Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Неосновная теория в физике
Non mainstream theory in physics
Переменная скорость света (VSL) — это характеристика семейства гипотез, утверждающих, что скорость света может в некотором смысле не быть постоянной, например, изменяться в пространстве или времени, либо зависеть от частоты. Общепринятые классические теории физики, и в частности общая теория относительности, предсказывают постоянную скорость света в любой локальной системе отсчета, и в некоторых ситуациях они предсказывают кажущиеся изменения скорости света в зависимости от системы отсчета, однако данная статья не рассматривает это как переменную скорость света. Различные альтернативные теории гравитации и космологии, многие из которых являются неосновными, включают в себя вариации локальной скорости света. Попытки включить переменную скорость света в физику предпринимались Робертом Дикком в 1957 году и рядом исследователей, начиная с конца 1980-х годов. VSL не следует путать с теориями, предполагающими скорость, превышающую скорость света, её зависимостью от показателя преломления среды или её измерением в системе отсчета удалённого наблюдателя в гравитационном поле. В данном контексте «скорость света» относится к предельной скорости *c* теории, а не к скорости распространения фотонов.
A variable speed of light (VSL) is a feature of a family of hypotheses stating that the speed of light may in some way not be constant, for example, that it varies in space or time, or depending on frequency. Accepted classical theories of physics, and in particular general relativity, predict a constant speed of light in any local frame of reference and in some situations these predict apparent variations of the speed of light depending on frame of reference, but this article does not refer to this as a variable speed of light. Various alternative theories of gravitation and cosmology, many of them non mainstream, incorporate variations in the local speed of light. Attempts to incorporate a variable speed of light into physics were made by Robert Dicke in 1957, and by several researchers starting from the late 1980s. VSL should not be confused with faster than light theories, its dependence on a medium's refractive index or its measurement in a remote observer's frame of reference in a gravitational potential. In this context, the "speed of light" refers to the limiting speed c of the theory rather than to the velocity of propagation of photons.
Предыстория
Принцип эквивалентности Эйнштейна, на котором основана общая теория относительности, требует, чтобы в любой локальной свободно падающей системе отсчета скорость света всегда была одинаковой. Однако это не исключает возможности того, что инерциальный наблюдатель, определяя кажущуюся скорость света в удалённой области, может вычислить иное значение. Пространственное изменение скорости света в гравитационном потенциале, измеренное относительно времени удалённого наблюдателя, неявно присутствует в общей теории относительности. Кажущаяся скорость света будет изменяться в гравитационном поле и, в частности, стремиться к нулю на горизонте событий при наблюдении с большого расстояния. При выводе гравитационного красного смещения, вызванного сферически симметричным массивным телом, радиальная скорость света dr/dt может быть определена в координатах Шварцшильда, где t – время, измеренное на неподвижных часах в бесконечности. Результат:
Einstein's equivalence principle, on which general relativity is founded, requires that in any local, freely falling reference frame, the speed of light is always the same. This leaves open the possibility, however, that an inertial observer inferring the apparent speed of light in a distant region might calculate a different value. Spatial variation of the speed of light in a gravitational potential as measured against a distant observer's time reference is implicitly present in general relativity. The apparent speed of light will change in a gravity field and, in particular, go to zero at an event horizon as viewed by a distant observer. In deriving the gravitational redshift due to a spherically symmetric massive body, a radial speed of light dr/dt can be defined in Schwarzschild coordinates, with t being the time recorded on a stationary clock at infinity. The result is
где m = MG/c² и используются естественные единицы, при которых c₀ равно единице.
where m is MG/c2 and where natural units are used such that c0 is equal to one.
Предложение Дикка (1957)
Роберт Дик в 1957 году разработал теорию гравитации VSL, в которой (в отличие от общей теории относительности) скорость света, измеряемая локально свободно падающим наблюдателем, могла изменяться. Дикке предположил, что как частоты, так и длины волн могут изменяться, что привело к относительному изменению величины *c*. Дикке ввел понятие показателя преломления (уравнение 5) и доказал его соответствие наблюдаемому значению отклонения света. В комментарии, связанном с принципом Маха, Дикке предположил, что, хотя правая часть члена в уравнении 5 мала, левая часть, равная 1, может иметь "происхождение в остальной материи Вселенной". Учитывая, что в расширяющейся Вселенной все больше масс вносят вклад в указанный показатель преломления, Дикке рассматривал космологию, в которой *c* уменьшается со временем, предлагая альтернативное объяснение космологическому красному смещению. Другие модели устанавливают связь с гипотезой о больших числах Дирака. Было опубликовано несколько гипотез об изменяющейся скорости света, кажущихся противоречащими общей теории относительности, включая работы Гире и Тана (1986) и Санежуанда (2009). В 2003 году Магуэйхо представил обзор таких гипотез. Космологические модели с переменной скоростью света были независимо предложены Жаном Пьером Пети в 1988 году, Джоном Моффатом в 1992 году и группой Андреаса Альбрехта и Жоао Магуэйхо в 1998 году для объяснения проблемы горизонта космологии и в качестве альтернативы космической инфляции.
