Viteza luminii ar putea să nu fie constantă

Definiţia vitezei luminii are o serie de implicaţii largi în domenii precum cel al astronomiei şi 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 defineşte puterea forţei electromagnetice. O viteză a luminii variabilă ar duce la modificarea legăturilor moleculare şi a însăşi densităţii materiei nucleare, potrivit Agerpres.

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

Două studii publicate în luna martie încearcă să deducă viteza luminii din proprietăţile cuantice ale spaţiului însuşi. Ambele propun mecanisme oarecum diferite, dar ideea este că viteza luminii ar putea să se modifice în funcţie de modul în care particulele elementare interacţionează cu radiaţia. Ambele studii nu tratează spaţiul ca pe un vid, ci ca pe un fel de supă din particule virtuale care intră şi ies din existenţă în fracţiuni infime de secundă.

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

Alte articole

Locul din România unde busolele o iau razna. Cum explică specialiștii acest fenomen ciudat

Fotonii de lumină, pe măsură ce parcurg spaţiul, sunt captaţi şi apoi re-emişi de aceste particule virtuale. Urban şi colegii săi susţin 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 distanţă va varia foarte slab, dar totuşi va fi inconstant, având o valoare de ordinul a 0,05 femtosecunde (10 la puterea -15 secunde) pentru fiecare metru pătrat de spaţiu străbătut – viteza luminii a fost măsurată în ultimul secol cu un nivel ridicat de precizie, aşa că devine foarte clar că aceste variaţii sunt foarte mici.

Pentru a identifica această mică fluctuaţie, susţin cercetătorii, se poate măsura modul în care lumina se dispersează pe distanţe lungi. Unele fenomene astronomice, aşa cum sunt exploziile de raze gamma, produc pulsuri de radiaţii de la distanţe suficient de mari pentru a putea detecta aceste fluctuaţii infinitezimale. Autorii studiului propun de asemenea şi 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 variaţii.

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

Leuchs şi Sanchez-Soto susţin 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, aşa-numitul Model Standard, identifică mai puţine de atât – electronii, muonii, tauonii, cele şase tipuri de quarci, fotonii şi bosonul W.

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

„Am calculat permitivitatea şi permeabilitatea vidului în funcţie 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 conţin contribuţii esenţial egale din partea diferitelor perechi de particule de materie-antimaterie încărcate electric: atât cele cunoscute cât şi cele încă necunoscute pentru ştiinţă”.

Ambele studii susţin că lumina interacţionează cu perechile de particule-antiparticule. În modelul propus de Leuchs şi de Sanchez-Soto, impedanţa vidului (care va accelera sau va frâna viteza de propagare) este dependentă de densitatea de particule. Impedanţa relaţionează cu raportul dintre câmpurile electrice şi câmpurile magnetice din lumină; fiecare undă luminoasă este compusă din ambele tipuri de câmpuri, iar valoarea sa măsurată, alături de permitivitatea spaţiului faţă de câmpurile magnetice, guvernează viteza luminii.

Unii oameni de ştiinţă sunt sceptici cu privire la aceste două terorii. Jay Wacker, un specialist în fizica particulelor de la SLAC National Accelerator Laboratory, susţine că nu are deplină încredere în tehnicile matematice folosite în aceste două studii pentru că în ambele cazuri se pare că oamenii de ştiinţă 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 atenţia 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.