Ученые провели новое исследование, укрепляющее фундамент теории относительности
Спустя более века после формулировки Альбертом Эйнштейном принципа постоянства скорости света данное фундаментальное положение подверглось новому экспериментальному тестированию. В соответствии с теорией относительности, скорость света в вакууме является абсолютной и максимальной, что исключает возможность её превышения любым материальным объектом или сигналом. Однако современные попытки синтеза гравитации и квантовой механики предполагают возможность нарушения этого принципа, что ставит под сомнение его универсальность. Некоторые исследователи предполагают, что квантовая структура пространства-времени может допускать незначительные отклонения от предсказаний теории Эйнштейна, особенно для фотонов, преодолевающих миллиарды световых лет.
Для проверки данной гипотезы международная группа ученых провела новое экспериментальное исследование с высокой степенью точности. В рамках эксперимента использовались фотоны, испущенные далекими космическими источниками, такими как гамма-всплески, активные ядра галактик и пульсары, для выявления малейших различий во времени их прибытия, которые могли бы свидетельствовать о нарушении лоренц-инвариантности. Лоренц-инвариантность является ключевым принципом, утверждающим, что физические законы остаются неизменными для всех инерциальных наблюдателей независимо от их относительной скорости.
Результаты проведенного исследования продемонстрировали, что даже в экстремальных условиях фотоны строго подчиняются установленному космическому ограничению скорости, подтверждая тем самым теорию относительности Эйнштейна. Это исследование также внесло важные уточнения в наше понимание квантовой гравитации и её влияния на структуру пространства-времени.
Дополнительно ученые исследовали вопрос о том, ведут ли себя фотоны с высокой энергией так же, как и фотоны с низкой энергией, с точки зрения их скорости. Некоторые модели квантовой гравитации предполагают наличие диспергирующих свойств пространства-времени, которые могут замедлять или ускорять фотоны в зависимости от их энергетической характеристики. Хотя на малых расстояниях этот эффект может быть незначительным, на больших космологических масштабах он способен накапливаться.
В рамках нового исследования ученые провели детальный анализ и уточнение предыдущих наблюдений. Они пересмотрели всю научную литературу, стандартизировали исходные предположения и учли возможные инструментальные погрешности, характерные для различных обсерваторий. Полученные результаты были выражены в виде ограничений на коэффициенты Стандартной модели расширения (SME), которые отражают энергозависимые изменения в скорости фотонов.
Для исследования были использованы такие мощные источники излучения, как гамма-всплески, активные ядра галактик и пульсары. Если бы лоренц-инвариантность была нарушена, это проявилось бы именно в условиях, создаваемых этими источниками. Однако исследователи не обнаружили никаких признаков того, что фотоны с высокой энергией прибывают раньше или позже фотонов с низкой энергией.
Обновленные ограничения на возможные нарушения лоренц-симметрии значительно улучшили существующие пределы, увеличив их примерно в десять раз. Это означает, что любые отклонения от скорости света, если они существуют, должны происходить на энергетических масштабах, которые на данный момент недоступны для современных экспериментальных методов.
Результаты данного исследования имеют важное значение для развития теории квантовой гравитации, исключая целые классы теоретических моделей и уточняя границы поиска новых физических явлений. Подтверждение постоянства скорости света, сформулированного Эйнштейном, сужает область поиска и улучшает инструменты для обнаружения новых физических эффектов в будущем.