सहकर्मी, वोल्फगैंग पॉली द्वारा एक प्रसिद्ध कहावत है कि मृत्यु के बाद वह शैतान से स्थायी ठीक संरचना का अर्थ जानने का प्रयास करेगा। बिल्कुल शैतान क्यों?

शायद इसलिए, मेरे मित्र, फेनमैन की उपयुक्त अभिव्यक्ति में, इस रहस्यमय संख्या के अस्तित्व का तथ्य "सभी भौतिकविदों के लिए एक अभिशाप" है। और वास्तव में लंबे समय तक (आधी शताब्दी से अधिक) इस आयामहीन स्थिरांक का भौतिक अर्थ सबसे बड़ा रहस्य बना रहा, क्योंकि कोई नहीं जानता था कि यह जादुई संख्या कैसे प्रकट हुई।

इससे निपटने के लिए, दो स्थिरांक याद रखना आवश्यक है:
- केप्लर स्थिरांक: Kp = v^2*R, J*m/kg (या m^3/s^2) और
- प्लैंक स्थिरांक: h = m*v*R, J*s (या kg*m^2/s)।

यदि हम गुरुत्वाकर्षण क्षमता के न्यूनतम संभव (मोडुलो - अधिकतम) मान को केप्लर स्थिरांक में प्रतिस्थापित करते हैं, तो हमें न्यूनतम संभव कक्षीय त्रिज्या प्राप्त होती है, जिसे हम गुरुत्वाकर्षण त्रिज्या कहते हैं (यह त्रिज्या गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र से संबंधित है):

आरजी \u003d केपी / सी ^ 2, एम।

यदि हम अधिकतम गति के मान को प्लैंक स्थिरांक में प्रतिस्थापित करते हैं, तो हमें एक और न्यूनतम संभव त्रिज्या प्राप्त होती है, जिसे हम कॉम्पटन त्रिज्या कहते हैं (यह त्रिज्या विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र से संबंधित है):

रेम \u003d एच / (एम * सी), एम।

हाइड्रोजन परमाणु के लिए इन त्रिज्याओं का अनुपात (सबसे सरल मामला) हमें ठीक संरचना स्थिरांक का मान देता है:

आरजी / रेम \u003d (केपी * एम) / (एच * सी) \u003d ए \u003d 1/137.036।

सहकर्मी, क्या यह सब है?

नहीं, सब कुछ नहीं, मेरे दोस्त। यह केवल हाइड्रोजन परमाणु के लिए सच है (जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है), जहां क्षेत्र द्रव्यमान इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान (m = me) के बराबर है, और गुरुत्वाकर्षण त्रिज्या तथाकथित "शास्त्रीय इलेक्ट्रॉन त्रिज्या" (rg = re) है। हालांकि, यहां से यह पहले से ही स्पष्ट है कि सब कुछ परमाणु के संभावित क्षेत्र में दो न्यूनतम संभव त्रिज्या (गुरुत्वाकर्षण और विद्युत चुम्बकीय) के अनुपात में आता है।

कई लोगों के लिए, ठीक संरचना स्थिरांक केवल विद्युत चुम्बकीय संपर्क की एक मात्रात्मक विशेषता थी, लेकिन वास्तव में यह गुरुत्वाकर्षण और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के ज्यामितीय मापदंडों के अनुपात की विशेषता है।

यहां समस्या यह है कि हम में से बहुत से लोग परमाणु के संभावित क्षेत्र में गुरुत्वाकर्षण की वास्तविक उपस्थिति को नहीं पहचान सकते हैं, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण के तथाकथित "सार्वभौमिक" नियम के अनुसार, परमाणु के क्षेत्र में गुरुत्वाकर्षण का प्रभाव है गायब रूप से छोटा।

एक बार फिर "सार्वभौमिक" कानून पर सवाल उठाने के डर से, हम एक तरह से "भूल जाते हैं" कि केप्लर के नियम माइक्रोफ़ील्ड (विशेषकर उसका तीसरा नियम) में चमत्कारिक रूप से काम करते हैं। और वे भौतिक विज्ञानी जिन्होंने परमाणु के क्षेत्र में इन "आकाश के नियमों" का उपयोग किया (मैक्स बोर्न, एडुआर्ड शापोल्स्की ...), दुर्भाग्य से, आमतौर पर एक हाथ की उंगलियों पर गिना जा सकता है। इसलिए, हम हाइड्रोजन परमाणु के गुरुत्वाकर्षण त्रिज्या को इलेक्ट्रॉन की शास्त्रीय त्रिज्या कहते हैं। और हम इसे एक निर्विवाद तथ्य के रूप में पहचानने के लिए मजबूर हैं।

सहकर्मी, सामान्य मामले के लिए स्थिर स्थिर संरचना का क्या अर्थ है?

अर्थ वही रहता है: यह अद्भुत स्थिरांक गुरुत्वाकर्षण और विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के ज्यामितीय मापदंडों के अनुपात की विशेषता है।

हालांकि, यह याद रखना चाहिए कि सामान्य मामले के लिए, क्षेत्र द्रव्यमान और कॉम्पटन विद्युत चुम्बकीय त्रिज्या का उत्पाद एक स्थिर मूल्य है (कॉम्पटन प्रभाव के प्राथमिक सिद्धांत से निम्नानुसार है):

एम*रेम = मुझे*रे/ए = कॉन्स्ट

उसी समय, क्षेत्र द्रव्यमान और गुरुत्वाकर्षण त्रिज्या का गुणन क्षेत्र के विद्युत आवेश के मूल्य पर निर्भर करता है (प्रसिद्ध समीकरण m*rg/q^2 = me*re/e^2 = 10^-7 किग्रा*मी/सी^2) :

M*rg = me*re*Z^2, जहां Z = q/e.

इसलिए, सामान्य स्थिति के लिए हमारे पास है: rg = rem*Z^2*a, या rg/rem = Z^2*a।

अगर भौतिक स्थिरांक बदल सकते हैं तो दुनिया कितनी अकल्पनीय रूप से अजीब होगी! उदाहरण के लिए, तथाकथित ठीक संरचना स्थिरांक लगभग 1/137 के बराबर है। यदि इसका मूल्य भिन्न होता, तो शायद पदार्थ और ऊर्जा में कोई अंतर नहीं होता।

ऐसी चीजें हैं जो कभी नहीं बदलती हैं। वैज्ञानिक उन्हें भौतिक स्थिरांक या विश्व स्थिरांक कहते हैं। यह माना जाता है कि प्रकाश की गति $c$, गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक $G$, इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान $m_e$ और कुछ अन्य मात्राएँ हमेशा और हर जगह अपरिवर्तित रहती हैं। वे उस आधार का निर्माण करते हैं जिस पर भौतिक सिद्धांत आधारित होते हैं और ब्रह्मांड की संरचना का निर्धारण करते हैं।

भौतिक विज्ञानी दुनिया के स्थिरांक को हमेशा से अधिक सटीकता के साथ मापने के लिए कड़ी मेहनत कर रहे हैं, लेकिन कोई भी अभी तक किसी भी तरह से यह नहीं समझा पाया है कि उनके मूल्य जिस तरह से हैं, वे क्यों हैं। SI प्रणाली में $c = 299792458$ m/s, $G = 6.673\cdot 10^(–11)N\cdot$m$^2$/kg$^2$, $m_e = 9.10938188\cdot10^( - 31) $ किलो - पूरी तरह से असंबंधित मात्रा जिसमें केवल एक सामान्य संपत्ति होती है: यदि वे कम से कम थोड़ा बदलते हैं, और जीवित जीवों सहित जटिल परमाणु संरचनाओं का अस्तित्व बड़े प्रश्न में होगा। स्थिरांक के मूल्यों को सही ठहराने की इच्छा एक एकीकृत सिद्धांत के विकास के लिए प्रोत्साहनों में से एक बन गई है जो सभी मौजूदा घटनाओं का पूरी तरह से वर्णन करती है। इसकी मदद से, वैज्ञानिकों ने यह दिखाने की आशा की कि प्रकृति की भ्रामक मनमानी को निर्धारित करने वाले आंतरिक तंत्र के कारण प्रत्येक विश्व स्थिरांक का केवल एक संभावित मूल्य हो सकता है।

