Επιβεβαιώνοντας τον Einstein, επιστήμονες βρίσκουν ότι ο «χωροχρονικός αφρός» δεν επιβραδύνει τα φωτόνια μακρινής έκρηξης ακτίνων-γ

Εκατό χρόνια από τότε που ο Albert Einstein διατύπωσε τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, μια διεθνής ομάδα πρότεινε μια άλλη πειραματική της απόδειξη. Σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Nature Physics , ερευνητές από το Εβραϊκό Πανεπιστήμιο (Hebrew University) της Ιερουσαλήμ, το Ανοικτό Πανεπιστήμιο του Ισραήλ, το Πανεπιστήμιο Sapienza της Ρώμης και το Πανεπιστήμιο του Μονπελιέ στη Γαλλία, περιγράφουν μια απόδειξη για μία από τις βασικές υποθέσεις της θεωρίας: την ιδέα ότι όλα τα σωμάτια φωτός, τα φωτόνια, κινούνται με την ίδια ακριβώς ταχύτητα.

Οι ερευνητές ανέλυσαν δεδομένα, για τους χρόνους άφιξης φωτονίων από μια μακρινή έκρηξη ακτίνων-γ, που έλαβαν από το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα, Fermi, της NASA,. Τα δεδομένα έδειξαν ότι φωτόνια που ταξιδεύουν για δισεκατομμύρια χρόνια από την περιοχή της μακρινής έκρηξης προς τη Γη, όλα έφθασαν μέσα σε ένα κλάσμα του δευτερολέπτου το ένα από το άλλο. Το εύρημα υποδεικνύει ότι όλα τα φωτόνια κινήθηκαν με την ίδια ταχύτητα, ακόμη και αν τα διαφορετικά φωτόνια είχαν διαφορετικές ενέργειες. Αυτή είναι μία από τις καλύτερες μετρήσεις, της ανεξαρτησίας της ταχύτητας του φωτός από την ενέργεια των σωματίων φωτός, που έγιναν ποτέ.

Πέρα από την επιβεβαίωση της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, η παρατήρηση αποκλείει μία από τις ενδιαφέρουσες ιδέες σχετικά με την ενοποίηση της Γενικής Σχετικότητας και της Κβαντικής Θεωρίας. Ενώ οι δύο αυτές θεωρίες είναι οι πυλώνες της σημερινής φυσικής, είναι ακόμη ασύμφωνες και υπάρχει μια εγγενής αντίφαση μεταξύ των δύο που βασίζεται εν μέρει στην αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg, που είναι η καρδιά της Κβαντικής Θεωρίας.

Μία από τις προσπάθειες να συμβιβαστούν οι δύο θεωρίες είναι η ιδέα του «χωροχρονικού αφρού». Σύμφωνα με αυτή την ιδέα, σε μικροσκοπική κλίμακα ο χώρος δεν είναι συνεχής και στη θέση του υπάρχει μια δομή που μοιάζει με αφρό. Το μέγεθος αυτών των στοιχείων αφρού είναι τόσο μικρό, που είναι δύσκολο να το φανταστεί κάποιος και είναι αδύνατο, προς το παρόν, να μετρηθεί άμεσα. Ωστόσο, τα σωμάτια φωτός που ταξιδεύουν εντός αυτού του αφρού θα επηρεαστούν από την αφρώδη δομή και αυτό θα τα οδηγήσει να κινηθούν σε ελαφρώς διαφορετικές ταχύτητες, ανάλογα με την ενέργειά τους.

Όμως, αυτό το πείραμα δείχνει το αντίθετο. Το γεγονός ότι όλα τα φωτόνια με διαφορετικές ενέργειες έφτασαν χωρίς χρονική καθυστέρηση το ένα σε σχέση με το άλλο, δείχνει ότι μια τέτοια αφρώδης δομή, αν υπάρχει, έχει πολύ μικρότερο μέγεθος από ότι αναμενόταν προηγουμένως. «Όταν ξεκινήσαμε την ανάλυσή μας, δεν περιμέναμε να αποκτήσουμε μια τόση ακριβή μέτρηση», δήλωσε ο καθηγητής Tsvi Piran, του Ινστιτούτου Φυσικής Racah στο Εβραϊκό Πανεπιστήμιο και επικεφαλής της έρευνας. «Αυτό το νέο όριο είναι στο αναμενόμενο, από τις θεωρίες κβαντικής βαρύτητας, επίπεδο και μπορούν να μας δείχνει το δρόμο πώς να συνδυαστεί η Κβαντική Θεωρία και τη Σχετικότητα».

Πηγή: Hebrew University of Jerusalem και physorg

Περισσότερα στο άρθρο: A Planck-scale limit on spacetime fuzziness and stochastic Lorentz invariance violation, Nature Physics (2015)