Фізики спробували порушити правило Ейнштейна про швидкість світла: що з цього вийшло

Твердження Ейнштейна про те, що швидкість світла є постійною, неодноразово перевірялося протягом понад 100 років. Деякі теорії квантової гравітації припускають, що світло може поводитися дещо інакше за екстремальних енергій. Автори дослідження, опублікованого в журналі Physical Review D, вирішили знову перевірити правило Ейнштейна про швидкість світла. Вони відстежували потужне гамма-випромінювання від далеких космічних джерел, щоб знайти крихітні відмінності в часі, які могли б розкрити нову фізику, пише Science Daily.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Передбачення Ейнштейна про швидкість світла

У 1887 році американські фізики Альберт Міхельсон і Едвард Морлі спробували виявити рух Землі в просторі, порівнюючи швидкість поширення світла в різних напрямках. Їхній експеримент не виявив жодних відмінностей у швидкості світла. Цей результат привів Альберта Ейнштейна до припущення про те, що швидкість світла є постійною. Це одна з основ його спеціальної теорії відносності.

Спеціальна теорія відносності заснована на принципі, згідно з яким закони фізики залишаються незмінними для всіх спостерігачів, незалежно від їх відносного руху. Цей принцип називається інваріантність Лоренца. Згодом інваріантність Лоренца стала основоположним припущенням у сучасній фізиці, особливо у квантовій теорії.

Квантова теорія розвивалася, маючи в основі інваріантність Лоренца. Це особливо вірно для квантової теорії поля і Стандартної моделі фізики елементарних частинок, яка є найбільш перевіреною науковою теорією з коли-небудь створених. З огляду на це, може здатися дивним ставити під сумнів інваріантність Лоренца.

Вся справа в ще одному відкритті Альберта Ейнштейна. Загальна теорія відносності пояснює гравітацію як викривлення самого простору-часу. Як і спеціальна теорія відносності, вона була підтверджена багато разів.

Квантова гравітація

Водночас квантова теорія і загальна теорія відносності погано поєднуються. Квантова фізика описує реальність за допомогою хвильових функцій ймовірності, в той час як загальна теорія відносності описує, як матерія і енергія формують геометрію простору-часу. Ці два підходи насилу існують разом, коли частинки рухаються у викривленому просторі-часі, одночасно впливаючи на цю кривизну.

Спроби об'єднати дві теорії в одну конструкцію, відому як квантова гравітація, часто стикаються з однією і тією самою перешкодою: потрібне невелике порушення інваріантності Лоренца. Це порушення могло б дати підказки про нову фізику за межами наявних теорій.

Одне з передбачень різних передбачуваних моделей квантової гравітації, яке порушує інваріантність Лоренца, полягає в тому, що швидкість світла може залежати від енергії фотона, тобто частинки світла. Цей ефект можна виявити, як вважають фізики, за найвищих енергій фотонів, особливо в гамма-випромінюванні з дуже високою енергією.

Фізики перевірили правило Ейнштейна

Автори дослідження вирішили перевірити цю ідею, використовуючи астрофізичні спостереження. Їхній підхід заснований на величезних відстанях, які світло долає у Всесвіті. Якщо фотони з різною енергією випускаються одночасно з віддаленого джерела, навіть найдрібніші відмінності в їхній швидкості можуть призвести до вимірних затримок у часі до моменту їхнього досягнення Землі.

Фізики об'єднали наявні вимірювання гамма-випромінювання з дуже високою енергією, щоб вивчити кілька параметрів, які можуть порушити інваріантність Лоренца. Вчені хотіли знайти докази того, що правило Ейнштейна про швидкість світла може порушуватися в екстремальних умовах.

Але знову передбачення Ейнштейна підтвердилися. Фізики не виявили жодних порушень інваріантності Лоренца. Проте результати дослідження покращують попередні обмеження на порядок, різко звужуючи область, де може ховатися нова фізика.

Як уже писав Фокус, вчені вважають, що всередині чорних дір ховається невідома фізика і пропонують спосіб, як її виявити.

Також Фокус писав про те, що надмасивна чорна діра в центрі Чумацького Шляху робить те, чого від неї не очікували.