Опровержение основ или ошибка в третьем знаке?

В физике, и это мы знаем еще со средней школы, есть так называемые мировые константы. Среди них самая известная — это скорость света. Как специальная теория относительности (СТО), так и общая утверждают, что быстрее света ничего в нашем материальном мире двигаться не может. И это подтверждает довольно простая на вид формула, согласно которой при достижении скорости света масса тела становится бесконечно большой. А так как масса и энергия связаны также весьма известной формулой Эйнштейна Е=мс2, то для такой массы потребовалось бы бесконечно большая энергия. Что в свою очередь противоречит другому фундаментальному закону сохранения энергии. И хотя сердца многих фантастов, режиссеров различных боевиков на научные темы грела идея преодоления этого ограничения, все не выходило за пределы книг, кинофильмов и другой подобной продукции. Тем более что преодоление ограничения скорости света принципиально делало возможным путешествие во времени, столь любимым сюжетом упомянутых фантастов. Если это так, то можно было бы отправить в прошлое терминатора и убить бабушку или дедушку жителя Земли, и тогда появление на свет его потомков оказалось под вопросом. С другой стороны, мечтать и фантазировать не запретишь, просто интересно. Сколько существует СТО, а именно в ней постулируется постоянство и ограниченность скорости света, столько пытаются ее опровергнуть. В первую очередь из-за вроде бы недостаточной убедительности ранних экспериментов по поиску “эфирного ветра”, которые традиционно рассматриваются как едва ли не единственное опытное доказательство справедливости СТО. Весь этот поток сомнений заставил знаменитого советского физика Сергея Вавилова 60 лет назад поручить своему сотруднику Алексею Бонч-Бруевичу провести эксперимент по прямой проверке второго постулата СТО. Однако техника тех лет не позволила получить достоверный результат. Такой опыт был недавно осуществлен в Курчатовском центре синхротронного излучения. Он подтвердил незыблемость второго постулата СТО, то есть — что скорость света предельна в нашем мире.

И вот научный мир, в первую очередь физиков, взволновало сообщение группы ученых из Европейского центра ядерных исследований в Женеве (ЦЕРН) о существовании сверхсветовых нейтрино. В ходе экспериментов проекта OPERA (Oscillation Project with Emulsion-Tracking Apparatus), в котором принимают участие примерно 200 физиков из 36 институтов и 13 стран, они изучали осцилляции мюонных нейтрино, посылая их пучки через 730 км из ЦЕРН в Италию, в подземную нейтринную ловушку Национальной лаборатории Гран Сассо. Из их статьи следует, что уже в течение трех лет эти уникальные и трудноуловимые частицы — нейтрино — прилетают к цели на 60 наносекунд раньше, чем если бы они прилетели туда, двигаясь со скоростью света. Нейтрино — это частицы, открытые итальянским физиком и Нобелевским лауреатом Энрико Ферми в 1933—1934 гг. Он дал новой частице название на итальянский манер — нейтрончик.

Вполне понятно, что такое потрясение основ вызвало у исследователей первую реакцию — допущена ошибка. На протяжении трех лет исследователи в Гран Сассо успели уловить своим детектором около 16 тысяч из посланных к ним нейтрино, и каждое из них прибывало к детектору раньше, чем следует из расчетов на основе СТО. Превышение скорости света было мизерным — всего 24 части на миллион. Расстояние, для которого свету требуется 2,43 миллисекунды, нейтрино пробегали в среднем на 60 наносекунд быстрее. Причем точность измерения, как утверждают ученые Гран Сассо, не превышала 10 наносекунд, то есть результат был статистически значимым. Когда ученые обнаружили это несоответствие, они, естественно, стали искать ошибку. Однако, как они ни старались, ее обнаружить им так и не удалось.

Надо отметить, что опровержение основ требует от ученых большого гражданского мужества. В свое время король математиков Карл Гаусс не проявил его в достаточной степени и не опубликовал свои результаты по неэвклидовой геометрии. Более того, он публично не поддержал русского математика Николая Лобачевского и венгерского ученого Яноша Больяи, чем обрек их на сильные нравственные страдания, хотя в частных письмах весьма интересовался их работами и положительно о них отзывался. Другой пример — уже из области физики. В 1929 году советский физик Дмитрий Скобельцын обнаружил в составе космического излучения электроны. Пропуская их через камеру Вильсона и закручивая траекторию магнитным полем, он обнаружил, что некоторые из них закручиваются не в ту сторону, в которую должны закручиваться частицы с отрицательным электрическим зарядом. Он был уверен, что работает с электронами, и потому не поверил собственному прибору. Он открыл позитрон, но не решился сообщать о своем открытии, противоречащим, как ему казалось незыблемым основам. А в 1932-м американский физик Карл Андерсон сделал то же самое, поверил своим глазам и приборам, пошел на решительный шаг и назвал позитрон позитроном, опубликовал результаты и впоследствии получил за свое открытие Нобелевскую премию. Академик Борис Иоффе из Института теоретической и экспериментальной физики в Москве считает, что если ученые действительно уверены в полученном результате, они были просто обязаны о нем сообщить и тем самым ввести в научный оборот, даже подставив себя под поток обвинений и атак. “Ученый иногда должен проявить мужество. Здесь работает человеческий фактор. Даже если вы не правы, но уверены в своей правоте, у вас будет стимул заявить о своем открытии, пока о нем не заявили другие”, — подчеркивает Иоффе.

