Ostrzał Księżyca laserem pomógł fizykom sprawdzić teorię Einsteina

Obserwacje tego, jak promienie laserowe odbijają się od powierzchni luster na Księżycu pozostawionych tam przez astronautów misji „Apollo” pomogły fizykom sprawdzić główne postulaty teorii względności i nie znaleźć ich naruszeń, głosi artykuł opublikowany w „Physical Review Letters”.

„Wiemy, że fizyka nie kończy się na Modelu Standardowym i na ogólnej teorii względności. Co więcej, dziś bardzo dobrze rozumiemy, że połączyć oba te aspekty współczesnej fizyki jest niemożliwe. W tym celu, aby to było możliwe, musimy „złamać” transformacje Lorentza” – wyjaśnia Marie-Christine Angonin z Sorbony (Francja).

Jedna z kluczowych zasad teorii względności Einsteina głosi, że wszystkie prawa, które opisują Wszechświat, działają jednakowo we wszystkich systemach obliczeń i niezależnie od kątów ich obrotu. Co więcej, powinny działać jednakowo nawet wówczas, kiedy czas nie idzie do przodu, ale cofa się. 

Część z takich „zwrotów w czasie” jest niezgodna z fizyką kwantową, Modelem Standardowym świata w skali mikro i wieloma innymi teoriami oraz obserwowanymi faktami. To zmusza naukowców do poszukiwania przy pomocy eksperymentowania z prędkością światła odpowiedzi na pytanie, jak te zasady mogą być naruszane. 

Jednym z pierwszych przykładów tego typu testów były pomiary odległości od Księżyca do Ziemi, które odbywają się przy pomocy  reflektorów rogowych pozostawionych na satelicie planety przez astronautów misji „Apollo” lub umieszczonych na radzieckich chodzikach księżycowych. 

Dzięki stosunkowo niewielkiej odległości i superdokładnemu zegarowi atomowemu można zmierzyć odległość do Księżyca z bardzo dużą dokładnością, aż do centymetra. Ponadto, astronomowie nauczyli się bardzo dokładnie obliczać charakter ruchu Księżyca po jego orbicie wokół Ziemi. Porównując te wskaźniki można zrozumieć, czy postulaty teorii względności są naruszane, czy nie.  

Tego typu doświadczenia niejednokrotnie były prowadzone, w tym przy wykorzystaniu komputerów kwantowych, ale naukowcom ani razu nie udało się odnotować przesunięć w prędkości światła. Angonin i jej zespół powtórzyli doświadczenia wykorzystując dane z ostatnich 44 lat, łącznie przeanalizowali ponad 20 tysięcy przypadków „ostrzelania” Księżyca za pomocą laseru. 

Te dane fizycy porównali z obliczeniami orbity księżycowej, otrzymanymi za pomocą „rozszerzonego” Modelu Standardowego fizyki, łaczącej zasady zarówno teorii świata cząsteczek elementarnych, jak i zasady wyłożone w teorii względności Einsteina. Tego typu obliczenia orbit, według naukowców, są o wiele doładniejsze niż „zwyczajne” metody obliczeń, ponieważ uzwględniają także efekty względne, pojawiające się przy ruchu światła pomiędzy dwoma obracającymi się ciałami. 

Porównanie tych obliczeń i danych odnośnie „ostrzału” Ksieżyca nie zademonstrowało żadnych zauważalnych odchyleń, co wskazuje, że teoria względności prawidłowo opisuje rzeczywistość. Innymi słowy, naruszenia symetrii praw fizyki albo nie istnieją, albo są na tyle małe, że obecne doświadczenia ich nie wykazują. Angonin i jej zespół planują kontynuować obserwacje, aby zrozumieć, czy tak jest rzeczywiście.