एक एकीकृत सिद्धांत के शीर्षक के लिए सबसे अच्छा उम्मीदवार एम-सिद्धांत (स्ट्रिंग सिद्धांत का एक प्रकार) है, जिसे संगत माना जा सकता है यदि ब्रह्मांड में चार अंतरिक्ष-समय आयाम नहीं हैं, लेकिन ग्यारह हैं। इसलिए, हमारे द्वारा देखे जाने वाले स्थिरांक वास्तव में मौलिक नहीं हो सकते हैं। सच्चे स्थिरांक पूर्ण बहुआयामी स्थान में मौजूद होते हैं, और हम केवल उनके त्रि-आयामी "सिल्हूट" देखते हैं।

अवलोकन: विश्व स्थिरांक

1. कई भौतिक समीकरणों में, ऐसी मात्राएँ होती हैं जिन्हें हर जगह स्थिर माना जाता है - अंतरिक्ष और समय में।

2. हाल ही में, वैज्ञानिकों ने विश्व स्थिरांक की स्थिरता पर संदेह किया है। क्वासर और प्रयोगशाला मापों के अवलोकन के परिणामों की तुलना करते हुए, वे इस निष्कर्ष पर पहुंचते हैं कि सुदूर अतीत में रासायनिक तत्व प्रकाश को आज की तुलना में अलग तरह से अवशोषित करते हैं। अंतर को ठीक संरचना स्थिरांक के कई मिलियनवें परिवर्तन द्वारा समझाया जा सकता है।

3. इतने छोटे परिवर्तन की पुष्टि विज्ञान में एक वास्तविक क्रांति होगी। देखे गए स्थिरांक बहुआयामी अंतरिक्ष-समय में मौजूद वास्तविक स्थिरांक के केवल "सिल्हूट" हो सकते हैं।

इस बीच, भौतिक विज्ञानी इस निष्कर्ष पर पहुंचे हैं कि कई स्थिरांक के मूल्य ब्रह्मांड के इतिहास के प्रारंभिक चरणों में यादृच्छिक घटनाओं और प्राथमिक कणों के बीच बातचीत का परिणाम हो सकते हैं। स्ट्रिंग सिद्धांत दुनिया की एक बड़ी संख्या ($10^(500)$) के अस्तित्व की अनुमति देता है जिसमें कानूनों और स्थिरांक के विभिन्न स्व-संगत सेट होते हैं ( देखें लैंडस्केप ऑफ़ स्ट्रिंग थ्योरी, इन द वर्ल्ड ऑफ़ साइंस, नंबर 12, 2004।) अब तक, वैज्ञानिकों को यह पता नहीं है कि हमारे संयोजन को क्यों चुना गया। शायद, आगे के शोध के परिणामस्वरूप, तार्किक रूप से संभव दुनिया की संख्या घटकर एक हो जाएगी, लेकिन यह संभव है कि हमारा ब्रह्मांड मल्टीवर्स का केवल एक छोटा सा हिस्सा है, जिसमें एक एकीकृत सिद्धांत के समीकरणों के विभिन्न समाधान लागू होते हैं, और हम प्रकृति के नियमों के केवल एक रूपांतर का पालन करते हैं ( समानांतर ब्रह्मांड देखें, विज्ञान की दुनिया में, नंबर 8, 2003इस मामले में, कई विश्व स्थिरांक के लिए कोई स्पष्टीकरण नहीं है, सिवाय इसके कि वे एक दुर्लभ संयोजन का गठन करते हैं जो चेतना के विकास की अनुमति देता है। शायद हम जिस ब्रह्मांड का निरीक्षण करते हैं, वह बेजान बाहरी अंतरिक्ष की अनंतता से घिरे कई अलग-अलग स्थानों में से एक बन गया है - एक असली जगह जहां प्रकृति की ताकतें हमारे लिए पूरी तरह से विदेशी हैं, और इलेक्ट्रॉन जैसे कण और कार्बन परमाणु और डीएनए अणु जैसी संरचनाएं बस असंभव हैं। वहां पहुंचने की कोशिश करना घातक होता।

भौतिक स्थिरांक की स्पष्ट मनमानी को समझाने के लिए स्ट्रिंग सिद्धांत भी विकसित किया गया था, इसलिए इसके मूल समीकरणों में केवल कुछ मनमानी पैरामीटर होते हैं। लेकिन अभी तक यह स्थिरांक के प्रेक्षित मूल्यों की व्याख्या नहीं करता है।

विश्वसनीय शासक

वास्तव में, "निरंतर" शब्द का उपयोग पूरी तरह से वैध नहीं है। हमारे स्थिरांक समय और स्थान में बदल सकते हैं। यदि अतिरिक्त स्थानिक आयाम आकार में बदल गए, तो हमारे त्रि-आयामी दुनिया में स्थिरांक उनके साथ बदल जाएंगे। और अगर हम अंतरिक्ष में काफी दूर तक देखें, तो हम उन क्षेत्रों को देख सकते हैं जहां स्थिरांक अलग-अलग मान लेते हैं। 1930 के दशक से वैज्ञानिकों ने अनुमान लगाया है कि स्थिरांक स्थिर नहीं हो सकते हैं। स्ट्रिंग सिद्धांत इस विचार को सैद्धांतिक संभाव्यता देता है और नश्वरता की खोज को और अधिक महत्वपूर्ण बना देता है।

पहली समस्या यह है कि प्रयोगशाला सेटअप स्वयं स्थिरांक में परिवर्तन के प्रति संवेदनशील हो सकता है। सभी परमाणुओं के आकार में वृद्धि हो सकती है, लेकिन यदि माप के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला रूलर भी लंबा हो जाता है, तो परमाणुओं के आकार में परिवर्तन के बारे में कुछ नहीं कहा जा सकता है। प्रयोगकर्ता आमतौर पर मानते हैं कि माप मानकों (शासक, वजन, घड़ियां) अपरिवर्तित हैं, लेकिन स्थिरांक की जांच करते समय इसे प्राप्त नहीं किया जा सकता है। शोधकर्ताओं को आयामहीन स्थिरांक पर ध्यान देना चाहिए - केवल संख्याएं जो माप की इकाइयों की प्रणाली पर निर्भर नहीं करती हैं, उदाहरण के लिए, एक प्रोटॉन के द्रव्यमान का एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान का अनुपात।

क्या ब्रह्मांड की आंतरिक संरचना बदलती है?

विशेष रूप से रुचि मात्रा $\alpha = e^2/2\epsilon_0 h c$ है, जो प्रकाश की गति $c$, इलेक्ट्रॉन $e$ के विद्युत आवेश, प्लैंक के स्थिर $h$, और इतने को जोड़ती है- वैक्यूम डाइलेक्ट्रिक स्थिरांक $\epsilon_0$ कहा जाता है। इसे सूक्ष्म संरचना स्थिरांक कहते हैं। यह पहली बार 1916 में अर्नोल्ड सोमरफेल्ड द्वारा पेश किया गया था, जो विद्युत चुंबकत्व के लिए क्वांटम यांत्रिकी को लागू करने के प्रयास में से एक थे: $\alpha$ विद्युत चुम्बकीय (ई) के सापेक्षतावादी (सी) और क्वांटम (एच) विशेषताओं से संबंधित है जिसमें आवेशित कण शामिल हैं। एक खाली जगह में ($\epsilon_0$)। मापों से पता चला है कि यह मान 1/137.03599976 (लगभग 1/137) है।

अगर $\alpha $ का एक अलग अर्थ होता, तो पूरी दुनिया बदल जाती। यदि यह छोटा होता, तो परमाणुओं से बने ठोस का घनत्व कम हो जाता ($\alpha^3 $ के अनुपात में), आणविक बंधन कम तापमान ($\alpha^2 $) पर टूट जाते हैं, और स्थिर तत्वों की संख्या में आवर्त सारणी बढ़ सकती है ($1/\alpha $)। यदि $\alpha $ बहुत बड़ा निकला, तो छोटे परमाणु नाभिक मौजूद नहीं हो सकते, क्योंकि उन्हें बाध्य करने वाले परमाणु बल प्रोटॉन के पारस्परिक प्रतिकर्षण को रोकने में सक्षम नहीं होंगे। $\alpha >0.1 $ के लिए कार्बन मौजूद नहीं हो सका।

