Podmíněná revoluce
Čemu uletěla neutrina? Světlu možná, pravidlům vědy určitě

Média celého světa opět ohlašují revoluci ve fyzice. Einstein se mýlil, jeho speciální teorie relativity neplatí, neutrina létají nadsvětelnou rychlostí. Potvrdil to prý druhý experiment, který navázal na zářijové šokující zjištění. Jenomže na tak silná tvrzení je zatím zatraceně brzy. Neutrina možná jsou, možná nejsou rychlejší než světlo. Co to ti fyzikové vlastně vyvádějí?

Dne 22. září oznámil vědecký tým projektu OPERA, že podle jeho měření se jeden typ elementárních částic, neutrino, může pohybovat rychleji než světlo. Vědci měřili dobu, za kterou neutrina překonají vzdálenost mezi místem svého vzniku v ženevských laboratořích CERN a detektorem umístěným na italské hoře Gran Sasso.

Vzdálenost mezi oběma místy je 732 kilometrů a neutrina tam dorazí zhruba za 2430000 nanosekund (miliardtin sekundy). Měření nazančila, že neutrina do cíle dorazila o 60 nanosekund rychleji než světlo. To by znamenalo, že se pohybovala rychlostí o 0,00248 % vyšší než rychlost světla. Rozdíl to není velký, přesto by znamenal, že v Einsteinově speciální teorii relativity něco nesedí.

Druhé měření výsledek potvrdilo. Jenomže...

Skeptičtí kolegové fyziků zapojených do experimentu výsledek označili za extrémně zajímavý, ale zároveň upozornili na řadu nejistot, které mohly výsledek ovlivnit. Jedna z největších spočívala v nemožnosti přesně změřit dobu letu jednotlivých neutrin.

Ta totiž v Ženevě vznikala ze svazku urychlených protonů, které fyzikové vysílali v pulsech trvajících 10000 nanosekund. Nebylo přitom možné zjistit, zda zachycená neutrina pocházejí ze začátku, nebo z konce pulsu. Což při zjišťování rozdílů na úrovni 60 nanosekund představuje nepříjemný problém.

Autoři pokusu samozřejmě nebyli natolik naivní, aby se spokojili s měřením, jehož chyba byla o dva řády větší než měřený výsledek. Problém obešli pomocí statistické analýzy, která z velkého počtu měření umožnila určit průměrnou rychlost neutrin. Ale tato statistická metoda v sobě mohla skrývat zdroj chyb.

Tým projektu OPERA nyní představil výsledky druhého experimentu, který výše zmíněný problém obešel. Tentokrát totiž fyzikové pracovali s pulsy trvajícími pouze dvě až tři nanosekundy, což jim umožnilo změřit dobu letu každého jednotlivého neutrina. Krátké pulsy značně snižují šanci neutrino zachytit, takže se jim podařilo získat pouze dvacet nových měření, zato s nimi nemuseli statisticky kouzlit. A výsledek byl v souladu s předchozím experimentem: neutrina přiletěla o 60 nanosekund rychleji než světlo, s možnou chybou deseti nanosekund.

Jeden zdroj chyb se tedy podařilo odstranit a tým projektu OPERA se proto rozhodl své výsledky publikovat v odborném časopise. Rukopis nyní projde recenzním řízením časopisu European Physics Journal.

Ze 180 účastníků projektu se jich patnáct v září odmítlo podepsat pod první výsledky, protože o jejich spolehlivosti měli velké pochyby. Čtyři z nich nyní změnili názor, jiní ale naopak pochybovat začali. Stále tedy platí, že kolem patnácti vědců nechce být s publikací spojováno, protože nejsou přesvědčeni o tom, že si za výsledkem mohou stát. Rovněž mnozí fyzikové stojící mimo experiment sice oceňují snahu o potvrzení výsledku, ale stále nejsou přesvědčeni. Co jim vadí?

Stejně dobré, nebo stejně špatné?

Analýza naměřených dat je extrémně náročná a je při ní třeba provádět bezpočet korekcí. Ty se pohybují v řádově vyšších hodnotách než hledaná odchylka od rychlosti světla. Zpracování dat je proto náchylné k chybám. Odborníci sice nenarazili na žádné do očí bijící pochybení, ale jistotu mít nemůžeme.

