Гонка фотонов, продолжавшаяся 7,3 млрд лет, закончилась одновременным финишем

24 февраль, 2010 - 14:35Леонід Бараш

Состязание во вселенной в скорости между двумя гамма-квантами, длившееся около 7,3 млрд лет, закончилось финишем в орбитальном космическом гамма-телескопе с разницей во времени менее 9/10 с. Одновременный финиш может разжечь среди физиков дебаты в области специальной теории относительности Эйнштейна, поскольку один из фотонов обладал энергией в миллион раз большей, чем другой.

В рамках теории Эйнштейна одновременный финиш не проблема. В соответствии с ней все формы электромагнитного излучения – гамма-лучи, радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет и рентгеновские лучи – путешествуют через космический вакуум с одинаковой скоростью независимо от энергии. Но в некоторых новых теориях тяготения пространство-время в масштабах в триллионы раз меньших, чем электрон, имеет «неоднородную пенистую структуру». Некоторые из этих моделей предсказывают, что такая пенистая структура может замедлять высокоэнергетические гамма-кванты в большей степени, чем низкоэнергетические. Эксперимент показал, что это не так – Эйнштейн выиграл этот раунд.

Даже в физике высоких энергий, где отклонение в минуту может привести к существенному пересмотру позиций, разброс в 9/10 с на временной дистанции 7 млрд лет столь мал, что разница, вероятно, обусловлена деталями излучения гамма-квантов и не может служить основанием для пересмотра идей Эйнштейна.

«Это измерение исключает новый подход к теории гравитации, который предсказывает сильную зависимость скорости фотона от энергии», - сказал Питер Майкельсон (Peter Michelson), профессор физики Стэнфордского университета.

Физики уже давно пытаются создать единую теорию поля, в которой были бы объединены все известные сегодня четыре фундаментальных взаимодействия: электромагнитное, сильное, слабое и гравитационное. Считается, что Стандартная модель, разработанная в конце 1970-х, хорошо объединяет три первых. Однако гравитация в ней не учитывается.

«Физики хотели бы заменить эйнштейновскую трактовку гравитации, сформулированную им в общей теории относительности, на что-то, что подчинялось бы какой-нибудь фундаментальной силе, - говорит Майкельсон. – Идей в этой области много, но мало способов их проверить».

Фотоны стартовали в своем пангалактическом марафоне после короткой гамма-вспышки, породившей излучение похожее на излучение двух столкнувшихся нейтронных звезд, самых плотных из известных объектов Вселенной.