"Potwierdzenie tego odkrycia zachwieje całą współczesną fizyką"

Grzegorz Jasiński: Panie profesorze, jak pan przyjął taką informację, że oto nagle teoria Einsteina miałaby być nieprawdziwa?

Marek Jeżabek: Muszę powiedzieć, że to największe zdumienie, jakie w życiu przeżyłem. Wszystko, czego do tej pory nauczyłem się jako fizyk, zajmujący się tą dziedziną nauki od 40 lat, zostałoby obrócone w gruzy. Jestem tutaj zgodny z całym środowiskiem naukowym, które w tego typu sprawach, dotyczących najbardziej podstawowych praw natury, jest niezwykle konserwatywne. Konserwatyzm w nauce jest wielką wartością. Oczywiście, że potrzebne są przełomowe idee i przełomowe eksperymenty, ale to wszystko działa właśnie dlatego, że nauka jest niezwykle konserwatywna. Im większe podstawy są kwestionowane, tym staranniej musimy to wszystko sprawdzać. W historii nauki zdarzyły się już wiele razy rzeczy, które najwięksi i najbardziej wykształceni fizycy uważali za niemożliwe. Wobec tego możliwość, że neutrina podróżują z prędkością większą od prędkości światła, wynika z obliczeń dokonanych przez pomiar przelotu neutrin produkowanych w CERN-ie do detektora OPERA w Gran Sasso. Niewątpliwie jednego możemy być pewni. Te pomiary zrobione są z najlepszą dostępną na świecie precyzją. Mamy do czynienia z zespołami specjalistów, którzy są absolutnymi mistrzami w dziedzinie eksperymentu.

Mamy tutaj do czynienia z niezwykle renomowanym laboratorium i z grupą znakomitych naukowców podchodzących do tego z należytą ostrożnością. To nie są wyniki ogłoszone pochopnie. Pan profesor czyta właśnie komunikat szefa CERN-u na ten temat. Jest to komunikat niezwykle ostrożny.

Tak, w tym komunikacie jest dokładnie napisane słowo w słowo to, co ja powiedziałbym po usłyszeniu tej wiadomości. To jest nieprawdopodobne, niewiarygodne i zdumiewające. Jednak, tak jak zawsze w takiej sytuacji, musimy być przygotowani na to, że to może być prawda.

Jak w tej sytuacji postępują uczeni najwyższej klasy? Sprawdzają eksperyment i szukają wszelkich możliwych źródeł pomyłki lub efektu, który wprowadza nas w błąd. Trzeba pamiętać, że neutrina i eksperymenty z nimi są niezwykle trudne. Oczywiście patrząc na komunikat prasowy, który został ogłoszony przez CERN, mam świadomość tego, że być może jesteśmy mamy do czynienia z absolutną rewolucją naukową. Tego nie możemy wykluczyć, ponieważ - powtórzę jeszcze raz - na pewno pomiary, które zostały tutaj zrobione, były dokonane przez znakomitych specjalistów. Trudno obecnie o lepszych na świecie.

Co ważne, te pomiary były powtarzane wielokrotnie.

One były na tyle szokujące dla członków tych badań, podobnie zresztą jak dla każdego fizyka, że z całą pewnością oni nie chcieli się wygłupić. Wobec tego sądzę, że od wielu miesięcy szukali oni źródła błędu. W związku z tym musimy czekać. Pamiętajmy o tym, że mówimy o naprawdę fundamentalnym i bardzo podstawowym prawie natury, którego poruszenie zachwieje całym "gmachem" fizyki. To oczywiście nie znaczy, że to jest niemożliwe.

W przeszłości tak się już zdarzało. W momencie, kiedy zostały przeprowadzone eksperymenty, które wstrząsnęły fizyką klasyczną, czyli te z przełomu XIX i XX wieku, sądzę, że 90 procent wykształconych fizyków mówiło dokładnie to samo, co ja mówię w tej chwili: "To niemożliwe".

Przypomnijmy sobie historię efektu fotoelektrycznego. To było tuż po niezwykłym triumfie teorii Maxwella, która zunifikowała elektryczność i magnetyzm. Przy okazji Maxwell zrozumiał, że światło to fale elektromagnetyczne. 10 lat później Herz te fale po raz pierwszy eksperymentalnie rejestrował i przesyłał przez dziedziniec uniwersytetu w Karlsruhe.

Wydawało się wtedy, że oto skończyła się fizyka i że wszystko, co powinno być zrozumiane, zostało zrozumiane.

Rzeczywiście, wszyscy wtedy tak uważali. Wydawało się, że jest kilka drobiazgów do wypełnienia: być może lepsze przyrządy, więcej wysiłku i kolejne miejsca po przecinku będą wypełniane w tabelach. Wtedy wydarzyła się absolutna rewolucja: efekt fotoelektryczny i wyjaśnienie tego zjawiska przez Einsteina, które było dla wszystkich tak szokujące, że nie do przyjęcia.