सितारों में परमाणु प्रतिक्रियाएं विशेष रूप से $\alpha $ के प्रति संवेदनशील होती हैं। परमाणु संलयन होने के लिए, तारे के गुरुत्वाकर्षण को एक दूसरे को पीछे हटाने की प्रवृत्ति के बावजूद, नाभिक को एक साथ करीब ले जाने के लिए पर्याप्त तापमान बनाना चाहिए। यदि $\alpha $ 0.1 से अधिक था, तो संलयन असंभव होगा (जब तक, निश्चित रूप से, अन्य पैरामीटर, जैसे कि इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन द्रव्यमान का अनुपात समान रहता है)। $\alpha$ में केवल 4% का परिवर्तन कार्बन के मूल में ऊर्जा के स्तर को इस हद तक प्रभावित करेगा कि तारों में इसकी घटना बस बंद हो जाएगी।

परमाणु तकनीकों का कार्यान्वयन

दूसरी, अधिक गंभीर, प्रायोगिक समस्या यह है कि स्थिरांक में परिवर्तन को मापने के लिए उच्च-सटीक उपकरण की आवश्यकता होती है, जो अत्यंत स्थिर होना चाहिए। परमाणु घड़ियों के साथ भी, ठीक संरचना स्थिरांक के बहाव को केवल कुछ वर्षों के लिए ही ट्रैक किया जा सकता है। यदि तीन वर्षों में $\alpha $ 4 $\cdot$ $10^(–15)$ से अधिक बदल जाता है, तो सबसे सटीक घड़ी इसका पता लगा सकेगी। हालांकि, अभी तक ऐसा कुछ भी दर्ज नहीं किया गया है। ऐसा प्रतीत होता है, क्यों नहीं निरंतरता की पुष्टि? लेकिन अंतरिक्ष के लिए तीन साल एक पल है। ब्रह्मांड के इतिहास में धीमे लेकिन महत्वपूर्ण परिवर्तनों पर किसी का ध्यान नहीं जा सकता।

प्रकाश और स्थायी ठीक संरचना

सौभाग्य से, भौतिकविदों ने जाँच करने के अन्य तरीके खोजे हैं। 1970 के दशक में फ्रांसीसी परमाणु ऊर्जा आयोग के वैज्ञानिकों ने गैबॉन (पश्चिम अफ्रीका) में ओक्लो में यूरेनियम खदान से अयस्क की समस्थानिक संरचना में कुछ विशेषताओं को देखा: यह परमाणु रिएक्टर कचरे के समान था। जाहिर है, लगभग 2 अरब साल पहले, ओक्लो में एक प्राकृतिक परमाणु रिएक्टर का गठन किया गया था ( देखें डिवाइन रिएक्टर, इन द वर्ल्ड ऑफ साइंस, नंबर 1, 2004)।

1976 में, लेनिनग्राद इंस्टीट्यूट ऑफ न्यूक्लियर फिजिक्स के अलेक्जेंडर शिलाखटर ने देखा कि प्राकृतिक रिएक्टरों का प्रदर्शन गंभीर रूप से न्यूट्रॉन को पकड़ने वाले समैरियम न्यूक्लियस की विशिष्ट स्थिति की सटीक ऊर्जा पर निर्भर है। और ऊर्जा स्वयं $\alpha $ के मूल्य से दृढ़ता से संबंधित है। इसलिए, यदि ठीक संरचना स्थिरांक थोड़ा अलग होता, तो कोई श्रृंखला प्रतिक्रिया नहीं हो सकती थी। लेकिन यह वास्तव में हुआ, जिसका अर्थ है कि पिछले 2 अरब वर्षों में स्थिरांक 1 $\cdot$ $10^(–8)$ से अधिक नहीं बदला है। (भौतिक विज्ञानी प्राकृतिक रिएक्टर में स्थितियों के बारे में अपरिहार्य अनिश्चितता के कारण सटीक मात्रात्मक परिणामों के बारे में बहस करना जारी रखते हैं।)

1962 में, प्रिंसटन विश्वविद्यालय के पी. जेम्स ई. पीबल्स और रॉबर्ट डिके ने प्राचीन उल्कापिंडों पर इस तरह के विश्लेषण को लागू करने वाले पहले व्यक्ति थे: उनके रेडियोधर्मी क्षय के परिणामस्वरूप आइसोटोप की सापेक्ष बहुतायत $\alpha $ पर निर्भर करती है। सबसे संवेदनशील सीमा रेनियम के ऑस्मियम में रूपांतरण में बीटा क्षय से जुड़ी है। मिनेसोटा विश्वविद्यालय के कीथ ओलिव और ब्रिटिश कोलंबिया में विक्टोरिया विश्वविद्यालय के मैक्सिम पॉस्पेलोव के हालिया काम के अनुसार, उल्कापिंडों के बनने के समय $\alpha$ अपने वर्तमान मूल्य से 2 $\cdot$ $10^ से भिन्न था। (- 6)$। यह परिणाम ओक्लो डेटा की तुलना में कम सटीक है, लेकिन यह 4.6 अरब साल पहले सौर मंडल की उत्पत्ति के समय में और पीछे चला जाता है।

अधिक समय तक संभावित परिवर्तनों का पता लगाने के लिए, शोधकर्ताओं को आकाश की ओर देखना चाहिए। दूर के खगोलीय पिंडों से प्रकाश अरबों वर्षों तक हमारी दूरबीनों तक जाता है और उस समय के नियमों और विश्व स्थिरांक की छाप को धारण करता है जब इसने अपनी यात्रा और पदार्थ के साथ बातचीत शुरू की थी।

वर्णक्रमीय रेखाएं

1965 में क्वासर की खोज के तुरंत बाद खगोलविद स्थिरांक की कहानी में शामिल हो गए, जिसे अभी खोजा गया था और पृथ्वी से बड़ी दूरी पर स्थित उज्ज्वल प्रकाश स्रोतों के रूप में पहचाना गया था। क्योंकि क्वासर से हमारे लिए प्रकाश का मार्ग इतना लंबा है, यह अनिवार्य रूप से युवा आकाशगंगाओं के गैसीय पड़ोस को पार करता है। गैस विशिष्ट आवृत्तियों पर क्वासर प्रकाश को अवशोषित करती है, इसके स्पेक्ट्रम में संकीर्ण रेखाओं के बारकोड को अंकित करती है (नीचे बॉक्स देखें)।

क्वासर विकिरण में परिवर्तन की खोज

जब गैस प्रकाश को अवशोषित करती है, तो परमाणुओं में निहित इलेक्ट्रॉन निम्न ऊर्जा स्तरों से उच्च स्तर पर कूद जाते हैं। ऊर्जा का स्तर इस बात से निर्धारित होता है कि परमाणु नाभिक कितनी मजबूती से इलेक्ट्रॉनों को रखता है, जो उनके बीच विद्युत चुम्बकीय संपर्क की ताकत पर निर्भर करता है और इसलिए, ठीक संरचना स्थिरांक पर। यदि यह उस समय भिन्न था जब प्रकाश अवशोषित किया गया था, या ब्रह्मांड के किसी विशेष क्षेत्र में जहां यह हुआ था, तो एक इलेक्ट्रॉन को एक नए स्तर पर ले जाने के लिए आवश्यक ऊर्जा, और स्पेक्ट्रा में देखे गए संक्रमणों की तरंग दैर्ध्य, चाहिए प्रयोगशाला प्रयोगों में आज देखे गए से अलग हो। तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन की प्रकृति गंभीर रूप से परमाणु कक्षाओं में इलेक्ट्रॉनों के वितरण पर निर्भर करती है। $\alpha$ में दिए गए परिवर्तन के लिए, कुछ तरंग दैर्ध्य घटते हैं, जबकि अन्य बढ़ते हैं। प्रभाव के जटिल पैटर्न को डेटा अंशांकन त्रुटियों के साथ भ्रमित करना मुश्किल है, जो इस तरह के प्रयोग को बेहद उपयोगी बनाता है।

