Могут ли фундаментальные физические константы меняться? 🌌 0:02
Представление о том, что законы физики неизменны во всей Вселенной, является фундаментом современной астрофизики. Однако Мэтт О'Дауд, ведущий популярного канала PBS Space Time, задается провокационным вопросом: что, если эти «фундаментальные» величины вовсе не константы, а переменные, способные эволюционировать со временем и в пространстве?
Природа констант и «великое объединение» 0:41
Фундаментальные константы — это параметры, определяющие поведение частиц и взаимодействие сил в рамках Стандартной модели физики элементарных частиц. К ним относятся масса электрона и относительная сила фундаментальных взаимодействий.
- Проблема предсказания: Стандартная модель не объясняет, почему эти константы имеют именно такие значения — их можно только измерить.
- Теоретические предсказания: По словам О'Дауда, некоторые теории «Великого объединения» (Grand Unified Theories) предсказывают, что эти величины могут меняться.
Проблема измерений: почему важна безразмерность 1:59
Измерить изменение константы сложнее, чем кажется. Например, скорость света в вакууме равна 299 792 458 м/с, но она зависит от наших определений метра и секунды.
- Абсолютность определений: Метр сегодня привязан к расстоянию, которое свет проходит за долю секунды, а секунда — к частоте излучения атома цезия-133. Если скорость света изменится, изменятся и «линейки», которыми мы её измеряем.
- Решение — безразмерные константы: Чтобы быть уверенными в изменениях, ученые изучают безразмерные параметры, не зависящие от человеческих единиц измерения.
Наиболее перспективным кандидатом является постоянная тонкой структуры (альфа). Это число, описывающее силу электромагнитного взаимодействия, которое составляет примерно 1/137. Она измерена с невероятной точностью — до одной части на четыре миллиарда.
Квазары как инструменты для исследования прошлого 4:16
Эффект «расщепления» энергетических уровней электронов в атомах напрямую зависит от значения постоянной тонкой структуры. Ученые используют свет от квазаров — мощнейших объектов в центре далеких галактик — чтобы заглянуть в прошлое.
- Анализ спектра: Свет квазара проходит сквозь облака газа на огромных расстояниях. Атомы в этих облаках поглощают фотоны, создавая характерные спектральные линии.
- Сравнение эпох: Изучая эти линии, астрофизики могут судить о том, какой была постоянная альфа в те эпохи, когда свет был излучен.
Спорные результаты и загадка «тонкой настройки» 7:09
Группа исследователей из Австралии, используя телескоп Кека на Гавайях, проанализировала спектры 143 квазаров. В статье 2004 года они заявили об обнаружении статистически значимого изменения альфа в прошлом (примерно одна часть на сто тысяч).
- Противоречия: Позднее, при наблюдении другого участка неба с помощью Очень большого телескопа (VLT) в Чили, те же исследователи обнаружили, что альфа, похоже, менялась в обратную сторону. Это наводит на мысль о пространственно-временной изменчивости.
- Критика: Многие ученые скептически относятся к этим результатам, указывая на сложность учета красного смещения и возможных системных ошибок. Повторные анализы данных снизили статистическую значимость открытия до уровня, который может быть интерпретирован как отсутствие изменений.
Зачем нам это нужно? Если константы действительно меняются, это может помочь решить «проблему тонкой настройки» Вселенной. Жизнь возможна только в тех областях, где параметры Вселенной (в частности, альфа) позволяют существовать звездам и сложной химии. Если значения констант локально различны, то факт нашей жизни в «пригодной» части космоса становится закономерностью, а не случайностью.
