آیا رکورد سرعت نور شکست؟

خبرها حكایت از آن داشتند كه مسافران ویژه تور اپرا با سرعت سیری سریع‌تر از سرعت نور مسیر حركت را طی كرده بودند. در واقع آنچه رسما در ابر آزمایشگاه سرن و در جریان آزمایش اپرا روی داد از این قرار بود كه ذرات نوترینوی تولید شده در آزمایشگاه سرن حدود 60 نانو ثانیه زودتر از سرعتی كه نور اجازه می‌دهد، در آزمایشگاه Gran Sasso در ایتالیا دریافت شده بودند.

این نتیجه شگفت‌انگیز چنان موجی از حرف و حدیث‌ها و دغدغه‌ها و شور و شوق در عموم علاقه‌مندان رشته‌های مختلف علوم به راه انداخت كه گویی از فردا باید كتاب‌ها را عوض كرد، فیزیك را از نو باید نوشت و برای دوم شدن نور باید غصه خورد . اما این نتیجه غیرعادی در كنار آن موج بزرگ، موجی از هیجان و انگیزه را در میان جامعه فیزیك به پا كرد و طی همین مدت كوتاه مقالات متعددی از سوی دانشمندان و بویژه فیزیكدانان در تلاش برای بی‌اعتبار كردن یا توضیح دادن نتایج این آزمایش منتشر شده است. اگر بخواهیم نسبت به واكنش‌های مطرح شده علیه نتیجه این آزمایش قضاوت منصفانه و بی‌طرفی داشته باشیم، به نظر می‌رسد كه احساس و برداشت كلی اهل فن آن است كه گروه اپرا باید از مساله مهمی غفلت كرده باشند.

به عنوان نمونه‌ای شاخص از استدلال‌های منتشر شده در باب خطا بودن نتیجه آزمایش اپرا، می‌توان به دلایل مطرح شده از سوی محققان دانشگاه گرانیگن هلند بر مبنای قانون نسبیت اشاره كرد كه از قضا دستمایه بحث‌های فراوان شمار”‰دیگری از فیزیكدانان نیز قرار گرفته است. اگر آزمایش اپرا را بررسی و مرور كنیم متوجه مفهوم ساده و محض آن می‌شویم كه عبارت بوده است از اندازه‌گیری فاصله و زمان. فاصله كه تكلیفش سر راست و روشن است و بین دو نقطه جغرافیایی قرار دارد. سنجیدن موقعیت مكانی تولید ذرات نوترینو در سرن با استفاده از جی.پی.اس به طور قابل قبولی آسان است، اما سنجش قطعی موقعیت آزمایشگاه گرن ساسو در ایتالیا به واسطه قرار داشتن در پای كوهی با ارتفاع چند هزار متری شاید به نظر دشوار بیاید. با این اوصاف، گروه اپرا می‌گویند كه این فاصله 370 كیلومتری را با دقت بسیار فراوانی اندازه‌گیری كرده‌اند، اما در مورد زمان قضیه فرق می‌كند و اندازه‌گیری فاصله زمانی حركت نوترینوها از مبدا تا مقصد دشوارتر است.

گروه اپرا می‌گوید كه با استفاده از ساعت‌های مستقر در هر دو سر مسیر می‌تواند لحظه تولید نوترینوها در مبدا و لحظه ردیابی آنها را در مقصد با دقتی بی‌نظیر اندازه‌گیری و تعیین كند، اما بخش بغرنج و پیچیده و چه‌بسا غلط انداز ماجرا همین ساعت‌ها و همگام نگاهداشتن دقیق آنها در هر دو طرف مسیر است.

گیرنده‌های جی.پی.اس با دریافت این اطلاعات از حداقل 3 ماهواره می‌توانند موقعیت خود را روی زمین محاسبه كنند. باید توجه داشت كه ماجرای ثبت ركورد سرعت بیشتر از سرعت نور از همین جا مشكل‌دار می‌شود و پای برخی مفاهیم ضمنی اضافی نظیر مدت زمان سفر سیگنال‌های جی.پی.اس به زمین به این سناریوی جنجالی باز می‌شود كه گروه اپرا باید در نظر می‌گرفته، اما گویا از كنار آن به سادگی گذشته است.

