Särskild relativitet är en av de mest starkt validerade teorier mänskligheten någonsin har tänkt. Det är centralt för allt från rymdfärder och GPS till vårt elnät. Centralt för relativitet är det faktum att ljusets hastighet i ett vakuum är en absolut konstant. Problemet är, det faktum har aldrig bevisats.

När Einstein föreslog relativitetsteorin, det var för att förklara varför ljus alltid hade samma hastighet. I slutet av 1800 -talet, man trodde att eftersom ljuset färdas som en våg, den måste bäras av något slags osynligt material som kallas "den lysande etern". Resonemanget var att vågor kräver ett medium, som ljud i luft eller vattenvågor i vatten. Men om etern existerar, då måste den observerade ljushastigheten förändras när jorden rör sig genom etern. Men mätningar för att observera eterdrift ökade noll. Ljusets hastighet verkade vara konstant.

Einstein fann att problemet var att anta att rum och tid var absoluta och ljusets hastighet kan variera. Om istället du antog att ljusets hastighet var absolut, utrymme och tid måste påverkas av relativ rörelse. Det är en radikal idé, men det stöds av varje mätning av ljusets konstanta hastighet.

Men flera fysiker har påpekat att även om relativitet antar att ljusets vakuumhastighet är en universell konstant, det visar också att hastigheten aldrig kan mätas. Specifikt, relativitet förbjuder dig att mäta den tid det tar ljus att resa från punkt A till punkt B. För att mäta ljusets hastighet i en riktning, du behöver en synkroniserad stoppur i varje ände, men relativ rörelse påverkar hastigheten på dina klockor i förhållande till ljusets hastighet. Du kan inte synkronisera dem utan att veta ljusets hastighet, som du inte kan veta utan att mäta. Vad du kan göra är att använda ett enda stoppur för att mäta rundturstiden från A till B tillbaka till A, och detta är vad varje mätning av ljusets hastighet gör.

Eftersom ljusmätarnas rundturshastighet ger ett konstant resultat, du kan tänka dig att du bara kan dela tiden med två och kalla det en dag. Detta är precis vad Einstein gjorde. Han antog att tiden dit och tillbaka var densamma. Våra experiment håller med om detta antagande, men de håller också med om tanken att ljusets hastighet som kommer mot oss är 10 gånger snabbare än dess hastighet som går bort från oss. Ljus behöver inte ha en konstant hastighet i alla riktningar, den måste bara ha en konstant "genomsnittlig" tur och retur-hastighet. Relativitet kvarstår om ljusets hastighet är anisotrop.

Om ljusets hastighet varierar med dess rörelseriktning, då skulle vi se universum på ett annat sätt. När vi tittar på avlägsna galaxer, vi ser tillbaka i tiden eftersom ljus tar tid att nå oss. Om avlägset ljus nådde oss snabbt i någon riktning, vi skulle se universum i den riktningen som äldre och mer expanderat. Det snabbare ljuset når oss, desto mindre "tillbaka i tiden" skulle vi se. Eftersom vi observerar ett enhetligt kosmos i alla riktningar, det visar säkert att ljusets hastighet är konstant.

Väl, inte riktigt, som en ny studie visar. Det visar sig att om ljusets hastighet varierar med riktningen, så gör längdkontraktion och tidsutvidgning. Teamet övervägde effekterna av anisotropiskt ljus på en enkel relativistisk modell som kallas Milne -universum. Det är i grunden ett leksaksuniversum som liknar det observerade universum i struktur, men utan all materia och energi. De fann att ljusets anisotropi skulle orsaka anisotropa relativitetseffekter vid tidsutvidgning och kosmisk expansion. Dessa effekter skulle avbryta de observerbara aspekterna av en varierande ljushastighet. Med andra ord, även om universum var anisotropiskt på grund av en varierad ljushastighet, det verkar fortfarande homogent.

Så det verkar som om enkel kosmologi inte heller kan bevisa Einsteins antagande om ljusets hastighet. Ibland, de mest grundläggande idéerna inom vetenskapen är de svåraste att bevisa.