Már Galilei is próbálta megmérni a fény sebességét, de nem sikerült. Azután Olaf Roemer dán csillagász 1676-ban a Jupiterholdak fogyatkozását figyelte meg együttállásnál, majd fél évvel később újra: ezek a fogyatkozások azonban mintegy negyedórával később következtek be a holdak pályamozgása alapján kiszámított időpontnál. Roemer az eltérést azzal magyarázta, hogy közel félévente a Föld a Nap Jupiterrel ellentétes oldalára került, a fénynek így nagyobb távolságot kellett megtennie a Jupitertől a Földig, ez okozta a látszólagos késést. A kétszeres Nap–Föld távolság megtételéhez a fénynek 1200 másodpercre volt szüksége, ebből pedig 250 000 km/másodperc adódik a fénysebességre.

Armand Fizeau és Léon Foucault a XIX. század közepén egymástól függetlenül laboratóriumi körülmények közt mérték meg a fény sebességét. Fizeau egy gyorsan forgó fogaskerék fogai között bocsátott át egy fénynyalábot, amely egy jó meszsze elhelyezett tükörről ugyanazon az úton vissza verődött. A visszavert sugár azonban nem tudott átjutni a fogaskeréken, ha az már elfordult, és a következő fog a fény útjába esett. Foucault azután forgó tükröt használt fogaskerék helyett, és a visszavert fény szögeltéréséből számította ki a fénysebességet. Ez a módszer már szobányi méretekben is alkalmazható volt, ráadásul különböző anyagokban is mérhették a fénysebességet. Kiderült, hogy vákuumban a fény sebessége 300 000 km/másodperc.

Azt, hogy a fény az elektromágneses hullámok egy fajtája, James Maxwell 1865-ben felállított híres egyenletrendszerében írta le először. Albert Einstein elfogadta Maxwell egyenleteit, nem töprengett azon, hogy „mi rezeg ott”, viszont felfigyelt arra, hogy az egyenletekből egy fix, 300 000 km/másodperces sebesség adódik a szabadon terjedő elektromágneses hullámok esetében. Einstein relativitáselméletében a fénysebesség olyan határsebesség szerepét tölti be, „amelyet valóságos test el nem érhet, túl nem léphet”. Egy testet semmiképpen sem gyorsíthatunk fel az ismert erőterekkel még fénysebességre sem. Nem utazhatunk fénysebességnél gyorsabb űrhajóban, nem érkezhetnek ilyenben űrutasok más csillagrendszerekből.

Na és nem létezhet valami, ami mindig is gyorsabb volt a fénynél, azaz nem mi gyorsítottuk fel, hanem eleve úgy „született”? Nem tudunk róla, eddig nincs ilyen megfi gyelés. Ugyanakkor a relativitáselmélet nincs ellentétben olyan elemi részecskék létezésével, amelyek a fénynél nagyobb sebességgel születnek, és annál mindvégig gyorsabban haladnak. Ezeket a hipotetikus részecskéket el is nevezték tachionoknak. A tachion energia leadásával gyorsul, lelassításához pedig energiát kell vele közölni. Tachionok azonban a mai tudomásunk szerint nem léteznek, csak létezhetnének.

Éppen ezért tudományos szenzációnak tűnt az az ősszel közzétett publikáció, amely arról számolt be, hogy a Genf melletti CERN-ből a Rómától délre fekvő Gran Sasso laboratórium felé küldött neut rínónyalábot a vákuumbeli fénysebesség alapján számított időpontnál valamivel korábban észlelték, azaz a fénynél gyorsabban utazott. Eddig nem sikerült cáfolni a mérési módszert, habár igen sokan próbálják. A mérés eredményének megerősítéséhez azonban az is kellene, hogy azt egy másutt végzett, független kísérlet is igazolja.

Ha ez bekövetkezik, akkor sok mindent újra kell gondolnunk, az eredmény a fizikai problémák magyarázatán túl tudományfilozófi ai kérdéseket is felvet. Kérdés, hogy fel kell-e tenni ezeket.

Stephen Hawking 1982-es előadása szerint a tudományfilozófusok nagy része szakmájában sikertelen fi zikus, aki nem képes új fizikai elméletek kidolgozására, hanem inkább a fizika filozófiai kérdéseivel foglalkozik. A tudományfilozófusok szerinte még mindig a XX. század első éveinek tudományos elméleteiről, főként a relativitásról és a kvantummechanikáról vitatkoznak, a fizika legújabb eredményeivel nem kerülnek kapcsolatba. Az izomsorvadása miatt már évtizedek óta csak számítógépes szimuláció segítségével kommunikáló Hawking szerint az emberek nagyon vonakodva adják fel azokat az elméleteket, amelyek kidolgozásába sok időt és energiát fektettek, inkább a megfigyelések pontosságában kételkednek. Ha ez nem vezet eredményre, akkor megpróbálják az adott esetre módosítani az elméletet. Előfordul, hogy az elmélet építménye recsegni-ropogni kezd, ekkor valaki új elmélettel áll elő, amely a kényelmetlen megfigyeléseket elegáns és természetes módon megmagyarázza.

