آيا اينشتين برنده ي ماجراست ؟

در اواخر سال2011، خبري به اين شرح منتشرشد:
 

نوترينوها فاصله ي فرانسه تا ايتاليا را سريع تر از نور طي کردند(نجوم، شماره211، ص16). آن آزمايش، که اپرا نام داشت، نشان مي داد که ذرات توليد شده در سرن در نزديکي ژنو، حدود60 نانو ثانيه زودتر از آن چه که سرعت نور به آن ها امکان مي داد به آزمايشگاه گرن ساسو در ايتاليا رسيده بودند.
اين نتيجه موجي از هيجان به جامعه ي فيزيک وارد کرد. از آن زمان، بيش از80 مقاله بر سايت arxiv.org قرار گرفت که در تلاش براي بي اعتبار کردن يا توضيح دادن اين آزمايش برآمده بودند (اين سايت متعلق به کتابخانه ي دانشگاه کرنل است و نوعي آرشيو الکترونيکي از مقاله هاي علمي در زمينه رياضي، فيزيک، نجوم، زيست شناسي، علوم کامپيوتر، و غيره پيش از انتشار اين مقالات در ژورنال هاي علمي محسوب مي شود ). هر چند عادلانه اگر بگوييم حس عمومي اين بود که گروه اپرا چيزي را از قلم انداخته اند. و سرانجام رونالد فن البورگ از دانشگاه گرونينگن هلند اعلام کرد که منشأ خطا را يافته است.
اما ابتدا اجازه دهيد اين آزمايش را، که مفهومي ساده دارد، مرور کنيم: سنجش فاصله و زمان.
موضوع فاصله سر راست است. مکان توليد نوترينوها در سرن را مي توان به آساني با ماهواره هاي مکان ياب (GPS) سنجيد. اما مکان سنجي آزمايشگاه گرن ساسو دشوارتر است زيرا در زير کوهي يک کيلومتري قرار گرفته است. با اين حال، گروه اپرا اعلام کردند که اين فاصله ي 730 کيلومتري را با دقت 20 سانتي متر سنجيده اند.
سنجش زمان حرکت نوترينوها بسيار دشوارتر است. باز هم اين گروه اعلام کردند که مي توانند زمان دقيق تولد نوترينوها و زمان دقيق آشکار شدن آن ها در سوي ديگر را به کمک ساعت هاي دقيق در هر دو سوي آزمايش بسنجند. اما نکته ي مهم يکسان نگه داشتن دو ساعت در دو سوي آزمايش بود. گروه اپرا اين کار را با کمک ماهواره هاي GPS انجام دادند که هر کدام زماني بسيار دقيق را از مدارشان در فاصله ي 20 هزار کيلومتري سطح زمين مخابره مي کنند. البته به اين ترتيب پيچيدگي هاي ديگر به آزمايش افزوده مي شد که دانشمندان بايد آن ها را هم به حساب مي آوردند؛ مانند زمان لازم براي رسيدن علايم هر ماهواره به زمين.
اما فن البورگ مي گويد چنين به نظر مي رسد که گروه اپرا يک اثر را ناديده گرفته است: حرکت نسبيتي ساعت هاي سوار بر ماهواره هاي مکان ياب را.
ممکن است تصور کنيم حرکت ماهواره ها بي اهميت است. هر چه باشد، امواج راديويي حامل علايم زمان بايد، صرف نظر از سرعت ماهواره ها، با سرعت نور حرکت کنند. اما نکته ي ظريفي وجود دارد. هر چند سرعت نور به چارچوب مرجع بستگي ندارد، زمان حرکت بستگي دارد. در اين مسئله دو چارچوب مرجع داريم: آزمايش روي زمين و ساعت هاي در مدار. اگر اين دو نسبت به هم در حال حرکت باشند، بايد اين عامل را به حساب آوريم.
خب، حرکت اين ماهواره ها نسبت به آزمايش اپرا چگونه است؟ اين ماهواره ها از غرب به شرق در صفحه اي با زاويه ي 55 درجه نسبت به استوانه ي زمين در حرکت اند. جالب اين که اين مسير تقريباً با مسير حرکت نوترينوها موازي است. بنابراين محاسبه ي حرکت نسبي آسان است. پس، از ديدگاه ساعتي سوار بر ماهواره ي GPS مکان چشمه ي نوترينو و آشکار ساز نوترينو متغير است. فن البورگ مي گويد : «از زاويه ي ديد ساعت، آشکارساز به سوي چشمه در حرکت است و به اين ترتيب فاصله اي که نوترينوها بايد طي کنند از ديد ساعت کوتاه تر مي شود». منظور او اين است که اين فاصله کوتاه تر از فاصله اي سنجيده شده در چارچوب مرجع زميني است.
گروه اپرا اين موضوع را از قلم انداخته اند زيرا به اين ساعت ها به ديد ساعتي در مدار نگاه نکردند و آن ها را همچون ساعتي روي زمين در نظر گرفتند. حالا اين اثر چقدر بزرگ است؟ بر اساس محاسبه هاي فن البورگ اين اثر بايد موجب زودتر رسيدن نوترينوها به مدت 32 نانو ثانيه بشود. اما علت دو برابر شدن زمان اين است که همين اثر در هر دو انتهاي مسير آزمايش رخ مي دهد. بنابراين خطاي کلي 64 نانو ثانيه است؛ يعني همان که گروه اپرا مشاهده کرد.
اين يافته ها بسيار جالب اند، البته اين به معناي پايان يافتن موضوع نيست. بررسي دوباره و دوباره بخشي مهم در هر فرايند علمي است و اين بحث نيز بايد هم در جامعه ي جهاني فيزيک و هم در ميان دانشمندان گروه اپرا دوباره و به دقت بررسي شود. اگر نظر فن البورگ درست باشد، قضيه خيلي جالب مي شود. سنجش سرعتي بيشتر از سرعت نور، به جاي رد کردن نظريه ي نسبيت اينشتين، اثباتي ديگر بر آن خواهد بود.
برگرفته از
WW.TECHNOLOGYREVIEW.COM
منبع: نشريه نجوم، شماره 212.