Mokslininkas suabejojo Einšteino teorija, kuria buvo tikima šimtą metų: ką jis išsiaiškino

Australų fizikas sukūrė prietaisą, kurio matavimai, jo teigimu, prieštarauja nusistovėjusiam šviesos greičio supratimui.

1905 metais paskelbtoje specialiojoje reliatyvumo teorijoje Albertas Einšteinas teigė, kad šviesos greitis vakuume yra pastovus. Nuo tada šis teiginys išliko vienu pagrindinių fizikos principų.

Dabar Volongongo universiteto fizikas Enbanas Li metė iššūkį šiai idėjai. Jis sukūrė aparatą, kuris, jo teigimu, gali aptikti šviesos greičio pokyčius jai sklindant prie Žemės paviršiaus, praneša „ZME Science“.

Tyrėjo teigimu, gauti rezultatai rodo, kad gravitacija gali pagreitinti šviesą. Jeigu ši išvada būtų patvirtinta, ji galėtų būti svarbi įvairioms Žemės mokslų sritims – nuo klimato stebėjimo iki naudingųjų iškasenų žvalgybos.

Seniai keliamas klausimas

Mintis, kad gravitacija veikia šviesą, nėra nauja. Einšteino idėjos, išplėtotos 1915 metais paskelbtoje bendrojoje reliatyvumo teorijoje, numatė, kad masyvūs kosmoso objektai savo gravitacija nukreipia šviesos spindulius.

Garsiu šios teorijos patvirtinimu tapo 1919 metų stebėjimai. Per Saulės užtemimą dvi nepriklausomos tyrėjų komandos skirtingose Žemės vietose išmatavo šalia Saulės sklindančios žvaigždžių šviesos nuokrypį ir nustatė, kad rezultatai atitinka Einšteino prognozes.

Pagal bendrąją reliatyvumo teoriją šviesos trajektorija išlinksta dėl erdvėlaikio kreivumo.

Taip aiškinant reiškinį, vietoje išmatuotas šviesos greitis vakuume išlieka pastovus. Tačiau šviesa sklinda išlenktu erdvėlaikiu aplink dangaus kūnus, todėl tolimam stebėtojui gali atrodyti, kad ji sulėtėja.

O jeigu šviesos judėjimą paaiškina ne jos sklidimas išlenktu erdvėlaikiu, bet didelių objektų gravitacijos sukeltas sulėtėjimas arba pagreitėjimas?

Li pabrėžė, kad pats Einšteinas ne visada laikėsi vienodo požiūrio į šviesos greičio pastovumą. 1911 metais jis paskelbė straipsnį, kuriame svarstė, kad šviesos greitis kinta priklausomai nuo gravitacijos lauko, kuriuo ji sklinda. Tačiau, pasak Li, „paskelbęs bendrąją reliatyvumo teoriją, jis tiesiog atsisakė šio modelio“.

Li samprotavo: jeigu gravitacija gali paveikti šviesos judėjimą, galbūt jos greičio pokyčius įmanoma aptikti ir vietiniu mastu. Pavyzdžiui, Volongongo universiteto miestelio pastato lifto šachtoje.

Eksperimentas lifto šachtoje

Gravitacijos stiprumas skirtingose Žemės vietose šiek tiek skiriasi. Jis priklauso nuo aukščio virš jūros lygio, požeminių sluoksnių tankio ir vietovės reljefo. Pavyzdžiui, aukšto pastato viršuje gravitacija yra silpnesnė nei apačioje.

Atsižvelgdamas į šiuos skirtumus, Li atliko eksperimentą lifto šachtoje. Bandymui jis naudojo šviesolaidžio ritę, kurios kabelio ilgis išvyniojus siektų 10 kilometrų.

Lazerio šviesa buvo siunčiama šviesolaidžiu ir atspindima atgal. Prieš pasiekdama itin greitą fotodetektorių, ji iš viso įveikdavo 20 kilometrų. Osciloskopu buvo matuojama, kiek laiko šviesai reikia šiam atstumui įveikti. Matavimai atlikti lifto šachtos viršuje ir apačioje.

Didžiausias iššūkis, pasak Li, buvo pašalinti aplinkos „triukšmo“ įtaką – temperatūros ir drėgmės pokyčius, elektromagnetinius trukdžius bei pastato vibracijas.

Tyrėjas sukūrė temperatūros kontrolės sistemą, o eksperimentinę įrangą patalpino elektromagnetiškai ekranuotame korpuse ir apsaugojo nuo oro srovių. Atlikęs bandymą, Li nustatė, kad šachtos apačioje šviesa sklido šiek tiek greičiau nei viršuje.

Nešiojamieji gravitacijos jutikliai

Vėliau Li žengė dar vieną žingsnį: sukūrė nedidelį nešiojamąjį aparatą, kuris, jo teigimu, gali aptikti šviesos greičio pokyčius priartinus masyvų objektą.

Per antrąjį eksperimentą tyrėjas šalia prietaiso pastatė 72 kilogramų masės svarmenį, kurį buvo galima perkelti. Jis nustatė, kad šviesa sklido greičiau, kai svarmuo buvo arčiau prietaiso, nei tada, kai jis buvo patrauktas toliau.

Žurnale „Scientific Reports“ paskelbti rezultatai siejami su 1911 metais Einšteino pasiūlytu kintamo šviesos greičio modeliu. Vis dėlto preliminariuose Li matavimuose užfiksuoti pokyčiai buvo gerokai didesni, nei numatė šis modelis.

Jeigu šie rezultatai būtų patvirtinti, jie taptų rimtu iššūkiu dabartiniam specialiosios ir bendrosios reliatyvumo teorijų supratimui.

Žemės moksluose tai galėtų paskatinti reikšmingą gravitacijos matavimo technologijų pažangą. Gravitacijos jutikliai dėl savo jautrumo masės pokyčiams naudojami jūros dugno žemėlapiams sudaryti ir požeminiams naudingųjų iškasenų telkiniams ieškoti.

Gravitacijos matavimai taip pat gali padėti geriau suprasti Žemės klimatą. Gravitacijos lauko pokyčiai siejami su tokiais procesais kaip ledo masės mažėjimas ar didėjimas ir požeminio vandens judėjimas.

Dabartiniai gravimetrai yra jautrūs vibracijoms bei judėjimui. Li sukurtas prietaisas neturi judančių dalių, todėl, tyrėjo teigimu, ateityje galėtų būti naudojamas net lėktuve arba povandeniniame laive.

„Stulbinantis teiginys“

Chrisas Stevensas, skaitinių reliatyvumo teorijos skaičiavimų specialistas iš Kenterberio universiteto Naujojoje Zelandijoje, šį darbą pavadino „intriguojančiu ir ambicingu“.

Tyrime nedalyvavęs Stevensas teigė, kad Li darbas yra „gerai pagrįstas“, tačiau atkreipė dėmesį, jog Žemėje stebimas gravitacijos poveikis šviesai turėtų būti „nepaprastai mažas“. Todėl gautus rezultatus, jo nuomone, būtina vertinti atsargiai.

„Tirdamas stebimus gravitacinius reiškinius, paprastai remiuosi tuo, kad kažkur Visatoje susiduria kelios juodosios skylės. Todėl būtų labai sunku atskirti tikruosius gravitacijos signalus nuo aplinkos ir prietaisų triukšmo“, – aiškino jis.

Stevensas pridūrė, kad patvirtinus Li rezultatus jų reikšmė būtų didelė ir apimtų įvairias sritis.

„Šis darbas įdomus tuo, kad itin tikslių fotoninių matavimų metodus pakelia į tokį lygį, kuriame reliatyvistiniai efektai galėtų tapti praktiškai naudingi geofizikoje ir kuriant jutiklius“, – sakė jis.

Pitsburgo universiteto fizikos istorikas Johnas Nortonas, taip pat nedalyvavęs tyrime, rezultatus pavadino „stulbinančiu teiginiu“.

Vis dėlto jis išliko skeptiškas.

„Jeigu šviesos ir gravitacijos sąveika yra stipresnė, nei numato bendroji reliatyvumo teorija, sunku įsivaizduoti, kodėl to neparodė 1919 metų Saulės užtemimo stebėjimai ar vėlesni gravitacinio lęšiavimo tyrimai“, – teigė Nortonas.

Li pripažino, kad iki kasdienio jo prietaiso pritaikymo dar laukia ilgas kelias. Pasak jo, išnarplioti erdvės ir laiko subtilybes yra milžiniškas iššūkis.

„Fizikai vis dar sako, kad gravitacija yra paslaptis. Šviesa – dar viena paslaptis. Taigi sujungę šias dvi paslaptis gauname milžinišką paslaptį“, – apibendrino tyrėjas.

Įvertinkite šį straipsnį:

 

 

 

 

 

Kraunami duomenys...

Ačiū už jūsų įvertinimą!