Интересно, что физики совсем не в восторге от своего открытия. Глава проекта OPERA Антонио Эредитато из Бернского университета, заявил на семинаре в ЦЕРН: “Мы далеки от того, чтобы заявлять, что Эйнштейн был не прав. Я никогда такого не говорил. Но мы были вынуждены сообщить о полученных результатах, мы не можем заметать их под ковер”. По его словам, их статья в популярном интернет-издании Arxiv.org — это не столько заявление о свершившемся факте, сколько обращение к научному сообществу с просьбой либо подтвердить наблюдения его команды, либо опровергнуть их, показав, где они ошиблись. Однако эта слегка завуалированная попытка снизить накал разыгравшихся страстей температуры всеобщего негодования не снизила. Мир физиков воспринял сообщение о нарушении второго постулата СТО с негодующим недоверием.

Одни говорили: неправильно считается статистика. Другие недоумевали, откуда взялась неопределенность в 10 наносекунд, если расстояние между точкой старта и точкой финиша определяется при помощи GPS — системы, которая работает с точностью в несколько десятков наносекунд. А главное — и это подчеркивают сами исследователи из Гран Сассо — нельзя утверждать что-либо с уверенностью только по одному эксперименту, нужны независимые подтверждения из других источников.

Леонид Безруков, заместитель директора Института ядерных исследований Российской академии наук, сообщил, что в его институте к этому сообщению относятся весьма скептически. И для этого есть основания. Одна ласточка весны не делает. Так и в физике. Один эксперимент, даже многократно повторенный, не гарантирует отсутствие ошибок. К тому же в статье нет детального описания характера расчетов. Задача вроде бы для младшего класса. Дано: путь и время. Определить скорость. Путь делится на время — вот и вся арифметика с физикой. Но это простота кажущаяся. Нужно точно определить время старта, то есть рождения нейтрино, понять, каким образом эта информация передается через спутник к детектору, а на этом пути вполне возможны искажения и, тем самым, внесение ошибок. Далее нужно определить момент финиша, когда частица регистрируется детектором, учесть время запаздывания, вносимое электроникой, шумы электронных приборов и многое другое. Отсутствие достаточных математических выкладок и подробного описания приборной базы делает всю эту историю несколько странной. В науке так не принято. Скрывать то нечего. Либо сделано открытие, и нужно предоставить все данные для повторения эксперимента в других лабораториях и при других условиях, либо есть что-то такое, что находится уже за пределами науки. Во всяком случае, нужно ждать независимого подтверждения из других лабораторий.

Налицо, на первый взгляд, трудноразрешимое противоречие. Приходится выбирать из двух вариантов — либо доказано то, что противоречит основам, либо большая команда физиков ошиблась, не сумев справиться с, на первый взгляд, элементарной задачкой по арифметике и заявив миру о полученном неверном ответе. Кстати, второе случается довольно часто, и ничего в этом особенного нет. Более того — ошибки в науке бывают весьма полезны и плодотворны. Их анализ приводил к знаменательным открытиям.

Что касается варианта ошибки, то Безрукову он не кажется таким уж невероятным. “Сейчас в мире много физиков, но мало специалистов, — говорит он. — Люди умеют нажимать пальцами на клавиатуру компьютера, но среди них очень мало специалистов, которые разбираются в электронике. Вполне могли ошибиться. И поставить свою подпись под статьей, не разобравшись в ней, а просто доверившись мнению коллег”.

Если так, то это не крах устоявшейся физической догмы, а крах доверия ко всей современной физике. А если вдруг окажется, что все правильно и нейтрино действительно умеют двигаться быстрее фотонов (частиц, из которых состоит свет. — Авт.), то это означает революцию в физике, равнозначную той, которую совершил Эйнштейн в начале прошлого века. В пользу этой версии мало что говорит. Вполне возможно, что ошибка все-таки есть. Но она трудноуловима, и обнаружение ее само по себе может стать открытием. Ведь СТО подтверждена в сотнях, если не в тысячах безупречных экспериментах. Об одном из них мы рассказали выше. Дело не в том, что физики косны и держатся за устоявшуюся теорию. Проблема гораздо важнее. Она состоит в чистоте эксперимента и науки вообще. Слишком много находится тех, кто в погоне за сенсацией жертвует вольно или невольно научной достоверностью и строгостью. А это подрывает доверие как к науке, так и к ученым, рождает огромное количество проходимцев, которые под камуфляжем наукообразия пытаются достичь целей, с наукой несовместимых.

Сообщения о тахионах, то есть частицах, двигающихся со сверхсветовой скоростью, появляются в физике с завидной регулярностью и с такой же регулярностью опровергаются, а затем о них никто не вспоминает. В рассматриваемом случае речь идет о конкретной частице под названием нейтрино. Она обладает весьма необычными свойствами, если вообще такое можно говорить об обитателях микромира. Достаточно сказать, что каждую секунду нас пронизывает гигантское количество этих частиц, о чем мы в повседневной жизни даже не подозреваем. Тем не менее, нейтрино не в первый раз становится объектом пристального внимания физиков экспериментирующих со скоростями, близкими к скорости света. Были сообщения о результатах, полученных командой из Чикаго, которые, исследуя осцилляции нейтрино в 2007 году, обнаружили, что те летают со сверхсветовой скоростью, однако их данные никакого научного значения не имели, поскольку в том эксперименте погрешность была значительно выше полученных значений превышения скорости света.

Предположим пока невероятное, что нейтрино разогналось до скорости выше световой. Это будет прорыв в физике, но ничего катастрофического не произойдет. Кризисы в науке — в отличие от экономики и финансов — в результате идут на пользу. Они дают человечеству новые знания. Ради этого и работают ученые. А потом новые технологии приходят в наш дом и нашу жизнь.

Юрий РАЙХЕЛЬ