צוחק מי שצוחק אחרון: הניטרינים לא נעים מהר מהאור

מדעני ניסוי איקארוס במעבדה האיטלקית גראן סאסו דיווחו כי מדידה חדשה של מעוף הניוטרינו מ-CERN לגראן סאסו חשפה שלא נעברה שום עבירת מהירות על חוקי תורת היחסות

מדעני ניסוי איקארוס במעבדה האיטלקית גראן סאסו דיווחו כי מדידה חדשה של מעוף הניוטרינו מ-CERN לגראן סאסו. ניסוי איקארוס שבחן שוב את אותה קרן שהמדענים העריכו כי היתה מהירה במקצת מהאור, והוכיחו כי חלקיקי הנויטרינו לא חוצים את מהירות האור בטיסתם בין שתי המעבדות.

ב-1905 איינשטיין קיבל את חוק חיבור המהירויות היחסותי. איינשטיין בחן שתי מערכות ייחוס, לראשונה הוא קרא K ולשנייה הוא קרא k. לאורך ציר ה-X של K נעה לה נקודה במערכת השנייה k במהירות קבועה. איינשטיין רשם את משוואות התנועה הפשוטות עבור הנקודה. ואז איינשטיין שאל מהי התנועה של הנקודה ביחס למערכת K. בעזרת מערכת טרנספורמציות לורנץ, שאותן הציג במאמר היחסות שלו, הוא קיבל את משוואות התנועה עבור הנקודה שלו. וממשוואות אלה איינשטיין קיבל את חוק חיבור המהירויות היחסותי במקרה הכללי ועבור אותה נקודה שנעה לאורך ציר ה-X.

מחוק זה איינשטיין הגיע למסקנה מרחיקת לכת: “נובע ממשוואה זו שמחיבור של שתי מהירויות שהן קטנות מ-c, תמיד מתקבלת מהירות קטנה מ-c. בנוסף נובע שמהירות האור c לא יכולה להשתנות על ידי חיבור עם ‘מהירות קטנה מזו של האור'”.

מה אומר לנו איינשטיין כאן? איינשטיין טוען שתי טענות נפרדות: ראשית, לא תיתכן שום העברת סיגנל מהירה יותר מ-c – וזהו טיעון נגד מהירויות על אוריות. בנוסף, זה בלתי אפשרי להאיץ חלקיק בעל מהירות תת-אורית אפילו עד מהירות c.

יותר ממאה שנה אחרי שאיינשטיין כתב את הדברים האלה מתברר, שאכן המסקנה שלמעלה עמדה במבחן הניסוי. או בעגה הפופולארית “איינשטיין צדק”.

זוכרים את הניטרינים המפורסמים שעלו לכותרות בספטמבר 2011? קבוצת ניסוי עבדה שלוש שנים על ניסוי שתזמן בערך 16,000 חבילות של ניטרינים שנשלחו ממתקני CERN בג’נבה. הם חצו את כדור הארץ ופגעו בגלאי החלקיקים OPERA (Oscillation Project with Emulsion-tRacking Apparatus) במעבדת גרן ססו הלאומית באיטליה ודומה שהגיעו 60 ננושניות מהר יותר ממה שמהירות האור מתירה (עם טווח טעויות של 10 ננושניות). הניסוי הוגדר כהצלחה סיגמה 6 שהניטרינים הם טכיוניים ונעים במהירות על-אורית– “סיגמה 6″ פירושו הצלחה כמעט מושלמת.

אבל מרבית הפיסיקאים לא האמינו וחיפשו את הטעות בניסוי: והם החלו לחשב ולחפש את הטעות במערך ה-GPS ולחפש את הטעות בכך שאולי הקבוצה לא התחשבה באיזה שהם אפקטים יחסותיים בין המקור השולח ב-CERN לתחנה המקבלת בגרן ססו. בנוסף הועלו מודלים קוונטיים ויחסותיים כלליים ומספר הרעיונות שהועלו כדי לחפש את הטעות יכולים עתה לספק תסריטים לספרי מדע בדיוני וגם לסרטים של סטיבן שפילברג.

הסרבר שאליו החוקרים מכל המוסדות האקדמיים בעולם מעלים מאמרים אקדמיים ה- ArXiv הוצף במאמרים שחיפשו את הטעות בניסוי. אולם חוקרים גם חיפשו מודלים תיאורטיים חדשים לניטרינים טכיוניים במידה שאכן יתגלה בסוף שהם קיימים… מודלים במסגרת תורת המיתרים, כבידה קוונטית ומיני מודלים פנטסטיים. מרבית החוקרים התיישרו בקו אחד עם המסקנה של איינשטיין מתורתו: שום סיגנל לא יכול לנוע מהר יותר ממהירות האור.