सात साल पहले जब हमने काम शुरू किया तो हमें दो समस्याओं का सामना करना पड़ा। सबसे पहले, कई वर्णक्रमीय रेखाओं की तरंग दैर्ध्य को पर्याप्त सटीकता के साथ नहीं मापा गया है। अजीब तरह से, वैज्ञानिकों को स्थलीय नमूनों के स्पेक्ट्रा की तुलना में अरबों प्रकाश वर्ष दूर क्वासर के स्पेक्ट्रा के बारे में बहुत कुछ पता था। क्वासर के स्पेक्ट्रा की उनके साथ तुलना करने के लिए हमें उच्च-सटीक प्रयोगशाला माप की आवश्यकता थी, और हमने प्रयोगकर्ताओं को उचित माप करने के लिए राजी किया। वे इंपीरियल कॉलेज लंदन के ऐनी थॉर्न और जूलियट पिकरिंग द्वारा किए गए थे, और बाद में स्वीडन में लुंड वेधशाला के स्वेनरिक जोहानसन की अगुआई वाली टीमों और नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ स्टैंडर्ड एंड टेक्नोलॉजी से उल्फ ग्रिसमैन और रेनर क्लिंग (रेनर क्लिंग) द्वारा किए गए थे। मैरीलैंड।

दूसरी समस्या यह थी कि पिछले पर्यवेक्षकों ने तथाकथित क्षारीय दोहरे, अवशोषण लाइनों के जोड़े का इस्तेमाल किया जो कार्बन या सिलिकॉन के परमाणु गैसों में दिखाई देते हैं। उन्होंने प्रयोगशाला माप के साथ क्वासर के स्पेक्ट्रा में इन पंक्तियों के बीच के अंतराल की तुलना की। हालांकि, इस पद्धति ने एक विशिष्ट घटना का शोषण करने की अनुमति नहीं दी: $\alpha $ में भिन्नता न केवल सबसे कम ऊर्जा (जमीन की स्थिति) के स्तर के सापेक्ष परमाणु के ऊर्जा स्तरों के बीच अंतराल में बदलाव का कारण बनती है, बल्कि जमीनी राज्य की स्थिति में भी बदलाव। वास्तव में, दूसरा प्रभाव पहले से भी अधिक प्रबल होता है। परिणामस्वरूप, प्रेक्षणों की सटीकता केवल 1 $\cdot$ $10^(–4)$ थी।

1999 में, पेपर (वेब) के लेखकों में से एक और ऑस्ट्रेलिया में न्यू साउथ वेल्स विश्वविद्यालय के विक्टर वी. फ्लेमबौम ने दोनों प्रभावों को ध्यान में रखने के लिए एक तकनीक विकसित की। नतीजतन, संवेदनशीलता 10 गुना बढ़ गई थी। इसके अलावा, विभिन्न प्रकार के परमाणुओं (उदाहरण के लिए, मैग्नीशियम और लोहा) की तुलना करना और अतिरिक्त क्रॉस-चेक करना संभव हो गया। विभिन्न प्रकार के परमाणुओं में प्रेक्षित तरंग दैर्ध्य कैसे भिन्न होते हैं, यह स्थापित करने के लिए जटिल गणनाएँ की जानी थीं। अत्याधुनिक टेलीस्कोप और सेंसर से लैस, हमने कई मल्टीप्लेट्स की एक नई विधि का उपयोग करके अभूतपूर्व सटीकता के साथ $\alpha$ की दृढ़ता का परीक्षण करने का निर्णय लिया।

विचारों का संशोधन

जब हमने प्रयोग शुरू किए, तो हम बस अधिक सटीकता के साथ यह स्थापित करना चाहते थे कि प्राचीन काल में स्थिर संरचना का मूल्य वही था जो आज है। हमारे आश्चर्य के लिए, 1999 में प्राप्त परिणामों में छोटे लेकिन सांख्यिकीय रूप से महत्वपूर्ण अंतर दिखाई दिए, जिनकी बाद में पुष्टि की गई। 128 क्वासर अवशोषण लाइनों के डेटा का उपयोग करते हुए, हमने पिछले 6-12 बिलियन वर्षों में $\alpha$ में 6 $\cdot$10^(–6)$ की वृद्धि दर्ज की।

ठीक संरचना स्थिरांक के मापन के परिणाम हमें अंतिम निष्कर्ष निकालने की अनुमति नहीं देते हैं। उनमें से कुछ संकेत करते हैं कि यह कभी अब की तुलना में छोटा था, और कुछ नहीं हैं। शायद α सुदूर अतीत में बदल गया है, लेकिन अब स्थिर हो गया है। (बक्से डेटा की श्रेणी का प्रतिनिधित्व करते हैं।)

बोल्ड दावों के लिए ठोस सबूत की आवश्यकता होती है, इसलिए हमारा पहला कदम हमारे डेटा संग्रह और विश्लेषण विधियों की सावधानीपूर्वक समीक्षा करना था। मापन त्रुटियों को दो प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: व्यवस्थित और यादृच्छिक। यादृच्छिक अशुद्धियों के साथ, सब कुछ सरल है। प्रत्येक व्यक्तिगत माप में, वे अलग-अलग मान लेते हैं, जो बड़ी संख्या में माप के साथ औसत होते हैं और शून्य हो जाते हैं। व्यवस्थित त्रुटियां जिन्हें औसत नहीं किया जाता है, उनसे निपटना अधिक कठिन होता है। खगोल विज्ञान में हर मोड़ पर इस तरह की अनिश्चितताओं का सामना करना पड़ता है। प्रयोगशाला प्रयोगों में, त्रुटियों को कम करने के लिए उपकरणों को ट्यून किया जा सकता है, लेकिन खगोलविद ब्रह्मांड को "ट्यून" नहीं कर सकते हैं, और उन्हें यह स्वीकार करना होगा कि उनके सभी डेटा संग्रह विधियों में अंतर्निहित पूर्वाग्रह हैं। उदाहरण के लिए, आकाशगंगाओं का देखा गया स्थानिक वितरण स्पष्ट रूप से उज्ज्वल आकाशगंगाओं के प्रति पक्षपाती है क्योंकि उनका निरीक्षण करना आसान है। पर्यवेक्षकों के लिए ऐसी पारियों की पहचान करना और उन्हें निष्प्रभावी करना एक सतत चुनौती है।

सबसे पहले, हमने तरंग दैर्ध्य पैमाने के संभावित विरूपण पर ध्यान आकर्षित किया, जिसके सापेक्ष क्वासर की वर्णक्रमीय रेखाओं को मापा गया। यह उत्पन्न हो सकता है, उदाहरण के लिए, एक अंशांकित स्पेक्ट्रम में क्वासर के अवलोकन के "कच्चे" परिणामों के प्रसंस्करण के दौरान। हालांकि तरंगदैर्घ्य पैमाने का सरल रैखिक खिंचाव या सिकुड़न $\alpha$ में परिवर्तन की बिल्कुल नकल नहीं कर सकता है, यहां तक ​​​​कि एक अनुमानित समानता भी परिणामों की व्याख्या करने के लिए पर्याप्त होगी। धीरे-धीरे, हमने क्वासर अवलोकन के परिणामों के बजाय अंशांकन डेटा को प्रतिस्थापित करके विकृतियों से जुड़ी सरल त्रुटियों को समाप्त कर दिया।

दो साल से अधिक समय से, हम यह सुनिश्चित करने के लिए पूर्वाग्रह के विभिन्न कारणों की जांच कर रहे हैं कि उनका प्रभाव नगण्य है। हमें गंभीर बग का केवल एक संभावित स्रोत मिला है। हम मैग्नीशियम अवशोषण लाइनों के बारे में बात कर रहे हैं। इसके तीन स्थिर समस्थानिकों में से प्रत्येक अलग-अलग तरंग दैर्ध्य के साथ प्रकाश को अवशोषित करता है, जो एक दूसरे के बहुत करीब होते हैं और एक पंक्ति के रूप में क्वासर के स्पेक्ट्रा में दिखाई देते हैं। आइसोटोप के सापेक्ष बहुतायत के प्रयोगशाला माप के आधार पर, शोधकर्ता उनमें से प्रत्येक के योगदान का न्याय करते हैं। युवा ब्रह्मांड में उनका वितरण आज से काफी भिन्न हो सकता है यदि मैग्नीशियम का उत्सर्जन करने वाले सितारे अपने आज के समकक्षों की तुलना में औसतन भारी होते हैं। इस तरह के अंतर $\alpha$ में बदलाव की नकल कर सकते हैं। लेकिन इस साल प्रकाशित एक अध्ययन के नतीजे बताते हैं कि देखे गए तथ्यों को इतनी आसानी से समझाया नहीं गया है। ऑस्ट्रेलिया में स्वाइनबर्न यूनिवर्सिटी ऑफ टेक्नोलॉजी के येशे फेनर और ब्रैड के। गिब्सन और कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के माइकल टी। मर्फी ने निष्कर्ष निकाला कि $\alpha$ परिवर्तन की नकल करने के लिए आवश्यक आइसोटोप बहुतायत भी प्रारंभिक में नाइट्रोजन के अतिरिक्त संश्लेषण को जन्म देगी। ब्रह्मांड, जो टिप्पणियों के साथ पूरी तरह से असंगत है। इसलिए हमें इस संभावना के साथ जीना होगा कि $\alpha$ बदल गया।

