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

ניסוי איקרוס. צילום: המעבדה לפיסיקת חלקיקים ופיסיקה גרעינית בגראן סאסי, איטליה
ניסוי איקרוס. צילום: המעבדה לפיסיקת חלקיקים ופיסיקה גרעינית בגראן סאסי, איטליה

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:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

24 תגובות

  1. לעניות דעתי זה לא הסוף הפסוק. זה רק צזורה כדי לנשום לרוחה, נפלה אבן מהלב. כולם חושבים שמהירות הניטרינו גדולה מהאור מפריכה את תורת היחסות הפרטית. לא בהכרח. עם ניטרינו נע מהר מהאור, זה לא סימן שחצה את הגבול של c.
    הגבול הזה אולי מהווה ציר סימטריה שלא ניתן להשיגו (משני צדדיו). אנחנו מסוגלים לגלות רק חלקיקי הניטרינו בעלי אנרגיה גדולה מאוד. הם נעים (זאת השערה) במהירויות מאוד קרובות למהירות c, אם כי גבוהות יותר. לחלקיקי ניטרינו בעלי אנרגיה נמוכה מהירות, אולי בגולה בהרבה מ- c. אני לא שולל את התוצאות של הניסויים. אני לא טוען שבניסוי של OPERA לא היה פגם. אבל זה עדיין לא הוכחה שניטרינו לא נע במהירות גדולה מהאור. באיזו מהירות הוא נע? במהירות האור? לא! הרי מסה שלו שונה מאפס. במהירות קטנה מהאור לא יכול כי ניטרינו ואנטי-ניטרינו, הם חלקיקים שונים. נשארת רק אופציה אחת: ניטרינו נע מהר מהאור. אבל זה בכלל לא פוגע בתורת היחסות הפרטית. צוחק מי שמוחק אחרון…

    הניסוים… לעיתים מתקבל את מה שרוצים…

  2. בהנחה שכל זה לא כסתח לרצון להשתיק את הידע הזה לאיזה שימוש צבאי

  3. גלי, תודה על הקישורים.

    אבי, גם לי לא ממש ברור איך הם טוענים שהחיבורים גרמו למידע לעבור יותר מהר. הרבה יותר הגיוני שאם כבר אז המידע הי מתעכב ולא מקדים.

    כנראה שהם באמת מסתירים משהו מטופש….

  4. איך כבל שלא מחובר כמו שצריך גורם למידע להגיע 60 ננו שניות מוקדם יותר????
    זה לא אמור אם כבר להגיע 60 ננו שניות מאוחר יותר?

  5. או שהם מסתירים משהו גדול מאוד ולא מטופש בכלל שהם לא יכולים לפרסם…

    מה באמת עלה בגורל ההסברים המלומדים? או שהם חושבים שכולנו טפשים שאפשר להאכיל אותם כל סוג של גללי שוורים ברוטב עגבניות? התשובה בגוף השאלה.

  6. כמעט התעצבנתי עלייך בהתחלה, בגלל הכותרת . אבל הכתבה בסדר גמור.

    (אבל אני עדיין נגד הכותרת "צוחק מי שצוחק אחרון". כל עוד ממשיכה חקירת האדם אז מי פה בדיוק "האחרון"? )

  7. עבדתי שנים עם סיבים אופטיים ואני יודעת בודאות אין מצב שחיבור שלא חוזק גורם לעיקוב 60nSec
    הם מסתירים דבר טיפשי ומגוחך יותר
    משהו כמו חוט אופטי שהיה כתוב עליו 10 מטר במקום 10feet
    60nSec זה הפרש אורך 7.5 מטר בסיב אופטי
    בשביל לגלות את זה הפעילו מחשבים רבי עוצמה וצוותים בעלות של מליוני דולרים
    צריכים להעיף את השג

  8. שאלה לגלי,
    עד כמה שאני זוכר "הצליחו" להסביר את הסטיה – מצאו של התחשבו בכמה אפקטים יחסותיים.
    מה עלה בגורל ההסברים הללו ?

  9. ואיינשטיין היה מוסיף: ערמומי הוא האל, אך אינו מרושע [בהיגוי/אקצנט גרמני כמובן].

  10. זו דוגמא מצוינת למאמר שעולה ל-ArXiv, מקבל פרסום עולמי ולא מגיע לכתב עת מודפס שפיט אחר כך. וזה קורה עכשיו הרבה בעידן האינטרנט.

  11. ראוי לציין כי צוות אופרה היה מאד לא יהיר והזהיר כבר במאמר שפרסם כי יש סיכוי שמדובר בטעות. הם חשבו שאת המדידות הם ביצעו בסדר ולכן חשבו שיכול להיות אפקט לא מוכר אחר שעדיין אינו מנפץ את תורת היחסות.

    להלן ציטוט ממסקנותיהם:
    Despite the large significance of the measurement reported here and the stability of the
    analysis, the potentially great impact of the result motivates the continuation of our studies in
    order to investigate possible still unknown systematic effects that could explain the observed
    anomaly. We deliberately do not attempt any theoretical or phenomenological interpretation of
    the results

    ראו:
    http://static.arxiv.org/pdf/1109.4897.pdf

  12. לכל החכמים, קל מאד לדבר בדיעבד – לאחר מעשה, במערכת כל כך מורכבת כמו שנבנתה שם יכולים להיות הרבה מאד כשלים, כבלים/ברגים/חלקים רופפים או לא תקינים.

    זה יפה מאד לדעתי שהצליחו לאתר את הכבל הספציפי שגרם לבעיה.

  13. You can fool so many people for so long…

    חיבור כבל רופף ששיגע את כל העולם?! אין סוף לטיפשות.

    זה לא הדבר הראשון שבודקים אחרי שמקבלים תוצאה בלתי הגיונית?
    אם חיפשו סולם לרדת מהעץ שטיפסו עליו אפשר היה לצפות מצוות כל-כך "אינטליגנטי" שימצא תירוץ טוב יותר.

  14. גלי את מלכה! איזה יופי של כתבה
    האמת שהיה לי מאוד קשה להאמין שאינשטיין טעה
    הוא מדהים איזה גאונות!

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

דילוג לתוכן