Descoperirea care ar putea schimba fizica: unde ar fi greșit Einstein

Viteza luminii, folosită drept constantă în fizică, ar putea să nu fie de fapt constantă, aceasta fiind o consecință a spațiului vid, scrie Agerpres, care citează LiveScience.

Definiția vitezei luminii are o serie de implicații largi în domenii precum cel al astronomiei și astrofizicii, domenii care pornesc de la premisa că această viteză este constantă în timp. Spre exemplu, viteza luminii este folosită pentru a măsura constanta structurii fine (alfa), care definește puterea forței electromagnetice. O viteză a luminii variabilă ar duce la modificarea legăturilor moleculare și a însăși densității materiei nucleare, potrivit Agerpres.

O viteză a luminii variabilă ar însemna de asemenea că estimările realizate până în prezent în ceea ce privește vechimea Universului și dimensiunea acestuia sunt în mod clar eronate.

Două studii publicate în luna martie încearcă să deducă viteza luminii din proprietățile cuantice ale spațiului însuși. Ambele propun mecanisme oarecum diferite, dar ideea este că viteza luminii ar putea să se modifice în funcție de modul în care particulele elementare interacționează cu radiația. Ambele studii nu tratează spațiul ca pe un vid, ci ca pe un fel de supă din particule virtuale care intră și ies din existență în fracțiuni infime de secundă.

Primul studiu, coordonat de Marcel Urban de la Université du Paris-Sud, se concentrează asupra așa-numitului vid cosmic. Legile fizicii cuantice, care guvernează particulele subatomice, susțin că acest spațiu „vid” este de fapt plin de particule fundamentale, așa cum sunt quarcii. Aceste particule de materie care formează mereu perechi cu particulele echivalente de antimaterie, intră în existență și aproape imediat se ciocnesc, anihilându-se reciproc.

Fotonii de lumină, pe măsură ce parcurg spațiul, sunt captați și apoi re-emiși de aceste particule virtuale. Urban și colegii săi susțin că energiile acestor particule – în special sarcina electrică pe care o poartă – afectează viteza luminii. Iar cum nivelul de energie pe care-l are o particulă în momentul ciocnirii cu un foton este de obicei aleator, efectul asupra vitezei de propagare a fotonilor variază de asemenea.

Astfel, timpul în care lumina parcurge o anumită distanță va varia foarte slab, dar totuși va fi inconstant, având o valoare de ordinul a 0,05 femtosecunde (10 la puterea -15 secunde) pentru fiecare metru pătrat de spațiu străbătut – viteza luminii a fost măsurată în ultimul secol cu un nivel ridicat de precizie, așa că devine foarte clar că aceste variații sunt foarte mici.

Pentru a identifica această mică fluctuație, susțin cercetătorii, se poate măsura modul în care lumina se dispersează pe distanțe lungi. Unele fenomene astronomice, așa cum sunt exploziile de raze gamma, produc pulsuri de radiații de la distanțe suficient de mari pentru a putea detecta aceste fluctuații infinitezimale. Autorii studiului propun de asemenea și folosirea unui sistem de raze laser care să devieze de mai multe ori între oglinzi plasate la 100 de metri una de alta, pentru a putea identifica aceste mici variații.

Cel de-al doilea studiu propune un mecanism diferit dar ajunge la aceeași concluzie privind variația vitezei luminii. În acest caz, Gerd Leuchs și Luis Sánchez-Soto, de la Institutul Max Planck pentru Fizica Luminii din Erlangen, Germania, susțin că numărul speciilor de particule elementare care există în Univers conferă o anumită valoare vitezei luminii.

Leuchs și Sanchez-Soto susțin că, în conformitate cu calculele lor, ar trebui să existe un număr de ordinul 100 al „speciilor” de particule cu sarcină electrică. Teoria care guvernează în prezent fizica particulelor, așa-numitul Model Standard, identifică mai puține de atât – electronii, muonii, tauonii, cele șase tipuri de quarci, fotonii și bosonul W.

Sarcina acestor particule este foarte importantă,pentru că toate aceste particule au sarcină. La rândul său impedanța depinde de permitivitatea ‘vidului’ cosmic – sau de rezistența sa la câmpuri electrice, precum și de permeabilitatea sa, sau de cât de bine susține câmpuri magnetice. Unda de lumină este formată dintr-o undă electrică și din una magnetică, iar modificarea acestor cantități (prin permitivitate și permeabilitate) va modifica viteza măsurată a luminii.

„Am calculat permitivitatea și permeabilitatea vidului în funcție de acele particule elementare efemere”, a comentat Soto-Sanchez pentru LiveScience. „Rezultatul este că, pornind de la un model atât de simplu, se poate discerne că aceste constante conțin contribuții esențial egale din partea diferitelor perechi de particule de materie-antimaterie încărcate electric: atât cele cunoscute cât și cele încă necunoscute pentru știință”.

Ambele studii susțin că lumina interacționează cu perechile de particule-antiparticule. În modelul propus de Leuchs și de Sanchez-Soto, impedanța vidului (care va accelera sau va frâna viteza de propagare) este dependentă de densitatea de particule. Impedanța relaționează cu raportul dintre câmpurile electrice și câmpurile magnetice din lumină; fiecare undă luminoasă este compusă din ambele tipuri de câmpuri, iar valoarea sa măsurată, alături de permitivitatea spațiului față de câmpurile magnetice, guvernează viteza luminii.

Unii oameni de știință sunt sceptici cu privire la aceste două terorii. Jay Wacker, un specialist în fizica particulelor de la SLAC National Accelerator Laboratory, susține că nu are deplină încredere în tehnicile matematice folosite în aceste două studii pentru că în ambele cazuri se pare că oamenii de știință nu le-au aplicat în modalitatea în care ar fi fost aplicate de majoritatea cercetătorilor. „Modalitatea corectă de a face acest lucru este cu autorul diagramelor Feynman”, atrage atenția Wacker.

O altă problemă a acestor studii este că dacă într-adevăr există o sumedenie de alte particule în afara celor din Modelul Standard, atunci această teorie trebuie revizuită.