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やはり光より速いものはない−アインシュタインへの挑戦と測定ミス
ミチオ・カク
2012年 3月 21日 17:43 JST
アインシュタインに対する反証が今、崩れつつある。新たな一連の実験結果は、「光より速く移動する物質が存在する」「実際に、光を上回る速さで移動した」という昨年のセンセーショナルな発表と完全に矛盾する。しかし、世界の物理学者達は、胸をなでおろしている。ここでその理由を説明しよう。
Getty Images
昨年9月、ある物理学者のグループは、スイス・ジュネーブ近郊にある欧州合同原子核研究機関（CERN）の加速器から、ニュートリノと呼ばれる素粒子線をイタリアに向けて発射した。ニュートリノが454マイル（約730キロ）の距離で60フィート（18.3メートル）、光の先を行ったと思われた時、光より速いものはないとするアインシュタインの理論が否定されたとして、物理学者らは息をのんだ。
20世紀の偉大な科学者アインシュタインが誤りだったとの見出しが、報道を賑わせた。それが事実であれば、近代物理学の根幹を揺るがす事態となることから、物理学界は混乱に陥った。たとえば、私の専門「ひも理論」はアインシュタインの相対性理論の延長にある。彼の理論が誤りだとすると、私のライフワークも存在価値を失う。
こうした主張における最初の亀裂は、先月浮上した。CERNの実験装置の調整に問題があったことを示す明らかな兆しがあったのだ。実験は、軌道の距離の測定と、スタート地点とゴール地点の2つの時計の同期化という、2つの計測によってすべてが決まる。この2つの計測に、どうやら致命的なミスがあったらしい。
まず、スイスとイタリアの時計は、第3の時計であるオシレーターと較べることによって同期化された。ところが、オシレーター自体の調整がうまくいかなかった可能性があり、2つの時計は合っていなかった。
第2に、実験を正確なものにするために、スイスとイタリアの距離は、高精度で測定される必要があった。これを可能にする唯一の機器は全地球測位システム（ＧＰＳ）だ。しかし、ＧＰＳ衛星とマスター時計を繋ぐ光ケーブルに緩みがあった可能性が浮上、測定に誤差を招いた可能性が出てきた。これら2つのミスで、ニュートリノの速度が100万分の20押し上げられた可能性があり、光速超えの説明がつく。
そして先週、ついに反論ののろしが上がった。別の物理学者のグループが、実験を全部やり直したところ、アインシュタインの正しさが証明されたと発表したのだ。彼らのニュートリノは、光とまったく同じ速度――早くもなく、遅くもない速度で移動した。
第2のグループの発表に説得力があるのは、彼らが第1のグループとほとんど同じ装置を使用したためだ。彼らは、CERNと同じ素粒子加速器を使い、同じ軌道にニュートリノ線を発射、目的地も同じローマ近郊グラン・サッソの研究所。2つの実験の決定的な違いは、ニュートリノの速度を計測するための機器だった。こうしたことを踏まえると、第1のグループによる装置調整が適切ではなかったという説明に説得力が増す。
先週、CERNの研究ディレクター、セルジオ・ベルトルッチ氏は、「前の実験結果が計測上の影響を受けたことが、証拠によって示されつつある」と慎重な言い回しの声明を発表した。第2のグループのスポークスマンを務めるノーベル賞物理学者カルロ・ルビア氏は、もっと単刀直入だ。ルビア氏は、「両方正しいことは有り得ない。どちらかが間違いだ。誰が正しいかはわかっている。正しいのはわれわれだ」と語った。
ことの重要性から、今後数カ月は、この新たな実験結果を立証するためにさらなる実験が行われるだろう。しかし、多くの物理学者の頭の中では、もうこの問題は片付いている。アインシュタインの理論は引き続き無傷だ。
今後も、さらに驚くような間違いがあるだろうか。もちろんだ。科学者達は、素粒子物理学とハイテク測定の限界に挑んでおり、この手の実験は困難を極める。
取るに足らないミスが大きな誤りへと発展した例は、これが初めてではない。たとえば1990年、米航空宇宙局（NASA）は、ハッブル宇宙望遠鏡を鳴り物入りで導入。それだけに、この望遠鏡がぼやけた使い物にならない画像を捉えた時は、深い失望感が広がった。後に、鏡を設置する機器がわずか1.3ミリメートルずれていたことが発覚。この数十億ドルの望遠鏡は、軌道を回る宇宙のごみと化し、数百万ドルを投じた2回目のミッションが望遠鏡の正面に矯正ガラスを取り付けるまで、科学界の笑いの種となった。
1999年には、1億2500万ドルが投じられた火星探査機のマース・クライメート・オービターが、火星の大気に衝突して崩壊、という大失態を演じた。調査の結果、このミッションは、子どもでもできるメートル法の換算ミス――つまり、メートルからフィートへの換算ミスという、完璧なまでの失態だった。
また、1979年には、スリーマイル島原子力発電所で、部分的なメルトダウンが発生。何でもない1つのバルブが開いたまま固着したことで、何百万ガロンもの放射能を帯びた冷却水が漏れ、炉心溶融を引き起こした。わずか2、3ドルの部品の欠陥が、数十億ドル規模の産業を30年間、不測の事態へと追いやったのである。
残念ながら、技術が進歩し続けるこの世の中、たとえ一時期であっても近代科学の根幹を揺るがすようなセンセーショナルな間違いは、今後も起きると予想される。どうすればこうした代償の大きい過ちを抑えることができるだろうか。結局のところ、その責任は、科学者とエンジニアが、光速の限界を打ち破ったと宣言する前に、細心の注意を払うことに尽きるのではないか。
