Фізики вирішили перевірити обмеження Ейнштейна щодо швидкості світла: які результати були отримані?

Правило Ейнштейна про швидкість світла пройшло складне космічне випробування. Нові результати дають надію на відкриття нової фізики.

Твердження Альберта Ейнштейна про постійну швидкість світла було предметом численних перевірок протягом більше ста років. Деякі теорії квантової гравітації висувають припущення, що за умов екстремальних енергій світло може проявляти себе інакше. Нещодавно автори дослідження, опублікованого в журналі Physical Review D, вирішили ще раз перевірити це принципове правило Ейнштейна. Вони спостерігали за потужним гамма-випромінюванням з віддалених космічних об'єктів, шукаючи незначні відмінності у часі, які могли б вказати на нові аспекти фізики, згідно з повідомленням Science Daily.

У Фокус. Технології запустили свій власний Telegram-канал. Підписуйтеся, щоб бути в курсі найновіших та найцікавіших новин з наукового світу!

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 побудована на основі принципу, що фізичні закони залишаються однаковими для всіх спостерігачів, незалежно від їхнього відносного пересування. Цей принцип відомий як інваріантність Лоренца. З часом інваріантність Лоренца перетворилася на ключове припущення в сучасній фізиці, зокрема у галузі квантової 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 теорія і загальна теорія відносності, на жаль, не складають єдину картину. Квантова фізика використовує хвильові функції ймовірності для опису реальності, тоді як загальна теорія відносності пояснює, як матерія та енергія впливають на геометрію простору-часу. Ці два підходи важко поєднати, особливо коли частинки рухаються через викривлений простір-час, водночас змінюючи цю саму 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 прогнозів різноманітних теоретичних моделей квантової гравітації, яке ставить під сумнів інваріантність Лоренца, полягає в можливості залежності швидкості світла від енергії фотона, тобто елементарної частинки світла. Фізики вважають, що цей феномен можна буде виявити при дослідженні фотонів з надвисокими енергіями, зокрема в контексті гамма-випромінювання з екстремальною енергією.

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.

Проте передбачення Ейнштейна знову знайшли підтвердження. Фізики не виявили жодних відхилень від інваріантності Лоренца. Однак результати цього дослідження суттєво вдосконалюють попередні межі, значно звужуючи ту площину, де може з'явитися нова фізика.

Як зазначалося раніше у Фокусі, науковці вважають, що всередині чорних дір можуть бути приховані таємниці фізики, і пропонують методи для їх виявлення.

Фокус також повідомляв, що надмасивна чорна діра, розташована в серці Чумацького Шляху, виявляє поведінку, яка не відповідала попереднім прогнозам.