Променливи природни константи
Една от догмите на физиката изглежда отхвърлена.
Нима това, което свързва нашия сват в неговата същност,
не е константно, а функция на времето?
Ако така наречената константа на фината структура алфа,
която е приблизително равна на 1/137, имаше друга стойност,
светът би бил съвсем различен. Тогава частиците и лъчението
щяха да реагират помежду си по изумителен начин. В действителност
би се изличила разликата между материя и енергия.
Накратко
• Почти всички физични уравнения съдържат величини като например скоростта на светлината, които са наречени природни константи. Те трябва навсякъде и винаги да имат една и съща стойност.
• От шест години насам някои учени поставят под съмнение това твърдение. В спектрите на далечни квазари те намират потвърждение, че в далечното минало химичните елементи са абсорбирали светлината по друг начин, не като сега. Разликата те обясняват с малка промяна на константата на фината структура алфа (α).
• Тази промяна, ако се потвърди, ще бъде революционна, защото тогава природните закони ще изгубят своята универсална валидност. Тя също така би потвърдила наличието на допълнителни измерения в пространството.
Някои неща не се променят, физиците ги наричат природни константи. Величини като скоростта на светлината с, гравитационната константа на Нютон G и масата в покой на електрона т имат според всеобщото убеждение навред във Вселената и във всички времена една и съща стойност. Те формират скелета, с чиято помощ се изграждат физичните теории и определят основополагащата структура на нашата Вселена. В степента, в която техните стойности са измервани експериментално все по-прецизно, се е развивала и цялата физика.
И все пак, колкото и да е странно, досега никой не е успял да изчисли или да обоснове теоретично дори една от тези константи. Не е ясно защо те имат тези специални стойности. В техните мерни единици в системата SI (международната система за мерни единици) с = 299 792 458, G - 6,6742.10
-11 и m
е = 9,1093826.10
-31.
Тези числа не се подчиняват на някаква закономерност. Единственото общо между тях е:
Ако някоя от тях се отклони дори съвсем малко от действителната си стойност, няма да има комплексни атомарни структури - а с това и живи същества. Желанието да се изведат константите от нещо по-основополагащо е една от движещите сили на старанията за всеобхватно единно описание на природата, за „теория за всичко", Физиците се надяваха по този начин да демонстрират, че всяка природна константа има стойност, която е единствено логически възможната.
Това би разкрило порядък на още по-дълбоко ниво в привидния произвол на природата. Само че в последните години въпросът за статута на константите в никакъв случай не стана по-лесен.
Изследователи откриха, че най-добрият кандидат за всеобхватна теория -вариант на теорията за стринговете, наречена М-теория - е консистентна сама по себе си единствено ако Вселената има не само четири пространствено-времеви измерения, а още до седем допълнителни измерения. Следствие от това откритие е, че наблюдаваните константи вероятно в действителност не са фундаментални. Такива би имало само в пространство с повече измерения, а ние тогава ще виждаме само тримерните им „сенки".
ФУНДАМЕНТИ НА НАШИЯ СВЯТ
Междувременно физиците приемат, че стойностите на много константи е възможно да са се получили чрез случайни събития и процеси между елементарни частици в ранната Вселена.
Теорията за стринговете позволява огромен брой възможни светове - 10500 - с различни, консистентни в себе си природни закони и константи. Досега не е открит отговор на въпроса, защо тъкмо нашата комбинация е била реализирана. Може би бъдещи изследвания ще покажат, че може да съществува само логически възможен свят.
Междувременно обаче трябва да продължаваме да отчитаме изнервящата възможност известната ни Вселена да е само една от многото, да е част от мултивселена. Различните области на тази мултивселена се подчиняват на различни решения на теорията. Наблюдаваните от нас природни закони представляват само специална версия от огромен брой възможни варианти с локална валидност. Тогава за числовите стойности за много от нашите константи не би имало друго обяснение, освен че представляват тъкмо една от малкото комбинации, с които е било възможно развитието на съзнание. Следователно наблюдаваната от нас Вселена може да е един от множеството изолирани оазиси, вложени в безкрайността на безжизнено пространство, в които властват напълно различни природни закони.
В другите части частици като електроните и образувания като въглеродните атоми или ДНК молекулата биха били невъзможни. Ако се опитат да проникнат в тези сюрреалистични светове, те биха престанали да съществуват.Така теорията за стринговете дава с едната ръка и отнема с другата. Нейните основатели се надяваха да успеят с нея да обяснят очевидно произволните стойности на физичните константи. Наистина, основните й уравнения съдържат малко свободни параметри, но досега теорията за стринговете не предлага обяснение за наблюдаваните стойности на константите.
В действителност названието константи може би не е подходящо.
Привидно непроменящите се стойности биха могли да варират както в пространството, така и във времето. Ако се промени броят на допълнителните измерения, „константите" на нашия тримерен свят също ще се променят. И ако гледаме достатъчно надалеч в Космоса, там биха могли да се появят региони, в които „константите" имат други стойности. Още през 30-те години някои учени разсъждават върху въпроса, дали константите наистина не се променят. Теорията на стринговете дава теоретична опора на тази идея. Затова наблюдатели търсят отклонения от приеманите досега като общовалидни стойности.
Все пак подобни експерименти представляват предизвикателство.
Първият проблем е свързан с това, че самите измерителни уреди могат да бъдат повлияни от промяната на константите. Ако всички атоми с течение на времето се разширяват, а с тях също и мащабът, с който се измерват, няма да може да се установи изменение.Важни природни константи
Скорост на светлината във вакуум с = 299 792 458 m.s
-1 Елементарен заряд е = 1,60217653.10
-19 С
Квант на Планк за въздействието h= 6, 6260693. 10
-34 J s
Маса на електрона в покой m
е = 9,1093826.10
-31 kg
Маса на протона в покой m
р = 1,67262171. 10
-27 kg
Магнитна проницаемост на вакуума µ
0 = 4π.10
-7ΝΑ
-2 Диелектрична константа на вакуума ε
0 = 8,854187817.10
-12 F m
-1 Гравитационна константа G = 6,6742.10
-11 m
3 kg
-1 s
-2 Константа на Авогадро NA = 6,0221415.10
23 mol
-1 Константа на Болцман к
B= 1,3806505.10
-23 J К
-1 Константа на фината структура α= е
2 / 2ε
0hc = 1/137,03599911