कभी-कभी यह बदलता है, कभी-कभी ऐसा नहीं होता है

लेख के लेखकों द्वारा सामने रखी गई परिकल्पना के अनुसार, ब्रह्मांडीय इतिहास के कुछ कालखंडों में ठीक संरचना स्थिर रही, जबकि अन्य में यह बढ़ी। प्रायोगिक डेटा (पिछला इनसेट देखें) इस धारणा के अनुरूप हैं।

वैज्ञानिक समुदाय ने तुरंत हमारे परिणामों के महत्व की सराहना की। दुनिया भर के क्वासरों के स्पेक्ट्रा के शोधकर्ताओं ने तुरंत माप लिया। 2003 में, सेंट पीटर्सबर्ग इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स एंड टेक्नोलॉजी से सर्गेई लेवशकोव (सर्गेई लेवशकोव) की शोध टीम। हैम्बर्ग विश्वविद्यालय के इओफ और राल्फ क्वास्ट ने तीन नई क्वासर प्रणालियों का अध्ययन किया है। पिछले साल, भारत में इंटर-यूनिवर्सिटी सेंटर फॉर एस्ट्रोनॉमी एंड एस्ट्रोफिजिक्स के हम चंद और रघुनाथन श्रीानंद, इंस्टीट्यूट ऑफ एस्ट्रोफिजिक्स के पैट्रिक पेटिटजीन और पेरिस में एलईआरएमए के बास्टियन एरासिल ने 23 और मामलों का विश्लेषण किया। किसी भी समूह को $\alpha$ में परिवर्तन नहीं मिला। चंद का तर्क है कि 6 से 10 अरब साल पहले का कोई भी बदलाव दस लाखवें हिस्से से कम होना चाहिए।

विभिन्न स्रोत डेटा का विश्लेषण करने के लिए उपयोग की जाने वाली समान पद्धतियों ने इतनी भारी विसंगति क्यों पैदा की? जवाब अभी पता नहीं चला है। इन शोधकर्ताओं द्वारा प्राप्त परिणाम उत्कृष्ट गुणवत्ता के हैं, लेकिन उनके नमूनों का आकार और विश्लेषित विकिरण की आयु हमारे मुकाबले काफी कम है। इसके अलावा, चंद ने बहुगुणित पद्धति के सरलीकृत संस्करण का उपयोग किया और सभी प्रयोगात्मक और व्यवस्थित त्रुटियों का पूरी तरह से मूल्यांकन नहीं किया।

प्रिंसटन के जाने-माने खगोल-भौतिकीविद् जॉन बहकॉल ने मल्टीमल्टीप्लेट पद्धति की ही आलोचना की है, लेकिन वे जिन समस्याओं की ओर इशारा करते हैं, वे यादृच्छिक त्रुटियों की श्रेणी में हैं, जिन्हें बड़े नमूनों का उपयोग करने पर कम से कम किया जाता है। बैकाल और नेशनल लेबोरेटरी के जेफरी न्यूमैन। बर्कले में लॉरेंस ने उत्सर्जन लाइनों पर विचार किया, अवशोषण लाइनों को नहीं। उनका दृष्टिकोण बहुत कम सटीक है, हालांकि यह भविष्य में उपयोगी साबित हो सकता है।

विधायी सुधार

यदि हमारे परिणाम सही हैं, तो परिणाम बहुत बड़े होंगे। कुछ समय पहले तक, यह अनुमान लगाने के सभी प्रयास किए गए थे कि ब्रह्मांड का क्या होगा यदि ठीक संरचना में निरंतर परिवर्तन असंतोषजनक था। वे $\alpha$ को उन्हीं सूत्रों में एक चर के रूप में मानने से आगे नहीं गए जो इस धारणा के तहत प्राप्त किए गए थे कि यह स्थिर है। सहमत, एक बहुत ही संदिग्ध दृष्टिकोण। यदि $\alpha $ बदलता है, तो इससे जुड़े प्रभावों में ऊर्जा और गति को संरक्षित किया जाना चाहिए, जो ब्रह्मांड में गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र को प्रभावित करना चाहिए। 1982 में, जेरूसलम के हिब्रू विश्वविद्यालय के जैकब डी. बेकेनस्टीन ने पहली बार विद्युत चुंबकत्व के नियमों को गैर-स्थिर स्थिरांक के मामले में सामान्यीकृत किया। उनके सिद्धांत में, $\alpha $ को प्रकृति का एक गतिशील घटक माना जाता है, अर्थात। एक अदिश क्षेत्र की तरह। चार साल पहले, हम में से एक (बैरो) ने, इंपीरियल कॉलेज लंदन के हावर्ड सैंडविक और जोआओ मैगुइजो के साथ, गुरुत्वाकर्षण को शामिल करने के लिए बेकेनस्टीन के सिद्धांत का विस्तार किया।

सामान्यीकृत सिद्धांत की भविष्यवाणियां आकर्षक रूप से सरल हैं। चूंकि ब्रह्मांडीय पैमाने पर विद्युत चुंबकत्व गुरुत्वाकर्षण की तुलना में बहुत कमजोर है, इसलिए $\alpha$ में कुछ मिलियनवें परिवर्तन का ब्रह्मांड के विस्तार पर ध्यान देने योग्य प्रभाव नहीं पड़ता है। लेकिन विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की ऊर्जाओं के बीच विसंगति के कारण विस्तार $\alpha $ को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करता है। ब्रह्मांडीय इतिहास के पहले दसियों हज़ार वर्षों के दौरान, विकिरण आवेशित कणों पर हावी हो गया और विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के बीच संतुलन बनाए रखा। जैसे-जैसे ब्रह्मांड का विस्तार हुआ, विकिरण दुर्लभ होता गया, और पदार्थ ब्रह्मांड का प्रमुख तत्व बन गया। विद्युत और चुंबकीय ऊर्जा असमान निकली, और समय के लघुगणक के अनुपात में $\alpha $ बढ़ने लगा। लगभग 6 अरब साल पहले, डार्क एनर्जी हावी होने लगी, जिससे विस्तार में तेजी आई, जिससे सभी भौतिक अंतःक्रियाओं को मुक्त स्थान में प्रचारित करना मुश्किल हो गया। नतीजतन, $\alpha$ फिर से लगभग स्थिर हो गया।

वर्णित चित्र हमारी टिप्पणियों के अनुरूप है। क्वासर की वर्णक्रमीय रेखाएं ब्रह्मांडीय इतिहास की उस अवधि की विशेषता हैं जब पदार्थ हावी था और $\alpha$ बढ़ गया था। ओक्लो में प्रयोगशाला माप और अध्ययन के परिणाम उस अवधि के अनुरूप हैं जब डार्क एनर्जी हावी होती है और $\alpha$ स्थिर होता है। विशेष रुचि उल्कापिंडों में रेडियोधर्मी तत्वों पर $\alpha$ में परिवर्तन के प्रभाव का आगे का अध्ययन है, क्योंकि यह हमें दो नामित अवधियों के बीच संक्रमण का अध्ययन करने की अनुमति देता है।

अल्फा तो बस शुरुआत है

यदि बारीक संरचना लगातार बदलती रहती है, तो भौतिक वस्तुओं को अलग तरह से गिरना चाहिए। एक समय में, गैलीलियो ने कमजोर तुल्यता सिद्धांत तैयार किया, जिसके अनुसार निर्वात में पिंड एक ही गति से गिरते हैं, चाहे वे किसी भी चीज से बने हों। लेकिन $\alpha$ में परिवर्तन से सभी आवेशित कणों पर कार्य करने वाला बल उत्पन्न होना चाहिए। एक परमाणु के नाभिक में जितने अधिक प्रोटॉन होंगे, वह उतना ही मजबूत महसूस करेगा। यदि क्वासर प्रेक्षणों के परिणामों के विश्लेषण से निकाले गए निष्कर्ष सही हैं, तो विभिन्न सामग्रियों से बने पिंडों के मुक्त रूप से गिरने का त्वरण लगभग 1 $\cdot$ $10^(–14)$ से भिन्न होना चाहिए। यह प्रयोगशाला में मापी जा सकने वाली मात्रा से 100 गुना छोटा है, लेकिन STEP (अंतरिक्ष में तुल्यता सिद्धांत का परीक्षण) जैसे प्रयोगों में अंतर दिखाने के लिए पर्याप्त है।

