Der er ingen måde at måle lysets hastighed i en enkelt retning

Særlig relativitetsteori er en af ​​de stærkest validerede teorier, menneskeheden nogensinde har udtænkt. Det er centralt for alt fra rumfart og GPS til vores elnet. Centralt for relativitetsteorien er det faktum, at lysets hastighed i et vakuum er en absolut konstant. Problemet er, det faktum er aldrig blevet bevist.

Da Einstein foreslog relativitetsteorien, det var for at forklare, hvorfor lys altid havde samme hastighed. I slutningen af ​​1800-tallet, man troede, at eftersom lys rejser som en bølge, den skal bæres af en slags usynligt materiale kendt som "den lysende æter". Begrundelsen var, at bølger kræver et medium, såsom lyd i luft eller vandbølger i vand. Men hvis æteren eksisterer, så skal den observerede lyshastighed ændre sig, når Jorden bevæger sig gennem æteren. Men målinger for at observere æterdrift blev nul. Lysets hastighed så ud til at være konstant.

Einstein fandt ud af, at problemet lå i at antage, at rum og tid var absolutte, og at lysets hastighed kunne variere. Hvis i stedet, du antog, at lysets hastighed var absolut, rum og tid skal være påvirket af relativ bevægelse. Det er en radikal idé, men det understøttes af enhver måling af lysets konstante hastighed.

Men flere fysikere har påpeget, at selvom relativitetsteorien antager, at lysets vakuumhastighed er en universel konstant, det viser også, at hastigheden aldrig kan måles. Specifikt, relativitetsteorien forbyder dig at måle den tid, det tager lys at rejse fra punkt A til punkt B. For at måle lysets hastighed i én retning, du skal bruge et synkroniseret stopur i hver ende, men relativ bevægelse påvirker hastigheden af ​​dine ure i forhold til lysets hastighed. Du kan ikke synkronisere dem uden at kende lysets hastighed, som du ikke kan vide uden at måle. Det du kan gøre er at bruge et enkelt stopur til at måle rundturstiden fra A til B tilbage til A, og det er hvad enhver måling af lysets hastighed gør.

Da alle lysets tur/retur-hastighedsmålinger giver et konstant resultat, du kan regne med, at du bare kan dividere tiden med to og kalde det en dag. Det er præcis, hvad Einstein gjorde. Han antog, at tiden frem og tilbage var den samme. Vores eksperimenter stemmer overens med den antagelse, men de er også enige i tanken om, at lysets hastighed, der kommer mod os, er 10 gange hurtigere end dens hastighed, der går væk fra os. Lys behøver ikke at have en konstant hastighed i alle retninger, den skal bare have en konstant "gennemsnitlig" tur-retur hastighed. Relativiteten holder stadig, hvis lysets hastighed er anisotropisk.

Hvis lysets hastighed varierer med dets bevægelsesretning, så ville vi se universet på en anden måde. Når vi ser på fjerne galakser, vi ser tilbage i tiden, fordi lys tager tid at nå os. Hvis fjernt lys nåede os hurtigt i en eller anden retning, vi ville se universet i den retning som ældre og mere udvidet. Jo hurtigere lys når os, jo mindre "tilbage i tiden" ville vi se. Da vi observerer et ensartet kosmos i alle retninger, det viser, at lysets hastighed er konstant.

Godt, ikke helt, som en ny undersøgelse viser. Det viser sig, at hvis lysets hastighed varierer med retningen, det samme gør længdekontraktion og tidsudvidelse. Holdet overvejede virkningerne af anisotropt lys på en simpel relativistisk model kendt som Milne-universet. Det er dybest set et legetøjsunivers, der i struktur ligner det observerede univers, men uden al sagen og energien. De fandt ud af, at lysets anisotropi ville forårsage anisotropiske relativitetsvirkninger i tidsudvidelse og kosmisk ekspansion. Disse effekter ville ophæve de observerbare aspekter af en varierende lyshastighed. Med andre ord, selvom universet var anisotropt på grund af en varieret lyshastighed, det ville stadig virke homogent.

Så det ser ud til, at simpel kosmologi heller ikke er i stand til at bevise Einsteins antagelse om lysets hastighed. Sommetider, de mest grundlæggende ideer i videnskaben er de sværeste at bevise.