Robert Dicke, in 1957, developed a VSL theory of gravity, a theory in which (unlike general relativity) the speed of light measured locally by a free falling observer could vary. Dicke assumed that both frequencies and wavelengths could vary, which since resulted in a relative change of c. Dicke assumed a refractive index (eqn. 5) and proved it to be consistent with the observed value for light deflection. In a comment related to Mach's principle, Dicke suggested that, while the right part of the term in eq. 5 is small, the left part, 1, could have "its origin in the remainder of the matter in the universe". Given that in a universe with an increasing horizon more and more masses contribute to the above refractive index, Dicke considered a cosmology where c decreased in time, providing an alternative explanation to the cosmological redshift. Other models make a link to Dirac's large numbers hypothesis. Several hypotheses for varying speed of light, seemingly in contradiction to general relativity theory, have been published, including those of Giere and Tan (1986) and Sanejouand (2009). In 2003, Magueijo gave a review of such hypotheses. Cosmological models with varying speeds of light have been proposed independently by Jean Pierre Petit in 1988, John Moffat in 1992, and the team of Andreas Albrecht and João Magueijo in 1998 to explain the horizon problem of cosmology and propose an alternative to cosmic inflation.
Гравитационная постоянная G
В 1937 году Пол Дирак и другие начали исследовать последствия изменения естественных констант со временем. Например, Дирак предположил, что ньютоновская гравитационная постоянная G могла изменяться на 5 частей из 10¹¹ в год, чтобы объяснить относительную слабость гравитационного взаимодействия по сравнению с другими фундаментальными взаимодействиями. Это стало известно как гипотеза Дирака о больших числах. Однако Ричард Фейнман показал, что гравитационная постоянная, вероятно, не могла измениться настолько сильно за последние 4 миллиарда лет, основываясь на геологических и астрономических наблюдениях, хотя это может зависеть от предположения об изолированном изменении G. (См. также принцип сильного подобия.)
In 1937, Paul Dirac and others began investigating the consequences of natural constants changing with time. For example, Dirac proposed a change of only 5 parts in 1011 per year of the Newtonian constant of gravitation G to explain the relative weakness of the gravitational force compared to other fundamental forces. This has become known as the Dirac large numbers hypothesis. However, Richard Feynman showed that the gravitational constant most likely could not have changed this much in the past 4 billion years based on geological and solar system observations, although this may depend on assumptions about G varying in isolation. (See also strong equivalence principle.)
Константа мелкой структуры α
Одна группа, изучающая далекие квазары, заявила об обнаружении изменения постоянной тонкой структуры на уровне одной части из 10⁵. Другие авторы оспаривают эти результаты. Другие группы, изучающие квазары, не обнаруживают изменений даже при гораздо более высокой чувствительности. Природный ядерный реактор в Окло был использован для проверки, изменялась ли постоянная тонкой структуры α за последние 2 миллиарда лет. Это объясняется тем, что α влияет на скорости различных ядерных реакций. Например, самарий-149 захватывает нейтрон, превращаясь в самарий-150, и поскольку скорость захвата нейтронов зависит от значения α, соотношение этих двух изотопов самария в образцах из Окло может быть использовано для расчета значения α, существовавшего 2 миллиарда лет назад. Ряд исследований проанализировали относительные концентрации радиоактивных изотопов, оставшихся в Окло, и большинство из них пришли к выводу, что ядерные реакции в то время протекали примерно так же, как и сегодня, что подразумевает неизменность α. Пол Дэвис и его коллеги предположили, что в принципе можно определить, какая из размерных констант (элементарный заряд, постоянная Планка и скорость света), составляющих постоянную тонкой структуры, ответственна за наблюдаемое изменение. Однако это утверждение подверглось критике и не получило широкого признания.
One group, studying distant quasars, has claimed to detect a variation of the fine structure constant at the level in one part in 105. Other authors dispute these results. Other groups studying quasars claim no detectable variation at much higher sensitivities. The natural nuclear reactor of Oklo has been used to check whether the atomic fine structure constant α might have changed over the past 2 billion years. That is because α influences the rate of various nuclear reactions. For example, Link=yes samarium captures a neutron to become Samarium 150, and since the rate of neutron capture depends on the value of α, the ratio of the two samarium isotopes in samples from Oklo can be used to calculate the value of α from 2 billion years ago. Several studies have analysed the relative concentrations of radioactive isotopes left behind at Oklo, and most have concluded that nuclear reactions then were much the same as they are today, which implies α was the same too. Paul Davies and collaborators have suggested that it is in principle possible to disentangle which of the dimensionful constants (the elementary charge, Planck's constant, and the speed of light) of which the fine structure constant is composed is responsible for the variation. However, this has been disputed by others and is not generally accepted.