$\alpha $ के पिछले अध्ययनों में, वैज्ञानिकों ने ब्रह्मांड की असमानता की उपेक्षा की। सभी आकाशगंगाओं की तरह, हमारी आकाशगंगा औसतन बाहरी अंतरिक्ष की तुलना में लगभग दस लाख गुना घनी है, इसलिए यह ब्रह्मांड के साथ विस्तार नहीं कर रही है। 2003 में, कैम्ब्रिज के बैरो और डेविड एफ। मोटा ने गणना की कि $\alpha$ अंतरिक्ष के खाली क्षेत्रों की तुलना में आकाशगंगा के भीतर अलग तरह से व्यवहार कर सकता है। जैसे ही एक युवा आकाशगंगा संघनित होती है और आराम करते हुए, गुरुत्वाकर्षण संतुलन में आती है, $\alpha$ आकाशगंगा के अंदर स्थिर हो जाती है, लेकिन बाहर बदलती रहती है। इस प्रकार, पृथ्वी पर प्रयोग जो $\alpha$ की दृढ़ता के लिए परीक्षण करते हैं, परिस्थितियों के पक्षपाती चयन से ग्रस्त हैं। हमें अभी तक यह पता लगाना है कि यह कमजोर तुल्यता सिद्धांत के सत्यापन को कैसे प्रभावित करता है। $\alpha$ की कोई स्थानिक भिन्नता अभी तक नहीं देखी गई है। सीएमबी की एकरूपता पर भरोसा करते हुए, बैरो ने हाल ही में दिखाया कि $\alpha $ 10^o$ द्वारा आकाशीय क्षेत्र के क्षेत्रों के बीच 1 $\cdot$ $10^(–8)$ से अधिक भिन्न नहीं होता है।

यह हमारे लिए नए डेटा और नए अध्ययनों के उद्भव की प्रतीक्षा करना बाकी है जो अंततः $\alpha $ में परिवर्तन के बारे में परिकल्पना की पुष्टि या खंडन करेंगे। शोधकर्ताओं ने इस स्थिरांक पर ध्यान केंद्रित किया है, केवल इसलिए कि इसकी विविधताओं के कारण होने वाले प्रभावों को देखना आसान है। लेकिन अगर $\alpha$ वास्तव में परिवर्तनशील है, तो अन्य स्थिरांक भी बदलने चाहिए। इस मामले में, हमें यह स्वीकार करना होगा कि प्रकृति के आंतरिक तंत्र हमारे विचार से कहीं अधिक जटिल हैं।

लेखक के बारे में:
जॉन बैरो (जॉन डी। बैरो), जॉन वेब (जॉन के। वेब) 1996 में इंग्लैंड में ससेक्स विश्वविद्यालय में एक संयुक्त विश्राम के दौरान भौतिक स्थिरांक के अध्ययन में लगे हुए थे। तब बैरो ने स्थिरांक बदलने के लिए नई सैद्धांतिक संभावनाओं की खोज की, और वेब क्वासर के अवलोकन में लगा हुआ था। दोनों लेखक नॉन-फिक्शन किताबें लिखते हैं और अक्सर टेलीविजन कार्यक्रमों में दिखाई देते हैं।

नई पुष्टि है कि आधुनिक भौतिकी के सबसे महत्वपूर्ण स्थिरांकों में से एक समय के साथ बदलता है - और ब्रह्मांड के विभिन्न हिस्सों में अलग-अलग तरीकों से।

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एक क्वासर अत्यधिक उच्च तीव्रता और परिवर्तनशीलता की विशेषता वाले विकिरण का एक बिंदु स्रोत है। आधुनिक सिद्धांतों के अनुसार, क्वासर युवा आकाशगंगाओं के सक्रिय केंद्र हैं जिनके केंद्रों में ब्लैक होल स्थित हैं, जो एक विशेष भूख के साथ पदार्थ को अवशोषित करते हैं। ब्रह्मांड ऐसा क्यों है? आयामहीन स्थिरांक के संख्यात्मक अनुपात ठीक वैसे ही क्यों होते हैं जैसे हम उन्हें जानते हैं? अंतरिक्ष के तीन विस्तारित आयाम क्यों हैं? वास्तव में मौलिक अंतःक्रियाएं क्यों हैं, और नहीं, कहें, पांच? आखिर क्यों, इसमें सब कुछ इतना संतुलित और सटीक रूप से एक के नीचे एक "फिट" है? आज यह माना जाता है कि यदि कुछ भिन्न होता, यदि कोई एक मूल स्थिरांक भिन्न होता, तो हम बस ये प्रश्न नहीं पूछ सकते थे। इस दृष्टिकोण को मानवशास्त्रीय सिद्धांत कहा जाता है: यदि स्थिरांक अलग-अलग संबंधित थे, तो स्थिर प्राथमिक कण नहीं बन सकते थे, यदि अंतरिक्ष में अधिक आयाम होते, तो ग्रह स्थिर कक्षाओं का अधिग्रहण नहीं कर सकते थे, और इसी तरह। दूसरे शब्दों में, ब्रह्मांड का निर्माण नहीं हो सकता था - और इससे भी अधिक, आप और मेरे जैसे बुद्धिमान जीव विकसित नहीं हो सकते थे। (मानवतावादी सिद्धांत के बारे में अधिक लेख "द ह्यूमैनिटेरियन यूनिवर्स" में वर्णित है।) सामान्य तौर पर, हम सिर्फ सही जगह पर दिखाई देते हैं - केवल उसी में जहां हम प्रकट हो सकते हैं। और शायद सही समय पर, जैसा कि मौलिक भौतिक स्थिरांकों में से एक के हालिया हाई-प्रोफाइल अध्ययन से पता चलता है। हम बात कर रहे हैं फाइन स्ट्रक्चर कॉन्स्टेंट की, एक आयामहीन मात्रा जिसे किसी भी फॉर्मूले से नहीं निकाला जा सकता है। यह आनुभविक रूप से एक इलेक्ट्रॉन की घूर्णन गति (बोहर त्रिज्या पर स्थित) के प्रकाश की गति के अनुपात के रूप में स्थापित होता है, और 1/137.036 के बराबर होता है। यह फोटोन के साथ विद्युत आवेशों की परस्पर क्रिया के बल की विशेषता है। इस तथ्य के बावजूद कि इसे स्थिर कहा जाता है, भौतिक विज्ञानी दशकों से इस बात पर बहस कर रहे हैं कि यह स्थिरांक वास्तव में कितना स्थिर है। विभिन्न मामलों के लिए इसका कुछ हद तक "सही" मूल्य आधुनिक ब्रह्मांड विज्ञान और खगोल भौतिकी में कुछ समस्याओं को हल कर सकता है। और दृश्य पर स्ट्रिंग थ्योरी के उद्भव के साथ, कई वैज्ञानिक आमतौर पर सोचते हैं कि अन्य स्थिरांक इतने स्थिर नहीं हो सकते हैं। महीन संरचना स्थिरांक में परिवर्तन अप्रत्यक्ष रूप से ब्रह्मांड के अतिरिक्त मुड़े हुए आयामों के वास्तविक अस्तित्व का संकेत दे सकता है, जो स्ट्रिंग थ्योरी में नितांत आवश्यक है। यह सब सबूतों की खोज को प्रेरित करता है - या खंडन - कि ठीक संरचना स्थिरांक अंतरिक्ष और (या) समय के अन्य बिंदुओं पर भिन्न हो सकती है। सौभाग्य से, इसका मूल्यांकन करने के लिए, कोई स्पेक्ट्रोस्कोपी के रूप में इस तरह के एक सुलभ उपकरण का उपयोग कर सकता है (ठीक संरचना स्थिरांक को स्पेक्ट्रोस्कोपिक अवलोकनों की व्याख्या करने के लिए पेश किया गया था), और "अतीत में देखने" के लिए, दूर के सितारों को देखने के लिए पर्याप्त है . सबसे पहले, प्रयोग इस स्थिरांक में परिवर्तन की संभावना को अस्वीकार करते प्रतीत होते थे, लेकिन जैसे-जैसे उपकरण अधिक परिष्कृत होते गए, अधिक दूरी पर इसके मूल्य का अनुमान लगाना संभव हो गया और अधिक सटीकता के साथ, अधिक दिलचस्प साक्ष्य दिखाई देने लगे। 1999 में, उदाहरण के लिए, जॉन वेब (जॉन वेब) के नेतृत्व में ऑस्ट्रेलियाई खगोलविदों ने 128 दूर के क्वासरों के स्पेक्ट्रा का विश्लेषण किया और दिखाया कि उनके कुछ मापदंडों को पिछले 10-12 बिलियन वर्षों में ठीक संरचना में क्रमिक वृद्धि द्वारा समझाया जा सकता है। . हालाँकि, ये परिणाम अत्यधिक विवादास्पद रहे हैं। मान लीजिए कि दूसरी ओर 2004 से पहले के एक काम में कोई ध्यान देने योग्य परिवर्तन नहीं दिखा। और बस दूसरे दिन, उसी जॉन वेब ने एक नई सनसनीखेज रिपोर्ट बनाई - उनके नए काम को कुछ विशेषज्ञों ने भौतिकी में "वर्ष की खोज" कहा। इससे पहले, 1990 के दशक के अंत में, वेब और उनके सहयोगियों ने हवाई में केक वेधशाला के साथ काम किया और उत्तरी आकाशीय गोलार्ध में क्वासरों का अवलोकन किया। तब वे इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि 10 अरब साल पहले, ठीक संरचना स्थिरांक लगभग 0.0001 कम था और तब से थोड़ा "बड़ा" हुआ है। अब, चिली में ईएसओ वेधशाला के वीएलटी टेलीस्कोप के साथ काम करने और दक्षिणी गोलार्ध के 153 क्वासरों को देखने के बाद, उन्हें वही परिणाम मिले, लेकिन ... विपरीत संकेत के साथ। ठीक संरचना स्थिर "दक्षिण में" 10 अरब साल पहले 0.0001 अधिक थी और तब से "कमी" हो गई है। शोधकर्ताओं द्वारा "ऑस्ट्रेलियाई द्विध्रुवीय" कहे जाने वाले ये अंतर सांख्यिकीय रूप से अत्यधिक महत्वपूर्ण हैं। और सबसे महत्वपूर्ण बात, वे हमारे ब्रह्मांड की मूलभूत विषमता की गवाही दे सकते हैं, जिसे अंतरिक्ष और समय दोनों में देखा जा सकता है। जिस मानवशास्त्रीय सिद्धांत के साथ हमने शुरुआत की, उस पर लौटते हुए, हम कह सकते हैं कि हम न केवल एक आदर्श स्थान पर पैदा हुए थे, बल्कि एक आदर्श समय पर भी पैदा हुए थे।

