Частинка світла ставить під сумнів теорію відносності Ейнштейна: її не повинно існувати

Під час вибуху наднової, що стався на відстані понад два мільярди світлових років від нас, виник найяскравіший гамма-спалах серед усіх відомих. Один із фотонів з рекордною енергією цього гамма-спалаху досяг Землі, хоча, згідно із законами фізики, не міг цього зробити. Ця частинка світла мала б давно зникнути в міжгалактичному просторі. Вчені вважають, що можливим поясненням того, що цей унікальний фотон досяг Землі, є те, що в екстремальних умовах простір-час може поводитися інакше, ніж передбачає теорія відносності Ейнштейна. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters, пише IFLScience.

Гамма-спалахи — це високоенергетичні викиди гамма-випромінювання та енергії. Звичайний гамма-спалах за секунди вивільняє стільки енергії, скільки Сонце може створити за весь свій життєвий цикл, тобто за 10 млрд років. Але гамма-спалах GRB 221009A або BOAT (Brightest Of All Time, тобто найяскравіший за всі часи) за лічені секунди створив у 10 разів більше енергії, а тому є найпотужнішим і найяскравішим серед усіх відомих. Цей гамма-спалах у 2022 році досяг Землі у вигляді потужного потоку фотонів, тобто частинок світла, хоча й виник на відстані понад 2 млрд світлових років від нас.

Серед цих фотонів один мав рекордну енергію для частинки світла в гамма-випромінюванні. Згідно із законами фізики, такий фотон не мав би долетіти до Землі. Космічний простір не є абсолютно порожнім. У міжгалактичному середовищі цей фотон мав взаємодіяти з фотонами реліктового випромінювання, що залишилися після Великого вибуху.

Взаємодія фотона з величезною енергією з фотонами реліктового випромінювання мала призвести до перетворення частинки світла гамма-спалаху на інші частинки. По суті, цей фотон мав зникнути, але цього не сталося. Але як він дістався до Землі, адже це суперечить законам фізики? Вчені запропонували можливе пояснення.

Деякі теорії припускають, що темна матерія складається з дуже легких аксіоноподібних частинок. Автори дослідження припустили, що фотони гамма-випромінювання можуть перетворюватися на такі частинки під час подорожі Всесвітом, а потім знову ставати фотонами поблизу нашої галактики. Але проблема в тому, що це дозволяє пояснити рух фотонів з енергією приблизно в 100 разів меншою, ніж у фотона гамма-спалаху BOAT.

Тому фізики припускають, що один із фундаментальних принципів спеціальної теорії відносності Ейнштейна, Лоренц-інваріантність, зазнає змін за надвисоких енергій. Це впливає на характер поширення фотонів у просторі.

За словами фізиків, це означає, що фотони з дуже високою енергією можуть переміщатися Всесвітом таким чином, що уникають взаємодій, які мали б знищити ці частинки світла. Тож, на думку фізиків, саме так фотон із рекордною енергією зміг дістатися Землі.

Вчені зазначають, що це не означає, ніби закони фізики повністю змінюються, але в екстремальних умовах простір-час може поводитися інакше, ніж передбачає теорія відносності Ейнштейна. Це припущення фізиків потрібно перевірити під час подальших досліджень.

Інші новини науки

Астрофізиків поставив у глухий кут сигнал гравітаційних хвиль GW231123, що виник у результаті злиття гігантських чорних дір.