Эйнштейн был прав

Общей теории относительности Альберта Эйнштейна в этом году исполняется 100 лет. Век спустя ученые из Еврейского университета в Иерусалиме, Открытого университета Израиля, римского университета Ла Сапиенца и французского Университета Монпелье сделали открытие, подтвердившее теорию знаменитого физика. 

По словам ученых, результаты их экспериментов, опубликованные на этой неделе в журнале Nature Physics, могут стать шагом на пути к разрешению одной из наиболее сложных научных дилемм XX века — устранению противоречия между теорией относительности и квантовой механикой, другой фундаментальной основой современной физики.

В своем эксперименте ученые исследовали путь фотонов, сгенерированных вспышкой гамма-лучей на расстоянии в семь миллиардов световых лет от Земли. Эти фотоны, зафиксированные космической обсерваторией НАСА, только сейчас приблизились к Земле. Все они двигались с равной скоростью и достигли земной орбиты практически одновременно, с разницей в доли секунды. Траектория и время их движения подтверждают теорию Эйнштейна, утверждавшего, что легкие частицы движутся с одинаковой абсолютной скоростью, равной 299 792 км/с.

Принципиальная важность этого открытия состоит в том, что оно снимает существовавшее ранее противоречие между теорией относительности и появившейся позднее квантовой теорией. Согласно Эйнштейну, вакуум — это ничто, и проходящий сквозь него свет не будет замедляться энергией, представляющей собой квантовые частицы. Квантовая же теория гласит, что такие частицы могут на короткое время проявляться и в вакууме, влияя на скорость фотонов.

В попытке согласовать две теории была создана так называемая концепция «пространственно-временной пены». В соответствии с ней на микроскопическом уровне пространство не является непрерывным, но представляет собой пенообразную структуру, являющуюся результатом действия различных видов энергии, в том числе тех, которые в иных условиях кажутся вакуумом. Размер этих «пенных» элементов настолько мал, что их невозможно измерить существующими в настоящее время приборами.

Если исходить из гипотезы, что пространственно-временная пена существует, следовало бы ожидать, что фотоны окажутся в зоне видимости космической обсерватории НАСА в разное время, ведь различные космические явления должны изменить скорость движения фотонов, прибывших с такого огромного расстояния. Однако то обстоятельство, что все фотоны приблизились к земной орбите одновременно, свидетельствует, что пространственно-временная пена, даже если она и существует, имеет гораздо меньшие размеры, чем считалось ранее.

«Начиная исследование, мы не ожидали получить настолько точные данные, — рассказал в интервью The Times of Israel руководитель группы исследователей, профессор физики Еврейского университета Цви Пиран. — Полученные в ходе эксперимента результаты, вероятно, смогут ликвидировать существовавшие до сих пор противоречия между теорией относительности и квантовой теорией».

Профессор Пиран уже не первый раз в этом году становится ньюсмейкером разделов науки ведущих мировых СМИ. В январе возглавляемая им группа физиков опубликовала исследование, предлагающее объяснение того, как мощные вспышки гамма-излучения могли препятствовать зарождению и развитию жизни на других планетах.

Ученые считают, что сложные формы жизни возможны лишь в 10% галактик. В оставшихся 90% случаев их зарождению препятствует разрушительная сила гамма-взрывов, способных истребить и уже сложившуюся флору и фауну. Именно по этой причине, полагает профессор Пиран, до сих пор не удалось обнаружить признаки жизни на других планетах нашей галактики, кроме Земли.