Fyzik Enbang Li z University of Wollongong tvrdí, že nameral drobné zmeny rýchlosti svetla v závislosti od gravitácie na Zemi. Ak by sa jeho výsledky potvrdili, nešlo by len o spor s jedným zo základných predpokladov modernej fyziky, ale aj o možný základ nových gravitačných senzorov pre mapovanie podložia, sledovanie vody či hľadanie ložísk nerastných surovín.
How Einstein’s Lost Theory Could Help Us Find Minerals.
Li vychádza z myšlienky, ktorú Albert Einstein krátko zvažoval ešte pred všeobecnou teóriou relativity. V roku 1905 špeciálna teória relativity postavila na zásade, že rýchlosť svetla vo vákuu je konštantná. Neskôr všeobecná relativita vysvetlila vplyv gravitácie na svetlo tým, že hmotné telesá zakrivujú časopriestor. Svetlo sa podľa tohto obrazu nepohybuje rýchlejšie ani pomalšie, ale prechádza zdeformovaným priestorom, takže sa jeho dráha mení.
Li však upozorňuje, že Einstein v roku 1911 uvažoval aj o inom modeli: že gravitácia môže rýchlosť svetla priamo meniť. Tento prístup potom pri formulovaní všeobecnej relativity opustil. Austrálsky fyzik sa teraz pokúsil zistiť, či by sa takýto efekt dal zachytiť priamo v malom meradle na zemskom povrchu.
Prvý experiment umiestnil do výťahovej šachty na univerzitnom kampuse. Použil zväzok optického vlákna s dĺžkou 10 kilometrov, cez ktorý posielal laserové lúče tam a späť. Svetlo tak prešlo spolu 20 kilometrov, kým ho zaznamenal veľmi rýchly fotodetektor, a osciloskop meral čas letu lúča. Meranie prebehlo hore aj dole v šachte, kde sa gravitácia mierne líši už len vďaka rozdielnej výške.
Najväčším problémom podľa Liho nebolo samotné meranie, ale odfiltrovanie rušenia z okolia. Do výsledkov môžu zasahovať zmeny teploty, vlhkosti, elektromagnetické poruchy aj vibrácie budovy. Preto navrhol systém regulácie teploty a celé zariadenie uzavrel do tieneného priestoru, aby obmedzil prúdenie vzduchu aj elektromagnetické vplyvy.
Výsledok podľa neho ukázal, že svetlo sa na dne šachty pohybovalo nepatrne rýchlejšie než na jej vrchu. Následne zostrojil aj menšie prenosné zariadenie, ktoré má podľa jeho tvrdenia zachytiť zmeny rýchlosti svetla v blízkosti hustejších objektov. V druhom pokuse priblížil k prístroju pohyblivé závažie s hmotnosťou 72 kilogramov a opäť nameral vyššiu rýchlosť svetla, keď bolo závažie bližšie.
Výsledky vyšli v časopise Scientific Reports a podľa autora sú v súlade s modelom premenlivej rýchlosti svetla, ktorý Einstein načrtol v roku 1911. Zároveň však platí podstatná výhrada: namerané efekty sú predbežne oveľa väčšie, než by tento starší model predpovedal. Práve to je jeden z dôvodov, prečo odborníci vyzývajú na veľkú opatrnosť.
Ak by sa merania ukázali ako správne, dôsledky by boli veľmi široké. Znamenalo by to vážnu výzvu pre naše chápanie špeciálnej aj všeobecnej relativity. V praktickej rovine by sa však mohli otvoriť aj nové možnosti v geovedách. Prístroje citlivé na zmeny hmotnosti sa používajú na mapovanie morského dna, vyhľadávanie podzemných zásob nerastov či sledovanie zmien ľadu a podzemnej vody. Liho zariadenie by podľa článku mohlo mať výhodu v tom, že nemá pohyblivé časti, a preto by raz mohlo fungovať aj na palube lietadla alebo ponorky, kde sú bežné gravimetre citlivé na pohyb a vibrácie.
Odborné reakcie sú však zdržanlivé. Numerický relativista Chris Stevens z University of Canterbury označil prácu za zaujímavú a ambicióznu, no pripomenul, že pozorovateľné gravitačné účinky na svetlo by na Zemi mali byť mimoriadne malé. Preto podľa neho treba výsledky posudzovať opatrne a veľmi prísne oddeľovať skutočný signál od environmentálneho a prístrojového šumu. Historik fyziky John Norton z University of Pittsburgh zase hovorí o výraznom tvrdení, ku ktorému pristupuje skepticky. Ak by totiž väzba medzi svetlom a gravitáciou bola silnejšia, než predpokladá všeobecná relativita, podľa neho je ťažké vysvetliť, prečo sa takýto rozpor už neukázal pri testoch od zatmenia Slnka v roku 1919 až po neskoršie pozorovania gravitačného šošovkovania.
Li sám priznáva, že od laboratórneho výsledku k bežnému používaniu vedie dlhá cesta. Zatiaľ nejde o hotovú technológiu ani o uzavretý fyzikálny spor, ale o odvážne meranie, ktoré bude musieť prejsť nezávislým overovaním.
Čo presne experiment skúšal
V jadre celej práce je jednoduchá otázka: mení sa rýchlosť svetla aj pri malých rozdieloch gravitácie na Zemi? Li preto nepracoval s kozmickými objektmi, ale s prostredím, kde sa gravitačné pole mení len nepatrne. Výťahová šachta poslúžila ako praktické miesto, kde sa dá porovnať horná a dolná poloha zariadenia pri odlišnej výške.
Snímka zobrazuje: How Einstein’s Lost Theory Could Help Us Find Minerals.
Meranie stálo na veľmi presnom určovaní času, za ktorý laserový impulz prejde dlhým optickým vláknom a vráti sa späť. Pri takomto pokuse sú rozhodujúce extrémne malé rozdiely. Práve preto bolo nevyhnutné čo najviac potlačiť vplyv teploty, vlhkosti, vibrácií a elektromagnetického rušenia. Článok zároveň naznačuje, že práve tu leží aj hlavné riziko: ak sú očakávané efekty veľmi slabé, aj malé technické odchýlky môžu výsledok skresliť.
Prečo je v hre Einstein
Dôvod, prečo si experiment získal pozornosť, nespočíva len v možných aplikáciách, ale aj v návrate k starej fyzikálnej otázke. Einsteinova všeobecná relativita vysvetľuje gravitačné pôsobenie na svetlo cez zakrivenie časopriestoru. Tento rámec prešiel mnohými testami a patrí k najúspešnejším teóriám fyziky.
Snímka zobrazuje: Over a dark blue-green square appear the words Special Report: The State of the Science 1 Year On.
Li sa však odvoláva na Einsteinovu skoršiu úvahu z roku 1911, v ktorej sa rýchlosť svetla mení s gravitáciou. V tomto zmysle nejde o náhodnú provokáciu, ale o pokus vrátiť sa k jednej opustenej možnosti a podrobiť ju dnešnému presnému meraniu. To samo osebe ešte neznamená, že starší model je správny. Znamená to len, že autor tvrdí, že našiel jav, ktorý by s ním mohol byť zlučiteľný.
Aj keby sa spor o fyzikálny výklad ešte dlho nevyriešil, článok upozorňuje na praktický rozmer celej veci. Gravitácia sa na Zemi mení podľa nadmorskej výšky, tvaru terénu aj hustoty hornín pod povrchom. Práve tieto malé rozdiely umožňujú vedcom a technikom nepriamo odhadovať, čo sa nachádza pod zemou alebo ako sa mení rozloženie hmoty.
Všeobecne platí, že gravitačné merania pomáhajú pri mapovaní morského dna, pri prieskume podložia a pri sledovaní zásob vody či ľadu. Ak by nové optické zariadenie vedelo zachytiť gravitačné zmeny spoľahlivo a mimo citlivých laboratórnych podmienok, mohlo by doplniť dnešné prístroje v situáciách, kde je pohyb problém. To je dôvod, prečo sa v článku spomína aj hľadanie minerálov: hustejšie telesá v podzemí môžu zanechať merateľnú gravitačnú stopu.
Kde by sa takáto technológia mohla uplatniť
Zdroj priamo uvádza, že bežné gravimetre sú zraniteľné voči vibráciám a pohybu. Zariadenie bez pohyblivých častí by preto teoreticky mohlo byť vhodnejšie do prostredí, kde sa klasické meranie komplikuje. Spomína sa použitie na palube lietadla alebo ponorky, teda tam, kde sa súčasne vyžaduje vysoká citlivosť a odolnosť voči mechanickému rušeniu.
V širšom kontexte by lepšie gravitačné snímanie mohlo pomôcť aj pri monitorovaní zmien klímy. Zmeny v gravitačnom poli totiž môžu súvisieť s úbytkom či presunom hmoty, napríklad pri ľade alebo podzemnej vode. To je však zatiaľ len možný smer využitia, nie potvrdená schopnosť Liho prístroja v teréne.
Čo zostáva nejasné a čo bude nasledovať
Najväčšou otvorenou otázkou je, či nameraný signál naozaj pochádza z gravitácie, alebo ide o dôsledok doteraz neodhaleného rušenia v experimente. Opatrnosť odborníkov vyplýva najmä z toho, že účinok sa javí väčší, než by sa čakalo, a zároveň by mal byť pri pozemských podmienkach mimoriadne slabý.
Ďalší krok je preto zrejmý: nezávislé opakovanie meraní a dôkladná kontrola všetkých možných zdrojov chýb. Kým sa to nestane, nejde o prepis učebníc fyziky. Ide o zaujímavý a sporný výsledok, ktorý by v prípade potvrdenia mohol zasiahnuť naraz do základnej fyziky aj do praktických metód prieskumu Zeme.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívny
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
