من يضحك أخيرًا يضحك: النيوترينوات لا تنتقل بسرعة أكبر من الضوء

أفاد علماء تجربة إيكاروس في مختبر غران ساسو الإيطالي أن قياسًا جديدًا لرحلة النيوترينو من المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) إلى غران ساسو كشف عن عدم حدوث أي انتهاك للسرعة لقوانين النسبية.

أعلن علماء تجربة إيكاروس في مختبر غران ساسو الإيطالي عن قياس جديد لرحلة النيوترينو من المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية إلى غران ساسو. تجربة إيكاروس التي أعادت فحص نفس الشعاع الذي قدر العلماء أنه أسرع إلى حد ما من الضوء، وأثبتت أن جزيئات النيوترينو لا تتجاوز سرعة الضوء في طيرانها بين المختبرين.

في عام 1905 قبل أينشتاين قانون السرعات النسبية. اختبر أينشتاين نظامين مرجعيين، الأول سماه K والثاني سماه k. على طول المحور السيني لـ K، تتحرك نقطة في النظام الثاني k بسرعة ثابتة. كتب أينشتاين معادلات الحركة البسيطة للنقطة. ثم سأل أينشتاين عن حركة النقطة بالنسبة للنظام K. وباستخدام مجموعة من تحويلات لورنتز، التي قدمها في مقالته النسبية، حصل على معادلات الحركة لنقطته. ومن هذه المعادلات حصل أينشتاين على قانون السرعات النسبية في الحالة العامة وبالنسبة لتلك النقطة تتحرك على طول المحور السيني.

ومن هذا القانون، توصل أينشتاين إلى نتيجة بعيدة المدى: "يترتب على هذه المعادلة أنه من خلال الجمع بين سرعتين أصغر من c، يتم الحصول دائمًا على سرعة أصغر من c. بالإضافة إلى ذلك، يترتب على ذلك أن سرعة الضوء لا يمكن أن تتغير عن طريق الاتصال بـ "سرعة أصغر من سرعة الضوء".

ماذا يقول لنا أينشتاين هنا؟ يقدم أينشتاين ادعاءين منفصلين: أولاً، لا يمكن إرسال إشارة أسرع من c - وهذه حجة ضد السرعات الأسرع من الصوت. بالإضافة إلى ذلك، من المستحيل تسريع جسيم بسرعة تحت الضوء حتى إلى السرعة c.

بعد مرور أكثر من قرن على كتابة أينشتاين لهذه الأشياء، اتضح أن الاستنتاج أعلاه قد صمدت بالفعل أمام الاختبار التجريبي. أو في المثل الشعبي "آينشتاين كان على حق".

هل تتذكر النتريت الشهير الذي تصدر عناوين الأخبار في سبتمبر 2011؟ عملت مجموعة تجريبية لمدة ثلاث سنوات على تجربة حددت توقيت إرسال حوالي 16,000 حزمة من النيوترينوات من مرافق CERN في جنيف. عبروا الأرض واصطدموا بجهاز كشف الجسيمات OPERA (مشروع التذبذب باستخدام جهاز تتبع المستحلب) في مختبر غران ساسو الوطني في إيطاليا، ويبدو أنهم وصلوا أسرع بـ 60 نانو ثانية مما تسمح به سرعة الضوء (مع هامش خطأ قدره 10 نانو ثانية). ). تم تعريف التجربة على أنها نجاح سيجما 6 لأن النيوترينوات عبارة عن تاكيونات وتتحرك بسرعة تفوق سرعة الصوت - ويعني "سيجما 6" نجاحًا شبه كامل.

لكن معظم الفيزيائيين لم يصدقوا ذلك وبحثوا عن الخطأ في التجربة: وبدأوا في الحساب والبحث عن الخطأ في مصفوفة GPS والبحث عن الخطأ في أنه ربما لم تأخذ المجموعة في الاعتبار بعض التأثيرات النسبية بين مصدر الإرسال في CERN ومحطة الاستقبال في Gran Sasso. بالإضافة إلى ذلك، تم طرح نماذج الكم والنسبية العامة، ويمكن الآن لعدد الأفكار المطروحة للبحث عن الخطأ أن توفر نصوصًا لكتب الخيال العلمي بالإضافة إلى أفلام ستيفن سبيلبرج.

الخادم الذي يقوم الباحثون من كافة المؤسسات الأكاديمية في العالم بتحميل المقالات الأكاديمية عليه، وهو ArXiv، امتلأ بالمقالات التي تبحث عن الخطأ في التجربة. لكن الباحثين ظلوا يبحثون أيضًا عن نماذج نظرية جديدة لنيوترينوات التاكيون إلى حد أنه سيتم اكتشاف وجودها في النهاية... نماذج في إطار نظرية الأوتار والجاذبية الكمية ونماذج خيالية أخرى. انضم معظم الباحثين إلى استنتاج أينشتاين من نظريته: لا يمكن لأي إشارة أن تنتقل بسرعة أكبر من سرعة الضوء.