偉大な天文学者、カール・セーガンはかつて、「Remarkable claims require remarkable proof.（並外れた主張には、並外れた証明が必要）」と言ったが、科学者が宇宙を構成する素粒子の探究を続ける今、我々はその言葉を肝に銘じるべきなのかもしれない。
（ミチオ・カク＜加來道雄＞氏は、ニューヨーク市立大の理論物理学の教授で日系3世。新著に『Physics of the Future: How Science Will Shape Human Destiny and Our Daily Lives by the Year 2100』＜ダブルデイ、 2011＞がある）
http://jp.wsj.com/Life-Style/node_411998/?mod=Right_pickfree
FAGIN: Time travel may have to wait a bit longer
March 21, 2012 5:29 PM
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BARRY FAGIN
GUEST COLUMNIST
Seven hundred million miles an hour. It’s not just a good idea, it’s the law.
Remember the hullabaloo last fall, when scientists at CERN reported particles traveling faster than light? The secular media went crazy: “Einstein wrong!” “Laws of physics to be rewritten!” “Time travel possible!”.
Religious writers got in on the action too. To them, scientific truth changes more often than Mitt Romney’s views on health care. If scientists can change their minds, why should we believe them? How can scientific truth be ultimately satisfying? Instead of trusting scientists, we should cling to the One Real Unchanging Truth: that of [insert personal religious doctrine here].
Fortunately, not everyone drank the Kool-Aid. Colorado’s own Phil Plait, our state’s best-kept secret when it comes to critical thinking, urged caution and skepticism. Writing in his “Bad Astronomy” blog, he pointed out all the things that could have gone wrong, and why we need to let the process of science work things out. Turns out he was right.
Last week, the CERN experiment was repeated, and the results overturned. (See any headlines? No? I’m shocked). Neutrinos in fact travel at the speed of light, exactly as humanity’s enormous and hard-won body of scientific knowledge over the past fifty years predicted. It looks as if the original results were flawed due to a bad cable connection. Hey, it happens.
What’s the lesson here? When it comes to understanding what the heck is going on in the world, extraordinary claims require extraordinary evidence. The claim that neutrinos can travel faster than light is extraordinary, because it means time travel is possible and effects can precede causes.
(Science joke: The bartender says “We don’t serve superluminal particles here.” A neutrino walks into a bar.)
