы физической науки, построенной на двух
4
фундаментах теории относительности и квантовой механики с абсолютной константой – скоростью света.
3. Сверхновые звёзды
После Supernova SN1987A самая близкая к Земле Supernova SN2014J, вспыхнувшая 21-22 января 2014 г в М82 galaxy на расстоянии 11млн.св. лет.=11х106св. лет=3500кпк =3,5Мпк. В этой галактике наблюдается интенсивное звёздообразование. Supernova SN1993J – двойная звезда, одна из которых, красный сверхгигант, вспыхнула сверхновой 28 марта 1993 года в спиральной М81 galaxy на расстоянии 3,96 Мпк =12,92 х106св. лет=3961кпк=3,961 Мпк. Supernova SN2011fe в galaxy Messier M101 (NGC5457) открыта 23-24 августа 2011 года на расстоянии 21 св. лет=6439кпк=6,439Мпк. Считается, что она вспыхнула за 12 часов до обнаружения. Supernova SN2011hz – 7 ноября 2011 года. Supernova SN2012A – в январе 2012 года в галактике NGC3239 на расстоянии 25 млн. св. лет =25 х106 св. лет = 7,665 х106пк =7665 кпк =7,67Мпк. Supernova SN2012z–в январе 2012 года на расстоянии 110 млн.св.лет=110х106 св.лет=33730 кпk =33,73 Мпк. Supernova SN2012aw- 16 марта 2012 года на расстоянии 38 млн. св. лет =38 х106 св. лет =11650кпк=11,65 Мпк. В августе 2011 года и 3 января 2012 года (?) детекторы IceCube зафиксировали две частицы с высокой энергией в 1,0-1,14 ПэВ – «Берт» и «Эрни». По аналогии с нашими расчётами для Supernova 1987A, которая вспыхнула на расстоянии 50кпк и разница между прибытием на Землю нейтрино и фотонов составила ~3h , для Supernova SN2011fe в galaxy Messier M101 (NGC5457), вспыхнувшей 23 августа 2011 года на расстоянии 6439кпк, нейтрино должны прилететь на ~15 суток раньше, что видимо и зафиксировали на IceCube как «Берт» в начале августа 2011 года. Зафиксированная 3 января 2012 года нейтринная частица «Эрни» была вестником фотонной вспышки Supernova SN2012aw, наблюдаемой с 16 марта 2012 года на расстоянии 11650кпк в M95 galaxy. 13-14 января 2014 года на IceCube должна быть зафиксирована нейтринная вспышка от Supernova SN2014J из M82 galaxy.
4. Экcперименты OPERA
В связи с вышеизложенным считаем, что необходимо также обратить серьёзное внимание на эксперименты коллаборации OPERA (Oscillation Project with Emulsion-Racking Apparatus), которая 22 сентября 2011 года объявила о регистрации возможного превышения скорости света мюонными нейтрино на 0,00248%. Измерения произошли между ускорителем SPS (ЦЕРН, Швейцария) и детектором в подземной лаборатории Gran Sasso (LNGS) (Италия) на расстоянии L=730,53461 км =7,3053461 х105 м [9] (по другим источникам 731,278 км), которые показали , что нейтрино прибывают к детектору на 60,7 ns [9] раньше расчётного времени, при синхронизации часов в двух лабораториях с точностью в несколько наносекунд. К сожалению, в мае 2012 года OPERA прекратила эти эксперименты, признав смешную техническую ошибку: плохо вставленный разъём оптического кабеля, из-за чего будто бы была нарушена синхронизация часов. В экспериментах OPERA опорный световой сигнал по измерениям шёл 1048,5 ns, а нейтрино прибывали за 988 ns, то есть на 60,7ns быстрее. [9] Погрешность оценивалась авторами в 10ns. Время пролёта фотонов до детектора принята авторами эксперимента t=2,43928 ms=2,43928 х106 ns (t=L/С=7,31278 х108 m/2,99792458 m/s). Скорость нейтрино определена авторами эксперимента равной Vn =2,99800 х108 m/s
5
