Fizikas suabejojo pagrindine Einšteino reliatyvumo teorijos idėja. Kontroliuojamo eksperimento su šviesolaidžiu metu jis pranešė, kad šviesos impulsai Žemės gravitacijos sąlygomis sklido skirtingu greičiu. Jei tai pasitvirtintų, šis rezultatas keltų abejonių teiginiu, kad šviesa visada sklinda pastoviu greičiu. Tai taip pat galėtų paskatinti atidžiau panagrinėti, kaip gravitacija veikia šviesą ir kodėl daugelis mokslininkų dar nėra įtikinti.
Ar gravitacija pakeitė šviesos greitį?
Daugiau nei šimtmetį Einšteino specialioji reliatyvumo teorija teigia, kad šviesos greitis vakuume yra pastovus, nors vėlesni jo darbai parodė, kad gravitacija gali išlenkti šviesą.
Naujausi fiziko Enbano Li tyrimai rodo, kad gravitacija gali keisti ir šviesos greitį, bent jau sąlygomis, kai tai įmanoma išmatuoti Žemėje. Eksperimente, kuriame buvo naudojamas ilgas optinis pluoštas ir jautri aptikimo įranga, kaip pranešama, nustatyti nedideli greičio skirtumai, susiję su padėtimi gravitaciniame lauke.
Jei šis rezultatas pasitvirtins, jis kvestionuotų ilgai gyvavusią prielaidą ir vėl iškeltų klausimus apie tai, kaip gravitacija veikia šviesą, laiką ir erdvę.
Kaip veikė šviesolaidinis eksperimentas?
Siekdama patikrinti, ar gravitacija galėtų šiek tiek paveikti šviesos greitį, Enban Li komanda panaudojo 10 kilometrų ilgio šviesolaidinį kabelį, nutiestą lifto šachtoje, kad galėtų palyginti skirtinguose aukščiuose Žemės gravitaciniame lauke sklindančią šviesą.
Vienas šviesolaidžio galas buvo aukščiau už kitą, todėl tą patį šviesos impulsą buvo galima stebėti abiejose vietose. Jautrūs detektoriai matavo menkiausius laiko skirtumus impulsams sklindant kabeliu. Tokia sąranga sumažino išorinius trukdžius ir leido lengviau aptikti itin mažus pokyčius.
Kaip rezultatai meta iššūkį Einšteino teorijai?
Li matavimai leidžia manyti, kad šviesa gali sklisti šiek tiek skirtingu greičiu esant skirtingoms gravitacijos sąlygoms: impulsai sklinda greičiau žemesniame, o ne aukštesniame šviesolaidžio gale.
Šis rezultatas tiesiogiai prieštarauja vėlesniam Einsteino teiginiui, kad šviesos greitis vakuume yra pastovus ir gravitacijos neveikiamas. Jei tai pasitvirtintų, reikštų, kad gravitacija gali paveikti šviesos sklidimą labiau, nei leidžia reliatyvumo teorija.
Šis rezultatas prieštarauja vėlesniam Einsteino teiginiui, kad šviesos greitis vakuume yra pastovus ir gravitacijos neveikiamas.
Šis atradimas taip pat primena ankstesnę, 1911 m. Einsteino atsisakytą idėją.
Tačiau pastebėtas poveikis yra nedidelis, todėl rezultatas tebėra preliminarus ir jį būtina kruopščiai pakartoti, prieš keičiant bet kurią nusistovėjusią teoriją.
Ką Li atradimas galėtų reikšti Žemės mokslui?
Jei Li rezultatas pasitvirtins, didžiausias jo poveikis gali pasireikšti ne fundamentinės fizikos, o Žemės mokslų srityje.
Jutiklis, reaguojantis į menkus šviesos greičio pokyčius, susijusius su gravitacija, galėtų tapti nauju būdu matuoti Žemės masės pasiskirstymą. Tai padėtų mokslininkams sudaryti jūros dugno žemėlapius, ieškoti mineralinių išteklių ir stebėti požeminio vandens ar tirpstančio ledo pokyčius.
Kadangi gravitacija kinta judant vandeniui ir keičiantis ledo kiekiui, šis prietaisas taip pat galėtų padėti tobulinti klimato tyrimus. Kompaktiška konstrukcija ir judančių dalių nebuvimas leidžia manyti, kad jį būtų galima naudoti orlaiviuose, povandeniniuose laivuose ir atokiose vietovėse, kur dabartines priemones sunkiau pritaikyti.
Kodėl fizikai išlieka skeptiški?
Nepaisant intriguojančių rezultatų, daugelis fizikų išlieka atsargūs, nes numatomas gravitacijos poveikis šviesai yra itin mažas ir jį sunku atskirti nuo triukšmo, dreifo bei kitų eksperimentinių paklaidų.
Reliatyvumo teorija jau daugiau nei šimtmetį atlaiko pakartotinius bandymus, todėl bet kokiam teiginiui apie išmatuojamą pokytį šviesos greityje pagrįsti reikia nepaprastai įtikinamų įrodymų.
Skeptikai taip pat pažymi, kad vietos sąlygos, šviesolaidžių savybės ir prietaisų kalibravimas gali imituoti menkus pokyčius.
Kol nepriklausomos komandos neatkartos šių rezultatų taikydamos griežtesnę kontrolę, platesnė fizikų bendruomenė vargu ar pripažins, kad gravitacija reikšmingai keičia šviesos greitį Žemėje.
