Měl Einstein pravdu? Světlo ve vakuu zpomaluje, tvrdí nová studie

Experimentálním podkladem v nové studii je z astronomického hlediska aktuální událost z roku 1987, kdy vybuchla supernova SN 1987A. Kolaps hvězdy vyprodukoval pulzy neutrin a viditelného světla v pravidelných intervalech. Neutrina nemají nulovou hmotnost a pohybují se pomaleji než světlo, supernova je ale vyprodukuje asi o několik hodin dříve, než dojde k optickému projevu výbuchu.

První vlna těchto částic přitom měla dorazit zhruba o tři hodiny před první vlnou optického světla, oba typy vln pak měly „držet“ rytmus a k Zemi směřovat plnou rychlostí vzhledem k -c-. Překvapení však bylo, že viditelné světlo dorazilo až za 7,7 hodiny namísto očekávaných tří hodin.

Co se vlastně stalo?

Za předpokladu, že neutrina neputovala nadsvětelnou rychlostí, připadají v úvahu pouze tři možná vysvětlení: fotony z výbuchu hvězdy putovaly buď podsvětelnou rychlostí, nebo vznikly později, než bylo očekáváno, anebo vznikly při s výbuchem supernovy nesouvisející události a do měření se jen „připletly“. Třetí vysvětlení je konzervativním argumentem pro vyjasnění zmíněného 4,7hodinového zpoždění fotonů.

Astrofyzik James Franson z University of Maryland nyní nicméně publikoval studii, v níž podal důkaz, že je zapotřebí vzít v úvahu i zmíněnou první variantu. Franson totiž teoretizoval s polarizací vakua, jevem z kvantové teorie, který předpokládá, že vakuum jakožto zcela prázdný prostor de facto neexistuje, protože i sama prázdnota je vyplněna virtuálními páry částic a antičástic, které sice nemůžeme přímo pozorovat, ale nepřímo způsobují právě zmíněnou polarizaci a další jevy jako například posun spektrálních čar (Lambův posuv).

V hlavní roli kvantová mechanika

Foton se při vakuové polarizaci spontánně dělí na positron-elektronový pár a následně se ideálně opět slučuje do fotonu, což je projev jednoho z Feynmanových diagramů kvantové elektrodynamiky. Při opětovném spojení těchto částic nicméně podle Fransona a kvantové mechaniky vzniká zdánlivý gravitační potenciál mezi zmíněnými částicemi. Ten je sice nepředstavitelně malý a stejně tak množství energie, která je tak fotonu odčerpána, nicméně v kosmických měřítkách začíná nabývat na významu.

Tento jev podle Fransona doposud nebylo možné pozorovat ani potvrdit, neboť do výbuchu supernovy v roce 1987 k tomu fyzikové neměli příležitost. Dopady tohoto jevu a možné vysvětlení zpomalení a detailní propočty Franson zveřejnil ve studii „Apparent correction to the speed of light in a gravitational potential“, kterou vydal v časopise New Journal of Physics.

Těžký sběr dat a dlouhé čekání

Dopady Fransonova tvrzení mohou být ohromné. Pokud by světlo, které putovalo od supernovy SN1987A, vzdálené 168 tisíc světelných let, opravdu zpomalilo o zmíněné 4,7 hodiny, znamenalo by to, že světlo například z galaxie Messier 81 (Velká medvědice) vzdálené 12 milionů světelných let od Země, by mohlo být zpomaleno o téměř dva týdny.

Franson bude nicméně k potvrzení své teorie potřebovat další data. Těch se mu však nemusí v budoucnu dostávat: na Zemi je zatím velmi malé množství detektorů, které by neutrina zvládaly registrovat, zároveň si, jak už to při bádání vesmírných jevů bývá, bude muset počkat na další blízký výbuch supernovy.