Дали естествените константи са вечно неизменни СВЕТ
Вечно неизменни ли са естествените константи?
В гъсталака на физическите закони и формули има девет фиксирани величини. Цялата структура на физиката почива върху тези така наречени фундаментални константи; те определят свойствата на материята и силите. Но терминът включва два въпроса: Колко фундаментални са тези количества и дори постоянни ли са? Теоретиците се тревожат за това, експериментаторите търсят отговори чрез измервателна технология. Какво прави физическата величина фундаментална константа?
Според днешното разбиране то не трябва да се проследява до други величини и винаги трябва да има една и съща стойност на всяко място във Вселената и по всяко време. Доколкото е известно, тези свойства са изпълнени от девет размера. Най-известни са гравитационната константа и елементарният заряд на електрон.
Не може обаче да бъде точно доказано, че тези константи са били наистина винаги и навсякъде неизменни. Съвременните теории, в които човек би искал да обедини четирите известни природни сили в една елементарна сила, понякога дори предсказва промени в естествените константи с течение на времето или поне ги позволява. Това включва така наречената теория за суперструните, при която елементарните частици приличат на вибриращи нишки. Това вдъхновява физиците да търсят промени в естествените константи.
Такива съображения се появяват за първи път още през 1937 година. По това време британският теоретик Пол Дирак разработи теория, в която гравитационната константа и по този начин силата на гравитацията намалява след Големия взрив. Тази хипотеза отдавна е опровергана. Но идеята за променяща се във времето гравитационна константа остана. Може да се провери с определена степен на точност. Ако гравитацията намалее, планетите ще трябва да се отдалечават все повече и повече от слънцето и луната от земята. Точните до милиметри измервания на разстоянието до Луната през годините досега не показват промяна в гравитационната константа.
Майкъл Мърфи и колеги от Университета на Нов Южен Уелс в Сидни обаче наскоро предизвикаха раздвижване. Те твърдят, че така наречената константа на фината структура се е променила след Големия взрив. Това е от решаващо значение за структурата на атомите, а оттам и за дължината на вълната на излъчваната от тях светлина. Астрономите бяха анализирали светлината от общо 150 квазара на различни разстояния. Тъй като са били необходими различни времена, за да стигнат от тези небесни тела до земята, астрономите се обръщат към миналото на космоса. Това отваря възможността за измерване на стойността на константата на фината структура по различно време. Резултатът: Стойността на константата на фината структура се е увеличила със стотна от хиляда. Ако беше вярно, тази вариация би била изключително малка. Но дори и най-малкото отклонение от неизменността би било сензация.
Но има и други измервания, според които константата на фината структура не се е променила видимо, поне през последните два милиарда години.
Строго погледнато, константата на фината структура не е едно от основните величини на физиката, защото е комбинация от три други естествени константи. Ако то се е променило в миналото, поне една от константите в него също трябва да бъде променлива.
Константата на фината структура също е от голямо значение за атомната физика. Ако стойността им се промени, физическите величини също започват да се колебаят другаде. Професор Харалд Фриц от Университета в Мюнхен е изследвал тези възможни ефекти. Той откри, че масите на електроните и протоните тогава също ще трябва да се променят. В резултат на това дължината на вълната на светлината, излъчвана от атомите, ще се промени с течение на времето.
Тогава този ефект трябва дори да може да бъде проверен чрез измервания в лаборатория.
Следователно Фриц предлага на колегата си професор Теодор Ханш от Института за квантова оптика Макс Планк в Гархинг да потърси такова „леко разстройване“. В резултат на това групата на Hänsch изгради така наречения честотен гребен, с който могат да определят дължините на вълните с безпрецедентна точност. Измерването е толкова точно, че прогнозата на Fritzsch за промяна в дължината на вълната във времето може да бъде проверена в рамките на няколко месеца. Експериментът току-що приключи и сега се оценява. Резултатът трябва да бъде достъпен след няколко седмици. "Ако тогава няма ефект, мисля, че измерванията на Мърфи са неправилни", казва Фриц.
Физиците по целия свят търсят вариации на основните константи. Досега нито един от тези експерименти не дава никакви индикации за вариация във времето. Има много индикации, че основните константи от Големия взрив и до днес са запазили своите ценности. С това рамката, в която може да се развива Вселената, беше определена още в самото начало.
И така възниква следващият въпрос: Как бяха установени ценностите? Случайност ли беше? Дали ценностите неизбежно водят до единна теория? „Този въпрос е сред първите десет нерешени проблема“, казва Фриц. Интересното е, че естествените константи са оптимално избрани, за да създадат свят, в който планетите и в крайна сметка животът може да се развие. Ако неутронът беше само с един процент по-лек или по-тежък, в космоса нямаше да има водород. И константата на фината структура отново играе централна роля, особено с изобилието на въглерод. Този елемент, който е толкова важен за развитието на живота, не е възникнал в Големия взрив. Той се формира само във вътрешността на звездите, които освобождават въглерода във Вселената в последната си фаза. Там се предлага като суровина за звезди, планети и живот.
Стойността на константата на фината структура е оптимална, за да позволи въглеродът да се произвежда в много големи количества. Ако беше само половин процент по-различно, производството щеше да бъде намалено сто пъти. Тогава съществените градивни елементи няма да бъдат достатъчно достъпни в космоса, за да могат да формират живот.
Има по-фини ощипвания от този вид, които карат изследователите да мислят. Някои от тях обясняват това съвсем трезво: Ако стойностите на константите се оказаха по различен начин и Вселената беше враждебна към живота, ние хората нямаше да съществуваме и никой нямаше да пита за естествените константи.
Много космолози намират това тълкуване за незадоволително. Те вярват, че нашата Вселена е само една от многото паралелни вселени. В тези светове основните константи ще имат различни стойности.
В някои вселени не би имало никаква материя, в други много по-голяма гравитационна константа би гарантирала, че пространството се разширява само за няколко секунди, минути или дори години, за да се срути бързо след това. В други вселени обаче гравитацията може да е толкова слаба, че газът никога не може да кондензира в звезди и планети. Само няколко вселени имат правилния баланс. Ние живеем в един от тях.