फिजिक्स वर्ल्ड के अनुसार

माइक्रोवर्ल्ड का नामित मौलिक स्थिरांक: α ≈ 1/137 को 1920 के दशक में अर्नोल्ड सोमरफेल्ड द्वारा परमाणुओं के उत्सर्जन स्पेक्ट्रा में प्रयोगात्मक रूप से पाए जाने वाले ऊर्जा उपस्तरों का वर्णन करने के लिए भौतिकी में पेश किया गया था। तब से, प्राथमिक कणों की परस्पर क्रिया से जुड़ी विभिन्न घटनाओं में समान स्थिर अनुपात की कई अन्य अभिव्यक्तियाँ सामने आई हैं। उस समय के प्रमुख भौतिकविदों ने धीरे-धीरे इस संख्या के महत्व को महसूस किया, दोनों प्राथमिक कणों की दुनिया में और सामान्य तौर पर - हमारे ब्रह्मांड की संरचना में। इस दृष्टिकोण से, यह कहना पर्याप्त है कि सूक्ष्म जगत की वस्तुओं के सभी मुख्य गुण और विशेषताएं: परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन कक्षाओं का आकार, बाध्यकारी ऊर्जा (दोनों प्राथमिक कणों और परमाणुओं के बीच), और इस प्रकार, सभी भौतिक और रासायनिक पदार्थ के गुण, इस स्थिरांक के मान से निर्धारित होते हैं। भविष्य में, नामित स्थिरांक का उपयोग करके, एक बहुत प्रभावी औपचारिक सिद्धांत विकसित करना संभव था - आधुनिक क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स (क्यूईडी), जो शानदार सटीकता के साथ क्वांटम विद्युत चुम्बकीय बातचीत का वर्णन करता है।

पूर्वगामी से, कोई भौतिक अर्थ को स्पष्ट करने के कार्य के महत्व और इस स्थिरांक के उद्भव के लिए कारण तंत्र का न्याय कर सकता है, जो कि खोज के बाद से भौतिकी में एक खुला प्रश्न रहा है। सिद्धांतकारों की भाषा में, इस समस्या के समाधान का अर्थ है: नामित स्थिरांक के उद्भव की प्रारंभिक अवधारणा को नाम देना, जिसके आधार पर, क्रमिक गणनाओं द्वारा, कोई इसके प्रयोगात्मक रूप से स्थापित मूल्य पर आ सकता है। प्रश्न के महत्व का अंदाजा विश्व-प्रसिद्ध भौतिक विज्ञानी, वोल्फगैंग पाउली के मजाकिया बयान से लगाया जा सकता है: "जब मैं मरता हूं, तो सबसे पहले मैं शैतान से पूछता हूं कि ठीक संरचना स्थिरांक का अर्थ क्या है?" खैर, रिचर्ड फेनमैन ने इस रहस्यमय संख्या के अस्तित्व के तथ्य को "सभी भौतिकविदों के लिए एक अभिशाप" माना और अच्छे सिद्धांतकारों को "इसे दीवार पर हैक करने और हमेशा इसके बारे में सोचने" की सलाह दी!

प्रस्तुत प्रश्न ने इतना महत्व प्राप्त कर लिया है, सबसे पहले, क्योंकि नामित स्थिरांक सीधे प्राथमिक कणों के भौतिक सार को समझने की समस्या से संबंधित है, क्योंकि यह उनसे अलग नहीं, बल्कि उनकी गहरी संपत्ति के रूप में प्रकट होता है। इसलिए, कई भौतिक विज्ञानी विभिन्न दृष्टिकोणों और विधियों का उपयोग करके इस सबसे बड़ी समस्या को हल करने के लिए कई वर्षों से कड़ी मेहनत कर रहे हैं। लेकिन अब तक उनके सभी प्रयास असफल रहे हैं।

लेखक द्वारा क्या प्रस्तावित किया गया है? वह यह पता लगाने में सक्षम था कि "20 वीं शताब्दी के रहस्य" का समाधान वास्तव में हमारी पाठ्यपुस्तकों में और लहरों से संबंधित जाने-माने सूत्रों में पाया जाता है, अगर केवल सावधानीपूर्वक गणना की जाए! इसका मतलब है कि α एक शास्त्रीय तरंग स्थिरांक है। लेकिन हमें आपको चेतावनी देनी चाहिए कि एक पहेली की सबसे सरल व्याख्या हैरान करने वाली हो सकती है अगर हम शुरू में जो कुछ हमें पेश किया जाता है उसे सुनने के लिए इच्छुक नहीं हैं। जैसा कि अनुभव ने दिखाया है, समस्या का प्रस्तुत समाधान कई विशेषज्ञों द्वारा समझना बहुत मुश्किल है, हालांकि कोई भी परिणाम की शुद्धता का खंडन नहीं करता है!

