Pad Ajnštajnove teorije
U detektoru neutrina
Bekstvo iz XX veka
Prema navodima koji su u septembru stigli iz CERN-a, detektor OPERA u Italiji ulovio je čestice brže od svetlosti. Da li to znači da je Ajnštajnova teorija relativnosti netačna
Malo koje putovanje će imati takve posledice kao ono na koja su krenula neutrina ispaljena iz CERN-a kod Ženeve, da bi kroz Alpe neznano kako, kroz druge dimenzije, crne rupe, crvotočine, etar ili samo kroz običnu stenu u Zemljinoj unutrašnjosti prešla put od 730 kilometara i bila uhvaćena na detektoru OPERA u Gran Sasso laboratoriji u centralnoj Italiji. Brzina kojom su ove subatomske čestice prešle svoj put diskutovaće se godinama, a njihova avantura će označiti konačan beg iz XX veka.
Nakon izvesnih nagoveštaja i vesti koje su prenošene sa nevericom, pretposlednjeg petka u septembru je na živoj video-konferenciji Evropske laboratorije za nuklearna istraživanja (CERN) zvanično saopšteno šokantno otkriće čije se posledice po nauku u ovom trenutku teško mogu i zamisliti – da postoje subatomske čestice koje putuju brže od svetlosti.
Prema jednom od dva postulata teorije relativnosti, brzina svetlosti najveća je moguća brzina u Univerzumu. Međutim, sasvim neočekivano, u eksperimentu koji zajedno izvode CERN i italijanska Gran Sasso laboratorija snimljena su neutrina kako putuju brzinom nešto većom od one za koju fizičari već pun vek veruju da je nedostižna. Brzina svetlosti u vakuumu iznosi 299.792,5 kilometara u sekundi, dok su neutrina ulovljena u prekoračenju brzine pri, za fiziku XX veka, nemogućih 299.798,5 kilometara u sekundi (što je brže za 6 kilometara u sekundi).
No, takvi efekti ipak mogu biti posledica nekakve instrumentalne greške samog detektora ili kakvog sporednog efekta, pa je odluka CERN-a da svoje rezultate suprostavi Ajnštajnu u najmanju ruku hrabra – eventualni obrt koji bi pokazao da rezultati nisu verodostojni, trajno bi ugrozio relevantnost najveće evropske laboratorije. Sa druge strane, ako se pokaže da je detektor OPERA ulovio čestice koje su iz CERN-a ispod Alpa ispaljene brzinom većom od svetlosti, biće to kraj one slike fizike koju poznajemo. I uzgred, otvaranje novih, milionskih istraživačkih projekata.
Sudeći po radu koji je objavljen na arxiv.org, rezultat je dobijen na osnovu 15.000 merenja brzine neutrina na detektoru OPERA u Italiji. "S obzirom na potencijalno velik uticaj na fiziku, ovo nas motiviše da nastavimo naše istraživanje kako bismo pronašli neke zasad nepoznate sistematske efekte", bio je oprezan doktor Antonio Ereditato, koji je ispred OPERA kolaboracije novinarima saopštio vest o neutrinima bržim od svetlosti. On je otvoreno pozvao sve druge laboratorije da provere njihove rezultate.
No, brojni naučnici, jednako kao i mediji, nakon same najave ostali su u stanju šoka, dok je jedan deo fizičara ostao pri tome da je tu ipak reč o nekoj grešci. Britanski fizičar Džim el Kalili je izjavio da će ako je OPERA stvarno ulovila čestice brže od svetlosti pojesti svoje gaće uživo na televiziji. "Mi smo uporno hteli da nađemo bilo kakve greške – trivijalne greške, komplikovanije greške ili velike ružne efekte, ali nismo ih našli", obrazložio je nalaze svog tima doktor Ereditato.
DOMEN NOVOG VEKA: Može li teorija relativnosti zaista pasti jednako kao što je ona svojevremeno oborila Njutnovu klasičnu mehaniku? Naime, Albert Ajnštajn je svoju specijalnu teoriju objavio 1905. godine na temelju višegodišnjih merenja u kojima su fizičari, tragajući za etrom, ustanovili da ne mogu izmeriti brzinu veću od brzine svetlosti. I u njoj izneo zaključke koji su zauvek izmenili tok nauke, pokazujući da Njutnov pogled na svet nije bio tačan, već da on važi samo u ograničenom domenu brzina.
S obzirom na to da su zaključci Ajnštajnove teorije za svoje doba bili tako iznenađujući, ona je od početka bila pod stalnim proverama. Na hiljade laika je, uglavnom iz nerazumevanja, pokušalo da ospori Ajnštajna, ali je teorija odolela ne samo njima, nego i praktično svim eksperimentima gde je stavljena na egzaktnu proveru.
No, stvar bi se možda mogla promeniti nakon ovog otkrića. Svakako, da bi se moglo reći kako je Ajnštajnov postulat o najvećoj brzini netačan, biće neophodno da u nekoj drugoj laboratoriji dođe bar do još jedne, nezavisne potvrde koja je ponovljiva na bilo kom mestu na svetu. Takav nalaz u suštini neće značiti da su svi oni eksperimenti koji su Ajnštajnovu teoriju potvrdili bili netačni, već da je sama teorija važila u nekoj vrsti "organičenog" domena. Šta će važiti izvan njega? To će biti predmet neke nove fizike koja tek treba da se uspostavi.
Prve spekulacije već idu ka tome da bi se moglo pokazati kako su međugalaktička putovanja moguća, kao i da je možda moguće putovati kroz vreme, zatim ka svemiru sa mnogo više dimenzija, ali i ka sasvim nezamislivim fizikama gde se prvo dešavaju posledice, a potom uzroci.
Otvarajući ovo pitanje, CERN ga je postavio sa najvećim mogućim ulogom – ili neutrina ili Ajnštajn. Odnosno, neistražena teritorija ili svet koji poznajemo iz prethodnog veka. Ishod sa svim posledicama i uzrocima ćemo tek videti. U svakom slučaju, nakon što se pokazalo da je Bog već bacio kocke, sada je došao red da to učini i CERN.
Zato, sve dok ne dođe do nezavisne potvrde, treba biti izuzetno oprezan sa zaključcima. No, ako se rezultati OPERA detektora pokažu tačnim, biće to kraj načina razmišljanja o svetu koji je iznedrio XX vek i koji je imao dramatičan uticaj ne samo na nauku, već i na kulturu, umetnost i tehnološki napredak. Na kraju, i na običnu svakodnevicu.
RELATIVNA STVARNOST: Javnost u Srbiji se na prvi pogled čini sasvim nezainteresovanom za ovu mogućnu promenu naučne paradigme, što se može razumeti zbog teških okolnosti i ogromnih problema u kojima se naša zemlja nalazi. No, to uopšte ne znači da je običan svet, bez obzira na to da li razume o čemu je reč ili ne, a posebno tada, zaista nezainteresovan za ovo pitanje.
Jer, ideja o tome da u svom opisu sveta Ajnštajn nije bio u pravu, zadire u način promišljanja koji je daleko širi od onog koji se tiče samih fizičara. Nakon "pada" Ajnštajnove teorije, zbog koje sam Ajnštajn spada u nesumnjive ikone XX veka, ljudi imaju osnova da kažu kako nisu sigurni ni u šta što je iz prethodnog veka preteklo u sadašnjost. I to nema mnogo veze sa egzaktnošću fizike koja je nesumnjiva i koja ovakvim rezultatima nije uopšte dovedena u pitanje.
To ima veze sa nečim mnogo manje jasno definisanim, a to je – osećanje sveta. A ono, sada, paradoksalno postaje više relativno nego što je bilo ikada pre. Uostalom, razgovarajte sa ljudima oko sebe – ma kako se na prvi pogled branili nerazumevanjem i opterećenošću brigama, brzo ćete shvatiti da im ipak nije baš sasvim svejedno. Ako ništa drugo, dobićete bar odgovor da su Srbi oduvek sumnjali u tog Ajnštajna.
Prvi pokazatelj je bizaran upravo na taj način. Beogradski tabloidi su već lansirali priču o tome da je Nikola Tesla znao za neutrina brža od svetlosti pre 111 godina, uz dobro znanu tezu kako je "Tesla definitivno znao mnogo više za svog života nego što to danas zna zvanična nauka".
Zaista, dobro je poznato da je Tesla, kao i većina naučnika njegove generacije, odbacivao ne samo teoriju relativnosti nego i mnogo toga drugog iz savremene fizike, ali za neutrina nije mogao znati ne samo zato što su ove čestice otkrivene mnogo kasnije nego što se ni fizikom visokih energija nikada nije bavio. Rezultat koji je CERN dobio posledica je velikog tehnološkog napretka, sa osetljivošću merenja koja je bila nezamisliva pre sto godina i nikako nije bila izvodljiva u ranijim epohama. Nagađati je, naravno, mogao svako za sebe u bilo kom dobu.
No, ta reakcija domaćih medija i nema veze sa CERN-om ili pak Teslom, već sa stanjem duha u kome smo, nakon toliko poraza, sami sebe isključili iz svega, da bi potom svaki civilizacijski korak tumačili u ključu "Ma, mi smo pre svih znali da je sve to pogrešno". I stalno u sukobu sa onim što zovemo "zvanično". A to je stanje duha koje je u podtekstu ne samo gubitničko nego zvuči gotovo beznadno.
Ali, nada bar ne sme biti isključena – sve je relativno, pa čak i sam Ajnštajn.
Put neutrina kroz Alpe
Neutrina su elementarne čestice bez naelektrisanja, leptoni koji ne reaguju u električnom i magnetnom polju i mogu da stignu do ogromnih rastojanja. Mogu da nastanu u nuklearnim procesima, uglavnom na zvezdama, kao i pri eksplozijama supernova, a fizičari ih već decenijama love u brojnim detektorima širom sveta. Standardni model poznaje tri vrste neutrina, mionski, elektronski i tau neutrino. U ovom eksperimentu su korišćeni mionski neutrini koji su proizvedeni i ubrzani u CERN-u kod Ženeve u Švajcarskoj. Neutrini su, potom, iz CERN-a ispaljivani kroz zemlju na put dug 730 kilometara, da bi nakon oko 2,4 milisekunde putovanja bili uhvaćeni u detektoru Gran Sasso laboratorije koja se nalazi u centralnoj Italiji. Ovde je izgrađen detektor OPERA (Oscillation Project with Emulsion–tRacking Apparatus) koji je tokom poslednje tri godine lovio neutrina upućena iz CERN-a. No, nakon 15.000 registrovanih neutrina postalo je jasno da ona stižu malčice prebrzo – oko 60 milijarditih delova sekunde ranije. Kako tvrde u CERN-u, rezultati hvatanja neutrina na OPERI su dobijeni sa velikom statističkom sigurnošću, a moguća greška nije veća od 10 milijarditih delova sekunde, tako da je tim naučnika prošle nedelje obelodanio rad u kome tvrde da je njihov detektor ulovio čestice brže od svetlosti.
Slučaj supernove 1987A
Neutrini su i ranije pomalo tvrdoglavo odbijali da se igraju po Ajnštajnovim pravilima i u mnogo čemu su bili glavolomka za naučnike. Pored poznatog solarnog problema i pitanja imaju li masu ili nemaju, neutrina su već hvatana u nekoj vrsti prekoračenja dozvoljene brzine. Zato su se, nakon rezultata OPERA detektora, mnogi setili događaja od 23. februara 1987. Tada su, u rano jutro u 7.35 tri velika neutrinska detektora na različitim krajevima sveta ulovila grupu čudnih neutrina iz dubokog svemira. Reč je bila o 24 neutrina koja su došla iz nebule "Tarantula" punih tri sata pre nego što je do Zemlje stigla svetlost. Naime, u ovom 168.000 svetlosnih godina udaljenom delu svemira eksplodirala je supernova 1987A (slika u foto galeriji), ali je svetlost do nas stigla sporije od neutrina, što je tada bilo objašnjeno time da se ona sporije probijala kroz optičku gustu sredinu.
Putovanje kroz vreme
Brojni paradoksi i urbane legende govore o tome šta bi sve bilo moguće ako bi čovek mogao da putuje kroz vreme. Jedan od poznatijih paradoksa tiče se dede i unuka i otprilike glasi ovako: pretpostavimo da je putovanje kroz vreme moguće i da je čovek odlučio da otputuje u prošlost. Ako bi uspeo da pronađe i ubije sopstvenog dedu pre nego što je ovaj upoznao babu, to bi značilo da jedan roditelj putnika kroz vreme nikad nije začet. Logično je zaključiti da onda taj čovek nije ni mogao da putuje kroz vreme jer nije mogao ni da se rodi pošto jedan njegov roditelj nije postojao. A ako nije putovao kroz vreme, njegov deda je još živ i to bi putniku omogućilo da se ipak rodi, putuje kroz vreme i ubije dedu. Zaključak koji se nameće jeste da se, umesto da se sumnja u mogućnost rođenja putnika, dovede u pitanje mogućnost putovanja kroz vreme. O ovom "paradoksu dede" prvi je govorio francuski pisac Rene Beržave u knjizi Neoprezni putnik iz 1943. godine.
Prvo merenje brzine svetlosti
Brzina svetlosti u vakuumu iznosi tačno 299.792,458 km/s. Prvo preciznije merenje obavio je 1676. godine danski astronom Ole Remer, koji je merio vreme koje protekne između dva izlaska Jupiterovog satelita iz senke.
Jupiterovom mesecu je potrebno u proseku 42 sata 28 minuta 36 sekundi da obiđe oko Jupitera, međutim, tokom polovine godine kada se Zemlja udaljava od Jupitera, vreme između dva pomračenja je duže, a tokom druge polovine godine kada se Zemlja približava Jupiteru, vreme je nešto kraće.
Dve planete se kreću oko Sunca, ali na različitim rastojanjima od njega, pa dok Zemlja oko Sunca obiđe za godinu dana, Jupiter za isto vreme opiše tek dvanaesti deo svoje putanje.
Zahvaljujući proračunima o razdaljini Zemlje i Jupitera i kašnjenju izlazaka Jupiterovih meseca, Remer je izračunao da je brzina svetlosti 214.000 km/s. Pogrešio je, jer u to doba nije bila poznata precizna udaljenost između planeta.