محققان برای توضیح این پدیده به اثری اشاره می‌كنند كه ظاهرا از جانب گروه آزمایش اپرا مورد غفلت یا اغماض واقع شده است كه به آن حركت نسبی ماهواره‌های جی.پی.اس نسبت به گیرنده گفته می‌شود. صرف‌نظر از سرعت ماهواره، امواج رادیویی ناقل سیگنال‌های ارسالی از ماهواره‌های جی.پی.اس با سرعت نور سفر می‌كنند، اما در این میان توجه به این نكته ضروری است كه هرچند سرعت نور كمیتی ثابت است و به چارچوب مرجع و این كه زمینی یا مداری باشد بستگی ندارد، اما اندازه‌گیری زمان طبق قانون نسبیت به این امر بستگی دارد. در مورد قضیه آزمایش اپرا، دو مرجع وجود دارد. آزمایش روی زمین انجام گرفته است، اما زمان‌سنجی توسط بازخوانی سیگنال‌هایی صورت پذیرفته كه از ساعت‌های مستقر در مدار مخابره شده‌اند.

ماهواره‌های جی.پی.اس از غرب به شرق به دور زمین می‌چرخند و برخی از آنها روی مداری با زاویه 55 درجه نسبت به استوای زمین قرار دارند و جالب است كه این مسیر كمابیش منطبق با مسیر حركت نوترینوهایی بوده كه به نظر می‌رسد سرعت نور را شكسته‌اند. پس از نقطه نظر ساعت مستقر در ماهواره جی.پی.اس، موقعیت مكانی مبدا و مقصد نوترینوها در آزمایش اخیر در حال تغییر بوده‌اند. از نگاه ماهواره جی.پی.اس، آشكار ساز ذره در ایتالیا به سمت منبع نوترینوها در فرانسه حركت می‌كرده است و در نتیجه فاصله پیموده شده توسط این ذرات از نگاه این ماهواره كوتاه‌تر است. كاملا طبیعی است كه این موضوع كمی پیچیده به نظر برسد چون ما داریم درباره قانون نسبیت صحبت می‌كنیم. گروه اپرا این موضوع را نادیده گرفته بودند چون تصور آنها از ساعت، ابزاری ساكن روی زمین بوده است نه در حال چرخش در فضا.

اما اثر حركت نسبی ساعت‌های اتمی سوار بر ماهواره‌های جی.پی.اس تا چه حد تاثیرگذار است؟ محاسبات نشان می‌دهد كه این اثر موجب زودتر رسیدن نوترینوها به میزان 32 نانوثانیه می‌شود، اما به واسطه خطای مشابهی كه در هر یك از دو سر مسیر آزمایش در محاسبه زمان رخ می‌دهد باید میزان این تاثیر مضاعف شود. بنابراین تصحیح كل معادل 64 نانوثانیه است كه تقریبا با آنچه گروه اپرا اعلام می‌كند، برابر است.

این نتیجه‌گیری، قابل تحسین است ولی معلوم نمی‌كند كه مساله بالاخره حل شد یا هنوز باید به دنبال جواب بهتری بگردیم. با توجه به این كه بررسی و ارزیابی موشكافانه بخشی ضروری از فرآیند علمی محسوب می‌شود، ارائه‌كنندگان این محاسبه جدید نیز باید به نوبه خود تاب تحمل آن را داشته باشد كه از سوی جامعه علمی به طور كلی و از طرف گروه آزمایش اپرا به طور خاص، مورد بررسی قرار گیرند.

اگر این استدلال به قوت و اعتبار خودش باقی بماند، جریان اندازه‌گیری ذراتی سریع‌تر از نور بجای نقض نظریه نسبیت اینشتین، در نقش تأییدكننده دیگری از حقانیت آن عمل خواهند كرد.

نزدیك به 100 سال از انتشار نظریه نسبیت اینشتین می‌گذرد. این نظریه بزرگ كه نه‌تنها در زمان خود بلكه حتی امروزه به وضوح نشان داده است كه قامت درك و توانایی‌هایی علمی بشریت برای فهم آن هنوز كوچك است، بار دیگر دستاویز آزمون و استدلال‌های علمی مهمی قرار گرفت و چنین به نظر می‌رسد كه سربلند بیرون آمده است. سال گذشته بود كه دانشمندان با انجام 5 آزمایش علمی مهم در زمینه پارادوكس زمانی، حركت تقدمی اسپین، انحنای فضا ـ‌ زمان، پارادوكس زمانی در لیزر و نسبیت در مقیاس كلان به این نتیجه رسیدند كه نظریه نسبیت هنوز نفس می‌كشد و روز به روز بر حقانیت دنیای بزرگ آن صحه بیشتری گذاشته می‌شود. اكنون و پس از یك قرن از اعلام نظریه نسبیت، مرزهای دانش بشری بار دیگر نگاه‌ها را به سوی نابغه دوران و تفكرات عالی وی معطوف ساخته و ثابت می‌كند هنوز هم حق با اینشتین است.

مهریار میرنیا / جام جم