इस कठिनाई का कारण क्या है? दुर्भाग्य से, प्रमुख आधुनिक सिद्धांतवादी, औपचारिक गणितीय सिद्धांतों (जिसे शुरू में एक अस्थायी समझौता विकल्प के रूप में माना जाता था) द्वारा अत्यधिक दूर ले जाया गया, पहले से ही भौतिकी में अनसुलझे मौलिक दुविधा "कण-तरंगों" के अस्तित्व के बारे में भूल गए हैं। नतीजतन, एक भौतिक विज्ञानी से मिलना मुश्किल है जो लेखक के दृष्टिकोण से आश्चर्यचकित नहीं होगा - एक स्थानीयकृत स्थायी लहर के रूप में एक कण का प्रतिनिधित्व करने के लिए (हालांकि आधिकारिक तौर पर यह उसी अनसुलझे दुविधा के कारण काफी स्वीकार्य है)। और यह इस तथ्य के बावजूद कि भौतिक विज्ञान के निर्विवाद अधिकारी लंबे समय से एक समान निष्कर्ष पर आए हैं: आइंस्टीन, श्रोडिंगर, हाइजेनबर्ग और अन्य भारी तर्कों के दबाव में।

प्रस्तुत कार्य और प्राप्त परिणाम, लेखक की राय में, भौतिकी के दिग्गजों के विश्वासों की शुद्धता का एक गंभीर संकेत हो सकता है। लेकिन इस निष्कर्ष को एक बार सहयोगियों के बहुमत से नजरअंदाज कर दिया गया था (क्योंकि इस निष्कर्ष की शुद्धता की पुष्टि करने वाले आवश्यक परिणाम प्राप्त करना संभव नहीं था)। नतीजतन, सैद्धांतिक भौतिकी के इस क्षेत्र में अनुसंधान एक अक्षम दिशा में चला गया। प्रस्तावित समाधान प्राथमिक कणों के भौतिक सार को प्रकट करने की कुंजी हो सकता है और इस तरह माइक्रोवर्ल्ड के विवरण के लिए एक स्पष्ट मार्ग खोल सकता है, आधुनिक औपचारिक घटना संबंधी सिद्धांतों के विकल्प के रूप में। हालाँकि, यहाँ निर्णायक शब्द गहरे विचार वाले विशेषज्ञों का है - सिद्धांतकार, जो, हम आशा करते हैं, निश्चित रूप से मिलेंगे और प्रस्तुत किए गए कार्य का एक उद्देश्य मूल्यांकन देंगे।

यह पाया गया है कि ग्रीक अक्षर α द्वारा निरूपित महीन संरचना स्थिरांक, बिग बैंग के बाद से अंतरिक्ष और समय में बदल गया है। इस खोज को पहले से ही "भौतिकी में वर्ष का समाचार" कहा जा चुका है, जिन्होंने काम में भाग नहीं लिया था। यदि यह तथ्य सत्य है, तो इसका अर्थ आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के मूल सिद्धांत का उल्लंघन होगा।

साथ ही, ठीक संरचना स्थिरांक की विषमता की प्रकृति वैज्ञानिकों को भौतिकी का एक एकीकृत सिद्धांत बनाने में मदद कर सकती है जो चार मूलभूत अंतःक्रियाओं (गुरुत्वाकर्षण, विद्युत चुंबकत्व, और मजबूत और कमजोर परमाणु बलों) का वर्णन करती है, साथ ही साथ प्रकृति को बेहतर ढंग से समझती है। हमारे ब्रह्मांड की।

ठीक संरचना स्थिरांक α आयामहीन है, लगभग 1/137 के बराबर है। यह पहली बार 1916 में जर्मन भौतिक विज्ञानी अर्नोल्ड सोमरफेल्ड द्वारा वर्णित किया गया था। उन्होंने इसकी व्याख्या परमाणु के बोहर मॉडल में पहली गोलाकार कक्षा में एक इलेक्ट्रॉन की गति के अनुपात के रूप में की (यह परमाणु का सबसे सरल मॉडल है, जिसमें इलेक्ट्रॉन एक धनात्मक आवेशित नाभिक के चारों ओर घूमते हैं, जैसे सूर्य के चारों ओर ग्रह) प्रकाश की गति तक। क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स में, ठीक संरचना निरंतर विद्युत आवेशों और फोटॉनों के बीच परस्पर क्रिया की ताकत को दर्शाती है। इसके मूल्य का सैद्धांतिक रूप से अनुमान नहीं लगाया जा सकता है और इसे प्रयोगात्मक डेटा के आधार पर पेश किया जाता है। महीन संरचना स्थिरांक कण भौतिकी में मानक मॉडल के बीस विषम "बाहरी मापदंडों" में से एक है, और कुछ सैद्धांतिक संकेत मिले हैं कि यह बदल सकता है।

जॉन वेब, विक्टर फ्लैम्बम और न्यू साउथ वेल्स विश्वविद्यालय में उनके सहयोगी 1998 से दूर के क्वासरों के विकिरण का अध्ययन करते हुए α में बदलाव के संकेतों की तलाश कर रहे हैं। यह विकिरण अरबों वर्षों तक गैस के बादलों के माध्यम से पृथ्वी तक पहुँचा। इसका एक हिस्सा कुछ तरंग दैर्ध्य में अवशोषित किया गया था, जिससे कोई भी बादलों की रासायनिक संरचना के बारे में निष्कर्ष निकाल सकता है और इससे पहले से ही यह निर्धारित होता है कि अरबों साल पहले ठीक संरचना स्थिर क्या थी। उत्तरी गोलार्ध में वस्तुओं का अध्ययन करने वाले ऑस्ट्रेलियाई शोधकर्ताओं के अनुसार, यह मान अब की तुलना में 1/100,000 कम हुआ करता था। कई साल पहले प्राप्त इस परिणाम को सभी भौतिकविदों ने स्वीकार नहीं किया था।

चिली में वीएलटी टेलीस्कोप के साथ दक्षिणी गोलार्ध के आकाश में 153 क्वासरों का विश्लेषण करने के बाद, वैज्ञानिकों ने पाया कि अरबों साल पहले की महीन संरचना अब की तुलना में 1/100,000 अधिक थी।

यह विषमता, जिसे "ऑस्ट्रेलियाई द्विध्रुव" कहा जाता है, को 4 सिग्मा की सटीकता के साथ निर्धारित किया जाता है, जिसका अर्थ है कि पंद्रह हजार में केवल एक मौका है कि यह परिणाम गलत है। α की स्थानिक भिन्नता इस बात का प्रमाण है कि विद्युत चुम्बकीय संपर्क आइंस्टीन के तुल्यता सिद्धांत का उल्लंघन करता है, जिसके अनुसार ठीक संरचना स्थिरांक समान होना चाहिए, चाहे इसे कहाँ और कब मापा जाए।

एम्स्टर्डम विश्वविद्यालय (नीदरलैंड्स) के एक स्पेक्ट्रोस्कोपिस्ट विम उबैक्स ने ऑस्ट्रेलियाई भौतिकविदों के काम को "भौतिकी में वर्ष की खबर" कहा और कहा कि यह "समस्या को एक नया मोड़ देता है।"

ठीक संरचना स्थिरांक और अन्य मूलभूत पैरामीटर प्राथमिक कणों के द्रव्यमान और ऊर्जा द्वारा निर्धारित किए जाते हैं, जिनमें वे भी शामिल हैं जो डार्क मैटर बनाते हैं। यदि ये स्थिरांक बदलते हैं, तो ब्रह्मांड के विभिन्न हिस्सों में सामान्य पदार्थ, डार्क मैटर और डार्क एनर्जी की प्रचुरता का अनुपात भिन्न हो सकता है। इसे ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि में एक अतिरिक्त अनिसोट्रॉपी के रूप में देखा जा सकता है, या ब्रह्मांड की विस्तार दर में एक विषमता के रूप में देखा जा सकता है।

इस खोज का सबसे पेचीदा पहलू तथाकथित "मानवशास्त्रीय सिद्धांत" से संबंधित है, जो इस प्रकार पढ़ता है: "हम ब्रह्मांड को वैसे ही देखते हैं, क्योंकि केवल ऐसे ब्रह्मांड में ही एक पर्यवेक्षक, एक व्यक्ति उत्पन्न हो सकता है।" अर्थात्, यह मानवशास्त्रीय सिद्धांत से चलता है कि मौलिक स्थिरांक में ऐसे मूल्य होते हैं जो पदार्थ और ऊर्जा को सितारों, ग्रहों और हमारे अपने शरीर के रूप में होने देते हैं। यदि α समय और स्थान के साथ बदलता है, तो यह संभव है कि हम अपने अस्तित्व को ब्रह्मांड में एक विशेष स्थान और समय के लिए दें।