Există un sistem de referinţă staţionar în Univers?

Dr. Donald Chang, fizician la Hong Kong University of Science and Technology, a propus recent un experiment în urma căruia s-ar putea răspunde la întrebarea dacă există un sistem de referinţă staţionar în Univers.

Experimentul propus de Dr. Donald Chang are scopul să elimine divergențele dintre relativitatea specială și modelul standard al cosmologiei. Credit: NASA/ESA/Hubble Heritage Team/STScI/AURA/J. Blakeslee, NRC Herzberg, DAO/H. Ford, JHU.

Conform teoriei relativității speciale a lui Einstein, în Univers nu există niciun sistem de referinţă staţionar. Această ipoteză este însă în contradicţie cu modelul standard al cosmologiei, în care vidul cosmic nu este spațiu gol.

„În celebrul experiment realizat de Michelson și Morley la sfârșitul secolului al XIX-lea s-a constatat că propagarea luminii este independentă de mișcarea Pământului prin Sistemul Solar.

Această constatare a fost interpretată de Einstein ca un indiciu că legile fizice care guvernează propagarea luminii sunt echivalente în toate sistemele de referinţă inerțiale.

Mai mult, într-o lucrare publicată în anul 1905, Einstein a postulat că „legile electrodinamicii și ale opticii vor fi valabile în toate sistemele de referință inerţiale”. Acest postulat este cunoscut în prezent drept primul postulat al teoriei speciale a relativității”, a explicat Dr. Chang într-o lucrare publicată în ediția din martie 2017 a European Physical Journal Plus.

„Se poate observa că, iniţial, acest postulat al relativităţii speciale a fost considerat valabil doar în cazul electrodinamicii și opticii. Ulterior, acest postulat a fost generalizat tuturor legilor fizice.

Este justificată această generalizare?

Rezultatele experimentului Michelson-Morley au demonstrat doar că propagarea luminii respectă principiul relativității. Ce se întâmplă în cazul particulelor care au masă de repaus?

Poate cineva să demonstreze că primul postulat al relativităţii speciale este valabil şi în cazul particulele masive?

Acest postulat al relativităţii implică că nu există niciun sistem de referinţă staţionar în Univers. În caz contrar, cineva ar putea să determine care sistem inerțial este staționar și care se mișcă.

Acest lucru înseamnă că vidul din Univers trebuie să fie spațiu gol și că acesta nu poate servi drept sistem de referință. Această cerință este însă în conflict cu viziunea modernă a vidului.

În modelul standard al cosmologiei actuale, vidul nu este spaţiu gol”, afirmă Dr. Chang.

Schema de sus prezintă diagrama conceptuală a configuraţiei experimentului: electronii accelerați de un accelerator de particule sunt analizați cu ajutorul a două spectrometre de masă identice (aflate în stânga-L şi în dreapta-R).

Diagrama simplificată de jos prezintă ideea de bază a experimentului: Dacă există un sistem de referinţă staţionar în Univers, atunci înseamnă că în cazul a doi electroni care se deplasează în direcții opuse (dreapta și stânga) se va putea observa o diferență a masei lor de mișcare.

Diferența de masă va fi dependentă de anotimp și se va schimba în timpul zilei.

(a) O vedere de sus a mișcării Pământului în jurul Soarelui. Viteza totală a Pământului (v Earth) este suma vectorială a vitezei Pământului față de Soare (v Earth-Sun) și a vitezei Soarelui față de restul Universului (v Sun). Astfel, v Earth se va schimba în timpul anului.

(b) Brațele R și L ale aparatului indică direcția Est-Vest. Datorită mișcării Pământului, orientarea aparatului este diferită în raport cu v Earth în funcție de ora din zi. Astfel, electronii care se deplasează spre dreapta și spre stânga vor avea viteze diferite față de un sistem de referinţă staţionar din Univers. Aceasta înseamnă că diferența dintre masele lor de mișcare se va schimba și în funcţie de ora din zi. Credit: Donald Chang

Dr. Chang propune în lucrarea sa un experiment prin care să se măsoare cu precizie masele a două particule încărcate electric care se deplasează în direcții opuse.

În conformitate cu teoria relativităţii speciale, putem presupune că fiecare particulă aparţine unui sistem de referinţă inerţial şi, în consecinţă, ar trebui să nu putem detecta vreo diferenţă privind masa celor două particule.

Cu toate acestea, Dr. Chang crede că dacă în Univers există un sistem de referinţă staţionar, atunci ne putem aştepta să observăm o diferență de masă care depinde de orientarea în spaţiu a laboratorului unde se efectuează măsurarea.

Acest experiment, care este în parte inspirat de experimentele lui Michelson-Morley, „poate fi realizat folosind tehnicile experimentale existente”.

Pentru simplitate, un electron poate fi folosit ca particulă încărcată în acest experiment.

Desigur, același experiment se poate face și cu protoni. În acest caz precizia măsurătorilor poate fi mai bună, deoarece protonul are o masă de repaus mai mare decât a electronului”, afirmă Dr. Chang.

Sursă: Sci-News