The One-Way Speed ​​of Light Conundrum

Om du var tvungen att välja en idé som är emblematisk för 1900-talets fysik, skulle en bra kandidat vara ljusets hastighets universella konstanthet. När Einstein lade fram denna föreställning i den speciella relativitetsteorin löste det det långvariga mysteriet om varför mätningar inte visade någon variation i ljusets hastighet med jordens rörelse genom rymden.

Det inledde också idén om rum-tid som en enda enhet. Detta leder direkt till härledningen av fysikens lagar som rumtidssymmetrier, en process som har varit avgörande för både allmän relativitetsteori och partikelfysikens standardmodell.

Så att ifrågasätta beständigheten i 'c' är att inbjuda till kontroverser. Och ändå finns det skäl att tro att vi verkligen borde undersöka denna hypotes mer i detalj med hjälp av experimentell fysiks verktyg, säger Farid Ahmed och vänner vid York University i Toronto, Kanada. Idag ger de oss en intressant genomgång av de olika sätten på vilka mätningarna har gjorts.

Experimenten för att mäta ljusets hastighets konstans delas in i två kategorier, säger Ahmed och co. I det första finns experiment som den berömda Michelson Morely-interferometern som mäter ljusets hastighet tur och retur längs någon sluten slinga. Detta är i huvudsak dess medelhastighet över en sträcka och tillbaka igen.

Ingen variation har någonsin hittats men dessa experiment öppnar möjligheten att ljusets hastighet är olika över varje etapp av resan. Så det finns en annan kategori av experiment som försöker mäta ljusets enkelriktade hastighet.

En intressant fråga dyker genast upp: hur mäter man ljusets enkelriktade hastighet? Det visar sig att det finns olika metoder. En idé handlar om emission och absorption av gammastrålar av vissa typer av atomer i ett fast ämne. Absorptionsprocessen är mycket känslig för gammastrålningens energi. Så om ljusets hastighet (och därmed dess energi) varierar med riktning, borde absorptionshastigheten också ändras.

På 1960- och 70-talen letade olika fysiker efter ett riktningsberoende genom att placera en gammastrålare vid kanten av en roterande skiva och en absorbator i mitten. De letade sedan efter någon skillnad i absorptionshastigheten när skivan roterar men hittade ingen.

Inte heller fysiker som använder andra tekniker har hittat någon variation heller. (Den kontroversielle bulgaren Stefan Marinov påstod sig ha hittat bevis på en variation i ljusets envägshastighet men hans påstående anses inte vara giltiga av de flesta vanliga fysiker.)

Ahmed och co säger att dessa experiment måste förfinas och förbättras och arbetar på sin egen mätning av ljusets envägshastighet.

Arbetet kan få viktiga konsekvenser. Ahmed och co påpekar att strängteorin förutsäger en kränkning av ljusets hastighets konstantitet liksom en annan idé som föreslår att en variabel ljushastighet skulle lösa olika problem inom kosmologin.

Och det enda sättet att ta reda på det är att mäta, ett ädelt mål med alla mått mätt. Ref: arxiv.org/abs/1011.1318 : En recension av envägs- och tvåvägsexperiment för att testa ljusets hastighets isotropi Dölj