Újra át kell-e tehát értékelnünk a sebességgel kapcsolatos fogalmainkat? Siklér Ferenc fi zikus szerint még nem tartunk ott, hogy a fénysebességgel kapcsolatos tudásunkat el kellene vetnünk vagy át kellene értékelnünk. A fizikában a kísérlet és az elmélet általában egymást segítve, egymást alakítva fejlődik. Egy új eredmény elfogadásához és a fizika világába való beillesztéséhez nem elég a mérés, annak teljes megértése is szükséges. Először is több bizonyítékra, több független mérésre van szükség. Két teljesen független kísérlet előkészületei már folynak, ezek 2012-ben elvégezhetőek, és eredményeket szolgáltathatnak. A legutóbbi mérések kivételével eddig minden azt mutatta, hogy a neutrínók sebessége nem lehet nagyobb a fény vákuumbeli sebességénél, s elméleti oldalról sem látszik olyan igény vagy kényszerítő erő, amely a jelenleg kitűnően működő teóriák leváltására, átgondolására sarkallhatná a fizikusokat. Abból az egyszerű elvből, hogy a fény vákuumbeli terjedési sebessége egy abszolút, meg nem haladható érték, a fizika különféle területei számára (a gravitáció, a részecskefizika, a kvantumelmélet stb.) nagyon sok törvény és összefüggés következik. Ezek mind-mind összhangban voltak és vannak a korábban elvégzett kísérletekkel.

Mi következik abból, ha mégis valóságosnak bizonyul a fénysebességnél gyorsabban haladás lehetősége? A fizikus szerint most is ismertek olyan egyszerű esetek, amikor egy részecske gyorsabban halad, mint az adott közegben, tehát nem vákuumban érvényes fénysebesség. Bizonyos anyagokban a fény rendszerint lassabban terjed, mint vákuumban: vízben 25 százalékkal, üvegben pedig nagyjából 40 százalékkal lomhább. Egyszóval egy vízben haladó részecske gyorsabban haladhat, mint a fény, s közben a részecske úgynevezett Cserenkov-sugárzást bocsát ki: emiatt láthatunk kékes színt a vizes atomreaktorokban. A neutrínók nagyon könnyű részecskék, az elektronnál valószínűleg milliószor könnyebbek, szóval a jelenlegi ismereteink szerint a fénynél lassabban kellene repülniük. Ha mégsem, a vákuumban a fénynél gyorsabban haladó neutrínóknak is valamiféle sugárzást, például elektron-pozitron párokat kellene kisugározniuk, de ezt nem figyelték meg.

Ha elfogadjuk a fénynél gyorsabb neutrínók létezését, könnyen antagonisztikus ellentmondásba keveredhetünk. Egy ilyen példa a „távirat a múltba” (Einstein, 1907), jelenlegi változatában a „tachionos antitelefon”. Eszerint van egy űrhajónk, amely nagyon-nagyon gyorsan (közel fénysebességgel, de annál természetesen picit lassabban) távolodik a Földtől. Tegyük fel, hogy az űrhajón és a földi vezérlőközpontban is van egy, a fénynél gyorsabb neutrínók kilövésére és detektálására alkalmas berendezés, amellyel üzenni lehet egymásnak. Kiszámolható, hogy ha az űrhajó hazaüzen, feltesz egy kérdést, majd a központ az üzenet megérkezésekor azonnal válaszol, akkor a válasz előbb érkezik meg az űrhajóhoz, mint hogy a kérdést feltennék. Ez sérti tapasztalásunk (és a fizika) legalapvetőbb feltevését, az okság, a kauzalitás elvét: az ok megelőzi az okozatot, vagyis az idő iránya határozott, csak egyfelé „folyik”.

Egyáltalán miért fontos nekünk a sebesség? Hiszen nagyobb eszközzel, űrhajóval jó ideig úgysem tudjuk megközelíteni a fényét? Siklér Ferenc szerint jelenlegi ismereteink alapján egy csillagközi utazást valóban jelentősen korlátozna a fénysebesség elérhetetlensége. Még ha sikerülne is egy hiperhajtóművet építeni, a gyorsítás és a lassítás nagyon hosszú ideig tartana. Még a legközelebbi csillaghoz (ez az Alpha Centauri) is több mint négy évig utazik a fény. Galaxisunk, a tejút korongjának vastagsága ezer fényév, átmérője százezer fényév, szóval egy másik, az életre alkalmas bolygó meglátogatása jelenlegi eszközeinkkel lehetetlen. Persze ha tudnánk, hogy miként haladható meg a fénysebesség, hogyan növelhetnénk az űrhajó sebességét minden határon túl, sokkal egyszerűbb dolgunk lenne.

Ez ma a sci-fik világa.

Ünnep a CERN-ben