Энергия нейтрино составляла 10-40 ГэВ. Средняя энергия детектируемых в Gran Sasso нейтрино составила 17 ГэВ, что ~в 1х103–2х103 раз больше энергии нейтрино, зарегистрированных от Supernova 1987A (5,8–7,8МэВ в LSD, 20-40 Mev в IMB, 7,5-35,4Mev в KAMIOKANDE II). «Глубокий вопрос – это вопрос, на который интересен как отрицательный, так и положительный» (Нильс Бор) «Стандартная теория сверхновой предсказывает, что сверхновая аналогичная SN1987A, уносит 3х1053 эрг (99% своей связанной гравитационной энергии) во вспышке нейтрино через несколько секунд после взрыва» [7, с. 1358] Мы считаем, что имеются веские причины рассмотреть и «неортодоксальный» вариант объяснения регистрации нейтрино раньше света от сверхновой Supernova 1987A и экспериментов OPERA, а именно: запаздыванием фотонов от нейтрино, то есть изменением скорости света в зависимости от изменения разности энерго-гравитационных потенциалов Космоса. Необходимо предположить, что на скорость нейтрино с энергией 10-40 МэВ разность энерго-гравитационных потенциалов барионной материи влияет незначительно, во всяком случае на несколько порядков меньше, чем на фотоны. Можно предположить, что «движение» нейтрино обеспечивают энергетические характеристики «тёмной материи» и «тёмной энергии». Видимо, взрыв сверхновой звезды – это переход барионной энергиимассы через нейтрино в «тёмную энергию» – один из вариантов «круговорота» энергии в Космосе. Это можно объяснить замедлением времени или уменьшением скорости света в результате глобального изменения энергетических характеристик Космоса. Причиной таких больших отклонений фотонов в 60,5ns от нейтрино в эксперименте OPERA могло быть неучтённое энерго-гравитационное влияние Земли, Луны и Солнца, которое по нашей оценке составляет: 1.От Солнца энергогравитационный потенциал на орбите Земли составляет ;;1=GM/R=6,67384 х10-11 2х1030/1,5 1011 =8,8984533333 х108 м2/с2 ;;2=GM/R=6,67384 х10-11 2х1030/1,5000073 1011 =8,8984100277 х108 м2/с2 разница ;; на расстоянии 7,3 х105 м составляет ;;=(8,898453333338,8984100277)х108м2/с2=0,0000433х108м2/с2=4330 м2/с2 Примем для оценки 25% от полученного значения , потому что 100% -это максимальный случай, когда ход лучей фотонов и нейтрино будет располагаться точно по направлению к Солнцу без другого влияния: ;; = 1083 м2/с2 ;;/t=2,43928 х106 ns = 1083 м2/с2/2,43928 х10-3s =0,444 х106 Изменение энерго-гравитационного потенциала за время пока летят фотоны составит: ;bG=0,444 х106/8,9876 х1016х2,43928 х10-3s=20,25 х10-10, что на много порядков больше Hubble factor, равного 2,3655 х10-18 с-1 Изменение энергопотенциала за время пока летят нейтрино составит: ;bG=20,25 х10-10 х4,188=84,8 х10-10 Значит, в этом случае определяющими являются изменения энерго-гравитационных потенциалов барионной и «тёмной материи» на расстоянии между ускорителем SPS (ЦЕРН, Швейцария) и детектором в подземной лаборатории Gran Sasso (LNGS) (Италия) на расстоянии L=730,53461 км =7,3053461 х105 м за время 2,43928 х10-3s. Разница во времени прилёта к детектору нейтронов и фотонов составит: ;t=2,43928 х10-3s[(20,25 х10-10)1/2х2,0466 -[(20,25 х10-10 )1/2]=2,43928 х10-3s[(4,5 х10-5 х2,0466 4,5 х10-5]=2,43928 х10-3s х 4,7 х10-5=11,5 х10-8s=115 х10-9s=115 ns Наша оценка разницы времени прилёта нейтрино и фотонов является приблизительной и выполнена без учёта нами в расчётах влияния Луны, Земли, вращения Земли, наклона земной оси относительно эклиптики, фактора Хаббла, приближение и удаление луча нейтрино и фотонов от центра Земли и т.п. В практических многофакторных условиях эксперимента OPERA значения разницы энерго-гравитационных потенциалов между ускорителем SPS и детектором в Gran Sasso подвержены колебаниям в значительном диапазоне.
