چندروز پیش (22 سپتامبر 2011) مقالهای با همکاری 117 نفر از بزرگترین پژوهشگران حوزه فیزیک ذرات بنیادی دنیا ارسال شده است که در آن ادعا شده است سرعت ذره نوترونو را با بیشتر از سرعت نور (در حدود 0.00002 برابر بیشتر از سرعت نور) اندازهگیری کردهاند. که اگر این ادعا شود این آزمایش میتواند تمامی شهود فیزیک معاصر را از جهان هستی تغییر دهد و فیزیک نوین آینده را کاملا متفاوت با فیزیک امروز بنیان نهاند. انقلاب نتایج حاصل از تایید نتایج این آزمایش در دنیای فیزیک میتواند یکی از نقاط عطف تاریخ علم بشر محسوب گردد. (مقاله اصلی) اما ...
نسبیت خاص (نه نسبیت عام) نظریهای است که تبدیلات را در چهارچوب فضا _ زمان برای ما ترسیم میکند و چگونگی تبدیل معادلات در چهارچوبهای فضا زمانی متفاوت را برای ما ممکن میسازد. یکی از نتایج اولیهی این معادلات (تبدیلات) این است که هیچ ذرهی جرمدار و بیجرمی (همچون فوتونها) نمیتوانند با سرعتی بیشتر از سرعت نور (در چهارچوب هر ناظری با هر سرعتی) با سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت کنند و یکی دیگر از نتایج این معادلات این است که هر ناظر لَختی (ناظری که با شتاب صفر حرکت میکند) با هر سرعتی، سرعت پرتوی نور را همواره یک عدد ثابت (که سرعت نور در خلا است) اندازهگیری میکند. شهود تجربی روزمره ما میگوید که زمانی که اتومبیلی با سرعت 20 کیلومتر بر ساعت از کنار ما که با سرعت 10 کیلومتر بر ساعت در حال حرکت هستیم میگذرد ما سرعت اتومبیل را 10 کیلومتر بر ساعت اندازهگیری میکنیم (اتومبیل با سرعت 10 کیلومتر بر ساعت از ما دور میشود) اما در نسبیت خاص چنین شهودی دیگر صادق نیست و در هر چهار چوبی همواره سرعت نور ثابت است بنابراین اگر حتی ما با سرعتی نزدیک به سرعت نور در حال عبور باشیم و پرتوی نوری از کنار ما بگذرد باز هم با سرعت نور از ما در حال دور شدن است و برای ناظر ثابتی که حرکت ندارد نیز با سرعت نور از کنار آن میگذرد! و این نتایج همه نتایج اولیه و بنیادینی است که از نظریه نسبیت خاص حاصل میگردد.
پس از انتشار نظریه نسبیت خاص آزمایشهای فراوانی برای سنجش این نظریه انجام شده است و میتوان گفت که تا امروز هیچ نظریهای به اندازه نظریه نسبیت خاص در تبیین پدیدههای هستی موفق نبوده است. بازهی کاربرد نظری این نظریه را میتوان در تمامی شاخههای فیزیک مشاهده کرد به گونهای که در شاخههای فیزیک ذرات بنیادی – کیهانشناسی – اخترشناسی – فیزیک هستهای – پلاسما – فیزیک انرژیهای بالا از اصول بنیادین و اساسی محسوب میشود و بدون اتکا به آن در این شاخههای نظری و عملی تقریبا هیچ پدیدهی فیزیکی قابل بررسی و تبیین نمیباشد. حتی در تکنولوژی امروز نیز عملا از کاربردهای این نظریه استفاده شده است به گونهای که بدون در نظر گرفتن تصحیحات مربوط به این نظریه، تکنولوژی بسیاری از دستگاهها، ابزار و فرایندهای موجود امکانپذیر نمیباشد. (از کاربردهای ساده آن میتوان به رآکتورهای هستهای و دستگاههای GPS اشاره نمود.) بنابراین این نظریهای است که تا کنون بارها و بارها مورد آزمایش واقع شده است و بنیان فیزیک معاصر را تشکیل میدهد به گونهای که حتی تصور عدم صادق بودن آن میتواند تمامی فیزیک معاصر را به لرزه در آورد.