This is what the secular media miss about science: It’s a process for getting at truth, carried out by imperfect people with imperfect tools. It’s a process that takes longer than the news cycle and the attention span of the average reader. Astonishing results require replication before belief. Particularly in particle physics, where we are trying to measure the smallest, fastest things in the universe.
But there is a moral lesson here too. Join me in congratulating this week’s Outstanding Man of Integrity: Dr. Antonio Ereditato, one of the scientists who did the original CERN work. When asked what he thought of the result that cost him a Nobel Prize, he said: “This is the way science goes. What matters is the global progress of scientific knowledge.” Doc, you are my inspiration. With that one quote, you made five years of grad school worthwhile.
The integrity of men like Dr. Ereditato is what I think the religious press missed in this story. Some claims of religion are beyond evidence, perhaps its most important ones. But others are not. The Exodus story, the life of Jesus, the specifics of the Book of Mormon, those are all factual, evidence-based claims.
When it comes to those, shouldn’t believers (and non-believers) show the same integrity as Dr. Ereditato? How many religious leaders are truly willing to modify their beliefs if evidence says they should? Consider these hypothetical news clips:
“When asked about the existence of over two hundred thousand Greek New Testament fragments, no two of which are alike, the pastor replied ‘That’s the way theological scholarship goes. I’ll have to reevaluate how certain I am about what Jesus really said.’ ”
“When asked about the DNA evidence that American Indians came from Asia, the LDS bishop replied ‘That’s the way science goes. Perhaps our understanding of the Book of Mormon is wrong.’ ”
I believe these conversations do happen, but not nearly enough. Ethical people should demand them as a matter of intellectual integrity. Honest faith, it seems to me, changes its factual claims when the evidence says it should. That’s how we distinguish truth from stuff people make up.
Neutrinos travel at the speed of light. Changing people’s minds, apparently, takes a little longer.
This column was drawn from invited presentations at Temple Shalom and Classical Academy High School in Colorado Springs. Readers may contact Dr Fagin at barry@faginfamily.net.
http://www.gazette.com/articles/hundred-135604-travel-longer.html#ixzz1podzp9bA
Icarus test confirms Neutrinos don’t travel faster than light
Shane McGlaun, Mar 19th 2012
CERN re-conducted the experiment that had previously reported to have observed neutrinos traveling faster than the speed of light. The original experiment has been a source of controversy and was ultimately determined to have likely been caused by a faulty cable leading researchers to believe neutrinos had traveled faster than light. CERN conducted a similar experiment dubbed Icarus that was conducted at the Italian Grande Sasso laboratory.
Icarus timed the speed of neutrinos traveling from CERN to Gran Sasso using the same short pulsed beam from that controversial experiment last September. The experiment report said that the new measurement “is at odds with the initial measurement reported by OPERA last September.” In other words, the Icarus experiment did not observe neutrinos moving faster than light.
Story Timeline
Faster-than-light Neutrinos could undermine Einstein on Sep 23rd 2011
Faster than light neutrino puzzle solved? on Oct 14th 2011
Einstein pwns CERN physicists from the grave on Feb 23rd 2012
Scientists investigate neutrino technology for communication through rock on Mar 16th 2012
Neutrinos have recently been the source of other experiments as well. Last week researchers reported they were testing neutrinos for the ability to transmit messages through solid rock. Neutrinos are particles with very little mass that have a neutral electric charge. That makes the particles not subject a magnetic attraction and therefore not significantly altered by gravity as they move through solids or liquids.
“The evidence is beginning to point towards the OPERA result being an artefact of the measurement,” said CERN Research Director Sergio Bertolucci, in a press release, adding that “it’s important to be rigorous, and the Gran Sasso experiments, BOREXINO, ICARUS, LVD and OPERA will be making new measurements with pulsed beams from CERN in May to give us the final verdict.”
“Whatever the result, the OPERA experiment has behaved with perfect scientific integrity in opening their measurement to broad scrutiny, and inviting independent measurements. This is how science works,” Mr. Bertolucci professed.
[via The State Column]
http://www.slashgear.com/icarus-test-confirms-neutrinos-dont-travel-faster-than-light-19218982/
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