Erirelatiivsusteooria on üks tugevamini kinnitatud teooriaid inimkond on kunagi välja mõelnud. See on kesksel kohal kõiges alates kosmosereisidest ja GPS-ist kuni meie elektrivõrguni. Relatiivsusteooria keskmes on asjaolu, et valguse kiirus vaakumis on absoluutne konstant. Probleem on selles, et seda fakti pole kunagi tõestatud.
Kui Einstein pakkus välja relatiivsusteooria, pidi see selgitama, miks valgusel on alati sama kiirus. 1800. aastate lõpus arvati, et kuna valgus liigub lainetena, peab seda kandma mingi nähtamatu materjal, mida tuntakse helendava eetri nime all. Põhjendus oli, et lained nõuavad keskkonda, näiteks heli õhus või veelained vees. Aga kui eeter on olemas, siis peab vaadeldav valguse kiirus muutuma, kui Maa liigub läbi eetri. Kuid eetri triivi jälgimise mõõtmised olid null. Valguse kiirus näis olevat konstantne.
Einstein leidis, et probleem seisnes eelduses, et ruum ja aeg on absoluutsed ning valguse kiirus võib varieeruda. Kui selle asemel eeldasite, et valguse kiirus on absoluutne, peab suhteline liikumine mõjutama ruumi ja aega. See on radikaalne idee, kuid seda toetab iga valguse konstantse kiiruse mõõtmine.
Kuidas mõõta valguse edasi-tagasi kiirust. Krediit: Wikipedia kasutaja Krishnavedala
Kuid mitmed füüsikud on juhtinud tähelepanu sellele, et kuigi relatiivsusteooriaeeldabvalguse vaakumkiirus on universaalne konstant, see näitab ka, et kiirust ei saa kunagi mõõta. Täpsemalt relatiivsusteooriast keelab teil mõõta aega, mis kulub valguse liikumiseks punktist A punkti B. Valguse kiiruse mõõtmiseks ühes suunas vajate mõlemas otsas sünkroniseeritud stopperit, kuid suhteline liikumine mõjutab teie kellade kiirust valguse kiiruse suhtes. Te ei saa neid sünkroonida ilma valguse kiirust teadmata, mida te ei saa ilma mõõtmiseta teada. Mida saate teha, on kasutada ühte stopperit, et mõõta edasi-tagasi aega punktist A punkti B tagasi punkti A ja seda teeb iga valguse kiiruse mõõtmine.
Kuna kõik valguse mõõtmise edasi-tagasi kiirused annavad konstantse tulemuse, võite arvata, et saate aja lihtsalt kahega jagada ja nimetada päevaks. See on täpselt see, mida Einstein tegi. Taoletatudaeg sinna ja tagasi oli sama. Meie katsed nõustuvad selle eeldusega, kuid nõustuvad ka ideega, et meie poole tuleva valguse kiirus on kümme korda suurem kui meist eemalduva valguse kiirus. Valgus ei pea olema kõigis suundades konstantse kiirusega, sellel peab lihtsalt olema konstantne 'keskmine' edasi-tagasi kiirus. Relatiivsusteooria kehtib endiselt, kui valguse kiirus on anisotroopne.
Anisotroopse valgusega Milne'i universum näeks välja ühtlane. Krediit: Wikipedia kasutaja BenRG
Kui valguse kiirus varieerub vastavalt selle liikumissuunale, näeksime universumit teistmoodi. Kui vaatame kaugeid galaktikaid, vaatame ajas tagasi, sest valgusel kulub meieni jõudmiseks aega. Kui kauge valgus jõuaks meieni kiiresti mingis suunas, näeksime selles suunas universumit vanema ja paisuvamana. Mida kiiremini valgus meieni jõuab, seda vähem 'ajas tagasi' näeksime. Kuna me vaatleme igas suunas ühtlast kosmost, näitab see kindlasti, et valguse kiirus on konstantne.
Noh, mitte päris, nagu näitab uus uuring. Selgub, et kui valguse kiirus muutub sõltuvalt suunast, muutub ka pikkuse kokkutõmbumine ja aja dilatatsioon. Meeskond kaalus anisotroopse valguse mõju lihtsale relativistlikule mudelile, mida tuntakse Milne'i universumina. Põhimõtteliselt on see mänguasjauniversum, mis sarnaneb ülesehituselt vaatlejaga, kuid ilma kogu aine ja energiata. Nad leidsid, et valguse anisotroopsus põhjustab aja laienemise ja kosmilise paisumise anisotroopseid relatiivsusteooriaid. Need efektid tühistaksid valguse muutumise kiiruse vaadeldavad aspektid. Teisisõnu, isegi kui universum oleks erineva valguse kiiruse tõttu anisotroopne, näiks see ikkagi homogeenne.
Seega näib, et lihtne kosmoloogia ei suuda tõestada ka Einsteini oletust valguse kiiruse kohta. Mõnikord on teaduse kõige elementaarsemaid ideid kõige raskem tõestada.
Viide:Lewis, Geraint F. ja Luke A. Barnes. “ Valguse ühesuunaline kiirus ja Milne'i universum. 'arXiv eeltrükkarXiv: 2012.12037 (2020).