Większość popularnych artykułów prasy i telewizji mówi o szczególnej i ogólnej teorii względności. Są nawet takie opinie, że przyznanie Albertowi Einsteinowi Nagrody Nobla za efekt fotoelektryczny było swoistą pomyłką, bo była to mniej wartościowa praca. Tak mówią ludzie, którzy faktycznie nie rozumieją tego, co się stało. Teoria efektu fotoelektrycznego, którą sformułował Einstein była najbardziej rewolucyjną teorią sformułowaną przez tego uczonego. Można nawet powiedzieć paradoksalnie, że do końca swojego życia sam Einstein nie chciał zaakceptować konsekwencji tego odkrycia.

Dopowiedzmy, że efekt fotoelektryczny pokazał, że światło ma nie tylko naturę falową. Właśnie to było najistotniejszym elementem tego odkrycia.

Dokładnie. Trzeba pamiętać, jak bardzo bulwersowało to najwybitniejszych i najbardziej rewolucyjnych fizyków tamtej epoki.

Nie ma bardziej skojarzonej z mechaniką kwantową osoby niż Niels Bohr. To był prawdziwy rewolucjonista. Model Bohra pokazał w sposób najbardziej dobitny, że trzeba odrzucić fizykę klasyczną. Pokazał, że właśnie teoria Maxwella - która nakazuje elektronom krążącym po orbitach wokół jądra atomowego promieniować światło - w tym momencie zawodzi. Oczywiście po kilkunastu latach została odkryta mechanika kwantowa, która tę sprzeczność rozwiązała.

Wracam jednak do rewolucjonisty Bohra. Otóż Niels Bohr do początku lat 20. XX wieku nie zaakceptował wyjaśnienia efektu fotoelektrycznego przez kwanty światła, czyli przez fotony. Jeszcze w 1922 roku pisał on do jednego ze swoich przyjaciół: "Nawet, gdyby Einstein wymyślił jakiś fantastyczny argument za tym, że jego teoria jest prawdziwa, to i tak musi mi to przesłać telegrafem, czyli falą". Dwa lata później Niels Bohr zmienił zdanie. Tak jak mówię, był on jednym z największych umysłów epoki. Człowiek, który najpierw przyczynił się do zrujnowania "gmachu" fizyki klasycznej, a potem do zbudowania nowego, jeszcze piękniejszego.

Czy ten "gmach" może teraz czuć drżenie niepokoju w związku z tym, co dziś ogłoszono?

Jeśli ten eksperyment zostanie potwierdzony, to z całą pewnością nasze wyobrażenia i nasze teorie legną w gruzach. Patrzę na to jednak bez niepokoju. Gdyby się okazało, że to jest prawda - specjalnie używam tutaj trybu warunkowego, bo ciągle nie wierzę, że to jest faktem - to z całą pewnością byłoby to fenomenalnym impulsem dla nauki i z całą pewnością - tak jak to się stało na początku XX wieku, kiedy legły w gruzach wszystkie paradygmaty fizyki klasycznej - znaleźliby się ludzie dostatecznie genialni, którzy znaleźliby na to receptę. Na razie pozostańmy przy tym, co stanowi wielką wartość fizyki - bądźmy konserwatywni i czekajmy. Z pewnością jest to wydarzenie tej skali i tej rangi, że wszystkie dostępne środki zostaną użyte, aby wyjaśnić, co się dzieje.

Autorzy tego odkrycia, publikując te wyniki, zachęcają fizyków na całym świecie do tego, żeby się z nimi zmierzyć, żeby próbować znaleźć inny sposób zweryfikowania prawdziwości tych wyników. Prawda jest taka, że niewiele jest miejsc, w których można to zrobić. Porozmawiajmy o tym eksperymencie, który zaczyna się w CERN-ie a kończy w Gran Sasso we Włoszech - około 730 kilometrów dalej. Na czym on polega?

Po pierwsze trzeba mieć silny strumień neutrin. Są one wytwarzane w rozpadach cząstek, najpierw mezonów π, potem jonów, wytworzonych w zderzeniach protonów, które są rozpędzane w jednym z akceleratorów CERN i kierowane na tarczę. Powstaje z tego starannie wypreparowana wiązka. Co istotne, z wielką precyzją znamy czas, w którym ta cząstka powstaje, bo odbywa się to impulsowo. Jest to mierzone z niespotykaną precyzją poprzez prowadzenie wiązki w cyklotronie.

Musimy pamiętać, że w takich przypadkach pomiar czasu rzędu nanosekund jest konieczny po to, aby z wiązką w akceleratorze nie stało się nic złego. Tak więc doskonale wiemy, kiedy neutrina są wyemitowane w CERN-ie. Z okolic Genewy lecą więc one we wszystkich kierunkach, ale kierowane są tak, aby maksimum natężenia przypadło na wiązkę lecącą w kierunku włoskiego laboratorium Gran Sasso. Tam w podziemnym laboratorium rejestruje się przylatujące neutrina. Znów mierzy sie to z ogromną precyzją.

Dodajmy tylko, że po drodze nie ma żadnego tunelu. Neutrina są tak przenikliwe, że po prostu lecą. Wszystko jedno, co mijają po drodze.

Dla neutrin, z którymi mamy do czynienia w tym eksperymencie, z całą pewnością możemy uważać ze znakomitym przybliżeniem, że one zachowują się jak swobodne cząstki. Wobec tego powinny podlegać prawom szczególnej teorii względności - powinny poruszać się z prędkością bardzo bliską prędkości światła, ale nieco mniejszą. Wedle danych, które mamy na temat tak zwanych oscylacji neutrin, posiadają one niezerową masę, wobec tego powinny się poruszać z prędkością mniejszą od prędkości światła.

Tymczasem dzieląc dystans pomiędzy Gran Sasso a CERN-em przez czas przelotu, uczeni z kolaboracji OPERA dostają wynik, który przewyższa prędkość światła. Jest to rzeczywiście wynik tak sensacyjny, że sami autorzy piszą o nim z wielką powściągliwością. Nie mówię tutaj o powątpiewaniu, bo oni przez dłuższy czas ewidentnie bardzo ciężko pracowali, żeby znaleźć wyjaśnienie tego efektu. Skoro się na to zdecydowali i skoro uzyskali zgodę dyrekcji CERN-u, która na tyle poważnie potraktowała te wyniki, że zdecydowała się je ogłosić, to jest niejako sygnał dla środowiska, że sprawa jest niezwykle poważna.

Wielkie kolaboracje są świetnie przygotowane do tego, żeby nie robić głupich błędów. Mówimy tutaj jednak o rzeczach bardzo trudnych i błędy się zdarzają. W komunikacie prasowym opublikowanym przez CERN widać tę wyraźną powściągliwość. Widać tutaj konserwatyzm, o którym mówiłem, bo rzecz jest faktycznie fundamentalnej wagi.

Powiedzmy najprościej o możliwych źródłach błędu. Mamy do czynienia z dwoma pomiarami. Pierwszy z nich to pomiar odległości, to jest 730 kilometrów z błędem w granicach 20 cm - taka jest w tej chwili dokładność tego pomiaru. Drugi natomiast, to pomiar czasu. Czy można znaleźć jeszcze jakikolwiek błąd, który mógł przytrafić się podczas tego doświadczenia?

Zakładam, że jakieś wyjaśnienie tego efektu, odmienne od tego, że neutrina poruszają się z prędkością większą niż prędkość światła, zostanie wymyślone. Z pewnością nie jest to łatwe. Trzeba pamiętać, że fizycy-eksperymentatorzy to ludzie naprawdę bardzo wnikliwi, pomysłowi i staranni. Sądzę, że najtęższe umysły dużo czasu spędziły na to, żeby się teraz nie wygłupić. Trzeba pamiętać o tym, że to jest sytuacja, która z całą pewnością zostanie zapamiętana. Jeśli to jest prawdą, to będziemy mieć do czynienia z przełomowym odkryciem. Jeśli zaś okaże się błędem, to wszyscy eksperyment OPERA zapamiętamy, jako wielką pomyłkę.

Załóżmy, że okaże się, iż nie sposób zakwestionować wyników tych badań. Oczywiście świat się nie zmieni, bo on działa według praw fizyki takich, jakie są, a nie takich, jakie my znamy. Może się jednak zmienić nasze życie. Nie mówię tutaj tylko o życiu fizyków, którzy nagle staną przed bezmiarem nowej wiedzy, ale życiu zwykłych ludzi. Natychmiast pojawiają się domysły na temat możliwych podróży w czasie, powrotu do wydarzeń z przeszłości. Jak wyobraża sobie pan świat po takim odkryciu?

Znowu wracam do tego ostatniego intelektualnego przełomu z początku XX wieku. Wszystkie paradygmaty klasycznej fizyki legły wtedy w gruzach. W tej chwili, przed odkryciem, ciągle żyjemy w świecie, który dla wielu z nas wydaje się jeszcze piękniejszy niż świat newtonowski. Na pewno znacznie więcej zjawisk, które w ramach fizyki klasycznej były nie do zaatakowania, w tej chwili rozumiemy i wykorzystujemy na co dzień.

Wróćmy do Einsteina. Każdy z nas ma w domu niejeden laser. W latach 20. XX wieku, laser był tylko teoretyczną mrzonką, która wzięła się z pomysłu, że cząstki o pewnych własnościach mogą się razem gromadzić. Skutki praktyczne są takie, że nasz dzisiejszy świat wygląda zupełnie inaczej a lasery to coś, czego powszechnie używamy w domu.

To jest właśnie odpowiedzią. Jeśli by się okazało, że to, co obserwuje się w Gran Sasso jest prawdą i że z jakichś powodów neutrina zachowują się w sposób niezgodny z teorią względności Einsteina, to musielibyśmy z tym żyć. Jeszcze raz jednak chcę zaznaczyć, że ta teoria jest najlepszą teorią, jaką posiada współczesna fizyka. Jest najbardziej fundamentalna i najdokładniejsza. Wobec tego, gdyby się okazało, że nas zawodzi, to na pewno mielibyśmy przed sobą bardzo interesujące czasy.