Физики выдвинули смелую новую гипотезу о природе света, которая, если она подтвердится, может радикально изменить наше понимание одного из самых фундаментальных явлений во Вселенной и, возможно, разрешить некоторые давние загадки космологии. Эта теория предполагает, что свет состоит не только из обычных фотонов, как принято считать последние сто лет, но является смесью обычных фотонов и гипотетических частиц, известных как темные фотоны.
Стандартная модель физики описывает свет как электромагнитное излучение, состоящее из квантов — фотонов. Это представление, закрепленное в уравнениях Максвелла и квантовой электродинамике, блестяще объясняет огромное количество явлений, от работы лазеров до взаимодействия света с веществом. Однако за последние десятилетия космологические наблюдения выявили некоторые странности, которые не укладываются в существующую физическую картину. Две из самых заметных проблем — это "напряжение Хаббла" (разногласия в скорости расширения Вселенной, измеренной разными методами) и "напряжение S8" (расхождения в оценках степени кластеризации материи во Вселенной).
Команда физиков, включая Джонатана Фэна, предлагает изящное (хотя и радикальное) решение этих проблем. Они предполагают, что фотоны могут "смешиваться" с темными фотонами. Темные фотоны — это гипотетические частицы, которые являются возможными переносчиками взаимодействия в "темном секторе" Вселенной, который включает темную материю и, возможно, темную энергию. Считается, что темные фотоны взаимодействуют с обычной материей крайне слабо или вообще не взаимодействуют, что делает их "темными".
Согласно новой теории, то, что мы воспринимаем как обычный свет, на самом деле представляет собой осцилляцию между обычным фотоном и темным фотоном. Это означает, что свет периодически превращается в темный фотон и обратно. Поскольку темные фотоны почти не взаимодействуют с обычной материей, в моменты, когда свет находится в состоянии темного фотона, он становится практически "невидимым" для наших приборов и не взаимодействует с окружающей средой.
Это предположение имеет далеко идущие последствия:
1. Изменение фундаментальных уравнений: Если свет проводит часть своего времени в состоянии темного фотона, это потребует модификации уравнений Максвелла, описывающих электромагнетизм, и основ квантовой электродинамики. Это было бы фундаментальным пересмотром физики, сравнимым с появлением квантовой механики или теории относительности.
2. Объяснение космологических загадок: Авторы теории показывают, что если свет периодически становится "невидимым", это может повлиять на то, как мы измеряем расстояния в космосе (особенно с использованием стандартных свечей, таких как сверхновые) и как мы наблюдаем структуру Вселенной (например, через космический микроволновый фон). Эти эффекты могут потенциально объяснить наблюдаемые расхождения в скорости расширения и кластеризации материи.
3. Связь света и темного сектора: Теория напрямую связывает свойства света с существованием и свойствами темных частиц, открывая новый мост между видимой и темной частями Вселенной.
Пока эта теория остается в высшей степени спекулятивной. Чтобы подтвердить или опровергнуть ее, необходимы экспериментальные доказательства. Физики предлагают несколько способов проверки:
• Лабораторные эксперименты: Можно искать признаки ослабления или необычного поведения лазерного света, проходящего через вакуумные камеры или сильные поля, где свет может чаще переходить в состояние темного фотона.
• Астрофизические наблюдения: Анализ света от далеких сверхновых или других космических источников с учетом возможного "превращения" фотонов в темные фотоны может дать новые данные.
• Поиск темных фотонов: Эксперименты, специально разработанные для поиска темных фотонов (например, фиксирующие их очень слабое взаимодействие с обычной материей), могут обнаружить частицы с предсказанными этой теорией свойствами.
Если эксперименты подтвердят, что свет действительно является смесью обычных и темных фотонов, это будет одно из самых значительных открытий в физике за последнее столетие, требующее переписывания учебников и открывающее новую главу в нашем понимании Вселенной. В противном случае, теория послужит еще одним примером того, как физики исследуют самые смелые идеи в поисках ответов на фундаментальные вопросы.