מהירות האור הקבועה היא הבסיס לתורת היחסות ולפיזיקה המודרנית, אך תיאוריה חדשה טוענת כי בעבר היא הייתה גבוהה יותר, הסבר שעשוי לפתור תעלומות הקשורות בהיווצרות היקום

אחת מהנחות היסוד המהפכניות שהיוו את הבסיס לתורת היחסות של אלברט איינשטיין היא שמהירות האור קבועה בכל מערכות הייחוס. כלומר אדם שיושב על כדור הארץ ואדם שנמצא בחללית הנעה במהירות גבוהה יראו שניהם את האור נע בדיוק באותה מהירות – 299,792,458 מטר לשנייה. להנחה הזאת יש השלכות מרחיקות לכת על התקדמות הזמן והתארכות המרחב במהירויות גבוהות, והיא הוכחה שוב ושוב באין ספור ניסויים.

חוקרים מאוניברסיטת ווטרלו בקנדה ואימפריאל קולג' בלונדון מציעים תיאוריה קצת אחרת. לטענתם, מהירות האור אכן קבועה בכל מערכות הייחוס בכל רגע נתון, אבל היא משתנה בזמן והייתה בעבר גבוהה יותר. התיאוריה שהם מציעים עשויה לפתור בעיה קיימת בקוסמולוגיה ולהסביר את השלבים המוקדמים של התפתחות היקום.

תעלומה באופק

ספציפית, החוקרים מנסים להציע פתרון לאחת הבעיות בתיאוריית המפץ הגדול, שנקראת בעיית האופק. לפי תורת היחסות, שום דבר אינו יכול לנוע מהר יותר ממהירות האור. למשל אם כוכב שנמצא במרחק של עשר שנות אור מכדור הארץ יתפוצץ עכשיו, נוכל לדעת את זה רק בעוד עשר שנים, כי רק אז יוכל האור מהכוכב, או כל דבר אחר משם, להגיע אלינו. מהירות האור והזמן שעבר מאז האירוע קובעים את המרחק המקסימלי שאליו יוכל להגיע אור מהאירוע. המרחק הזה נקרא "אופק האירועים".

לפי תיאוריית המפץ הגדול, היקום כולו התחיל בנקודה אחת לפני 13.8 מיליארד שנה ומאז הוא מתפשט ומתרחב. אחת העדויות המשמעותיות ביותר לכך היא קרינת הרקע הקוסמית – קרינה אלקטרומגנטית בתחום המיקרוגל שמגיעה אלינו מכל הכיוונים בשמיים.

הקרינה הזאת נוצרה כ-380 אלף שנה לאחר המפץ הגדול, כאשר נוצרו האטומים הראשונים. היא מעידה על מצב היקום באותו זמן ועוצמתה ואורכי הגל שלה אחידים מאוד, דבר שמעיד שהיקום היה בטמפרטורה אחידה באותו הזמן. לפיכך אנחנו יכולים להבין שכל אנרגיית החום שהייתה ביקום הספיקה להתפזר על פני כל החומר בזמן הזה.המהירות המירבית בה יכלה אנרגיית החום להתפזר היא מהירות האור.

אנו יכולים להסתכל על שתי נקודות בשמיים ,למשל נקודה אחת מעל הקוטב הצפוני ואחת מעל הקוטב דרומי. אנו יכולים למדוד את קרינת הרקע הקוסמית המגיעה מנקודות אלה ולראות שיש להן אותה טמפרטורה. ואפשר גם לחשב איפה הן נמצאו 380 אלף שנה לאחר המפץ הגדול. הבעיה היא שהנקודה הראשונה תהיה מחוץ לאופק האירועים של הנקודה השנייה באותו זמן, ולכן זה לא ברור איך הספיק לעבור החום מנקודה אחת לשניה כך שתהיה להן אותה טמפרטורה. אפשר כמובן לעשות זאת עבור הרבה מאוד נקודות בשמיים ולראות שבעיית האופק היא גדולה וצריך לשנות את תיאוריית המפץ הגדול כדי לפתור אותה.

יש שתי דרכים לפתור את בעיית האופק. הראשונה היא תיאוריית האינפלציה: לפי האפשרות הזו ליקום הייתה טמפרטורה אחידה כשהיה קטן מאוד, ואז הוא התרחב מהר מאוד לגודל עצום. התרחבות היקום המהירה מאפשרת מרחק גדול בין שתי הנקודות וטמפרטורה זהה בשתיהן. ההצעה השנייה, שעליה מדבר המחקר הנוכחי, היא שמהירות האור הייתה שונה בעבר, וכך החום היה יכול לעבור בין שתי הנקודות הרחוקות (למשל באמצעות קרינה). ההצעה הזאת איננה חדשה, אבל עכשיו הציעו לבסוף דרך לבדוק אותה ולהכריע בין שתי האפשרויות.

החוקרים הציעו למדוד מאפיין של קרינת הרקע הקוסמית שנקרא "אינדקס ספקטרלי" ומתאר את השינויים הקטנים בצפיפות היקום המוקדם. לאחר התפשטות היקום השינויים הקטנים האלו גרמו ליצירת לגלקסיות וצבירי גלקסיות והם אחראים במידה רבה למבנה היקום על פני מרחקים גדולים. ההתפתחות של שינויים קטנים בצפיפות היקום המוקדם והיווצרות מבנה היקום תלויה במודל הספציפי של ההתפשטות ולכן כל תיאוריה מנבאת ערך שונה (או תחום של ערכים אפשריים) עבור האינדקס הספקטרלי. החוקרים חישבו ערך מדויק מאוד עבור אינדקס זה, והערך הנמדד הנוכחי קרוב לתחזית שלהם – כלומר תומך בתיאוריה של השתנות מהירות האור. מדידה מדויקת יותר תוכל לאשש או להפריך כל אחת מהתיאוריות המתחרות. הרעיון של החוקרים והאפשרות למדוד אותו יכולים להעניק לנו מידע חדש בנוגע לתהליך היווצרות היקום – תהליך שאיננו יודעים עליו הרבה ויש לנו מעט מאוד מקורות מידע לגביו.