Vědci zpochybňují základní zákony přírody
Vědci zpochybňují základní zákony přírody
Anonim
Vědci zpochybňují základní zákony přírody
Vědci zpochybňují základní zákony přírody

Důvěra veřejnosti v "konstanty" přírody může být na nejnižší úrovni. Nedávný výzkum našel důkazy, že hodnota určitých základních parametrů, jako je rychlost světla nebo neviditelné lepidlo, které drží jádra pohromadě, mohla být v minulosti odlišná.

"Neexistuje absolutně žádný důvod, proč by tyto konstanty měly být konstantní," říká astronom Michael Murphy z University of Cambridge. "Jsou to slavná čísla ve fyzice, ale nemáme žádný skutečný důvod, proč jsou taková, jaká jsou."

Pozorované rozdíly jsou malé - zhruba několik částí z milionu - ale důsledky jsou obrovské: Fyzikální zákony by musely být přepsány, nemluvě o tom, že možná budeme muset uvolnit místo pro šest prostorových dimenzí více, než jsou tři, kterými jsme. zvyklý.

Důkazní linie

Důkazy pro různé konstanty se soustředí především na studie kvasarů.

Kvasary jsou extrémně svítivé objekty poháněné obřími černými dírami. Některé z nich jsou tak daleko, že jejich světlo bylo vyzařováno před 12 miliardami let.

Druhá strana

Ne všechna data kvasaru jsou v souladu s variacemi. V roce 2004 skupina astronomů, včetně Patricka Petitjeana z Astrofyzikálního institutu v Paříži, nezjistila žádnou změnu konstanty jemné struktury pomocí kvasarových spekter z Very Large Telescope v Chile. Nikdo dosud nevysvětlil rozpor s výsledky Keckova dalekohledu.

"Tato měření jsou tak obtížná a na extrémním konci toho, čeho lze dosáhnout pomocí teleskopů, že je velmi obtížné na tuto otázku odpovědět," říká Petitjean.

Jiné experimenty mimo astronomii nenalezly žádné důkazy pro variace v konstantě jemné struktury (alfa), ačkoli nesondovaly stejné časové období jako kvasary.

Astronomové studují spektra tohoto starověkého světla, aby zjistili, zda byl raný vesmír jiný než nyní. Konkrétně se dívají na absorpční čáry, které jsou způsobeny oblaky plynu mezi námi a kvasary.

Čáry přesně odhalují to, co je v oblacích, protože každý typ atomu má "otisk prstu" - sadu specifických frekvencí, na kterých absorbuje.

V roce 1999 Murphy a jeho kolegové našli první přesvědčivý důkaz, že tyto otisky prstů se s časem mění. Pomocí dat z observatoře Keck na Havaji detekovali frekvenční rozdíl mezi miliardami let starými liniemi kvasarů a odpovídajícími liniemi naměřenými na Zemi.

Některé z těchto linií vázaných na Zemi nebyly dobře charakterizovány, takže Murphy a další nedávno provedli pečlivé laboratorní experimenty, aby potvrdili, že skutečně existuje posun ve spektrech kvasarů. Spektra je v podstatě světlo rozdělené na jednotlivé frekvence, podobně jako když bílé světlo prochází hranolem a vytváří duhu.

Co je v konstantě

Protože frekvence absorpčních čar závisí na různých parametrech, jsou pozorování kvasarů někdy interpretována tak, že naznačují, že světlo bylo v minulosti rychlejší nebo že elektron měl slabší náboj.

Teoretik Carlos Martins z Cambridgeské univerzity ale LiveScience říká, že to není úplně správné: „Nedává smysl mluvit o různé rychlosti světla nebo elektronového náboje.“

Je to proto, že hodnoty těchto parametrů zahrnují jednotky, které se mohou změnit. Například rychlost světla může být jednoho dne měřena pravítkem a hodinami. Pokud další den stejné měření poskytlo jinou odpověď, nikdo nemohl říci, zda se změnila rychlost světla, změnila se délka pravítka nebo se změnil tikot hodin.

Aby se tomuto zmatku předešlo, vědci používají bezrozměrné konstanty – čistá čísla, která jsou poměry naměřených veličin.

V případě posunů v Murphyho datech je relevantní bezrozměrná konstanta jemná strukturní konstanta (často označovaná řeckým písmenem alfa), která charakterizuje sílu elektromagnetické síly.

Vědci zjistili, že alfa byla v minulosti menší, ale ani další „slavná čísla“by nebyla imunní vůči rozmarům času.

"Čekali byste variace ve všech základních konstantách," říká Murphy.

Nebylo proto úplně překvapením, když v dubnu letošního roku Patrick Petitjean z Astrofyzikálního institutu v Paříži a jeho spolupracovníci detekovali změnu poměru hmotnosti protonů k elektronu z molekulárních absorpčních čar ve spektrech kvasarů.

Každá ze čtyř základních sil může být charakterizována bezrozměrnou konstantou.

Silný: Lepí k sobě části jádra.

elektromagnetické: Udržuje elektrony kolem atomů; vysvětluje světlo.

Slabý: Zodpovědný za určité radioaktivní rozpady.

Gravitace: Chrání planety, hvězdy a glaxie před odletem.

Hmotnostní variace lze interpretovat tak, že konstanta vazby silné síly byla v raném vesmíru větší, říká Petitjean.

Díra v teorii

Časově proměnlivé přírodní konstanty porušují Einsteinův princip ekvivalence, který říká, že jakýkoli experiment testující jaderné nebo elektromagnetické síly by měl poskytnout stejný výsledek bez ohledu na to, kde a kdy se provádí.

Pokud je tento princip porušen, pak by dva objekty upuštěné v gravitačním poli měly padat mírně odlišnou rychlostí. Navíc Einsteinova gravitační teorie – obecná teorie relativity – by již nebyla zcela správná, říká Martins.

Populární alternativa k teorii relativity, která předpokládá, že subatomární částice jsou vibrující struny a že vesmír má 10 nebo více prostorových rozměrů, ve skutečnosti předpovídá nekonstantní konstanty.

Podle této teorie strun jsou další dimenze před námi skryté, ale „skutečné“přírodní konstanty jsou definovány ve všech dimenzích. Pokud se tedy skryté rozměry rozšiřují nebo smršťují, všimneme si toho jako variace v našich "místních" 3D konstantách.

I když teorie strun není správná, současný model gravitace bude pravděpodobně muset být revidován, aby se sjednotil s ostatními třemi základními silami.

"Máme neúplnou teorii, takže hledejte díry, které ukážou na novou teorii," říká Murphy. Proměnlivé konstanty mohou být právě takovou dírou.

Populární podle témat