Các nhà vật lý đề xuất phương pháp đo những thay đổi trong tốc độ ánh sáng

Mối quan hệ giữa khoảng cách góc (DA), hàm Hubble (H) và tốc độ ánh sáng c tại một điểm cụ thể được gọi là dịch chuyển đỏ tối đa (zM) có thể cho phép các nhà nghiên cứu phát hiện những thay đổi trong tốc độ ánh sáng. Mối quan hệ giữa khoảng cách góc (DA), hàm Hubble (H) và tốc độ ánh sáng c tại một điểm cụ thể được gọi là dịch chuyển đỏ tối đa (zM) có thể cho phép các nhà nghiên cứu phát hiện những thay đổi trong tốc độ ánh sáng.

Tốc độ ánh sáng, c, là một trong những hằng số nổi tiếng, có giá trị chỉ dưới 3 trăm triệu mét mỗi giây trong chân không. Nhưng trong một số giả thuyết khác về vũ trụ học, tốc độ ánh sáng không thực sự là hằng số, mà thay đổi trong suốt không thời gian.

Dữ liệu quan sát để chứng minh cho những thay đổi trong tốc độ ánh sáng hiện đang còn thiếu, nhưng trong một bài báo mới đây, các nhà vật lý đã đề xuất một cách để hạn chế những thay đổi có thể của tốc độ ánh sáng và cho thấy rằng các thí nghiệm trong tương lai có thể phát hiện những thay đổi này nếu đủ lớn.

Các nhà vật lý, Vincenzo Salzano, Mariusz P. Dabrowski và Ruth Lazkoz, tại các trường đại học ở Ba Lan và Tây Ban Nha, đã công bố bài báo của họ về việc đo lường những thay đổi trong tốc độ ánh sáng trên tạp chí Physical Review Letters.

“Khi có thêm các dữ liệu được thu thập trong các nghiên cứu trong tương lai, mô hình của chúng tôi sẽ có thể phát hiện sự thay đổi 1% trong c trong trường hợp bi quan hơn và xuống đến 0,1% trong kịch bản lạc quan hơn”, Salzano của Đại học Szczeci (Ba Lan) nói với Phys.org. “Chúng tôi muốn nhấn mạnh rằng tính mới chủ yếu của phương pháp này là nó dựa trên một phép đo trực tiếp tốc độ ánh sáng ở cấp độ vũ trụ, với một số lượng rất nhỏ các giả định về động lực học vũ trụ. Các tàu thăm dò vũ trụ khác, ngay cả khi những ràng buộc tốt hơn một chút, chỉ có thể kiểm tra các khảo sát gián tiếp và giả định c là một trong nhiều thông số vũ trụ học được xác định”.

Phương pháp mới dựa trên những quan sát các dao động âm thanh baryon cùng với một hệ thức toán học. Dao động âm thanh baryon là sự tụ lại của vật chất baryon trong vũ trụ đưa đến các cấu trúc quy mô lớn, chẳng hạn như các thiên hà. Để đo khoảng cách của một đối tượng trong không gian, các nhà khoa học phải tham khảo dịch chuyển đỏ của đối tượng do vũ trụ đang giãn nở bằng cách sử dụng khoảng cách góc. Khoảng cách góc tăng lên khi dịch chuyển đỏ tăng nhưng chỉ đến một điểm mà các tác giả gọi là dịch chuyển đỏ tối đa, khi nó bắt đầu giảm xuống. Giá trị chính xác của dịch chuyển đỏ tối đa không được biết đến do nó phụ thuộc vào mô hình vũ trụ được sử dụng, nhưng nó ở khoảng từ 1,4 đến 1,8.

Phương pháp mới cũng dựa trên mối quan hệ toán học: Khi được đánh giá tại điểm dịch chuyển đỏ tối đa, khoảng cách góc (DA) và hàm Hubble (H) cho giá trị của vận tốc ánh sáng c thông qua hệ thức DA(zM)H(zM) = c(zM).

“Ở đây, khoảng cách DA đóng vai trò như một cái thước, trong khi nghịch đảo hàm Hubble đóng vai trò như một chiếc đồng hồ và tỉ lệ của chúng sẽ là tốc độ ánh sáng tại điểm dịch chuyển đỏ tối đa”, Salzano giải thích.

Sử dụng dữ liệu quan trắc về khoảng cách góc và hàm Hubble, các nhà vật lý có thể tính toán giá trị cho dịch chuyển đỏ tối đa chỉ dưới 1,6. Giá trị này có thể sau đó được sử dụng để đánh giá mối quan hệ trên và ước tính bất kỳ thay đổi nào có thể trong giá trị của c, nếu nó tồn tại.

Các nhà vật lý cũng nghiên cứu xem liệu có thể phát hiện những thay đổi trong tốc độ ánh sáng bằng cách sử dụng các thí nghiệm trong tương lai, chẳng hạn như tàu vũ trụ Euclid sẽ được phóng vào năm 2020. Họ dự đoán rằng Euclid có thể sẽ phát hiện những thay đổi 1% hoặc cao hơn với độ chính xác hợp lý, nhưng những thay đổi nhỏ hơn sẽ khó phát hiện hơn. Tại thời điểm này, các quan sát cho thấy bất kỳ thay đổi nào trong tốc độ ánh sáng đều rất có thể nhỏ hơn 1%. Tuy nhiên, Euclid và các cuộc khảo sát khác vẫn có thể có cơ hội phát hiện những thay đổi nhỏ hơn nếu các sai số quan sát đủ nhỏ.

“Phương pháp của chúng tôi gần như hoàn toàn phù hợp cho Euclid”, Salzano nói. “Do đó, một số kết quả chắc chắn sẽ thu được: Nếu kết quả là dương (phát hiện sự thay đổi của c) hay không (sự bất biến của c được xác nhận), nó cũng rất quan trọng đối với sự hiểu biết về vũ trụ của chúng ta và giá trị của thuyết tương đối của Einstein”.

Phát hiện những thay đổi trong tốc độ ánh sáng theo thời gian có thể có một số hệ quả thú vị.

“Nếu trước đây rất lâu, tốc độ của ánh sáng khác với hiện nay, nghiên cứu này sẽ có một số hệ quả đối với tương lai của sự sống trong vũ trụ của chúng ta”, Salzano nói. “Có lẽ, nó cũng có thể chứng minh rằng một số phần khác của vũ trụ hay thậm chí các vũ trụ khác với những tính chất vật lý khác nhau có thể tồn tại, những nơi mà ở đó, ví dụ, các tín hiệu phát thanh, truyền hình hay điện thoại di động sẽ chậm hơn so với trên Trái đất. Nếu tốc độ của ánh sáng lớn hơn, chúng ta sẽ hiểu rõ hơn về vũ trụ; nếu nó nhỏ hơn, chúng ta sẽ hiểu ít hơn về vũ trụ”.

Theo Vista.gov.vn