Tegnap majd' minden napilap közölte a hírt, miszerint német tudósoknak kísérleteik során sikerült túllépniük a fény sebességét. Miért kerül ez a tudományos hír a Szkeptikus blogra? Nos azért, mert a hírt minden bizonnyal gondolkodás nélkül fogják hivatkozni azok az önjelölt "tudósok", akik évente egyszer megjósolják a modern fizika bukását: "Ugye megmondtam!"

Pedig nemcsak ők, de még sok - nem konkrétan az adott témával foglalkozó - fizikus is félre fogja érteni e kísérlet értelmét. Továbbmegyek - ebben a félreértésben komoly szerepet játszanak maguk a felfedező kutatók is néhány meggondolatlan kijelentésükkel. Persze amíg többet nem tudunk a kísérletekről, addig csak homályban tapogatózunk, de azért néhány fogódzkodót már most is tudunk adni azoknak, akik kocsmai, vagy fórumos vitáik közben összeakadnak a megjósolhatóan felbuzdult relativitáselmélet-ellenzőkkel.

Érdekes módon rengeteg téveszme van arról, hogy mit jelez előre Einstein speciális relativitáselmélete, illetve milyen alapfeltevésekre lett felépítve. Mindezek pedig nagyon fontosak, hiszen ha az egyik alapfeltevésről, vagy valamelyik előrejelzéséről kiderül, hogy hamis, akkor tényleg probléma van. Nos azt azért nem várjuk, hogy olyan komoly probléma legyen, ami miatt az egész elmélet kártyavárként omlana össze és használhatatlanná válna, hiszen a mindennapi kutatásokban az elmúlt évszázadban hihetetlenül precíznek és hasznosnak tűnt az elmélet. Ha valami történhet, akkor az valami olyasmi, ami a newtoni elmélettel is megesett: kiderülhetnek olyan határesetek, amelyeknél az einsteini elmélet már nem jelez előre pontosan és egy kibővített - akár más nézőpontból kialakított - elmélet kialakítása válik szükségessé. Azokra a körülményekre, amelyekre ma használják az einsteini elméletet  - márpedig minden olyan esetben használják, amit egyáltalán elérnek a fizikusok - a speciális relativitáselmélet e feltételezett paradigmaváltás után is érvényes maradna.

A fizikusok java hihetetlenül felvillanyozódna, ha egy ilyen lehetőség felmerülne, bár kétségkívül - remélhetőleg - szkeptikusan állna hozzá az első pillanatokban. A nagyközönség számára egy ilyen felfedezés valószínűleg még jó ideig nem jelentene szinte semmit. A jelenleg belakott világunkban várhatóan nehezen fogunk olyan körülményeket találni, amelyekre az einsteini helyett e feltételezett új elméletet kellene használni. Ennek megfelelően az új elmélet alkalmazási területe is nagyon korlátozott lenne, és a publikum számára is értékes következtetések megjelenése csak hosszabb idő után lenne várható. Még a mai nap is a technológia, a kutatás legnagyobb részénél elegendőek a newtoni fizikai egyenletek, viszonylag kis - bár ma már jelentős - területeken kell a speciális (és általános) relativitáselmélet eszköztárához nyúlni.

Nos, tehát várható-e, hogy a most bejelentett kutatási eredmények ilyen módon megmutatják a speciáis relativitáselmélet határait? Nem teljesen kizárható, de legnagyobb valószínűséggel nem!

A speciális relativitáselmélet alapfeltételezései között, valamint előrejelzései között sem szerepel az, hogy a fény sebessége a legnagyobb sebesség! Márpedig ha ez így van, akkor az új kísérleti eredmények - bár akár hihetetlenül érdekesek lehetnek - semmit sem mondanak a speciális relativitáselmélet érvényességéről, illetve korlátairól.

Einstein elméletét arra alapozta, hogy a fény sebessége minden megfigyelő számára ugyanakkora (vákuumban körülbelül 300 000 km/mp), függetlenül a megfigyelők egymáshoz való mozgásától. Ezt szokták ugye azzal szemléltetni, hogy ha a gyorsan haladó vonaton zseblámpámmal előrefele világítok, akkor hozzám képest is, meg a sínek mellett álló bakterhez képest is ugyanezzel a sebességgel fog a fény terjedni - bármilyen nehezen is legyen ez értelmezhető egy nem fizikus számára. Az elképzelésre épített elmélet abszolút matematikai formában van megfogalmazva (az alapegyenletek ráadásul még csak nem is olyan iszonyúan bonyolultak), és bármilyen olyan esetben, amikor összevetették az egyenletek által előrejelzett eseményeket a kísérleti tapasztalatokkal, akkor azok tökéletesen illeszkedtek. Máig nincs az elméletnek ellentmondó kísérleti eredmény.

