В середине XX века академик С. И. Вавилов поручил своему докторанту А. М. Бонч-Бруевичу проработать возможность эксперимента по прямой проверке второго постулата специальной теории относительности. Несомненно, СТО — самая знаменитая из физических теорий. Можно безо всяких преувеличений сказать, что на ней держится вся современная наука — и картина мироздания! А второй постулат — это ее краеугольный камень, основа основ Вселенной, он не менее, если не более знаменит, чем пятый постулат Евклида.И столь же спорен, несмотря на то, что раз за разом подтверждается на практике.
Вавилов предложил спроектировать установку, в которой источником света был бы пучок быстрых возбуждённых атомов. Но при детальном рассмотрении оказалось, что техника того времени не позволяла достичь нужной скорости и плотности пучков. Опыт не состоялся. А он был необходим! Дело в том, что второй постулат СТО гласит: скорость света в вакууме не зависит от скорости движения источника света или наблюдателя и одинакова во всех инерциальных системах отсчета.
Скорость света в СТО занимает особое положение. Это предельная скорость передачи взаимодействий и сигналов, максимальная скорость, возможная в природе. Иными словами, конечность скорости света накладывает жесткие ограничения на множество процессов, протекающих в нашем мире, и даже на понимание самого этого мира, что не может не раздражать любителей безграничной свободы. К тому же Эйнштейн был евреем…
Как заметил академик РАН Евгений Александров в своей недавней статье, посвященной опыту по прямой проверке второго постулата: «…по сей день редколлегии физических журналов находятся в постоянной осаде любителей, предлагающих варианты пересмотра СТО (Ещё раз о постоянстве скорости света — Наука и жизнь, №8, 2011). Критиков Эйнштейна предостаточно. Александров пишет: «В качестве примера можно привести обзорную статью Н. Носкова, разоблачающую «столетний релятивистский обман», и недавнее выступление Соколовых, возрождающих старинную «баллистическую» гипотезу Ритца. Юбилей СТО своеобразно отметил Санкт-Петербургский политехнический университет, переиздавший в 2009 году претенциозную монографию «Мифы теории относительности» А. А. Денисова, чьи экстравагантные построения были 20 лет назад опровергнуты преподавателями этого же университета».
Эксперимент Вавилова осуществил сам Александров с коллегами из Курчатовского центра синхротронного излучения, где имеется синхротронный излучатель «Сибирь 1», чрезвычайно яркий ультрарелятивистский источник, в котором источником света служит сгусток электронов, двигающийся по искривлённой траектории со скоростью, очень близкой к скорости света. Скорость света в безукоризненном лабораторном вакууме устанавливается измерением времени прохождения им мерного отрезка. Противники СТО полагают, что эта скорость должна быть равна удвоенной скорости света (без тавтологии в данном случае не обойтись, а скорости, по мнению сторонников т.н. «баллистической» гипотезы, должны складываться).
Прямая демонстрация постоянства скорости света сузит возможности спекуляций на тему шаткости основ теории относительности и отсутствия экспериментального обоснования основ СТО, не столь уж и легкой для понимания, вообще-то говоря.
Итак, эксперимент. Синхротронное излучение (СИ) релятивистских электронов имеет широкий спектр — от инфракрасного до рентгена. Оно распространяется в узком конусе по касательной к траектории электронов по каналу отведения и выводится через сапфировое окно на фотокатод приёмника. Канал может перекрываться стеклянной пластиной — при этом по логике сторонников баллистической гипотезы свет, до того предположительно имевший скорость 2с, после окна должен обрести обычную скорость.
Стеклянная пластинка — ключевой элемент эксперимента, поскольку она переизлучает свет, играя роль межзвездной среды. Дело вот в чем. Ко времени предложения Вавилова постулат о независимости скорости света прямо подтверждался лишь астрономическими наблюдениями двойных звёзд. Известный астроном и космолог де Ситтер показал, что если бы скорость света зависела от скорости источника, то траектории движения двойных звёзд качественно отличались бы от наблюдаемых, согласующихся с небесной механикой. Ему возразили, мол, межзвёздный газ, преломляя свет, служит вторичным его источником, стирающим «память» о скорости первичного, ибо в нем фотоны источника поглощаются, а затем переизлучаются. Это позволяло подвергнуть сомнению большинство астрономических доказательств постоянства скорости света.
Электронный сгусток синхроизлучателя имел длину около 30 см. Проходя мимо окна отведения, он порождал в канале импульс СИ длительностью около 1 нс. Частота обращения сгустка по кольцу синхротрона была порядка 34,5 МГц, так что на выходе фотоприёмника наблюдалась периодическая последовательность импульсов. Они синхронизировались опорным сигналом высокочастотного электрического поля той же частоты, которое компенсировало потери энергии электронов на излучение. Сравнивая осциллограммы, полученные при наличии в пучке СИ стеклянного окна и при его отсутствии, можно измерить сдвиг последовательностей импульсов, вызванный гипотетическим снижением скорости. На опыте никакого сдвига не наблюдалось. Провели и прямое измерение скорости света в канале отведения путём деления длины канала на время распространения импульса, что привело к значению всего на 0,5% ниже табличной скорости света.
Итак, результаты эксперимента оказались ожидаемыми: скорость света не зависит от скорости источника в полном соответствии со вторым постулатом Эйнштейна. Новым стало то, что впервые его подтвердили прямым измерением скорости света от релятивистского источника. Едва ли этот эксперимент прекратит наскоки на СТО со стороны ревнивцев славы Эйнштейна, однако он существенно ограничит поле новых претензий.
Истина, казалось бы, восторжествовала, но… не прошло и месяца после публикации статьи Александрова, как поступили сообщения о сверхсветовых нейтрино! Их якобы обнаружили в совместном эксперименте швейцарского ЦЕРНа и итальянской лаборатории в Гран-Сассо. Правда, не все коллаборанты проекта рискнули подписаться под этим громким сообщением…
Сам Александров весьма скептически относится к сообщению: «Опыт можно пересказать так: бегун выбежал из пункта А в пункт В. Его скорость измерялась как частное от деления длины участка А-В на разность показаний часов в пункте убытия и прибытия. Оказалось, что он прибежал на 10 минут раньше, чем выбежал! Потом оказалось, что часы в пункте В отставали от часов в пункте А примерно на 10 минут. (\»Примерно\», потому что точнее проверить не удалось). Когда ввели в расчёт эту поправку, то получилось, что скорость бегуна оказалась бесконечной и притом отрицательной. Так и объявили в печати. С наукой не поспоришь».
В сверхсветовые нейтрино и мне не верится по многим причинам, в том числе из-за опасений за судьбу наиболее фундаментального принципа мироздания, более важного даже, чем закон сохранения энергии. Имеется в виду принцип причинности, придающий нашему миру если не смысл, то некий порядок. Но вот что любопытно в этой связи: ровно за год до статьи Александрова в той же «Науке и жизни» (№ 8 за 2010 год) была опубликована информация о древнеримском свинце, использованном в детекторах Гран-Сассо!
Оказывается, слитки свинца, поднятые 20 лет назад с римского корабля, затонувшего у берегов Сардинии во времена Октавиана Августа, заинтересовали итальянских физиков. Им требовалось экранировать детекторы нейтрино, расположенные в шахте на глубине 1400 м. Окружающие горные породы немного радиоактивны и могут повлиять на результаты измерений. Но современный свинец для экранирования не годится, в нем присутствуют радиоактивный изотоп свинец-210 и продукты его распада. В римском же свинце этот изотоп с периодом полураспада 22 года давно отсутствует. Связь времен, однако! И принцип причинности…
Монреаль-Бостон