وفي ضوء الانتقادات الشاملة للباحثين، قرر فريق OPERA تكرار التجارب ووجد مرة أخرى أن النيوترينوات تنتقل بسرعة أكبر من الضوء. ربما كان الأمر أبطأ قليلاً مما كانوا يعتقدون، لكن النتائج تركت الباحثين مع العديد من علامات الاستفهام.

ولكن يبدو الآن أن المشكلة قد تم حلها. إن اتصال الكابل غير المحكم هو الحل البسيط للمشكلة برمتها: اكتشف الباحثون في CERN أن اتصال الألياف الضوئية السيئ بين وحدة GPS والكمبيوتر تسبب في انحراف قدره 60 نانو ثانية وأدى إلى جنون العالم كله. وعندما أدركوا أن المشكلة في الكابل، تم تقويته واختفى الفرق. يبدو أن الفرق البالغ 60 نانو ثانية يرجع إلى الوقت الذي تستغرقه البيانات للانتقال عبر الكابل وهذا يفسر تمامًا سبب وصول النتريت بشكل أسرع بمقدار 60 نانو ثانية.
لذا، ليست التأثيرات النسبية وتأثيرات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) التي لم تؤخذ في الاعتبار، وليست حسابات تمدد الزمن غير الصحيحة، وليست التأثيرات النسبية العامة التي تم نسيانها؛ المشكلة هي مشكلة تقنية بسيطة لم ينتبهوا لها...

لم يعلموك في كلية الهندسة وبشكل عام في دراسات الفيزياء في فصول المختبر: أولاً سوف تتحقق من الإعداد التجريبي البسيط: هل الكابلات سليمة؟ هل تم تعزيز الروابط؟ وهذا قبل أن تبدأ التجربة وتخصص ثلاث سنوات وأموال طائلة للتجربة؟

ومع ذلك، سيقوم الكاشفان ICARUS وOPERA بإجراء التجربة مرة أخرى، ويتم الآن إجراء تجارب إضافية بمساعدة هذين الكاشفين مع جسيمات الأشعة الكونية. ولكن يبدو أن اللغز المتعلق بتجربة نتريت التاكيون التي دفعت العالم كله إلى الجنون قد تم حله أخيرًا. جاء في الرسالة التي أصدرتها CERN إلى وسائل الإعلام أن فريق OPERA تصرف بنزاهة علمية. وعلى الرغم من أنه تم اكتشاف أن "الأدلة بدأت تشير إلى أن نتيجة OPERA هي نتيجة ثانوية للقياس"، إلا أنه في النهاية كتب أن "هذه هي الطريقة التي يعمل بها العلم". وهذه الجملة الأخيرة هي الأهم: العلم يتقدم بارتكاب الأخطاء. لا يمكنك الجرأة دون ارتكاب الأخطاء. حتى أينشتاين نفسه ارتكب أخطاء لا حصر لها قبل أن يصل إلى معادلات نظريته النسبية. ولذا فإننا أيضًا نرتكب أخطاء لا حصر لها عندما نحاول التحقق من النتائج المستمدة من نظرياته.

في هذه الأثناء ربما يكون أينشتاين جالسًا هناك يضحك ويكرر تفسيره لعام 1907:
"يؤدي قانون إضافة السرعات إلى نتيجة مثيرة للاهتمام، لا يوجد تأثير محتمل يمكن استخدامه لإشارة اعتباطية وهي تنتشر بشكل أسرع من الضوء في الفراغ" وأوضح أينشتاين: إشارة تنتشر بسرعة الضوء الفائقة من السبب إلى التأثير في الأنظمة المرجعية لحدثين سوف ينتشر من التأثير إلى السبب في نظام مرجعي آخر يتحرك بالنسبة إلى الأول. أي: "إن هذه النتيجة تعني أنه علينا أن نأخذ في الاعتبار قدر الإمكان آلية انتقال يمكننا من خلالها تحقيق نتيجة تسبق السبب. ورغم أن هذا الاستنتاج، في رأيي، لا يتضمن تناقضا من الناحية المنطقية، إلا أنه يتناقض مع طبيعة تجربتنا كلها إلى حد يكفي لإثبات استحالة الافتراض. أي أنه لا توجد سرعة أكبر من c ممكنة.

أينشتاين نفسه يقول هنا في الواقع إنه يعارض العودة بالزمن إلى الوراء، حتى لو جاء شخص ما واخترع آلة (آلية) ستنجح في عكس ترتيب السبب والنتيجة.

وانظر هنا صورة أينشتاين وهو يضحك على العالم كله: