Физики попытались нарушить правило Эйнштейна о скорости света: что из этого вышло
Правило Эйнштейна о скорости света прошло сложное космическое испытание. Новые результаты дают надежду на открытие новой физики.
Утверждение Эйнштейна о том, что скорость света является постоянной, неоднократно проверялось в течение более 100 лет. Некоторые теории квантовой гравитации предполагают, что свет может вести себя несколько иначе при экстремальных энергиях. Авторы исследования, опубликованного в журнале Physical Review D, решили снова проверить правило Эйнштейна о скорости света. Они отслеживали мощное гамма-излучение от далеких космических источников, чтобы найти крошечные различия во времени, которые могли бы раскрыть новую физику, пишет Science Daily.
У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!
Предсказание Эйнштейна о скорости света
В 1887 году американские физики Альберт Михельсон и Эдвард Морли попытались обнаружить движение Земли в пространстве, сравнивая скорость распространения света в разных направлениях. Их эксперимент не выявил никаких различий в скорости света. Этот результат привел Альберта Эйнштейна к предположению о том, что скорость света является постоянной. Это одна из основ его специальной теории относительности.
Специальная теория относительности основана на принципе, согласно которому законы физики остаются неизменными для всех наблюдателей, независимо от их относительного движения. Этот принцип называется инвариантность Лоренца. Со временем инвариантность Лоренца стала основополагающим предположением в современной физике, особенно в квантовой теории.
Квантовая теория развивалась, имея в основе инвариантность Лоренца. Это особенно верно для квантовой теории поля и Стандартной модели физики элементарных частиц, которая является наиболее проверенной научной теорией из когда-либо созданных. Учитывая это, может показаться странным подвергать сомнению инвариантность Лоренца.
Все дело в еще одном открытии Альберта Эйнштейна. Общая теория относительности объясняет гравитацию как искривление самого пространства-времени. Как и специальная теория относительности, она была подтверждена много раз.
Квантовая гравитация
В то же время квантовая теория и общая теория относительности плохо сочетаются. Квантовая физика описывает реальность с помощью волновых функций вероятности, в то время как общая теория относительности описывает, как материя и энергия формируют геометрию пространства-времени. Эти два подхода с трудом существуют вместе, когда частицы движутся в искривленном пространстве-времени, одновременно влияя на эту кривизну.
Попытки объединить две теории в одну конструкцию, известную как квантовая гравитация, часто сталкиваются с одним и тем же препятствием: требуется небольшое нарушение инвариантности Лоренца. Это нарушение могло бы дать подсказки о новой физике за пределами существующих теорий.
Одно из предсказаний разных предполагаемых моделей квантовой гравитации, которое нарушает инвариантность Лоренца, заключается в том, что скорость света может зависеть от энергии фотона, то есть частицы света. Этот эффект можно обнаружить, как считают физики, при самых высоких энергиях фотонов, особенно в гамма-излучении с очень высокой энергией.
Физики проверили правило Эйнштейна
Авторы исследования решили проверить эту идею, используя астрофизические наблюдения. Их подход основан на огромных расстояниях, которые свет преодолевает во Вселенной. Если фотоны с разной энергией выпускаются одновременно из удаленного источника, даже мельчайшие различия в их скорости могут привести к измеримым задержкам во времени к моменту их достижения Земли.
Физики объединили существующие измерения гамма-излучения с очень высокой энергией, чтобы изучить несколько параметров, которые могут нарушить инвариантность Лоренца. Ученые хотели найти доказательства того, что правило Эйнштейна о скорости света может нарушаться в экстремальных условиях.
Но снова предсказания Эйнштейна подтвердились. Физики не обнаружили никаких нарушений инвариантности Лоренца. Тем не менее результаты исследования улучшают предыдущие ограничения на порядок, резко сужая область, где может скрываться новая физика.
Как уже писал Фокус, ученые считают, что внутри черных дыр скрывается неизвестная физика и предлагают способ, как ее обнаружить.
Также Фокус писал о том, что сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути делает то, чего от нее не ожидали.