לאור הביקורת מקיר לקיר של החוקרים צוות ה-OPERA החליט לחזור על הניסויים ושוב הוא מצא שהניטרינים נעים מהר יותר מהאור. אולי מעט לאט יותר ממה שהם חשבו, אבל עדיין התוצאות הותירו את החוקרים עם סימני שאלה רבים.

אולם עתה דומה שהבעיה נפתרה. חיבור כבל רופף הוא התשובה הפשוטה לבעיה כולה: החוקרים ב-CERN גילו שחיבור סיב אופטי גרוע בין יחידת ה-GPS למחשב גרם לסטייה של ה-60 ננושניות ושיגע את כל העולם. כאשר הבינו שהבעיה נעוצה בכבל, הוא חוזק וההבדל נעלם. דומה שההבדל של ה-60 ננושניות נובע מהזמן שלקח לנתונים לנוע דרך הכבל וזה מסביר לגמרי מדוע הניטרינים הגיעו 60 ננושניות מהר יותר.
אז לא אפקטים יחסותיים ואפקטים של ה-GPS שלא נלקחו בחשבון ולא חישובי התארכות זמן שגויים ולא אפקטים יחסותיים כלליים שנשכחו; הבעיה היא בעיה טכנית פשוטה שלא שמו אליה לב…

לא לימדו אתכם בפקולטה להנדסה ובכלל בלימודי פיסיקה בשעורי מעבדה: קודם תיבדקו את המערך הניסויי הפשוט: האם הכבלים תקינים? האם החיבורים מחוזקים? וזאת בטרם תתחילו בביצוע הניסוי ותקדישו שלוש שנים וכסף רב לניסוי?…

במאי הגלאים ICARUS ו-OPERA בכל זאת יבצעו את הניסוי מחדש ועתה מבוצעים ניסויים נוספים בעזרת שני הגלאים האלה יחד עם חלקיקי הקרניים הקוסמיות. אבל דומה שהמסתורין בנוגע לניסוי הניטרינים הטכיוניים ששיגע את כל העולם נפתר סוף כל סוף. בהודעה שהוציאה CERN לתקשורת כתוב שצוות OPERA נהג ביושרה מדעית. אמנם התגלה ש”העדויות מתחילות להצביע על כך שהתוצאה של OPERA היא תוצר לוואי של המדידה”, אבל בסוף נכתב ש”ככה המדע פועל”. ומשפט אחרון זה הוא החשוב ביותר: המדע מתקדם על ידי טעויות. אי אפשר להעיז מבלי לבצע טעויות. גם איינשטיין עצמו ביצע אינספור טעויות בטרם הוא הגיע למשוואות של תורת היחסות שלו. ולכן גם אנחנו מבצעים אינספור טעויות כאשר אנחנו מנסים לבדוק את התוצאות שנובעות מהתיאוריות שלו.

בינתיים איינשטיין אולי יושב שם למעלה וצוחק וחוזר על הסברו מ-1907:
“חוק חיבור המהירויות מניב מסקנה מעניינת, לא יתכן אפקט שניתן להשתמש בו לסיגנל שרירותי והוא מתפשט מהר יותר מהאור בואקום” ואיינשטיין הסביר: סיגנל שמתפשט במהירות על-אורית מסיבה לתוצאה במערכות הייחוס של שני אירועים יתפשט מתוצאה לסיבה במערכת ייחוס אחרת שנעה יחסית לראשונה. כלומר: “תוצאה זו פירושה שעלינו לקחת בחשבון כאפשרי מכניזם העברה שבאמצעותו נוכל להשיג תוצאה שתקדים את הסיבה. אפילו שמסקנה זו, לדעתי, לא מכילה סתירה מנקודת המבט הלוגית, היא סותרת את האופי של כל הניסיון שלנו במידה כזו שזה מספיק להוכיח את חוסר האפשרות של ההנחה W>c”. כלומר, שלא תתכן מהירות גדולה מ-c.

איינשטיין עצמו למעשה אומר כאן שהוא מתנגד לנסיעה אחורה בזמן, גם אם מישהו יבוא וימציא מכונה (מכניזם) שתצליח להפוך על פיה את סדר הסיבה והתוצאה.

וראו כאן את התמונה של איינשטיין צוחק על כל העולם: