النسبية الخاصة واحدة من أقوى النظريات التي تم التحقق من صحتها ابتكرت الإنسانية من أي وقت مضى. إنه أساسي لكل شيء بدءًا من السفر عبر الفضاء ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) إلى شبكة الطاقة الكهربائية لدينا. جوهر النسبية هو حقيقة أن سرعة الضوء في الفراغ ثابتة بشكل مطلق. المشكلة هي أن هذه الحقيقة لم يتم إثباتها قط.
عندما اقترح أينشتاين نظرية النسبية ، كان ذلك لشرح سبب تمتع الضوء دائمًا بنفس السرعة. في أواخر القرن التاسع عشر ، كان يُعتقد أنه بما أن الضوء ينتقل كموجة يجب أن يحمله نوع من المواد غير المرئية المعروفة باسم الأثير المضيء. كان السبب أن الموجات تتطلب وسيطًا ، مثل الصوت في الهواء أو موجات الماء في الماء. ولكن إذا كان الأثير موجودًا ، فيجب أن تتغير سرعة الضوء المرصودة أثناء تحرك الأرض عبر الأثير. لكن قياسات مراقبة انجراف الأثير كانت لاغية. بدت سرعة الضوء ثابتة.
وجد أينشتاين أن المشكلة كانت في افتراض أن المكان والزمان مطلقان وأن سرعة الضوء يمكن أن تختلف. إذا افترضت بدلاً من ذلك أن سرعة الضوء مطلقة ، فيجب أن يتأثر المكان والزمان بالحركة النسبية. إنها فكرة جذرية ، لكنها مدعومة بكل قياس لسرعة الضوء الثابتة.
كيفية قياس سرعة الضوء ذهابا وإيابا. الائتمان: مستخدم ويكيبيديا Krishnavedala
لكن العديد من علماء الفيزياء أشاروا إلى ذلك في حين أن النسبيةيفترضسرعة الفراغ للضوء هي ثابت عالمي ، كما أنها تُظهر أنه لا يمكن قياس السرعة أبدًا. النسبية على وجه التحديد يمنعك من قياس الوقت الذي يستغرقه الضوء للانتقال من النقطة أ إلى النقطة ب. لقياس سرعة الضوء في اتجاه واحد ، ستحتاج إلى ساعة توقيت متزامنة في كل طرف ، لكن الحركة النسبية تؤثر على معدل ساعاتك بالنسبة إلى سرعة الضوء. لا يمكنك مزامنتها دون معرفة سرعة الضوء ، والتي لا يمكنك معرفتها دون قياس. ما يمكنك فعله هو استخدام ساعة توقيت واحدة لقياس وقت الرحلة ذهابًا وإيابًا من A إلى B والعودة إلى A ، وهذا ما يفعله كل قياس لسرعة الضوء.
نظرًا لأن جميع قياسات الضوء ذهابًا وإيابًا تعطي نتيجة ثابتة ، يمكنك معرفة أنه يمكنك فقط تقسيم الوقت على اثنين وتسميته باليوم. هذا بالضبط ما فعله أينشتاين. هويفترضكان الوقت هناك والعودة هو نفسه. تتفق تجاربنا مع هذا الافتراض ، لكنها تتفق أيضًا مع فكرة أن سرعة الضوء القادم نحونا أسرع بعشر مرات من سرعته التي تبتعد عنا. لا يجب أن يكون للضوء سرعة ثابتة في جميع الاتجاهات ، بل يجب أن يكون له 'متوسط' سرعة ثابتة ذهابًا وإيابًا. لا تزال النسبية قائمة إذا كانت سرعة الضوء متباينة الخواص.
سيبدو كون Milne ذو الضوء متباين الخواص متجانسًا. الائتمان: مستخدم ويكيبيديا BenRG
إذا اختلفت سرعة الضوء باختلاف اتجاه حركته ، فسنرى الكون بطريقة مختلفة. عندما ننظر إلى المجرات البعيدة ، فإننا ننظر إلى الوراء في الوقت المناسب لأن الضوء يستغرق وقتًا للوصول إلينا. إذا وصل إلينا الضوء البعيد بسرعة في اتجاه ما ، فسنرى الكون في هذا الاتجاه أكبر سناً وأكثر تمددًا. كلما وصلنا الضوء بشكل أسرع ، قل 'الزمن الماضي' الذي نراه. نظرًا لأننا نلاحظ كونًا موحدًا في جميع الاتجاهات ، فمن المؤكد أن هذا يوضح أن سرعة الضوء ثابتة.
حسنًا ، ليس تمامًا ، كما أظهرت دراسة جديدة. اتضح أنه إذا اختلفت سرعة الضوء باختلاف الاتجاه ، فهل تقلص الطول وتمدد الوقت. نظر الفريق في تأثيرات الضوء متباين الخواص على نموذج نسبي بسيط يُعرف باسم Milne universe. إنها في الأساس لعبة كون متشابهة في هيكلها للملاحظة ، ولكن بدون كل المادة والطاقة. وجدوا أن متباين الخواص للضوء من شأنه أن يسبب تأثيرات النسبية متباينة الخواص في تمدد الوقت والتوسع الكوني. ستلغي هذه التأثيرات الجوانب التي يمكن ملاحظتها لتفاوت سرعة الضوء. بعبارة أخرى ، حتى لو كان الكون متباين الخواص بسبب سرعة الضوء المتنوعة فإنه سيظل متجانسًا.
لذلك يبدو أن علم الكون البسيط غير قادر على إثبات افتراض أينشتاين حول سرعة الضوء أيضًا. أحيانًا يكون إثبات الأفكار الأساسية في العلوم هو الأكثر صعوبة.
المرجعي:لويس وجيريانت ف ولوك إيه بارنز. ' سرعة الضوء في اتجاه واحد و Milne Universe. 'طبع arXiv المسبقarXiv: 2012.12037 (2020).