Teoria e relativitetit e Ajnshtajnit bazohet në dy supozime, ose postulate. E para është që ligjet e fizikës duken të njëjta për të gjithë ata që udhëtojnë në një vijë të drejtë pa përshpejtim.
Ajnshtajni e mori këtë ide nga fizikani holandez Hendrik Lorentz, i cili, në fund të viteve 1800, paraqiti një teori të elektrodinamikës me këtë pronë, duke i dhënë jetë nocionit të një “kuadri të referencës inerciale”—koordinatat që përdoren nga një kasap, bukëpjekës ose prodhues qirinjsh kur lëvizin në një vijë të drejtë në vakum, në raport me njëri-tjetrin, ndoshta me shpejtësi të ndryshme. Ky ekuivalencë e supozuar quhet “invarianca e Lorentzit.”
Supozimi i dytë është se shpejtësia e dritës do të matet si e njëjtë nga çdo person në një kuadër referencë inerciale. Pavarësisht sa shpejt dikush lëviz ose në çfarë drejtimi (në vakum), drita do të shihet duke ardhur me një shpejtësi prej “c,” pak nën 300,000 kilometra për sekondë, me të njëjtën shpejtësi të parë nëse kalon afër. Edhe nëse bukëpjekësi lëviz me 0.99999 për qind të shpejtësisë së dritës në raport me kasapin, të dy do të matin dritën me një shpejtësi “c.” (Po, kjo nuk është aspak intuitive.)
Fizikanët kanë qenë të prirur të testojnë invarancën e Lorentzit që nga ajo kohë. Ajo mbahet rreptësisht në të gjitha eksperimentet e kryera deri më tani. Tani, një grup nga Kina ka parë shpërthimin më të fuqishëm të rrezeve gama që është parë ndonjëherë dhe ka gjetur se fotonet e emetuara në të njëjtën kohë kanë arritur në teleskopin e tyre në të njëjtën kohë, edhe nëse kishin frekuenca të ndryshme.
Nga ky rezultat, limiti më i ulët i energjisë ku shfaqet graviteti kuantik është ngritur pesëfish. Puna e tyre është publikuar në revistën Physical Review Letters.
Interesi për invarancën e Lorentzit është rritur vitet e fundit pasi disa teori të gravitetit kuantik parashikojnë që për fotonet me energji të lartë, vakumi nuk duket bosh, por si një medium i pambushur. Ky parashikim, kur ndodh në një teori të gravitetit kuantik, ndodh pranë shkallës së Planck-ut prej rreth 1019 miliardë elektron-voltësh, ku pritet që vetë hapësira-kohë mund të duhet të trajtohet sipas rregullave të mekanikës kuantike.
A mbahet invaranca e Lorentzit edhe në këto energji të mëdha, apo ligjet e fizikës fillojnë të duken ndryshe atje për kuadrat e referencës inerciale?
Çfarë është një shpërthim i rrezeve gama? Krediti: Qendra e Fluturimeve Hapësinore Goddard e NASA-s
Për të testuar këtë, një grup kërkimor nga Observatori i Madh i Dushkut të Ajrit me Lartësi të Madhe (LHAASO) në Kinë ka parë pasqyrimin e shpërthimit më të ndritshëm të rrezeve gama që është vërejtur ndonjëherë, 221009A. Ky GRB, i zbuluar në vitin 2022 dhe që zgjati pak mbi 10 sekonda, por që ishte i dukshëm për 10 orë pas zbulimit, ishte në një galaksi të largët 2.4 miliardë vite dritë larg, që do të thotë se rrezet e tij shumë energjetike gama kishin marrë 2.4 miliardë vite për të mbërritur në Tokë.
Një shkelje e invarancës së Lorentzit do të shfaqej nëse drita me frekuenca të ndryshme do të mbërrinte në Tokë në kohë të ndryshme, që do të thotë se ato kishin shpejtësi të ndryshme kur udhëtonin përmes vakumit të gjatë nga atje këtu. Ky fenomen quhet “dispersioni i fotonit,” dhe shihet kur drita udhëton përmes materialeve si uji ose qelqi, por deri më tani, nuk është zbuluar kurrë në vakum.
Ekipi kërkimor përdori të dhëna të mbledhura nga shpërthimi i rrezeve gama i datës 9 tetor 2022 i regjistruar në Observatorin në Sichuan, Kinë, 4,410 metra mbi nivelin e detit. Observatorët e rrezeve gama në orbitë u aktivizuan fillimisht nga fotonet me energji më të ulët, dhe LHAASO ndodhi të ishte i drejtuar në drejtimin e duhur për të matur “pasqyrimin” e fotoneve me energji të lartë.
Brenda 100 minutash pas aktivizimit të 221009A, Grumbullimi i Detektorëve Cherenkov i masave të Ujit regjistroi më shumë se 64,000 fotone me energji deri në 7 trilion elektron-voltësh. Gjatë jetës së tij të shkurtër, GRB u vlerësua se lëshoi aq energji sa e gjithë galaktika Rruga e Qumështit bën në 500 milionë vjet.
Intensiteti maksimal i GRB ndodhi rreth katër minuta pas aktivizimit të tij. Për të ekzaminuar ndonjë shenjë të një shkeljeje të invarancës së Lorentzit, grupi përdori dy metoda: matjen e vonesave të kohës midis 10 brezave të energjisë së rrezeve gama, me secilin brez që përmban fotone në shkallën TeV, dhe nxjerrjen e vonesave të kohës së mbërritjes të varura nga energjia nga të dhënat.
Analiza e tyre nuk gjeti shkelje statistikisht të rëndësishme të invarancës së Lorentzit—nuk pati vonesa të rëndësishme të kohës për fotonet e GRB me frekuenca të ndryshme. (Sipas marrëdhënies së Planck-ut, frekuenca është proporcionale me energjinë.)
Nga kjo mungesë e dispersimit të fotonit, ata arritën në dy kufij të poshtëm për energjinë ku efektet e gravitetit kuantik mund të shfaqen, njëjtë siç është parë në vëzhgimet e mëparshme të GRB-ve, dhe të dytën duke ngritur kufirin e mëparshëm të poshtëm me një faktor pesë për kuadrat e referencës inerciale që udhëtojnë nën shpejtësinë e dritës.
Ata përfundojnë: “Vëzhgimet e ardhshme të emisionit të shpejtë me energji shumë të lartë në vend të pasqyrimit nga GRB-të do të rrisin më tej ndjeshmërinë ndaj invarancës së Lorentzit duke përdorur teste të kohës së fluturimit.” Këto kufij mund të rriten edhe më tej nëse faza fillestare e një GRB-je të ardhshme ekzaminohet në mënyrë të ngjashme.
