آیا نیاز است کتاب فیزیک را بازنویسی کنیم

نظریه نسبیت خاص «انیشتین» نه تنها فاتحه زمان مطلق را خواند بلکه همه ذرات جرم دار را برای همیشه به حرکت با سرعتی کمتر از سرعت نور محکوم کرد

نظریه نسبیت خاص «انیشتین» نه‏تنها فاتحه زمان مطلق را خواند بلکه همه ذرات جرم‏دار را برای همیشه به حرکت با سرعتی کمتر از سرعت نور محکوم کرد. دلیل این موضوع نیز آن است که به اعتقاد این نابغه دنیای فیزیک (که البته در زمان ارایه نظریه نسبیت خاص در سال ۱۹۰۵ فقط یک کارمند ساده اداره ثبت اختراعات سوییس بود) هرچه سرعت جسم به سرعت نور نزدیک شود، بر جرم آن افزوده خواهد شد، چراکه انرژی و جرم، هم‏ارز هستند. این شاید ساده‏ترین بیان برای توضیح یادگار معروف او، یعنی رابطه E=mc۲ باشد. طبق این فرمول هرچه سرعت جسمی به سرعت نور نزدیک می‌شود، جرم آن نیز بیشتر می‌شود و برای افزایش سرعت به انرژی بیشتری نیاز دارد. در حد سرعت نور نیز جرم آن بی‏نهایت می‌شود. از این مرحله به بعد برای افزایش سرعت، به انرژی بی‏نهایت احتیاج داریم تا بتوانیم بر شتاب جرمی که اکنون به بی‏نهایت رسیده است، بیفزاییم و مسلما چنین انرژی‏ای در اختیار نداریم. مفهوم جرم موهومی نیز که برای توجیه حرکت با سرعت‏های بیشتر از سرعت نور معرفی شده، بیشتر راه‏حلی ریاضی است تا واقعیتی عینی. اما یک گروه تحقیقاتی به تازگی اعلام کرد؛ موفق شده ذره‏ای مادی به نام «نوترینو» را با سرعتی بالاتر از سرعت نور به حرکت درآورد. خبری که بسیاری از صاحب‌نظران فیزیک معاصر را برآشفت تا فارغ از صحت و سقم خبر، بیانگر یک واقعیت انکارناپذیر باشد: پیرمرد دوست‏داشتنی دنیای علم به هویتی فراتر از یک فیزیکدان صرف دست یافته است. از این روست که شاید زمزمه‌های نادرست بودن هیچ نظریه دیگری به اندازه نسبیت، هیاهو و جنجال به همراه نخواهد داشت. ولی چه دل‌مان بخواهد و چه نخواهد، نظریه چهره‏ای که دیگر به نماد جاودان علم (و نه فقط فیزیک) تبدیل شده، اکنون با چالشی جدی روبه‏رو است. آنچه در ادامه می‏آید گزارش آسوشیتدپرس در مورد جزییات این آزمایش و نظر چندین نفر از صاحب‌نظران است.

تمامی فیزیکدانان طرفدار حزب نازی که بیانیه «یک‌صد نویسنده علیه انیشتین» را منتشر کردند، طی صد سال گذشته سعی داشتند نقطه‏ضعفی در کارهای او بیابند. البته این راه برای آنان پایانی جز شکست به همراه نداشت. مدتی پیش، بزرگ‌ترین آزمایشگاه فیزیک جهان از یک یافته تکان‌دهنده پرده برداشت: سرعت حرکت یک نوع ذره زیراتمی (کوچک‏تر از اتم) بیشتر از سرعت نور اندازه‌گیری شد. اگر این موضوع صحت داشته باشد، می‌تواند پایه‌های نظریه «انیشتین» را به لرزه درآورد. البته همه دانشمندان بر این عقیده‌اند که در این مورد با یک «اگر» بزرگ مواجهیم، اتفاقی که «میچیو کاکو» فیزیکدان «سیتی کالج» نیویورک از آن به عنوان «بزرگ‌ترین چالش نسبیت در صد سال اخیر» یاد می‌کند. «آنتونیو اردیتاتو» رییس «مرکز فیزیک بنیادی آلبرت انیشتین» در شهر «برن» و یکی از مجریان این آزمایش، به خوبی آگاه است آنچه را به چالش کشیده، نظریه‌های مهم نسبیت «آلبرت انیشتین» است. وی چند روز قبل، با گروهش به مدت دو ساعت با سوالات فنی و بدبینانه حضار (که گاهی با بیان تندی نیز همراه بود) دست و پنجه نرم کردند. «اردیتاتو» بعد از جلسه در حالی‌که یک نوشیدنی در دست داشت، با این سوال روبه‏رو شد که آیا این کار او در واقع به چالش کشیدن فیزیک مدرن فاصله گرفته از مذهب نیست؟ و او با خنده پاسخ داد: «بله و نگرانی من هم دقیقا به همین دلیل است.» تاریخچه مفصلی از نتایج آزمایش‌هایی در دست داریم که در ابتدا در تناقض با نسبیت به نظر می‌رسیدند، ولی بعدها مشخص شد کاملا با نظریه‌ای که «انیشتین» آن را به خاطر سادگی و جذابیتش دوست داشت، سازگار هستند.

«درافتادن با انیشتین خطرناک است.» این جمله را «راب پلانکت» فیزیکدان آزمایشگاه فرمی (واقع در حوالی شیکاگو) می‌گوید. وی پیش از این، آزمایش‌های مشابهی روی سرعت نور انجام داد و اکنون نیز در تلاش برای آزمایش یافته‌های جدید است.

حتی خود «انیشتین» هم وقتی در سال ۱۹۲۹ «ثابت کیهانی» را «بزرگ‌ترین خطا»ی خود خواند، در اشتباه بود. او ثابت کیهانی را در نظریه نسبیت به عنوان نیرویی در نظر گرفت که مانع از فروپاشی عالم در اثر نیروی حاصل از گرانش می‌شود. یافته‌های جدید در سال ۱۹۹۸ نشان داد که شتاب حرکت عالم رو به فزونی است، بنابراین «انیشتین» در واقع اشتباه نکرده بود. (چراکه اگر نیرویی در حال غلبه بر جاذبه نبود، این نیرو باید شتاب حرکت کیهانی را کاهش دهد و حداقل به سرعت بحرانی برساند. سرعتی که همیشه کاهش می‏یابد ولی هرگز به صفر نمی‌رسد.) «پیتر گالیسون» مورخ علم از دانشگاه هاروارد می‌گوید: «نظریه‌ نسبیت انیشتین را بارها آزموده‌اند و درباره آن، بیش از هر نظریه دیگری در تاریخ علوم فیزیکی، سختگیری کرده‌اند، ولی این نظریه همیشه از آزمون‏ها سربلند بیرون آمده‏است.» جذابیت نظریه «انیشتین» و سابقه اثبات‌های مکرر آن نشان می‌دهد که چرا تقریبا همه چندین نفری که آسوشیتدپرس در مورد یافته‌های جدید با آنها تماس گرفت، در اظهارنظر خود محتاط و بدبین بودند و در مواردی آشکارا اعلام کرده‌اند که نتیجه به دست آمده را به هیچ‌وجه باور نمی‌کنند. این تحقیق حاصل همکاری موسسه تحقیقات هسته‌ای و فیزیک ذرات فرانسه و آزمایشگاه ملی «گرن ساسو» در کشور ایتالیاست.

دانشمندان یک پرتو «نوترینو» را به صورت زیرزمینی، از ژنو به ایتالیا شلیک کردند. فاصله دو مرکز فرستنده و گیرنده پرتوها ۷۳۹ کیلومتر است. آنها دریافتند که پرتو مذکور، این مسافت را ۶۰ نانوثانیه سریع‌تر از سرعت نور پیمود. ۶۰ نانوثانیه برابر ۶۰هزارمیلیونیم ثانیه است، مدت‏زمانی که مغز انسان هرگز قادر به تشخیص و ثبت آن نیست. «اردیتاتو» در گفت‌وگو با آسوشیتدپرس گفت: «شاید بگویید این زمان که چیزی نیست، ولی این‌طور نیست. این زمان را می‌توانیم با خطایی ناچیز، به صورت تقریبا دقیقی اندازه‌گیری کنیم.»چند روز قبل صدها دانشمند در سالن سازمان اروپایی تحقیقات اتمی «سرن» واقع در مرز سوییس و فرانسه گرد هم آمدند تا جزییات بیشتری در این مورد بشنوند. فیزیکدانان گروه تحقیق اظهار داشتند آنها نیز به اندازه کسانی که به نتیجه به دست آمده با دیده تردید می‌نگرند، از آن شگفت‌‌زده شده‌اند، نتیجه‌ای که ظاهرا ناقض قوانین شناخته‏شده فیزیک است. حرکت با سرعتی بالاتر از سرعت نور، مساله‌ای است که با توجه به نظریه نسبیت خاص «انیشتین» که در سال ۱۹۰۵ ارایه شد، امکان‌پذیر نیست. سرعت نور (۲۹۹۷۹۹ کیلومتر بر ثانیه) مدت‌هاست که به عنوان حد نهایی سرعت کیهانی در نظر گرفته می‌شود. «اردیتاتو» می‌گوید: «حرکت ذره‌‌ای مادی مانند نوترینو با سرعتی بالاتر از سرعت نور، موضوعی است که همه (از جمله خود ما) را شگفت‏زده می‌کند.» این آزمایش باید به صورت کاملا مستقل در آمریکا یا ژاپن بازبینی شود. «کاکو» مولف کتاب «فیزیک آینده» و مجری یک برنامه علمی تلویزیونی چنین می‌گوید: «اگر نتیجه حاصل درست باشد (که شک دارم، باشد) باید کل فیزیک جدید را بازنویسی کنیم.

انیشتین همواره از آزمایش‌ها سربلند بیرون آمده، ولی این بار صحبت از بزرگ‌ترین شتاب‏دهنده ذره جهان است که توانسته انحراف قابل‏ملاحظه‌ای در نظریه نسبیت به ثبت برساند.»«برایان گرین» فیزیکدان دانشگاه کلمبیا می‌گوید: «حاضرم سر هر چیزی شرط ببندم که این موضوع تایید نخواهد شد. ولی حتی اگر تایید شود، نظریه‌های انیشتین فقط به یک اصلاح جزیی نیاز خواهند داشت.» «اردیتاتو» هم در این مورد با او هم‌نظر است. او می‌گوید: «زمانی که انیشتین نظریه نسبیت خود را مطرح کرد، نظریات نیوتن به کلی کنار گذاشته نشد. در واقع نیوتن ۹/۹۹‌درصد از اتفاقات پیرامون ما را توضیح می‌دهد، ولی در حالت‌های به‌خصوصی از ماده ناچاریم از نسبیت خاص استفاده کنیم. حالا تصور کنید روزی در شرایط حاد مجبور باشیم اصطلاحاتی در آنچه اکنون می‌دانیم، اعمال کنیم. این به‌این معنا نخواهد بود که «انیشتین» به خطا رفته است.» «دان هاوارد»، مدرس نظریه‌های «انیشتین» و مسوول مرکز علوم و فناوری دانشگاه نوتردام معتقد است: «این موضوع مایه مباهات علم است. می‌توان هر آزمایشی را انجام داد و حتی مشوق انجام آزمایش‌هایی بود که ممکن است پایه‌های علم را به لرزه درآورند. سراغ همه چیز می‌توان رفت، حتی نابغه‌ای مانند انیشتین.»

www.ap.org

ترجمه: مسعود توکلی