В 1887 году американские физики Альберт Майкельсон и Эдвард Морли провели знаменитый эксперимент, пытаясь измерить скорость движения Земли в космическом пространстве. К их удивлению, скорость света оказалась одинаковой во всех направлениях. Этот неожиданный результат вдохновил Альберта Эйнштейна на создание специальной теории относительности, в основе которой лежит постулат о постоянстве и предельной скорости света в вакууме для всех наблюдателей. Этот принцип, известный как лоренц-инвариантность, стал одним из краеугольных камней всей современной физики.
Лоренц-инвариантность означает, что законы физики одинаковы для всех, кто движется с постоянной скоростью. Эта идея легла в основу не только теории относительности, но и квантовой механики, а также Стандартной модели, описывающей элементарные частицы. Однако существует серьёзная проблема: блестяще работающая квантовая теория плохо сочетается с другой великой теорией Эйнштейна — общей теорией относительности, описывающей гравитацию. Учёные уже много десятилетий безуспешно пытаются объединить их в единую теорию квантовой гравитации.
Многие из предлагаемых моделей квантовой гравитации, такие как теория струн и петлевая квантовая гравитация, допускают возможность крошечных, почти незаметных нарушений лоренц-инвариантности. Теория струн предсказывает их через некоммутативную геометрию или существование минимальной длины на планковском масштабе, в то время как петлевая квантовая гравитация предполагает дискретную структуру пространства-времени. Одно из таких предсказаний гласит, что скорость света в вакууме может на ничтожную величину зависеть от энергии фотона — частицы света. Чем выше энергия фотона, тем заметнее, согласно гипотезе, может быть это отклонение, особенно при планковских энергиях. Проверить это можно, наблюдая за самыми энергичными фотонами во Вселенной — гамма-лучами высокой энергии.
Именно это и попыталась сделать международная группа исследователей под руководством учёных из Автономного университета Барселоны. Их метод основан на астрофизических наблюдениях. Если гамма-лучи разной энергии испускаются далёким космическим объектом (например, взрывом сверхновой) одновременно, то даже мизерная разница в их скорости, накапливаясь на пути в миллиарды световых лет, может привести к измеримой задержке в прибытии на Землю. Учёные применили новый статистический анализ к уже существующим данным наблюдений.
Результат оказался однозначным: никаких признаков нарушения лоренц-инвариантности обнаружено не было. Предсказания Эйнштейна, которым уже более века, снова блестяще выдержали проверку в экстремальных условиях. Тем не менее, работа имеет огромное значение. Новый анализ улучшил точность предыдущих измерений в десять раз, что резко сужает область, где может скрываться «новая физика», выходящая за рамки современных теорий. Это означает, что экспериментальные ограничения на параметры нарушения, такие как параметр модифицированной дисперсии, стали в десять раз строже, делая гипотетические эффекты ещё менее вероятными.
Поиски, однако, не заканчиваются. Учёные возлагают большие надежды на телескопы нового поколения, такие как строящаяся обсерватория Cherenkov Telescope Array. Эти инструменты будут обладать гораздо большей чувствительностью к гамма-лучам сверхвысоких энергий. С их помощью физики продолжат испытывать фундаментальные законы Вселенной, пытаясь найти ту самую трещину в безупречном, как казалось, здании теории Эйнштейна.
Источник: Scientists tried to break Einstein’s speed of light rule