Měl Einstein pravdu? Světlo ve vakuu zpomaluje, tvrdí nová studie | E15.cz

Měl Einstein pravdu? Světlo ve vakuu zpomaluje, tvrdí nová studie

Měl Einstein pravdu? Světlo ve vakuu zpomaluje, tvrdí nová studie
Albert Einstein
• 
ZDROJ: Oren Jack Turner, Wikimedia, public license

Marek Schwarzmann

Každý si, více či méně matně, vybaví hodiny fyziky na základní škole, kdy jsme se učili o tom, že světlo (fotony) ve vakuu urazí 299792458 metrů za sekundu (c = rychlost světla ve vakuu), že je podle speciální teorie relativity Alberta Einsteina ověřenou tisícovkami pokusů nepřekonatelná a že je ve vakuu neměnná a maximální. Nejnovější fyzikální poznatky nicméně poslední zmíněný fakt zpochybňují a tvrdí: „Světlo pravděpodobně ve vakuu zpomaluje“.

Experimentálním podkladem v nové studii je z astronomického hlediska aktuální událost z roku 1987, kdy vybuchla supernova SN 1987A. Kolaps hvězdy vyprodukoval pulzy neutrin a viditelného světla v pravidelných intervalech. Neutrina nemají nulovou hmotnost a pohybují se pomaleji než světlo, supernova je ale vyprodukuje asi o několik hodin dříve, než dojde k optickému projevu výbuchu.

První vlna těchto částic přitom měla dorazit zhruba o tři hodiny před první vlnou optického světla, oba typy vln pak měly „držet“ rytmus a k Zemi směřovat plnou rychlostí vzhledem k -c-. Překvapení však bylo, že viditelné světlo dorazilo až za 7,7 hodiny namísto očekávaných tří hodin.

Co se vlastně stalo?

Za předpokladu, že neutrina neputovala nadsvětelnou rychlostí, připadají v úvahu pouze tři možná vysvětlení: fotony z výbuchu hvězdy putovaly buď podsvětelnou rychlostí, nebo vznikly později, než bylo očekáváno, anebo vznikly při s výbuchem supernovy nesouvisející události a do měření se jen „připletly“. Třetí vysvětlení je konzervativním argumentem pro vyjasnění zmíněného 4,7hodinového zpoždění fotonů.

Astrofyzik James Franson z University of Maryland nyní nicméně publikoval studii, v níž podal důkaz, že je zapotřebí vzít v úvahu i zmíněnou první variantu. Franson totiž teoretizoval s polarizací vakua, jevem z kvantové teorie, který předpokládá, že vakuum jakožto zcela prázdný prostor de facto neexistuje, protože i sama prázdnota je vyplněna virtuálními páry částic a antičástic, které sice nemůžeme přímo pozorovat, ale nepřímo způsobují právě zmíněnou polarizaci a další jevy jako například posun spektrálních čar (Lambův posuv).

V hlavní roli kvantová mechanika

Foton se při vakuové polarizaci spontánně dělí na positron-elektronový pár a následně se ideálně opět slučuje do fotonu, což je projev jednoho z Feynmanových diagramů kvantové elektrodynamiky. Při opětovném spojení těchto částic nicméně podle Fransona a kvantové mechaniky vzniká zdánlivý gravitační potenciál mezi zmíněnými částicemi. Ten je sice nepředstavitelně malý a stejně tak množství energie, která je tak fotonu odčerpána, nicméně v kosmických měřítkách začíná nabývat na významu.

Tento jev podle Fransona doposud nebylo možné pozorovat ani potvrdit, neboť do výbuchu supernovy v roce 1987 k tomu fyzikové neměli příležitost. Dopady tohoto jevu a možné vysvětlení zpomalení a detailní propočty Franson zveřejnil ve studii „Apparent correction to the speed of light in a gravitational potential“, kterou vydal v časopise New Journal of Physics.

Těžký sběr dat a dlouhé čekání

Dopady Fransonova tvrzení mohou být ohromné. Pokud by světlo, které putovalo od supernovy SN1987A, vzdálené 168 tisíc světelných let, opravdu zpomalilo o zmíněné 4,7 hodiny, znamenalo by to, že světlo například z galaxie Messier 81 (Velká medvědice) vzdálené 12 milionů světelných let od Země, by mohlo být zpomaleno o téměř dva týdny.

Franson bude nicméně k potvrzení své teorie potřebovat další data. Těch se mu však nemusí v budoucnu dostávat: na Zemi je zatím velmi malé množství detektorů, které by neutrina zvládaly registrovat, zároveň si, jak už to při bádání vesmírných jevů bývá, bude muset počkat na další blízký výbuch supernovy.

Poznámka
Fakt, že světlo by mohlo v polarizovaném vakuu zpomalovat, není součástí Standardního modelu fyziky. Jde o to, že když se podle zmíněného Feynmanova diagramu přemění foton na positron a elektron, tedy hmotné částice, mohou v principu na sebe gravitačně působit. Když se pak následně rekombinují na foton, projeví se to jako snížení jeho frekvence.

Franson se zjednodušeně řečeno pokusil sloučit vliv gravitačního potenciálu a kvantově mechanického popisu na základě získaných experimentálních dat. Na rychlosti světla se nic nemění, ve zcela prázdném prostoru bez rekombinací platí stále tvrzení Einsteinovy speciální teorie relativity.

 
Newsletter
Využijte služby
zasílání zpráv do vaší
e-mailové schránky!