爱因斯坦的相对论以及 20 世纪的大部分物理学都受到了一项晦涩但影响深远的实验的挑战。由 174 名物理学家组成的合作团队将中微子束从位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究组织 (CERN) 总部发射到意大利大萨索的探测器。他们追踪了 16,111 颗幽灵般的粒子，并测量了它们完成行程所需的时间。经过三年的实验和深入分析，该团队在九月份报告说，中微子提前了万分之十七秒到达。
该实验，名为 OPERA（乳胶追踪探测器振荡项目），揭示的微小差异具有惊人的含义。它似乎表明中微子以超光速传播，违反了长期以来被视为一条牢不可破的宇宙法则。如果中微子真的能做到这一点，那么作为现代物理学基石的爱因斯坦的相对论可能会崩溃。时间可能逆流。基于中微子的信息可能在发送之前就被接收。效应可能先于其原因发生，这将颠覆我们对宇宙的整个认知方式。
这个结果非常奇特，以至于 CERN 的物理学家鼓励其他科学家寻找实验中的设计错误。许多人很快照做了，但物理学家兼 OPERA 发言人 Antonio Ereditato 表示，许多批评过于简单化：“我们没那么笨，好吗？我们不会犯那些错误。”他补充说，该团队确实收到了一些好主意和建议，但没有找到决定性的证据。即使是最怀疑的科学家也同意该实验经过了仔细的执行和分析。
这种可信度促使一些勇敢的物理学家面对一个既令人畏惧又激动人心的问题：如果 OPERA 的结果是正确的，而中微子真的在藐视爱因斯坦，那会怎样？相对论在过去一个世纪里已经被无数次实验验证，所以没有一个受尊敬的物理学家会呼吁推翻它。相反，当中微子结果出现时，理论家们争相提出补充理论，包括关于新力量和额外维度的宏伟设想，以解释 OPERA 的发现并维持相对论——就像相对论对牛顿的物理学模型进行了阐述但并未否定它一样。
最有趣的观点之一来自中国科学院的 Jarah Evslin、Emilio Ciuffoli 和 Xinmin Zhang。他们正试图用一个未解之谜来解释另一个。暗能量是一种神秘的反引力，据信在宇宙尺度上起作用，将星系推开，并导致宇宙加速膨胀。Evslin 和他的同事们提出，暗能量在地球等大质量天体存在时会改变其行为。它可能会在行星附近收缩时空，使得中微子路线比测量的 730,534.61 米缩短了 20 米。“这创造了一条捷径，”Evslin 说。“中微子看到的 CERN 和大萨索之间的距离比我们看到的要短。”如果粒子在相同的时间内穿越（从中微子角度看）更短的距离，那么它的速度将低于光速，从而保持相对论的有效性。
希腊塞萨洛尼基大学的粒子物理学家 Argyris Nicolaidis 认为，中微子可能会采取另一种捷径，即通过一个隐藏的额外维度。弦理论（一种包罗万象的粒子物理学理论）的一些版本表明，我们的三维宇宙可能存在于一个称为“膜”的四维薄片中。（类比来说，可以将宇宙想象成印在一张巨大纸上的图像。）这张膜又可能占据一个称为“体”的高维空间。我们宇宙中的大多数粒子都停留在膜内，但理论家们曾提出，一些中微子可能也能够穿过体。如果我们的膜折叠起来，那么在折叠之间穿行就可以提供两点之间的更短路径。Nicolaidis 解释说，通过一次穿越“体”的旅行，中微子从瑞士到意大利就不需要走那么远。“这给了你一个有效速度，看起来比光速还快，”他说。
这两种理论都保持了相对论的有效性，并在很大程度上消除了中微子可能逆时空旅行的可能性。鉴于时间旅行的悖论，这对物理学家来说是个好消息，但对于任何希望跳上 DeLorean 去看看西部旧时代的人来说，却是令人心碎的。“你可以发送一条超光速的消息，”Nicolaidis 说，“但你永远无法发送一条在发送前到达的消息。”
在这些解释仍在发酵之际，Ereditato 表示，他的 OPERA 同事们一直在使用不同的中微子束重复他们的实验，这应该可以排除潜在的误差源。其他物理学家正在考虑进行后续实验，以重新测试宇宙的速度极限。然而，得出明确的结论可能需要数年时间。“在此过程中会有很多想法，如果正确想法得到实验验证，它们就会浮出水面，”波士顿大学的中微子物理学家 Ed Kearns 说。
Kearns 怀疑 CERN 的结果能否经受进一步的考验，但他希望自己能被证明是错的：“作为科学家，我们宁愿打破一些东西并找到新的解释宇宙的方式，也不愿一次又一次地确认标准模型。”
玩转相对论的危险
爱因斯坦的相对论根植于一个简单的思想实验：如果一个人与一束光一起旅行会发生什么？1905 年，这个想法引导这位蓬头垢面的天才提出了狭义相对论，该理论认为物理定律对所有观察者来说都是相同的。如果一辆以每小时 70 英里速度行驶的火车上的人打开一个手电筒，而地面上的伙伴也这样做，他们都会看到他们的光束以相同的速度（每秒 186,282 英里）移动。现在奇怪的部分来了：如果他们看向对方的光束，他们仍然会对光速达成一致。对于地面上的人来说，火车上的光并没有增加每小时 70 英里的速度。
这个看似悖论的结论促使爱因斯坦得出结论，空间和时间是可塑的，在高速度下会扭曲，在光速下会完全瓦解。十年后，他发展了广义相对论，该理论用空间和时间的曲率来解释引力。爱因斯坦对光速（用字母 c 表示）的特殊作用被直接纳入了他的方程（例如E = mc2）。使用这些方程来描述超光速的中微子会得出无意义的结果：任何如此快速移动的物体都会具有虚数质量并逆时空旅行。
这就是为什么 OPERA 的结果会引起如此大的轰动。“一个数据点可以证伪整个理论，”纽约市立大学的理论物理学家 Michio Kaku 说。“即使是爱因斯坦也可能被证伪。”不过，相对论已经被证实了数千次。它使天文学家能够测量恒星的属性，工程师能够设计 GPS 卫星，国家能够制造氢弹。因此，任何接下来的理论都必须包含相对论的所有内容，同时又能解释似乎与之矛盾的结果。解决这个悖论肯定需要另一位真正的天才。——Andrew Grant
