Майкельсон и Морли ожидали, что скорость света будет меняться в зависимости от направления движения Земли, но не обнаружили никаких различий. Это «нулевое» измерение стало одним из самых важных в истории науки: именно оно привело Эйнштейна к идее постоянства скорости света и созданию специальной теории относительности, где все наблюдатели, как бы они ни двигались, подчиняются одним и тем же физическим законам.
Казалось бы, за прошедшие сто лет эта фундаментальная истина была подтверждена бесчисленными опытами: она лежит в основе квантовой теории поля и Стандартной модели, самой проверенной теории современной физики. Но почему спустя 115 лет успешных подтверждений ученые все еще сомневаются в незыблемости этого принципа? Ответ кроется в фундаментальной несовместимости двух величайших теорий физики — квантовой механики и общей теории относительности того же Эйнштейна. Большинство попыток объединить их в единую теорию квантовой гравитации приводят к выводу, что постоянство скорости света может слегка нарушаться.
Несколько теорий квантовой гравитации предсказывают, что скорость света может зависеть от энергии фотонов. Любое отклонение должно быть крайне малым, чтобы не противоречить существующим наблюдениям, но может стать заметным при очень высоких энергиях фотонов — в диапазоне гамма-излучения.
Команда физиков под руководством специалистов Автономного университета Барселоны провела самую точную на сегодняшний день проверку постоянства скорости света, используя наблюдения за высокоэнергетичными гамма-лучами из далекого космоса. Если фотоны разной энергии движутся с разной скоростью, то за миллиарды лет путешествия от далеких источников накопится измеримая разница во времени прибытия на Землю. Ученые объединили существующие астрофизические наблюдения высокоэнергетичных гамма-лучей, применив новый статистический метод для проверки параметров расширенной Стандартной модели.
Результат оказался прежним: скорость света не зависит от энергии фотона в пределах точности измерений. Тем не менее, новые ограничения улучшили предыдущие пределы точности на порядок величины.
Авторы работы надеются, что будущее поколение обсерваторий, в частности телескопы массива Черенкова, смогут исследовать этот вопрос еще глубже. «Мы снова не нашли изъянов в релятивистской физике, — отмечают авторы, — но тем самым сделали шаг к пониманию пределов, за которыми уже может прятаться новая физика».
Ранее ученые раскрыли главную проблему квантовых часов.