Hlavní nejistota však spočívá v tom, že měření zatím provedl jeden tým na jedné aparatuře. Je proto možné, že se dopouští nějaké systematické chyby. Jinými slovy: druhé měření přineslo stejný výsledek jako první, ale je možné, že oba výsledky jsou stejně chybné.

Měření je nesmírně citlivé na přesnost, s jakou jsou synchronizovány atomové hodiny v místě vzniku neutrin a v místě jejich zachycení. Rovněž vzdálenost mezi oběma místy musí být stanovena extrémně přesně. Fyzikové při obou pokusech pracovali se stejnými údaji, přičemž není jisté, že právě v nich se neskrývá nějaký problém.

Je proto nezbytné, aby měření zopakoval jiný tým na jiné aparatuře a výsledky předložil vědecké komunitě k prozkoumání. Teprve pokud nezávislá kontrola odstraní další zdroje chyb a výsledek potvrdí, bude možno brát tvrzení o nadsvětelných neutrinech skutečně vážně. Do té doby to bude jen zajímavé měření s různými možnostmi interpretace. Ověření přitom lze čekat nejdříve v řádu měsíců.

Takhle se to zkrátka nedělá

Věda se řídí přísnými pravidly, podle nichž se ověřuje hodnověrnost nových zjištění. Pokud vědecký tým přijde se zajímavým výsledkem, nejprve ho publikuje v odborném časopise, jehož recenzenti znalí oboru prověří, zda se autoři v použité metodice nebo v interpretaci výsledků nedopustili nějakých chyb.

Teprve s takto ověřenými výsledky dále pracují další vědci. Pokud nové zjištění obstojí i v dalších testech, vědecká komunita je přijme coby rozšíření toho, co o světě víme. Věda se tak brání před tím, aby byla zavalena horou neověřených teorií, které si vzájemně odporují. Tím se odlišuje například od filozofie a řady humanitních oborů a jen díky tomu se dostala tam, kde dnes je.

Jenomže zjištění, že by se něco mohlo pohybovat rychleji než světlo, je natolik třaskavé, že na veřejnost proniklo ihned poté, co vědci své kolegy seznámili s prvními daty. Je proto třeba volit velmi opatrné formulace. Vědci zatím nic nepotvrdili, neprokázali, nevyvrátili... Jen dospěli k potenciálně zajímavému výsledku a teprve další měření ukážou, zda skutečně něco vypovídá o fyzikální realitě.

Je to paradox. Mimořádná tvrzení vyžadují mimořádně silné důkazy, přesto se nadsvětelná neutrina dostala na veřejnost ve chvíli, kdy důkazy pro ně jsou poměrně slabé.

Pokud se Einstein mýlil, co by to znamenalo?

Pokud měření potvrdí nezávislý experiment, nebude to znamenat, že se Einstein od základu mýlil a teorii relativity můžeme hodit do koše. Desítky let nám dobře slouží a nebyl by důvod se jí vzdávat. Jenom by se ukázalo, že skutečnost je ještě o něco složitější a v některých případech si s Einsteinem nevystačíme. Tak to ve vědě chodí.

Každý vědecký popis skutečnosti je třeba považovat za podmíněný. Za pouhé přiblížení se realitě, zatížené jistou dávkou nepřesnosti. Je to podobné, jako když Einstein nahradil Newtona. Newtonova mechanika nám dvě stě let sloužila docela dobře, přestože dnes víme, že je vlastně chybná. Ale Newtonovy zákony popisují svět natolik přesně, že nám pro většinu situací dodnes plně postačují. Chceme-li studovat pohyb auta nebo padajícího jablka, Einsteina nepotřebujeme. Ten přichází ke slovu až při rychlostech blízkých rychlosti světla. Za běžných situací se Newton od Einsteina liší tak málo, že je to pod úrovní přesnosti měření.

Pokud neutrina odhalí slabinu v Einsteinově teorii, fyzikům se otevře nový prostor ke zkoumání. Bude to fascinující. Ve fyzice všedního dne se však nezmění vůbec nic.