تا کنون ازمایشهای گوناگونی برای سنجش این نظریه انجام شده است که با دقتهای گوناگون تا کنون هیچ آزمایشی نبوده است که نظریه نسبیت را به چالش بکشد و تا کنون (تقریبا!) هیچ شاهدی برای رد و یا به چالش کشیدن آن مشاهده نشده است. سرعت بالاتر از سرعت نور نه تنها این نظریه را به چالش میکشد بلکه در قالب آن تمامی فیزیک مدرن را که برپایه این نظریه بنا شده است را به زیر سوال میبرد. آزمایشها و آزمایشگاههای ذرات بنیادی، مشاهدات و تفسیرات دادههای کیهانشناسی، آزمایشها و تئوریهای انرژیهای بالا همه و همه به چالش کشیده میشود و فصلی جدید در این زمینه باز خواهد گردید به گونهای که همه دادههای دوباره بایستی تفسیر شوند، کاربردهای آزمایشگاههای تحقیقاتی دنیا بایستی تغییر پیدا کنند، نظریههای موجود همه بایستی تصحیح گردند و به کل علم فیزیک به صورت کامل دستخوش تغییر خواهد گردید و بایستی نقشی نو در انداخت و دوباره فیزیک را از نو بنیان نهاد. البته ناگفته نماند که نمیتوان از واژه هیچ شاهدی در اینجا استفاده کرد چرا که بودهاند معدود نظریهها و آزمایشهایی که ادعاهایی برای به چالش کشیدن این نظریه داشته باشند اما نه تنها در علم امروز نظریات غالب نیستند بلکه بسیار اندک و انگشتشمار هستند. (برای مثال میتوانید به نتایج یک آزمایش انجام شده در آزمایشگاه فرمی مراجعه فرمایید)
آنچه که مسلم است این است که محققین و پژوهشگران بر روی نتایج این آزمایش و عوامل موثر بر آن، اندازهگیریها و ... بررسیهای بیشتری را انجام خواهند داد و نتایج این آزمایش را یا رد خواهند نمود و یا تایید خواهند نمود و امروز برای نتیجهگیری بسیار بسیار زود است. حتی خود در قسمت نتیجهگیری مقاله خود نوشتهاند که امکان دارد تاثیر سیستماتیکی ناشناختهای وجود داشته باشد که بتواند نتایج این آزمایش (اشتباه آنها در محاسبات و یا اندازهگیری) را توضیح دهد بنابراین در این مقاله هیچ تلاشی برای تفسیر نظری و یا پدیداریی، برای تفسیر دادههای این آزمایش انجام نشده است.
و این راهی است که همواره علم میپیماید. شاید در دهه آینده شاهد تحولی بنیادین در فیزیک نظری باشیم و راه فیزیک به کل تغییر مسیر پیدا کند و شاید راهی را که میپیمودیم همچنان ادامه دهیم. پاسخ این سوال در گرو بررسیهای بیشتر و دقیقتر نتایج حاصل از این آزمایش و تکرارپذیری این آزمایش میباشد و امروز برای جواب دادن به تمامی این سوالات بسیار بسیار زود است. آینده مشخص خواهد کرد که دانشمندان کدام راه را خواهند برگزید برای ادامه راهشان.
در انتها بایستی به این نکته اشاره کرد که برای تبیین ذرات با سرعت بیشتر از سرعت نور لزوما نظریه نسبیت خاص نقض نمیشود بلکه میتوان با تصحیحاتی در نظریه نسبیت خاص این مساله را درک کرد و برای این کار جهان را با ابعاد بیشتر از چهار بعد در نظر میگیرند و این مساله را شاهدی از ابعاد بیشتر هستی میدانند. هرچند همچنان بستر نظری این چنین تبیینهایی جای کار بسیار و دشواریهای بسیاری دارد اما چنین بسترهایی برای تبیین موجود است و احتمالا در آینده با تایید این دادههای تجربی زمینه فعالیت در این شاخههای نظری گسترش پیدا میکند چرا که همچنان میتوانیم با فرضهای نسبیتی اما با تصحیحاتی و بسط آن در دنیایی با ابعاد بیشتر این پدیدهها را تفسیر و تبیین کنیم.
نوشتار دکتر شان کرول (محقق ارشد موسسه تکنولوژی کالیفرنیا) در همین رابطه
پینوشت: تنها چهار روز پس از انتشار رسمی مقالهی مربوط به آزمایش OPERA که در آن ادعا شده است که ذرات نوترونویی با سرعت بیشتر از سرعت نور را اندازهگیری کردهاند، مقالهی دیگری برای تبیین این داده انتشار داده است. که میتوانید آن را در اینجا بخوانید. معمولا برای تبیین سرعتهای بیشتر از سرعت نور از نظریههایی استفاده میکنند که ابعاد جهان را بیشتر از چهار بعد میداند و در این قالب نظریه نسبیت را با تنها تصحیحاتی توضیح میدهند. در این مقاله سعی شده است به دشواریهای موجود در این تبیین پرداخته شود.
پینوشت: نسبیت عام و نسبیت خاص کاملا نظریههایی متفاوت هستند. نسبیت خاص تبدیلات دستگاههای فضا زمان به یکدیگر است و نسبیت عام، تئوری برای تبیین گرانش و هستی شناختی نیروی گرانش میباشد.
پینوشت کاملا مرتبط: سفر در زمان (سفر به گذشته) با اتکا به نسبیت خاص امکانپذیر نمیباشد و اکیدا ذرهای نمیتواند با سرعتی بیشتر از سرعت نور حرکت کند و سرعت بیشتر از سرعت نور به معنای بازگشت به گذشته نمیباشد بلکه به معنای نقض صریح اصول نسبیت خاص (همارزی دستگاههای لخت تحت تبدیلات لورنتس) است. در قالب نظریه نسبیت عام است که سفر در زمان امکانپذیر است. (نوشتار دکتر شان کرول محقق ارشد موسسه تکنولوژی کالیفرنیا در همین رابطه)
