Фізик з Австралії сконструював пристрій, за допомогою якого довів протилежне.
Альберт Ейнштейн у своїй спеціальній теорії відносності 1905 року постулював, що швидкість світла у вакуумі є постійною. Відтоді це одне з фундаментальних припущень фізики.
Тепер фізик з Університету Вуллонгонга Енбан Лі кинув виклик цій ідеї, сконструювавши прилад, який, за його словами, здатний виявляти зміни швидкості світла під час його проходження по поверхні Землі, пише 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.
Ідея про те, що на світло впливає гравітація, не нова. Ідеї Ейнштейна, які отримали подальший розвиток у його загальній теорії відносності в 1915 році, передбачали, що масивні об’єкти в космосі будуть викривляти світло своїм гравітаційним тяжінням.
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.
Згідно з цим сценарієм, швидкість світла залишається постійною – просто йому доводиться долати більшу відстань, пробираючись крізь викривлене просторово-часове поле навколо небесних тіл, тому віддаленому спостерігачеві здається, що воно сповільнилося.
Але що, якщо світло не пробирається крізь викривлений простір-час, а насправді гравітація великих об’єктів уповільнює або прискорює його?
Лі підкреслив, що сам Ейнштейн не завжди був упевнений у постійності швидкості світла. У 1911 році він написав статтю, в якій висунув гіпотезу, що швидкість світла змінюється залежно від гравітації об’єктів, повз які він проходить. Однак, "коли він опублікував свою загальну теорію, – заявив Лі, – він просто відмовився від цієї моделі".
Якщо рух світла може зазнавати впливу гравітації, міркував Лі, то, можливо, вдасться виявити коливання його швидкості на локальному рівні – наприклад, у шахті ліфта в будівлі на території кампусу Університету Вуллонгонга.
Гравітація на Землі варіюється локально – залежно від висоти, щільності ґрунту та рельєфу. Наприклад, гравітація на вершині високої будівлі помітно слабша, ніж біля її основи.
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.
Найбільшим викликом, за словами Лі, стало відфільтрувати весь навколишній "шум" – такий як зміни температури та вологості, електромагнітні перешкоди та вібрації будівлі.
Лі розробив систему контролю температури, а експеримент було розміщено в корпусі з електромагнітним захистом, щоб ізолювати повітряні потоки. Лі провів експеримент і виявив, що світло рухається трохи швидше біля основи шахти, ніж біля її вершини.
Потім Лі зробив ще один крок вперед у своєму дослідженні, сконструювавши невеликий портативний прилад, який, за його твердженням, здатний виявляти зміни швидкості світла в міру його наближення до об’єктів, що мають більшу гравітаційну щільність.
У другому експерименті Лі розмістив поруч із приладом пересувний вантаж вагою 72 кілограми. Він виявив, що світло рухалося швидше, коли вантаж перебував поруч із приладом, ніж коли він був далі від нього.
Результати, опубліковані в журналі Scientific Reports, узгоджуються з моделлю змінної швидкості світла, яку Ейнштейн запропонував у 1911 році – хоча попередні результати Лі виявилися набагато значнішими, ніж передбачає ця модель.
Якщо це буде доведено, висновки стануть фундаментальним викликом нашому розумінню 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.
Наразі гравіметри вразливі до вібрацій та руху, тоді як прилад Лі, у якому немає рухомих частин, міг би використовуватися навіть на борту літака чи підводного човна.
Кріс Стівенс, фахівець з чисельної теорії відносності з Університету Кентербері в Новій Зеландії, назвав цю роботу "інтригуючою та амбітною".
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 моїх власних дослідженнях спостережуваних гравітаційних явищ, – пояснив він, – мені зазвичай потрібно, щоб у якійсь частині Всесвіту зіткнулися кілька чорних дір. Відокремити справжні гравітаційні сигнали від шуму навколишнього середовища та приладів, таким чином, буде вкрай складно".
Стівенс зазначив, що наслідки дослідження Лі, якщо воно підтвердиться, будуть далекосяжними. "Ця робота захоплююча, тому що вона просуває високоточні фотонні методи вимірювання в той діапазон, у якому релятивістські ефекти можуть стати практично корисними для геофізики та датчиків".
Джон Нортон, історик фізики з Університету Піттсбурга, який також не брав участі в дослідженні, назвав результати "вражаючою заявою".
Він, однак, налаштований скептично, заявивши, що "якби між світлом і гравітацією існував зв’язок більшої величини, ніж передбачає загальна теорія відносності, важко уявити, як її не виявили ані експеримент із затемненням 1919 року, ані пізніші дослідження гравітаційного лінзування".
Лі визнав, що до того, як його пристрій знайде застосування в повсякденному житті, доведеться пройти довгий шлях. Він заявив, що розплутати хитросплетіння простору й часу – колосальний виклик. "У фізиці люди досі кажуть, що гравітація – це загадка. Світло – ще одна загадка. Тож якщо поєднати ці дві загадки – вийде величезна загадка", – підсумував він.
Раніше УНІАН повідомляв, що в Антарктиді знайшли "приховану бомбу", яка загрожує всьому світу.