A 300 000 km/mp mint maximális sebesség az elmélet következtetései között sem szerepel. Olyannyira nem, hogy az egyenleteket használva el lehet játszadozni olyan részecskékkel, amelyek egész életük során a fénynél nagyobb sebességgel haladnak. Ha (!) léteznének ilyen részecskék, és ha (!) lehetne velük információt továbbítani, akkor az olyan lehetőségeket villantana meg, mint a múltba való utazás, az oksági (kauzalitási) elv megsértése és ezért a tudósok feltételezik, hogy nem létezik fénynél nagyobb sebességgel történő információtovábbítás. De ez nem következik az elméletből.

A mostani kísérletben a rövid hírek szerint a kutatók egy fotonnak egy akadályon való átjutását vizsgálták. Egy részecske egy elvileg áthatolhatatlan falon is keresztüljuthat bizonyos kicsi valószínűséggel. Itt eltűnik, amott meg megjelenik. Ezt a jelenséget nevezik alagúteffektusnak és csak atomi méretekben jelentkezik, gyakorisága pedig a részecske eneriájának függvénye. Elvileg David Copperfield is átjuthatna így a Kínai Nagy Fal egyik oldaláról a másikra, csak hogy mikor, azt ő maga nem tudná befolyásolni. Ugyanúgy véletlen esemény lenne, mint a rádioaktív részecskék bomlása (ami szintén az alagúteffektussal magyarázható), előfordulási valószínűsége pedig olyan kicsi, hogy jóval több időt kéne várnunk rá, mint a Világegyetek teljes kora.

Érdekes módon az alagúteffektus sebességét a mai napig nem vizsgálták. Valahogy a kérdés elkerülte a fizikusok érdeklődését. Ez minden bizonnyal egyébként nem független attól, hogy ez független a speciális relativitáselmélettől, tehát bármilyen mért eredmény nem jelent semmit annak érvényességére. Persze attól még érdekes lehet.

A 2003 februári Természet Világában megjelent Fénysebességváltás? című cikkünk végén Hraskó Péter elméleti fizikussal arról elmélkedtünk, hogy vajon lehetne-e ilyen mérést végezni, és ha igen, akkor az milyen eredményt hozhatna? A párbeszédformában megírt cikkben Péter így válaszolt erre a kérdésemre:

"Unszolásodra megpróbálkoztam egy ilyen számítással. Elég komplikált feladatnak bizonyult, nem is vállalkozom rá, hogy ismertessem. Óvatosan csak annyit mondanék, hogy a számítás szerint ... az út-per-időn alapuló sebesség is lehet c-nél nagyobb, sőt, lehet akár végtelen nagy is."

... vagyis pont akkora, mint amit a kutatók most mértek. A fotonnak nem volt szüksége semennyi időre a méteres akadályon való átjutásra! Hraskó Péter erről előadást tartott az ELTE Tudományfilozófiai tanszékén 2002. február 25-én Mit mond a kvantumelmélet az alaguteffektus időtartamáról?, valamint cikket írt Time Correlation in Tunneling of Photons címmel a Foundations of Physics, 33, 1009 (2003) számába. Hraskó Péter számításai éppen ilyen - széles - falakra vonatkoztak.

Cikkünk a Természet Világában a következő párbeszédrészlettel zárult:

Gábor: Akkor megint a rögeszmémmel hozakodom elő: lehetne ezzel fénysebességnél gyorsabban információt továbbítani?

Péter: Őszintén szólva nem tudom. Nem sikerült tisztáznom a feladat minden aspektusát. Még azt sem tartom elképzelhetetlennek, hogy ez a feladat-típus - amelyben időpontok (az indulás és az érkezés pillanata) közötti összefüggésről van szó - talán olyan, amilyenre már régen áhítozom: Valamivel ki kell egészíteni a kvantumelméletet ahhoz, hogy meg lehessen oldani.

A speciális relativitáselmélet tehát most sem fog megdőlni. Ha a kísérleti eredmények beigazolódnak, akkor az a kvantumelmélet kiegészítéséhez járulhat hozzá.

Azonban nem kétlem, hogy vad spekulációk fognak kezdődni a relativitáselmélettel kapcsolatban, hiszen - és ezért vagyok mérges rájuk - még a kutatók maguk is meggondolatlanul, mondhatnám tudománytalanul nyilatkoztak a megfigyelt nulla idejű (végtelen sebességű) alagúteffektussal kapcsolatban:

Ez az Einstein féle speciális relativitáselmélet közvetlen megsértése lenne, mivel az elmélet szerint semmi, semmilyen körülmények közt nem haladhatja meg a fény sebességét.

Hát ha valamiben, akkor ebben biztos nincs igazuk. A kísérletük igazolásához pedig teljes szívből drukkolunk, mert fontos előrelépést indukálhatna a kvantumelmélet továbbgondolásában!

A szerzők által a New Scientistbe küldött eredeti cikk:
G. Nimtz, and A. A. Stahlhofen: Macroscopic violation of special relativity