6
5. Выводы
Мы понимаем, что выводы делать пока рано, но тем не менее: Теоретическая расчётная разница во времени между прилётом нейтрино и фотонами для Supernova 1987A, составила 2h 42m, что практически совпадает с экспериментальной наблюдаемой разницей между нейтринными вспышками в 7h 35m (23.316 UT) и последующей оптической фотонной вспышкой в 10h 24m [23.433UT] (когда Supernova 1987A достигает звёздной величины V=6,0), составившей 2h 47m (10020s). Наша теоретическая модель не противоречит фактам. Нам представляется, что такое «совпадение» говорит в пользу излагаемой нами энергетической теории с переменной скоростью света и нейтрино и совершенно невозможно объяснить в рамках современной парадигмы физической науки, построенной на двух фундаментах теории относительности и квантовой механики с абсолютной константой – скоростью света.
13-14 января 2014 года на IceCube должна быть зафиксирована нейтринная вспышка от Supernova SN2014J из M82 galaxy.
Результат экспериментов OPERA в 60 ns мы вынуждены признать совершенно возможным. Для более точного определения мы предлагаем рассмотреть возможность эксперимента с детекторами в IceCube, а фотоны, видимо, придётся пускать через спутник. Может быть, есть возможность эксперимента аналогичного эксперимента между Землёй и Луной. Возможен и следующий наблюдательный космологический эксперимент: после зарегистрированной нейтринной вспышки приблизительно через время [(4;/3-1)H0]1/2Т/С2 секунд (+учёт энерго-гравитационных потенциалов галактик) должна произойти оптическая фотонная вспышка сверхновой звезды, что будет служить и подтверждением энергетической теории.[10, 11, 12, 13,14]
References Список литературы
[1] J D Franson. Apparent correction to the speed of light in a gravitational potential. New Journal of Physics 16 (2014) 065008, doi: 10.1088/1367-2630/16/6/065008 [2] Morrison D. R. O. Review of Supernova 1987A: Preprint CERN, 26 January, 1988. Моррисон Д.Р.О. Сверхновая 1987А: Обзор. УФН, Том 156, вып. 4, декабрь 1988 г. [3] Имшенник В.С., Надёжин Д.К. Сверхновая 1987А в Большом Магеллановом Облаке: наблюдения и теория. УФН, Том 156, вып. 4, декабрь 1988 г. [4] О.Г. Ряжская. Нейтрино от гравитационных коллапсов звезд: современный статус эксперимента. УФН, Том 176, №10, октябрь 2006г. [5] В.А. Рябов. Нейтрино свервысоких энергий от астрофизических источников и распадов сверхмассивных частиц. УФН, Том 176, №9, сентябрь 2006г. [6] М. Кошиба. Рождение нейтринной астрофизики. (Нобелевская лекция. Стокгольм, 8 декабря 2002 г.) УФН, Том 174, №4, апрель 2004г. [7] Ф. Райнес. Нейтрино: от полтергейста к частице. (Нобелевская лекция. Стокгольм, 1995г.) УФН, Том 166, №12, декабрь 1996г. [8] Имшенник В.С. Ротационный механизм взрыва коллапсирующих сверхновых и двухстадийный нейтринный сигнал от сверхновой 1987А в Большом Магеллановом Облаке. УФН, Том 180, №11, ноябрь 2010г. [9] http://static.arxiv.org/pdf/1109.4897.pdf [10] Никитин А. П. Прости меня, Эйнштейн. Буквика. Москва, 2013. ISBN978-5-8853-2985-9 http://shop.bookvika.ru/catalog/product/id/4005023 [11] Aleksandr P. Nikitin. The Law of Eternal Movement. Eastern European Scientific Journal, Ausgabe 4-2013. DOI10.12851/EESJ2013ART02 [12] Никитин А. П. Космос – это Я. Авторская книга. Москва, 2014. ISBN978-5-91945-482-3 [13] Никитин А. П. Закон всемирного движения. 2013. http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/13234.html