Szczególna teoria względności trzyma się mocno
Fizycy i kosmologowie od lat szukają punktów zaczepienia, od których można by zacząć tworzyć teorię kwantowej grawitacji. Jednym z nich jest hipoteza mówiąca o tym, że fotony o bardzo dużych energiach (wyższych od teraelektronowoltowych) mogą się poruszać z innymi prędkościami, niż te mniej energetyczne. Gdyby tak było, dochodziłoby do złamania zasady uważanej za filar szczególnej teorii względności Einsteina: niezmienniczości względem transformacji Lorentza (od nazwiska holenderskiego fizyka Hendrika Lorentza). Idea ta polega na tym, że prawa fizyki są takie same dla różnych obserwatorów poruszających się względem siebie ze stałą prędkością. Jej złamanie oznaczałoby, że prędkość światła w pewnych warunkach nie jest stała.
W 2009 r. prof. Marek Biesiada z Narodowego Centrum Badań Jądrowych w Warszawie i dr Aleksandra Piórkowska-Kurpas z Uniwersytetu Śląskiego wpadli na pomysł, by prędkości fotonów badać obserwując błyski gamma powstające po wysokoenergetycznych kolizjach gwiazd neutronowych. Zaproponowali, by szukać błysków, w których fotony biegnące ku nam przechodziłyby przez soczewkę grawitacyjną (zakrzywienie przestrzeni wokół masywnego obiektu). Poruszają się one różnymi torami, tworząc dwa lub więcej obrazów.
Koncepcja ta była kontestowana przez niektórych astrofizyków, bo do niedawna nikt niczego podobnego nie zaobserwował. Ale w 2021 r. sklasyfikowano jako takie błyski efekty kolizji gwiazd neutronowych, wykrytych w 2005 i 2020 r. – Po kilkunastu latach od zaprezentowania metody mogliśmy wreszcie pokazać jej działanie w praktyce – mówi prof. Biesiada.
Po dokładnej analizie danych z obserwacji rozbłysków, polsko-chiński zespół, do którego należą Polacy, doszedł jednak do wniosku (wyniki we wrześniowym wydaniu „The Astrophysical Journal”), że fotony zachowują niezmienniczość lorentzowską przynajmniej do energii rzędu milionów teraelektronowoltów. Jeśli więc efekty kwantowej grawitacji wpływają na prędkość propagowania się fotonów w przestrzeni, muszą to robić przy wyższych energiach – prawie milion razy większych od osiąganych w Wielkim Zderzaczu Hadronów.
– Wynik nie jest rozstrzygający w sensie wykrycia efektów kwantowej grawitacji, należy jednak pamiętać, że stawiamy dopiero pierwsze kroki, a podstawowym ograniczeniem są skąpe dane. To zapewne się zmieni – wyjaśnia prof. Biesiada.