Дослідник висловив сумніви щодо теорії Ейнштейна, яка залишалася непорушною протягом століття: що ж він виявив?

Фізик з Австралії сконструював пристрій, за допомогою якого довів протилежне.

У своїй спеціальній теорії відносності, опублікованій у 1905 році, Альберт Ейнштейн висунув гіпотезу про те, що швидкість світла в порожнечі залишається незмінною. Це положення стало одним із основоположних принципів фізики.

Фізик Енбан Лі з Університету Вуллонгонга поставив під сумнів існуючу теорію, створивши пристрій, який, на його думку, може виявляти коливання швидкості світла, коли воно проходить через земну поверхню, повідомляє ZME Science.

Висновки вказують на те, що насправді гравітація прискорює світло, що може мати наслідки для галузей науки про Землю - від моніторингу клімату до розвідки мінеральних ресурсів.

Стародавнє запитання

Концепція впливу гравітації на світло не є новаторською. Ідеї Альберта Ейнштейна, які знайшли своє продовження в його загальній теорії відносності, викладеній у 1915 році, стверджують, що великі маси в космосі здатні викривляти світлові промені завдяки своїй гравітаційній силі.

Ця теорія була знаменито доведена в 1919 році, коли дві незалежні команди виміряли світло зірок, що проходило повз сонячне затемнення у двох різних точках на поверхні Землі, і виявили, що результати збіглися з передбаченнями Ейнштейна.

Це викривлення шляху світла, згідно з загальною теорією відносності, досягається за рахунок викривлення тканини простору-часу.

Відповідно до цього варіанту, швидкість світла залишається незмінною, однак йому потрібно подолати більшу відстань, проходячи через викривлене поле простору і часу, яке утворюється навколо небесних об'єктів. Саме тому віддалений спостерігач може сприймати його як уповільнене.

Але що, якщо світло не пробирається крізь викривлений простір-час, а насправді гравітація великих об'єктів уповільнює або прискорює його?

Лі зазначив, що навіть сам Ейнштейн не завжди вірив у незмінність швидкості світла. У 1911 році в одній зі своїх статей він запропонував ідею, згідно з якою швидкість світла може варіюватися в залежності від гравітаційних полів об'єктів, через які воно проходить. Проте, як зазначив Лі, "коли він опублікував свою загальну теорію, він фактично відмовився від цієї концепції".

Лі розмірковував про те, що якщо світло підлягає впливу гравітаційних сил, то, можливо, можна буде виявити зміни його швидкості на локальному рівні. Наприклад, в шахті ліфта в будівлі на території університету Вуллонгонга.

Підносячи суттєві теми

Гравітаційне поле Землі має локальні коливання, які залежать від таких факторів, як висота, густина ґрунту та форма місцевості. Наприклад, на верхівці висотної споруди гравітація буде помітно меншою у порівнянні з її підставою.

З огляду на ці коливання Лі влаштував експеримент у ліфті. Він складався з котушки оптоволоконного кабелю, який, якщо його розтягнути в одному напрямку, мав би довжину 10 кілометрів.

Через кабелі пропускали лазерні промені, які потім відбивалися назад - таким чином проходячи 20 кілометрів, перш ніж досягти надшвидкого фотодетектора. Осцилограф вимірював час, який був необхідний променю, щоб пройти цю відстань. Експеримент проводили у верхній частині шахти та внизу.

Згідно з висловлюваннями Лі, основною складністю виявилося відокремлення всього навколишнього "шуму" — включаючи коливання температури та вологості, електромагнітні завади та вібрації самої будівлі.

Лі створив систему для моніторингу температури, а експеримент було організовано в спеціальному корпусі з електромагнітним захистом, щоб запобігти впливу зовнішніх повітряних потоків. Під час проведення експерименту Лі виявив, що світло переміщується трохи швидше в нижній частині шахти, ніж у її верхній частині.

Гравітаційні датчики на ходу

Після цього Лі продовжив своє дослідження, створивши компактний портативний пристрій, який, за його словами, може виявляти коливання швидкості світла в момент його наближення до об'єктів з високою гравітаційною щільністю.

У другому експерименті Лі розташував неподалік від приладу пересувний вантаж вагою 72 кілограми. Він помітив, що швидкість світла зростала, коли вантаж знаходився близько до приладу, у порівнянні з ситуацією, коли він був від нього на відстані.

Результати, оприлюднені в журналі Scientific Reports, підтверджують концепцію змінної швидкості світла, запропоновану Ейнштейном у 1911 році. Проте, попередні спостереження Лі виявилися значно більш вражаючими, ніж ті, що передбачала ця теорія.

Якщо це буде підтверджено, результати матимуть суттєвий вплив на наше сприйняття як загальної, так і спеціальної теорії відносності.

У галузі наук про Землю це може призвести до значного вдосконалення технологій вимірювання гравітації. Завдяки своїй чутливості до змін маси гравітаційні датчики використовуються для картографування морського дна та пошуку підземних родовищ корисних копалин.

Вимірювання гравітації також може покращити наше розуміння клімату Землі, оскільки коливання гравітаційного поля пов'язані з такими факторами, як зміни маси льоду та рухи підземних вод.

На сьогоднішній день гравіметри піддаються впливу вібрацій і рухів, у той час як пристрій Лі, позбавлений рухомих компонентів, міг би ефективно працювати навіть під час польоту в літаку або в умовах підводного середовища.

"Вражаюча заява"

Кріс Стівенс, експерт у галузі чисельної теорії відносності з Університету Кентербері в Новій Зеландії, охарактеризував цю дослідження як "захоплююче та амбітне".

Хоча Стівенс, який не брав участі в дослідженні, заявив, що робота Лі "добре обґрунтована", він зазначив, що будь-які спостережувані впливи гравітації на світло на Землі будуть "надзвичайно малими", і тому до цих результатів слід ставитися з обережністю.

"У своїх особистих дослідженнях гравітаційних явищ, - зауважив він, - я зазвичай стикаюся з необхідністю, щоб в одному з куточків Всесвіту відбулося зіткнення кількох чорних дір. Відокремити справжні гравітаційні сигнали від навколишнього шуму та впливу приладів є надзвичайно складним завданням."

Стівенс підкреслив, що результати дослідження Лі, якщо вони будуть підтверджені, можуть мати значний вплив. "Ця робота вражає, оскільки вона розвиває методи вимірювання з високою точністю в такому діапазоні, де релятивістські ефекти можуть виявитися практично корисними в геофізиці та для сенсорів".

Джон Нортон, вчений у галузі історії фізики з Університету Піттсбурга, який теж не був залучений до дослідження, охарактеризував результати як "вражаюче відкриття".

Однак він висловлює скептицизм, зазначаючи, що "якщо б існував зв'язок між світлом і гравітацією, який перевищує те, що пропонує загальна теорія відносності, важко уявити, чому це не було виявлено ні під час експерименту з затемненням 1919 року, ні в рамках наступних досліджень гравітаційного лінзування".

Лі вказав, що перед тим, як його пристрій зможе стати частиною щоденного життя, йому ще належить пройти значний шлях. Він зазначив, що розгадування складних взаємозв'язків простору і часу є величезним викликом. "В фізиці досі існує думка, що гравітація залишається загадкою. Світло також є таємницею. Отже, якщо поєднати ці дві загадки, ми отримаємо величезну проблему," - підкреслив він.

Раніше інформаційне агентство УНІАН повідомляло про виявлення "прихованої бомби" в Антарктиді, що становить серйозну загрозу для всього людства.

Можливо, вас зацікавлять і ці новини: