კოლეგებო, ვოლფგანგ პაულის ცნობილი გამონათქვამია, რომ სიკვდილის შემდეგ ის შეეცდება სატანისგან გაარკვიოს მშვენიერი სტრუქტურის მუდმივი მნიშვნელობა. რატომ ზუსტად სატანა?

ალბათ იმიტომ, რომ ჩემო მეგობარო, ფეინმანის სწორ ფრაზით, ამ იდუმალი რიცხვის არსებობის ფაქტი არის „წყევლა ყველა ფიზიკოსისთვის“. და მართლაც დიდი ხნის განმავლობაში (ნახევარ საუკუნეზე მეტი) ამ განზომილებიანი მუდმივის ფიზიკური მნიშვნელობა უდიდეს საიდუმლოდ რჩებოდა, რადგან არავინ იცოდა როგორ გამოჩნდა ეს ჯადოსნური რიცხვი.

ამ პრობლემის მოსაგვარებლად, აუცილებელია გახსოვდეთ ორი მუდმივი:
- კეპლერის მუდმივი: Kp = v^2*R, J*m/kg (ან m^3/s^2) და
- პლანკის მუდმივი: h = m*v*R, J*s (ან kg*m^2/s).

თუ გრავიტაციული პოტენციალის მინიმალური შესაძლო (მოდული - მაქსიმალური) მნიშვნელობა ჩავანაცვლებთ კეპლერის მუდმივში, მივიღებთ მინიმალურ შესაძლო ორბიტალურ რადიუსს, რომელსაც გრავიტაციულ რადიუსს ვუწოდებთ (ეს რადიუსი დაკავშირებულია გრავიტაციულ ველთან):

Rg \u003d Kp / c ^ 2, m.

თუ მაქსიმალური სიჩქარის მნიშვნელობას შევცვლით პლანკის მუდმივში, მივიღებთ კიდევ ერთ მინიმალურ შესაძლო რადიუსს, რომელსაც ვუწოდებთ კომპტონის რადიუსს (ეს რადიუსი დაკავშირებულია ელექტრომაგნიტურ ველთან):

Rem \u003d h / (m * c), m.

ამ რადიუსების თანაფარდობა წყალბადის ატომისთვის (უმარტივესი შემთხვევა) გვაძლევს წვრილი სტრუქტურის მუდმივის მნიშვნელობას:

Rg / rem \u003d (Kp * m) / (h * c) \u003d a \u003d 1/137.036.

კოლეგა, ეს ყველაფერია?

არა, ყველაფერი არა, ჩემო მეგობარო. ეს მართალია (როგორც უკვე აღვნიშნეთ) მხოლოდ წყალბადის ატომისთვის, სადაც ველის მასა უდრის ელექტრონის მასას (m = me), ხოლო გრავიტაციული რადიუსი არის ეგრეთ წოდებული „კლასიკური ელექტრონული რადიუსი“ (rg = re). თუმცა, აქედან უკვე ნათელია, რომ ყველაფერი ატომის პოტენციურ ველში ორი მინიმალური შესაძლო რადიუსის (გრავიტაციული და ელექტრომაგნიტური) თანაფარდობაზე მოდის.

ბევრისთვის წვრილი სტრუქტურის მუდმივი იყო მხოლოდ ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების რაოდენობრივი მახასიათებელი, მაგრამ სინამდვილეში ის ახასიათებს გრავიტაციული და ელექტრომაგნიტური ველების გეომეტრიული პარამეტრების თანაფარდობას.

პრობლემა აქ არის ის, რომ ბევრი ჩვენგანი ვერ ცნობს გრავიტაციის რეალურ არსებობას ატომის პოტენციურ ველში, რადგან, ეგრეთ წოდებული გრავიტაციის „უნივერსალური“ კანონის შესაბამისად, გრავიტაციის ეფექტი ატომის ველში არის. გაუჩინარებით პატარა.

„უნივერსალური“ კანონის კიდევ ერთხელ ეჭვქვეშ დაყენების შიშით, ჩვენ ერთგვარად „ვივიწყებთ“, რომ კეპლერის კანონები სასწაულებრივად მოქმედებს მიკროველში (განსაკუთრებით მისი მესამე კანონი). და ის ფიზიკოსები, რომლებმაც გამოიყენეს ეს "ცის კანონები" ატომის სფეროში (მაქს ბორნი, ედუარდ შპოლსკი ...), სამწუხაროდ, ზოგადად შეიძლება ერთი ხელის თითებზე დათვლა. ამიტომ, ჩვენ ვაგრძელებთ წყალბადის ატომის გრავიტაციულ რადიუსს ელექტრონის კლასიკურ რადიუსს. და ჩვენ იძულებულნი ვართ ვაღიაროთ ეს, როგორც უდავო ფაქტი.

კოლეგებო, რას ნიშნავს ჯარიმა სტრუქტურის მუდმივი ზოგადი შემთხვევისთვის?

მნიშვნელობა იგივე რჩება: ეს საოცარი მუდმივი ახასიათებს გრავიტაციული და ელექტრომაგნიტური ველების გეომეტრიული პარამეტრების თანაფარდობას.

ამასთან, უნდა გვახსოვდეს, რომ ზოგადი შემთხვევისთვის, ველის მასისა და კომპტონის ელექტრომაგნიტური რადიუსის პროდუქტი არის მუდმივი მნიშვნელობა (გამოდის კომპტონის ეფექტის ელემენტარული თეორიიდან):

M*rem = me*re/a = const

ამავდროულად, ველის მასისა და გრავიტაციული რადიუსის ნამრავლი დამოკიდებულია ველის ელექტრული მუხტის მნიშვნელობაზე (გამოდის ცნობილი განტოლებიდან m*rg/q^2 = me*re/e^2 = 10^-7 კგ*მ/C^2) :

M*rg = me*re*Z^2, სადაც Z = q/e.

მაშასადამე, ზოგადი შემთხვევისთვის გვაქვს: rg = rem*Z^2*a, ან rg/rem = Z^2*a.

რა წარმოუდგენლად უცნაური იქნებოდა სამყარო, ფიზიკური მუდმივები რომ შეიცვალოს! მაგალითად, ეგრეთ წოდებული წვრილი სტრუქტურის მუდმივი დაახლოებით უდრის 1/137-ს. თუ მას სხვა მნიშვნელობა ჰქონდა, მაშინ ალბათ არ იქნებოდა განსხვავება მატერიასა და ენერგიას შორის.

არის რაღაცეები, რომლებიც არასდროს იცვლება. მეცნიერები მათ ფიზიკურ მუდმივებს ან მსოფლიო მუდმივებს უწოდებენ. ითვლება, რომ სინათლის სიჩქარე $c$, გრავიტაციული მუდმივა $G$, ელექტრონული მასა $m_e$ და ზოგიერთი სხვა სიდიდე ყოველთვის და ყველგან უცვლელი რჩება. ისინი ქმნიან საფუძველს, რომელზედაც დაფუძნებულია ფიზიკური თეორიები და განსაზღვრავენ სამყაროს სტრუქტურას.

ფიზიკოსები ბევრს მუშაობენ, რათა გაზომონ სამყაროს მუდმივები უფრო დიდი სიზუსტით, მაგრამ ჯერ ვერავინ შეძლო რაიმე ფორმით აეხსნა, რატომ არის მათი მნიშვნელობები ისეთი, როგორიც არის. SI სისტემაში $c = 299792458$ m/s, $G = 6.673\cdot 10^(–11)N\cdot$m$^2$/kg$^2$, $m_e = 9.10938188\cdot10^( - 31) $ კგ - სრულიად შეუსაბამო რაოდენობები, რომლებსაც აქვთ მხოლოდ ერთი საერთო თვისება: თუ ისინი ოდნავ მაინც შეიცვლებიან და რთული ატომური სტრუქტურების არსებობა, მათ შორის ცოცხალი ორგანიზმების არსებობა, დიდი კითხვის ნიშნის ქვეშ დადგება. მუდმივების მნიშვნელობების დასაბუთების სურვილი გახდა ერთ-ერთი სტიმული ერთიანი თეორიის შემუშავებისთვის, რომელიც სრულად აღწერს ყველა არსებულ ფენომენს. მისი დახმარებით მეცნიერები იმედოვნებდნენ, რომ ეჩვენებინათ, რომ ყოველ მსოფლიო მუდმივობას შეიძლება ჰქონდეს მხოლოდ ერთი შესაძლო მნიშვნელობა, შინაგანი მექანიზმების გამო, რომლებიც განსაზღვრავენ ბუნების მატყუარა თვითნებობას.

ერთიანი თეორიის ტიტულის საუკეთესო კანდიდატი არის M-თეორია (სიმების თეორიის ვარიანტი), რომელიც შეიძლება ჩაითვალოს თანმიმდევრულად, თუ სამყაროს აქვს არა ოთხი სივრცე-დროის განზომილება, არამედ თერთმეტი. აქედან გამომდინარე, მუდმივები, რომლებსაც ჩვენ ვაკვირდებით, შეიძლება რეალურად არ იყოს ფუნდამენტური. ჭეშმარიტი მუდმივები არსებობს სრულ მრავალგანზომილებიან სივრცეში და ჩვენ ვხედავთ მხოლოდ მათ სამგანზომილებიან „სილუეტებს“.

მიმოხილვა: მსოფლიო მუდმივები

1. ბევრ ფიზიკურ განტოლებაში არის სიდიდეები, რომლებიც ყველგან მუდმივად ითვლება - სივრცეში და დროში.

2. ცოტა ხნის წინ მეცნიერებს ეჭვი ეპარებოდათ მსოფლიო მუდმივების მუდმივობაში. კვაზარებზე დაკვირვებისა და ლაბორატორიული გაზომვების შედეგების შედარებისას ისინი მივიდნენ დასკვნამდე, რომ შორეულ წარსულში ქიმიური ელემენტები სხვაგვარად შთანთქა სინათლეს, ვიდრე დღეს. განსხვავება შეიძლება აიხსნას წვრილი სტრუქტურის მუდმივის რამდენიმე მემილიონედის ცვლილებით.

3. თუნდაც ასეთი მცირე ცვლილების დადასტურება ნამდვილი რევოლუცია იქნება მეცნიერებაში. დაკვირვებული მუდმივები შეიძლება აღმოჩნდეს მხოლოდ „სილუეტები“ ჭეშმარიტი მუდმივებისა, რომლებიც არსებობს მრავალგანზომილებიან სივრცე-დროში.

იმავდროულად, ფიზიკოსები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ მრავალი მუდმივის მნიშვნელობები შეიძლება იყოს შემთხვევითი მოვლენებისა და ელემენტარულ ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების შედეგი სამყაროს ისტორიის ადრეულ ეტაპებზე. სიმების თეორია იძლევა სამყაროების უზარმაზარი რაოდენობის ($10^(500)$) არსებობას კანონებისა და მუდმივების სხვადასხვა თვითშეთანხმებული სიმრავლით. იხილეთ სიმების თეორიის პეიზაჟი, მეცნიერების სამყაროში, No12, 2004 წ.). ჯერჯერობით, მეცნიერებს წარმოდგენა არ აქვთ, რატომ შეირჩა ჩვენი კომბინაცია. შესაძლოა, შემდგომი კვლევის შედეგად, ლოგიკურად შესაძლებელი სამყაროების რაოდენობა ერთამდე შემცირდება, მაგრამ შესაძლებელია, რომ ჩვენი სამყარო მულტი სამყაროს მხოლოდ მცირე ნაწილია, რომელშიც განხორციელებულია ერთიანი თეორიის განტოლებების სხვადასხვა ამონახსნები. და ჩვენ ვაკვირდებით ბუნების კანონების მხოლოდ ერთ ვარიანტს ( იხილეთ პარალელური სამყაროები, მეცნიერების სამყაროში, No8, 2003 წამ შემთხვევაში, მრავალი მსოფლიო მუდმივისთვის არ არსებობს ახსნა, გარდა იმისა, რომ ისინი წარმოადგენენ იშვიათ კომბინაციას, რომელიც საშუალებას აძლევს ცნობიერების განვითარებას. შესაძლოა, სამყარო, რომელსაც ჩვენ ვაკვირდებით, იქცა ერთ-ერთ იზოლირებულ ოაზაში, რომელიც გარშემორტყმულია უსიცოცხლო კოსმოსური სივრცით - სიურეალისტური ადგილი, სადაც ბუნების ძალები ჩვენთვის სრულიად უცხო დომინირებენ და ნაწილაკები, როგორიცაა ელექტრონები და სტრუქტურები, როგორიცაა ნახშირბადის ატომები და დნმ-ის მოლეკულები, უბრალოდ შეუძლებელია. იქ მისვლის მცდელობა საბედისწერო იქნებოდა.

სიმების თეორია ასევე შეიქმნა ფიზიკური მუდმივების აშკარა თვითნებობის ასახსნელად, ამიტომ მისი ძირითადი განტოლებები შეიცავს მხოლოდ რამდენიმე თვითნებურ პარამეტრს. მაგრამ ჯერჯერობით ის არ ხსნის მუდმივების დაკვირვებულ მნიშვნელობებს.

სანდო მმართველი

სინამდვილეში, სიტყვა "მუდმივი" გამოყენება არ არის სრულიად ლეგიტიმური. ჩვენი მუდმივები შეიძლება შეიცვალოს დროსა და სივრცეში. თუ დამატებითი სივრცითი ზომები შეიცვლება ზომაში, მუდმივები ჩვენს სამგანზომილებიან სამყაროში შეიცვლება მათთან ერთად. და თუ კოსმოსში საკმარისად შორს გავიხედებით, დავინახავდით უბნებს, სადაც მუდმივები სხვადასხვა მნიშვნელობებს იღებდნენ. 1930-იანი წლებიდან მეცნიერებმა ვარაუდობდნენ, რომ მუდმივები შეიძლება არ იყოს მუდმივი. სიმების თეორია ანიჭებს ამ იდეას თეორიულ დამაჯერებლობას და კიდევ უფრო მნიშვნელოვანს ხდის უწყვეტობის ძიებას.

პირველი პრობლემა ის არის, რომ თავად ლაბორატორიული კონფიგურაცია შეიძლება იყოს მგრძნობიარე მუდმივების ცვლილებების მიმართ. ყველა ატომის ზომა შეიძლება გაიზარდოს, მაგრამ თუ გაზომვისთვის გამოყენებული სახაზავიც უფრო გრძელი გახდება, ატომების ზომის ცვლილებაზე ვერაფერს ვიტყვით. ექსპერიმენტატორები, როგორც წესი, ვარაუდობენ, რომ გაზომვის სტანდარტები (ხაზები, წონა, საათები) უცვლელია, მაგრამ ამის მიღწევა შეუძლებელია მუდმივების შემოწმებისას. მკვლევარებმა ყურადღება უნდა მიაქციონ უგანზომილებიან მუდმივებს - მხოლოდ რიცხვებს, რომლებიც არ არის დამოკიდებული ერთეულების სისტემაზე, მაგალითად, პროტონის მასის თანაფარდობა ელექტრონის მასასთან.

იცვლება თუ არა სამყაროს შინაგანი სტრუქტურა?

განსაკუთრებით საინტერესოა რაოდენობა $\alpha = e^2/2\epsilon_0 h c$, რომელიც აერთიანებს სინათლის სიჩქარეს $c$, ელექტრონის ელექტრულ მუხტს $e$, პლანკის მუდმივ $h$-ს და ა.შ. ეწოდება ვაკუუმ დიელექტრიკული მუდმივი $\epsilon_0$. მას წვრილი სტრუქტურის მუდმივი ეწოდება. ის პირველად 1916 წელს შემოიტანა არნოლდ სომერფელდმა, რომელიც იყო ერთ-ერთი პირველი, ვინც ცდილობდა კვანტური მექანიკის გამოყენებას ელექტრომაგნიტიზმში: $\alpha$ აკავშირებს ელექტრომაგნიტური (e) ურთიერთქმედების რელატივისტურ (c) და კვანტურ (h) მახასიათებლებს, რომლებიც მოიცავს დამუხტულ ნაწილაკებს. ცარიელ სივრცეში ($\epsilon_0$). გაზომვებმა აჩვენა, რომ ეს მნიშვნელობა არის 1/137.03599976 (დაახლოებით 1/137).

$\alpha $-ს რომ განსხვავებული მნიშვნელობა ჰქონდეს, მაშინ მთელი მსოფლიო შეიცვლება. უფრო მცირე რომ ყოფილიყო, ატომებისგან შემდგარი მყარის სიმკვრივე შემცირდებოდა ($\alpha^3 $-ის პროპორციულად), მოლეკულური ბმები დაიშლებოდა დაბალ ტემპერატურაზე ($\alpha^2 $) და სტაბილური ელემენტების რაოდენობა პერიოდული ცხრილი შეიძლება გაიზარდოს ($1/\alpha $). თუ $\alpha $ ძალიან დიდი აღმოჩნდებოდა, პატარა ატომური ბირთვები ვერ იარსებებდა, რადგან მათ დამაკავშირებელი ბირთვული ძალები ვერ შეძლებდნენ თავიდან აიცილონ პროტონების ურთიერთ მოგერიება. $\alpha >0.1 $-ისთვის ნახშირბადი ვერ იარსებებს.

ვარსკვლავების ბირთვული რეაქციები განსაკუთრებით მგრძნობიარეა $\alpha $-ის მიმართ. იმისათვის, რომ მოხდეს ბირთვული შერწყმა, ვარსკვლავის გრავიტაციამ უნდა შექმნას საკმარისად მაღალი ტემპერატურა, რათა გამოიწვიოს ბირთვების ერთმანეთთან დაახლოება, მიუხედავად მათი ტენდენციისა ერთმანეთის მოგერიებისა. თუ $\alpha $ 0,1-ზე მეტი იქნებოდა, მაშინ შერწყმა შეუძლებელი იქნებოდა (თუ, რა თქმა უნდა, სხვა პარამეტრები, როგორიცაა ელექტრონისა და პროტონის მასების თანაფარდობა, იგივე არ დარჩებოდა). $\alpha$-ის ცვლილება მხოლოდ 4%-ით იმოქმედებს ენერგიის დონეებზე ნახშირბადის ბირთვში იმდენად, რომ მისი გაჩენა ვარსკვლავებში უბრალოდ შეწყდება.

ბირთვული ტექნიკის დანერგვა

მეორე, უფრო სერიოზული, ექსპერიმენტული პრობლემა არის ის, რომ მუდმივებში ცვლილებების გაზომვა მოითხოვს მაღალი სიზუსტის აღჭურვილობას, რომელიც უნდა იყოს უკიდურესად სტაბილური. ატომური საათების შემთხვევაშიც კი, წვრილი სტრუქტურის მუდმივობის დრეიფი შეიძლება მხოლოდ რამდენიმე წლის განმავლობაში აკონტროლოთ. თუ $\alpha $ შეიცვლება 4 $\cdot$ $10^(–15)$-ზე მეტით სამ წელიწადში, ყველაზე ზუსტი საათი შეძლებს ამის აღმოჩენას. თუმცა მსგავსი არაფერი ჯერ არ დაფიქსირებულა. როგორც ჩანს, რატომ არ არის მუდმივობის დადასტურება? მაგრამ სამი წელი სივრცისთვის არის მყისიერი. ნელი, მაგრამ მნიშვნელოვანი ცვლილებები სამყაროს ისტორიაში შეიძლება შეუმჩნეველი დარჩეს.

მსუბუქი და მუდმივი წვრილი სტრუქტურა

საბედნიეროდ, ფიზიკოსებმა შემოწმების სხვა გზები იპოვეს. 1970-იან წლებში საფრანგეთის ატომური ენერგიის კომისიის მეცნიერებმა შენიშნეს გარკვეული მახასიათებლები მადნის იზოტოპურ შემადგენლობაში ურანის მაღაროდან ოკლოში, გაბონში (დასავლეთ აფრიკა): ის წააგავდა ბირთვული რეაქტორის ნარჩენებს. როგორც ჩანს, დაახლოებით 2 მილიარდი წლის წინ, ოკლოში ბუნებრივი ბირთვული რეაქტორი ჩამოყალიბდა ( იხილეთ Divine Reactor, In the World of Science, No1, 2004).

1976 წელს ალექსანდრე შლიახტერმა ლენინგრადის ბირთვული ფიზიკის ინსტიტუტიდან შენიშნა, რომ ბუნებრივი რეაქტორების მოქმედება კრიტიკულად არის დამოკიდებული სამარიუმის ბირთვის სპეციფიკური მდგომარეობის ზუსტ ენერგიაზე, რომელიც იჭერს ნეიტრონებს. და თავად ენერგია მტკიცედ არის დაკავშირებული $\alpha $-ის მნიშვნელობასთან. ასე რომ, წვრილი სტრუქტურის მუდმივი ოდნავ განსხვავებული რომ ყოფილიყო, ჯაჭვური რეაქცია არ შეიძლებოდა მომხდარიყო. მაგრამ ეს მართლაც მოხდა, რაც ნიშნავს, რომ ბოლო 2 მილიარდი წლის განმავლობაში მუდმივი არ შეცვლილა 1 $\cdot$ $10^(–8)$-ზე მეტით. (ფიზიკოსები აგრძელებენ კამათს ზუსტი რაოდენობრივი შედეგების შესახებ ბუნებრივი რეაქტორის პირობების შესახებ გარდაუვალი გაურკვევლობის გამო.)

1962 წელს P. James E. Peebles და რობერტ დიკი პრინსტონის უნივერსიტეტიდან იყვნენ პირველი, ვინც გამოიყენეს ასეთი ანალიზი ძველ მეტეორიტებზე: იზოტოპების შედარებითი სიმრავლე, რომლებიც წარმოიქმნება მათი რადიოაქტიური დაშლის შედეგად, დამოკიდებულია $\alpha $-ზე. ყველაზე მგრძნობიარე შეზღუდვა უკავშირდება ბეტა დაშლას რენიუმის ოსმიუმად გადაქცევაში. მინესოტას უნივერსიტეტის კიტ ოლივისა და ბრიტანეთის კოლუმბიის ვიქტორიას უნივერსიტეტის მაქსიმ პოსპელოვის ბოლო ნაშრომის თანახმად, $\alpha$ განსხვავდებოდა მისი ამჟამინდელი ღირებულებისგან 2 $\cdot $10^ მეტეორიტების წარმოქმნის დროს. (– 6)$. ეს შედეგი ნაკლებად ზუსტია ვიდრე Oklo-ს მონაცემები, მაგრამ ის უფრო შორს მიდის დროში, მზის სისტემის წარმოშობამდე 4,6 მილიარდი წლის წინ.

იმისთვის, რომ გამოიკვლიონ შესაძლო ცვლილებები დროის უფრო ხანგრძლივ პერიოდებში, მკვლევარებმა ზეცას უნდა გაიხედონ. შორეული ასტრონომიული ობიექტების სინათლე მიდის ჩვენს ტელესკოპებში მილიარდობით წლის განმავლობაში და ატარებს იმ დროის კანონებისა და მსოფლიო მუდმივების კვალს, როდესაც მან ახლახან დაიწყო მოგზაურობა და ურთიერთქმედება მატერიასთან.

სპექტრული ხაზები

ასტრონომები ჩაერთნენ მუდმივების ისტორიაში 1965 წელს კვაზარების აღმოჩენის შემდეგ, რომლებიც ახლახან აღმოაჩინეს და იდენტიფიცირებულნი იყვნენ როგორც ნათელი სინათლის წყაროები, რომლებიც მდებარეობდნენ დედამიწიდან დიდ მანძილზე. იმის გამო, რომ სინათლის გზა კვაზარიდან ჩვენამდე ძალიან გრძელია, ის აუცილებლად კვეთს ახალგაზრდა გალაქტიკების აირისებრ უბნებს. გაზი შთანთქავს კვაზარის შუქს სპეციფიკურ სიხშირეებზე, ასახავს ვიწრო ხაზების შტრიხ-კოდს მის სპექტრში (იხილეთ ჩარჩო ქვემოთ).

კვაზარის გამოსხივების ცვლილებების ძიება

როდესაც გაზი შთანთქავს სინათლეს, ატომებში შემავალი ელექტრონები გადახტებიან ქვედა ენერგეტიკული დონეებიდან უფრო მაღალ დონეზე. ენერგიის დონეები განისაზღვრება იმით, თუ რამდენად ძლიერად ინახავს ატომის ბირთვი ელექტრონებს, რაც დამოკიდებულია მათ შორის ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედების სიძლიერეზე და, შესაბამისად, წვრილი სტრუქტურის მუდმივზე. თუ ის განსხვავებული იყო სინათლის შთანთქმის დროს, ან სამყაროს კონკრეტულ რეგიონში, სადაც ეს მოხდა, მაშინ ელექტრონის ახალ დონეზე გადასატანად საჭირო ენერგია და სპექტრებში დაკვირვებული გადასვლების ტალღის სიგრძე უნდა იყოს. განსხვავდება იმისგან, რაც დღეს ლაბორატორიულ ექსპერიმენტებშია. ტალღის სიგრძის ცვლილების ბუნება კრიტიკულად არის დამოკიდებული ელექტრონების განაწილებაზე ატომურ ორბიტებზე. $\alpha$-ის მოცემული ცვლილებისთვის ზოგიერთი ტალღის სიგრძე მცირდება, ზოგი კი იზრდება. ეფექტების რთული ნიმუში ძნელია აგვერიოს მონაცემთა კალიბრაციის შეცდომებთან, რაც ასეთ ექსპერიმენტს უკიდურესად სასარგებლოს ხდის.

შვიდი წლის წინ რომ დავიწყეთ მუშაობა, ორი პრობლემა შეგვექმნა. პირველი, მრავალი სპექტრული ხაზის ტალღის სიგრძე არ არის გაზომილი საკმარისი სიზუსტით. უცნაურია, მაგრამ მეცნიერებმა გაცილებით მეტი იცოდნენ მილიარდობით სინათლის წლით დაშორებული კვაზარების სპექტრის შესახებ, ვიდრე ხმელეთის ნიმუშების სპექტრის შესახებ. ჩვენ დაგვჭირდა მაღალი სიზუსტის ლაბორატორიული გაზომვები კვაზარის სპექტრების მათთან შესადარებლად და ექსპერიმენტატორები დავარწმუნეთ შესაბამისი გაზომვების გაკეთებაში. ისინი ჩაატარეს ენ თორნმა და ჯულიეტა პიკერინგმა ლონდონის საიმპერატორო კოლეჯიდან, მოგვიანებით კი გუნდებმა, რომლებსაც ხელმძღვანელობდნენ შვედეთის ლუნდის ობსერვატორიის სვენერიკ იოჰანსონი და ულფ გრიზმანი და რაინერ კლინგი (რაინერ კლინგი) სტანდარტებისა და ტექნოლოგიების ეროვნული ინსტიტუტიდან. მერილენდი.

მეორე პრობლემა ის იყო, რომ წინა დამკვირვებლები იყენებდნენ ეგრეთ წოდებულ ტუტე ორეულებს, შთანთქმის ხაზების წყვილებს, რომლებიც ჩნდება ნახშირბადის ან სილიკონის ატომურ აირებში. მათ შეადარეს ინტერვალები ამ ხაზებს შორის კვაზარის სპექტრებში ლაბორატორიულ გაზომვებთან. თუმცა, ეს მეთოდი არ იძლეოდა ერთი კონკრეტული ფენომენის გამოყენების საშუალებას: $\alpha $-ის ცვალებადობა იწვევს არა მხოლოდ ატომის ენერგეტიკულ დონეებს შორის ინტერვალის ცვლილებას ყველაზე დაბალი ენერგიის დონესთან შედარებით (ძირითადი მდგომარეობა), არამედ. ასევე თავად ძირითადი სახელმწიფოს პოზიციის ცვლილება. სინამდვილეში, მეორე ეფექტი კიდევ უფრო ძლიერია, ვიდრე პირველი. შედეგად, დაკვირვების სიზუსტე იყო მხოლოდ 1 $\cdot$ $10^(–4)$.

1999 წელს ნაშრომის ერთ-ერთმა ავტორმა (Web) და ვიქტორ ვ. ფლამბაუმმა ავსტრალიის ახალი სამხრეთ უელსის უნივერსიტეტიდან შეიმუშავეს ტექნიკა ორივე ეფექტის გასათვალისწინებლად. შედეგად, მგრძნობელობა გაიზარდა 10-ჯერ. გარდა ამისა, შესაძლებელი გახდა სხვადასხვა ტიპის ატომების შედარება (მაგალითად, მაგნიუმი და რკინა) და დამატებითი ჯვარედინი შემოწმება. რთული გამოთვლები უნდა განხორციელდეს იმის დასადგენად, თუ როგორ განსხვავდება დაკვირვებული ტალღის სიგრძე სხვადასხვა ტიპის ატომებში. უახლესი ტელესკოპებითა და სენსორებით შეიარაღებული, ჩვენ გადავწყვიტეთ გამოგვემოწმებინა $\alpha$-ის მდგრადობა უპრეცედენტო სიზუსტით მრავალი მრავალჯერადი ახალი მეთოდის გამოყენებით.

შეხედულებების გადახედვა

როდესაც ჩვენ დავიწყეთ ექსპერიმენტები, უბრალოდ გვინდოდა უფრო მეტი სიზუსტით დაგვედგინა, რომ წვრილი სტრუქტურის მუდმივი მნიშვნელობა ძველ დროში იგივე იყო, რაც დღეს. ჩვენდა გასაკვირად, 1999 წელს მიღებულმა შედეგებმა აჩვენა მცირე, მაგრამ სტატისტიკურად მნიშვნელოვანი განსხვავებები, რაც შემდგომში დადასტურდა. 128 კვაზარის შთანთქმის ხაზის მონაცემების გამოყენებით, ჩვენ დავაფიქსირეთ $\alpha$-ის ზრდა 6 $\cdot$10^(–6)$-ით ბოლო 6-12 მილიარდი წლის განმავლობაში.

წვრილი სტრუქტურის მუდმივის გაზომვის შედეგები არ გვაძლევს საბოლოო დასკვნების გაკეთების საშუალებას. ზოგიერთი მათგანი მიუთითებს იმაზე, რომ ის ოდესღაც უფრო პატარა იყო, ვიდრე ახლაა, ზოგი კი არა. შესაძლოა α შეიცვალა შორეულ წარსულში, მაგრამ ახლა გახდა მუდმივი. (უჯრები წარმოადგენს მონაცემთა დიაპაზონს.)

თამამი პრეტენზიები მოითხოვს მყარ მტკიცებულებებს, ამიტომ ჩვენი პირველი ნაბიჯი იყო მონაცემთა შეგროვებისა და ანალიზის მეთოდების გულდასმით გადახედვა. გაზომვის შეცდომები შეიძლება დაიყოს ორ ტიპად: სისტემატური და შემთხვევითი. შემთხვევითი უზუსტობებით, ყველაფერი მარტივია. თითოეულ ინდივიდუალურ გაზომვაში ისინი იღებენ განსხვავებულ მნიშვნელობებს, რომლებიც გაზომვების დიდი რაოდენობით არის საშუალოდ და მიდრეკილია ნულისკენ. სისტემური შეცდომები, რომლებიც არ არის საშუალოდ გამოთვლილი, უფრო რთულია გამკლავება. ასტრონომიაში ასეთი გაურკვევლობა ყოველ ჯერზე გვხვდება. ლაბორატორიულ ექსპერიმენტებში, ინსტრუმენტების დარეგულირება შესაძლებელია შეცდომების შესამცირებლად, მაგრამ ასტრონომები ვერ ახერხებენ სამყაროს „მორგებას“ და მათ უნდა აღიარონ, რომ მონაცემთა შეგროვების ყველა მეთოდი შეიცავს თანდაყოლილ მიკერძოებას. მაგალითად, გალაქტიკების დაკვირვებული სივრცითი განაწილება მკვეთრად არის მიკერძოებული კაშკაშა გალაქტიკების მიმართ, რადგან მათი დაკვირვება უფრო ადვილია. ასეთი ცვლილებების გამოვლენა და განეიტრალება დამკვირვებლებისთვის მუდმივი გამოწვევაა.

პირველ რიგში, ჩვენ გავამახვილეთ ყურადღება ტალღის სიგრძის მასშტაბის შესაძლო დამახინჯებაზე, რომლის მიმართაც გაზომეს კვაზარის სპექტრული ხაზები. ის შეიძლება წარმოიშვას, მაგალითად, კვაზარებზე დაკვირვების „ნედლი“ შედეგების დაკალიბრებულ სპექტრში დამუშავების დროს. მიუხედავად იმისა, რომ ტალღის სიგრძის შკალის მარტივი ხაზოვანი გაჭიმვა ან შეკუმშვა ზუსტად ვერ მიბაძავს $\alpha$-ის ცვლილებას, შედეგების ასახსნელად მიახლოებითი მსგავსებაც კი საკმარისი იქნება. თანდათანობით, ჩვენ აღმოვფხვრათ დამახინჯებასთან დაკავშირებული მარტივი შეცდომები კვაზარის დაკვირვების შედეგების ნაცვლად კალიბრაციის მონაცემების ჩანაცვლებით.

ორ წელზე მეტი ხნის განმავლობაში, ჩვენ ვიკვლევთ მიკერძოების სხვადასხვა მიზეზებს, რათა დავრწმუნდეთ, რომ მათი გავლენა უმნიშვნელოა. ჩვენ ვიპოვეთ სერიოზული შეცდომების მხოლოდ ერთი პოტენციური წყარო. საუბარია მაგნიუმის შთანთქმის ხაზებზე. მისი სამი სტაბილური იზოტოპიდან თითოეული შთანთქავს სინათლეს სხვადასხვა ტალღის სიგრძით, რომლებიც ძალიან ახლოს არიან ერთმანეთთან და ჩანს კვაზარების სპექტრებში, როგორც ერთი ხაზი. იზოტოპების ფარდობითი სიმრავლის ლაბორატორიული გაზომვების საფუძველზე, მკვლევარები აფასებენ თითოეული მათგანის წვლილს. მათი განაწილება ახალგაზრდა სამყაროში შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს დღევანდელისგან, თუ ვარსკვლავები, რომლებიც ასხივებენ მაგნიუმს, საშუალოდ უფრო მძიმე იქნებოდა, ვიდრე მათი დღევანდელი ანალოგები. ასეთი განსხვავებები შეიძლება მიბაძოს $\alpha$-ის ცვლილებას, მაგრამ ამ წელს გამოქვეყნებული კვლევის შედეგები მიუთითებს, რომ დაკვირვებული ფაქტები არც ისე მარტივად არის ახსნილი. იეშე ფენნერმა და ბრედ კ. გიბსონმა ავსტრალიის სვინბერნის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტიდან და მაიკლ ტ. მერფიმ კემბრიჯის უნივერსიტეტიდან დაასკვნეს, რომ იზოტოპების სიმრავლე, რომელიც საჭიროა $\alpha$ ცვლილების მიბაძვისთვის, ასევე გამოიწვევს აზოტის ჭარბ სინთეზს ადრეულ პერიოდში. სამყარო, რომელიც სრულიად შეუსაბამოა დაკვირვებებთან. ასე რომ, ჩვენ უნდა ვიცხოვროთ იმ შესაძლებლობით, რომ $\alpha$ შეიცვალა.

ხანდახან იცვლება, ხანდახან არა

სტატიის ავტორების მიერ წამოყენებული ჰიპოთეზის მიხედვით, კოსმიური ისტორიის ზოგიერთ პერიოდში წვრილი სტრუქტურის მუდმივი უცვლელი რჩებოდა, ზოგიერთში კი გაიზარდა. ექსპერიმენტული მონაცემები (იხ. წინა ჩანართი) შეესაბამება ამ ვარაუდს.

სამეცნიერო საზოგადოებამ მაშინვე დააფასა ჩვენი შედეგების მნიშვნელობა. მთელს მსოფლიოში კვაზარების სპექტრის მკვლევარებმა მაშინვე ჩაატარეს გაზომვები. 2003 წელს სერგეი ლევშაკოვის (სერგეი ლევშაკოვის) კვლევითი ჯგუფები სანქტ-პეტერბურგის ფიზიკა-ტექნოლოგიის ინსტიტუტიდან. იოფმა და რალფ კვასტმა ჰამბურგის უნივერსიტეტიდან შეისწავლეს სამი ახალი კვაზარის სისტემა. გასულ წელს ჰუმ ჩანდმა და რაგუნათან შრიანანმა ინდოეთის ასტრონომიისა და ასტროფიზიკის საუნივერსიტეტო ცენტრიდან, პატრიკ პეტიჯანმა ასტროფიზიკის ინსტიტუტიდან და ბასტიენ არაცილმა პარიზის LERMA-დან კიდევ 23 შემთხვევა გააანალიზეს. არცერთმა ჯგუფმა ვერ იპოვა ცვლილებები $\alpha$-ში. ჩანდი ამტკიცებს, რომ ნებისმიერი ცვლილება 6-დან 10 მილიარდი წლის წინ უნდა იყოს მემილიონედზე ნაკლები.

რატომ გამოიწვია მსგავსი მეთოდოლოგიები, რომლებიც გამოიყენება სხვადასხვა წყაროს მონაცემების გასაანალიზებლად ასეთ მკვეთრ შეუსაბამობამდე? პასუხი ჯერ არ არის ცნობილი. ამ მკვლევარების მიერ მიღებული შედეგები შესანიშნავი ხარისხისაა, მაგრამ მათი ნიმუშების ზომა და გაანალიზებული გამოსხივების ასაკი ჩვენზე საგრძნობლად მცირეა. გარდა ამისა, ჩენდმა გამოიყენა მრავალჯერადი მეთოდის გამარტივებული ვერსია და სრულად არ შეაფასა ყველა ექსპერიმენტული და სისტემატური შეცდომა.

ცნობილმა ასტროფიზიკოსმა ჯონ ბაჰკოლმა პრინსტონიდან გააკრიტიკა თავად მულტიპლეტი მეთოდი, მაგრამ პრობლემები, რომლებსაც ის აღნიშნავს, არის შემთხვევითი შეცდომების კატეგორიაში, რომლებიც მინიმუმამდეა დაყვანილი დიდი ნიმუშების გამოყენებისას. ბექოლი და ჯეფრი ნიუმენი ეროვნული ლაბორატორიიდან. ლოურენსმა ბერკლიში განიხილა ემისიის ხაზები და არა შთანთქმის ხაზები. მათი მიდგომა გაცილებით ნაკლებად ზუსტია, თუმცა შეიძლება მომავალში სასარგებლო აღმოჩნდეს.

საკანონმდებლო რეფორმა

თუ ჩვენი შედეგები სწორია, შედეგები იქნება უზარმაზარი. ბოლო დრომდე, არადამაკმაყოფილებელი იყო ყველა მცდელობა, შეეფასებინათ რა მოხდებოდა სამყაროსთან, თუ მშვენიერი სტრუქტურის მუდმივი შეიცვლებოდა. ისინი არ წავიდნენ იმაზე შორს, ვიდრე განიხილეს $\alpha$, როგორც ცვლადი იმავე ფორმულებში, რომლებიც მიღებული იყო იმ ვარაუდით, რომ ის მუდმივია. ვეთანხმები, ძალიან საეჭვო მიდგომაა. თუ $\alpha $ შეიცვლება, მაშინ უნდა შენარჩუნდეს მასთან დაკავშირებული ეფექტების ენერგია და იმპულსი, რაც გავლენას მოახდენს სამყაროს გრავიტაციულ ველზე. 1982 წელს იაკობ დ. ბეკენშტაინმა იერუსალიმის ებრაული უნივერსიტეტიდან პირველად განაზოგადა ელექტრომაგნიტიზმის კანონები არამუდმივ მუდმივებზე. მის თეორიაში $\alpha $ განიხილება ბუნების დინამიურ კომპონენტად, ე.ი. როგორც სკალარული ველი. ოთხი წლის წინ, ერთ-ერთმა ჩვენგანმა (ბაროუმ), ჰავარდ სენდვიკთან და ჟოაო მაგუეიხოსთან ერთად ლონდონის საიმპერატორო კოლეჯიდან, გააფართოვა ბეკენშტაინის თეორია გრავიტაციის ჩათვლით.

განზოგადებული თეორიის პროგნოზები მიმზიდველად მარტივია. ვინაიდან კოსმოსური მასშტაბით ელექტრომაგნიტიზმი გაცილებით სუსტია ვიდრე გრავიტაცია, $\alpha$-ის ცვლილებები რამდენიმე მემილიონედით არ ახდენს შესამჩნევ გავლენას სამყაროს გაფართოებაზე. მაგრამ გაფართოება მნიშვნელოვნად მოქმედებს $\alpha $-ზე ელექტრული და მაგნიტური ველების ენერგიებს შორის შეუსაბამობის გამო. კოსმოსური ისტორიის პირველი ათიათასობით წლის განმავლობაში რადიაცია დომინირებდა დამუხტულ ნაწილაკებზე და ინარჩუნებდა ბალანსს ელექტრულ და მაგნიტურ ველებს შორის. სამყაროს გაფართოებასთან ერთად რადიაცია შემცირდა და მატერია გახდა კოსმოსის დომინანტური ელემენტი. ელექტრული და მაგნიტური ენერგია არათანაბარი აღმოჩნდა და $\alpha $ დაიწყო ზრდა დროის ლოგარითმის პროპორციულად. დაახლოებით 6 მილიარდი წლის წინ, ბნელმა ენერგიამ დაიწყო დომინირება, რაც აჩქარებს გაფართოებას, რაც ართულებს ყველა ფიზიკური ურთიერთქმედების გავრცელებას თავისუფალ სივრცეში. შედეგად, $\alpha$ კვლავ თითქმის მუდმივი გახდა.

აღწერილი სურათი შეესაბამება ჩვენს დაკვირვებებს. კვაზარის სპექტრული ხაზები ახასიათებს კოსმიური ისტორიის იმ პერიოდს, როდესაც მატერია დომინირებდა და $\alpha$ გაიზარდა. ოკლოში ლაბორატორიული გაზომვებისა და კვლევების შედეგები შეესაბამება იმ პერიოდს, როდესაც ბნელი ენერგია დომინირებს და $\alpha$ მუდმივია. განსაკუთრებით საინტერესოა $\alpha$-ის ცვლილების გავლენის შემდგომი შესწავლა მეტეორიტებში არსებულ რადიოაქტიურ ელემენტებზე, რადგან ის საშუალებას გვაძლევს შევისწავლოთ გადასვლა ორ დასახელებულ პერიოდს შორის.

ალფა მხოლოდ დასაწყისია

თუ წვრილი სტრუქტურის მუდმივი იცვლება, მაშინ მატერიალური ობიექტები სხვაგვარად უნდა დაეცეს. ერთ დროს გალილეომ ჩამოაყალიბა სუსტი ეკვივალენტობის პრინციპი, რომლის მიხედვითაც ვაკუუმში მყოფი სხეულები ერთი და იმავე სიჩქარით ეცემა, მიუხედავად იმისა, თუ რისგან შედგება. მაგრამ $\alpha$-ის ცვლილებამ უნდა წარმოქმნას ძალა, რომელიც მოქმედებს ყველა დამუხტულ ნაწილაკზე. რაც უფრო მეტ პროტონს შეიცავს ატომი თავის ბირთვში, მით უფრო ძლიერად იგრძნობს მას. თუ კვაზარის დაკვირვების შედეგების ანალიზიდან გამოტანილი დასკვნები სწორია, მაშინ სხვადასხვა მასალისგან დამზადებული სხეულების თავისუფალი ვარდნის აჩქარება უნდა განსხვავდებოდეს დაახლოებით 1 $\cdot$10^(–14)$-ით. ეს 100-ჯერ უფრო მცირეა, ვიდრე ლაბორატორიაში გაზომვა, მაგრამ საკმარისად დიდი, რომ აჩვენოს განსხვავებები ექსპერიმენტებში, როგორიცაა STEP (კოსმოსში ეკვივალენტობის პრინციპის ტესტირება).

$\alpha $-ის წინა კვლევებში მეცნიერებმა უგულებელყვეს სამყაროს არაჰომოგენურობა. ყველა გალაქტიკის მსგავსად, ჩვენი ირმის ნახტომი საშუალოდ მილიონჯერ უფრო მკვრივია ვიდრე კოსმოსში, ამიტომ ის არ ფართოვდება სამყაროსთან ერთად. 2003 წელს ბაროუმ და კემბრიჯელმა დევიდ ფ. მოტამ გამოთვალეს, რომ $\alpha$ შეიძლება განსხვავებულად იქცეოდეს გალაქტიკაში, ვიდრე სივრცის ცარიელ რეგიონებში. როგორც კი ახალგაზრდა გალაქტიკა კონდენსირდება და მოდუნებისას გრავიტაციულ წონასწორობაში შედის, $\alpha$ ხდება მუდმივი გალაქტიკის შიგნით, მაგრამ აგრძელებს ცვლილებას გარეთ. ამრიგად, დედამიწაზე ექსპერიმენტები, რომლებიც ამოწმებენ $\alpha$-ის მდგრადობას, განიცდიან პირობების მიკერძოებულ შერჩევას. ჩვენ ჯერ არ უნდა გაერკვია, როგორ აისახება ეს სუსტი ეკვივალენტობის პრინციპის შემოწმებაზე. $\alpha$-ის სივრცითი ვარიაციები ჯერ არ დაფიქსირებულა. CMB-ის ერთგვაროვნებაზე დაყრდნობით, ბაროუმ ახლახან აჩვენა, რომ $\alpha $ არ იცვლება 1 $\cdot$ $10^(–8)$-ით მეტით ციური სფეროს რეგიონებს შორის, რომლებიც დაშორებულია $10^o$-ით.

ჩვენთვის რჩება ველოდოთ ახალი მონაცემებისა და ახალი კვლევების გაჩენას, რომლებიც საბოლოოდ დაადასტურებენ ან უარყოფენ ჰიპოთეზას $\alpha $-ის ცვლილების შესახებ. მკვლევარებმა ყურადღება გაამახვილეს ამ მუდმივზე, უბრალოდ იმიტომ, რომ მისი ვარიაციების გამო ეფექტები უფრო ადვილად შესამჩნევია. მაგრამ თუ $\alpha$ ნამდვილად ცვალებადია, მაშინ სხვა მუდმივებიც უნდა შეიცვალოს. ამ შემთხვევაში, უნდა ვაღიაროთ, რომ ბუნების შინაგანი მექანიზმები გაცილებით რთულია, ვიდრე გვეგონა.

ავტორების შესახებ:
ჯონ ბაროუ (ჯონ დ. ბაროუ), ჯონ ვებ (ჯონ კ. უები) ჩართული იყო ფიზიკური მუდმივების შესწავლით 1996 წელს ინგლისში, სასექსის უნივერსიტეტში ერთობლივი შაბათის დროს. შემდეგ ბაროუმ გამოიკვლია მუდმივების შეცვლის ახალი თეორიული შესაძლებლობები და ვებ ჩართული იყო კვაზარებზე დაკვირვებით. ორივე ავტორი წერს არამხატვრულ წიგნებს და ხშირად გამოდის სატელევიზიო გადაცემებში.

არსებობს ახალი დადასტურებები, რომ თანამედროვე ფიზიკის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი მუდმივი იცვლება დროთა განმავლობაში - და სამყაროს სხვადასხვა ნაწილში სხვადასხვა გზით.

http://www.popmech.ru/images/upload/article/const_1_1283782005_full.jpg

კვაზარი არის გამოსხივების წერტილის წყარო, რომელიც ხასიათდება უკიდურესად მაღალი ინტენსივობითა და ცვალებადობით. თანამედროვე თეორიების მიხედვით, კვაზარები არიან ახალგაზრდა გალაქტიკების აქტიური ცენტრები, მათ ცენტრებში განლაგებული შავი ხვრელების მქონე, რომლებიც განსაკუთრებული მადათ შთანთქავენ მატერიას, რატომ არის სამყარო ისეთი, როგორიც არის? რატომ არის განზომილებიანი მუდმივების რიცხვითი თანაფარდობები ზუსტად ისეთი, როგორიც ჩვენ ვიცით? რატომ აქვს სივრცეს სამი გაფართოებული განზომილება? რატომ არის ზუსტად ფუნდამენტური ურთიერთქმედება და არა, ვთქვათ, ხუთი? ბოლოს და ბოლოს, რატომ არის მასში ყველაფერი ასე დაბალანსებული და ზუსტად „მორგებული“ ერთი მეორის ქვეშ? დღეს პოპულარულია იმის დაჯერება, რომ რაღაც განსხვავებული რომ იყოს, ერთ-ერთი ძირითადი მუდმივი განსხვავებული იყოს, ჩვენ უბრალოდ ვერ დავსვათ ეს კითხვები. ამ მიდგომას ეწოდება ანთროპიული პრინციპი: თუ მუდმივები სხვაგვარად იყო დაკავშირებული, სტაბილური ელემენტარული ნაწილაკები ვერ წარმოიქმნებოდა, თუ სივრცეს მეტი განზომილება ექნება, პლანეტები ვერ შეიძენენ სტაბილურ ორბიტას და ა.შ. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სამყარო არ შეიძლებოდა ჩამოყალიბებულიყო - და მით უმეტეს, გონიერი ორგანიზმები, როგორიც თქვენ და მე ვართ, ვერ განვითარდებოდნენ. (უფრო მეტი ანთროპული პრინციპის შესახებ აღწერილია სტატიაში „ჰუმანიტარული სამყარო“.) ზოგადად, ჩვენ გამოვჩნდით სწორ ადგილას - ერთადერთში, სადაც შეგვეძლო გამოვჩნდეთ. და შესაძლოა საჭირო დროს, რასაც მოწმობს ერთ-ერთი ფუნდამენტური ფიზიკური მუდმივის ბოლოდროინდელი გახმაურებული კვლევა. ჩვენ ვსაუბრობთ წვრილი სტრუქტურის მუდმივზე, განზომილებიანი სიდიდეზე, რომელიც არ შეიძლება იყოს მიღებული რაიმე ფორმულისგან. იგი დადგენილია ემპირიულად, როგორც ელექტრონის ბრუნვის სიჩქარის თანაფარდობა (მდებარეობს ბორის რადიუსზე) სინათლის სიჩქარესთან და უდრის 1/137.036. იგი ახასიათებს ელექტრული მუხტების ფოტონებთან ურთიერთქმედების ძალას. მიუხედავად იმისა, რომ მას მუდმივი ეწოდება, ფიზიკოსები ათწლეულების განმავლობაში კამათობენ იმაზე, თუ რამდენად მუდმივია ეს მუდმივი სინამდვილეში. მის გარკვეულწილად „შესწორებულ“ მნიშვნელობას სხვადასხვა შემთხვევისთვის შეუძლია გადაჭრას გარკვეული პრობლემები თანამედროვე კოსმოლოგიასა და ასტროფიზიკაში. და სიმებიანი თეორიის სცენაზე გაჩენის შემდეგ, ბევრი მეცნიერი ზოგადად ფიქრობს, რომ სხვა მუდმივები შეიძლება არც ისე მუდმივი იყოს. წვრილი სტრუქტურის მუდმივში ცვლილებები ირიბად შეიძლება მიუთითებდეს სამყაროს დამატებითი დაკეცილი ზომების რეალურ არსებობაზე, რაც აბსოლუტურად აუცილებელია სიმების თეორიაში. ამ ყველაფერმა ხელი შეუწყო მტკიცებულების ძიებას - ან უარყოფას - იმის შესახებ, რომ მშვენიერი სტრუქტურის მუდმივი შეიძლება განსხვავებული იყოს სივრცის და (ან) დროის სხვა წერტილებში. საბედნიეროდ, მის შესაფასებლად შეგიძლიათ გამოიყენოთ ისეთი ხელმისაწვდომი ინსტრუმენტი, როგორიცაა სპექტროსკოპია (წვრილი სტრუქტურის მუდმივი ახლახან შემოიღეს სპექტროსკოპიული დაკვირვებების ინტერპრეტაციისთვის), ხოლო იმისათვის, რომ „წარსულში ჩახედოთ“, საკმარისია შორეულ ვარსკვლავებს შეხედოთ. . თავიდან, როგორც ჩანს, ექსპერიმენტებმა უარყო ამ მუდმივში ცვლილებების შესაძლებლობა, მაგრამ რაც უფრო დახვეწილი გახდა ინსტრუმენტები, შესაძლებელი გახდა მისი ღირებულების შეფასება უფრო დიდ მანძილზე და უფრო დიდი სიზუსტით, უფრო საინტერესო მტკიცებულებები გამოჩნდა. მაგალითად, 1999 წელს ავსტრალიელმა ასტრონომებმა ჯონ უების (ჯონ უები) ხელმძღვანელობით გააანალიზეს 128 შორეული კვაზარის სპექტრი და აჩვენეს, რომ მათი ზოგიერთი პარამეტრი შეიძლება აიხსნას წვრილი სტრუქტურის მუდმივობის თანდათანობითი ზრდით ბოლო 10-12 მილიარდი წლის განმავლობაში. . თუმცა, ეს შედეგები ძალიან საკამათო იყო. ვთქვათ, 2004 წლით დათარიღებულ ნაშრომს, მეორე მხრივ, შესამჩნევი ცვლილებები არ აჩვენა. და მხოლოდ მეორე დღეს, იგივე ჯონ ვებმა გააკეთა ახალი სენსაციური მოხსენება - მის ახალ ნამუშევარს ზოგიერთმა ექსპერტმა უწოდა "წლის აღმოჩენა" ფიზიკაში. ადრე, 1990-იანი წლების ბოლოს, უები და კოლეგები მუშაობდნენ ჰავაის კეკის ობსერვატორიასთან და აკვირდებოდნენ კვაზარებს ჩრდილოეთ ციურ ნახევარსფეროში. შემდეგ ისინი მივიდნენ დასკვნამდე, რომ 10 მილიარდი წლის წინ, წვრილი სტრუქტურის მუდმივი იყო დაახლოებით 0.0001-ით ნაკლები და მას შემდეგ ოდნავ „გაიზარდა“. ახლა, როდესაც მუშაობდნენ ჩილეში ESO ობსერვატორიის VLT ტელესკოპით და დააკვირდნენ სამხრეთ ნახევარსფეროს 153 კვაზარს, მათ მიიღეს იგივე შედეგი, მაგრამ ... საპირისპირო ნიშნით. წვრილი სტრუქტურის მუდმივი "სამხრეთში" 0.0001-ით მეტი იყო 10 მილიარდი წლის წინ და მას შემდეგ "შემცირდა". ეს განსხვავებები, რომელსაც მკვლევარები "ავსტრალიურ დიპოლს" უწოდებენ, სტატისტიკურად ძალიან მნიშვნელოვანია. და რაც მთავარია, მათ შეუძლიათ დაადასტურონ ჩვენი სამყაროს ფუნდამენტური ასიმეტრია, რომელიც შეიძლება შეინიშნოს როგორც სივრცეში, ასევე დროში. იმ ანთროპიულ პრინციპს რომ დავუბრუნდეთ, რომლითაც დავიწყეთ, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ დავიბადეთ არა მხოლოდ იდეალურ ადგილას, არამედ იდეალურ დროსაც.

Physics World-ის მიხედვით

მიკროსამყაროს დასახელებული ფუნდამენტური მუდმივი: α ≈ 1/137 შევიდა ფიზიკაში 1920-იან წლებში არნოლდ სომერფელდის მიერ ატომების ემისიის სპექტრებში ექსპერიმენტულად ნაპოვნი ენერგიის ქვედონეების აღსაწერად. მას შემდეგ, იგივე მუდმივი თანაფარდობის მრავალი სხვა გამოვლინება გამოვლინდა სხვადასხვა ფენომენებში, რომლებიც დაკავშირებულია ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთქმედებებთან. იმ დროის წამყვანმა ფიზიკოსებმა თანდათან გააცნობიერეს ამ რიცხვის მნიშვნელობა, როგორც ელემენტარული ნაწილაკების სამყაროში, ისე ზოგადად - ჩვენი სამყაროს სტრუქტურაში. ამ თვალსაზრისით, საკმარისია იმის თქმა, რომ მიკროსამყაროს ობიექტების ყველა ძირითადი თვისება და მახასიათებელია: ატომებში ელექტრონის ორბიტების ზომა, შემაკავშირებელი ენერგიები (როგორც ელემენტარულ ნაწილაკებს, ასევე ატომებს შორის) და, ამრიგად, ყველა ფიზიკური და ქიმიური მატერიის თვისებები განისაზღვრება ამ მუდმივების მნიშვნელობით. მომავალში დასახელებული მუდმივის გამოყენებით შესაძლებელი გახდა ძალიან ეფექტური ფორმალური თეორიის - თანამედროვე კვანტური ელექტროდინამიკის (QED) შემუშავება, რომელიც ფანტასტიკური სიზუსტით აღწერს კვანტურ ელექტრომაგნიტურ ურთიერთქმედებას.

ზემოაღნიშნულიდან შეიძლება ვიმსჯელოთ ამ მუდმივის ფიზიკური მნიშვნელობისა და მიზეზობრივი მექანიზმის გარკვევის ამოცანის მნიშვნელობაზე, რომელიც მისი აღმოჩენის დღიდან ღია საკითხია ფიზიკაში. თეორეტიკოსთა ენაზე ამ პრობლემის გადაწყვეტა ნიშნავს: დაასახელო დასახელებული მუდმივის გაჩენის საწყისი კონცეფცია, რომლის საფუძველზეც, თანმიმდევრული გამოთვლებით, შეიძლება მიხვიდე მის ექსპერიმენტულად დადგენილ მნიშვნელობამდე. დასმული კითხვის მნიშვნელოვნებაზე შეიძლება ვიმსჯელოთ ცნობილი მსოფლიოში ცნობილი ფიზიკოსის, ვოლფგანგ პაულის ხუმრობით გამონათქვამიდან: „როდესაც მე მოვკვდები, პირველი, რასაც ვფიქრობ ეშმაკს ვკითხავ, არის ის, თუ რას ნიშნავს მშვენიერი სტრუქტურის მუდმივი? ჰოდა, რიჩარდ ფეინმანმა ამ იდუმალი რიცხვის არსებობის ფაქტი „ყველა ფიზიკოსის წყევლად“ მიიჩნია და კარგ თეორეტიკოსებს ურჩია „კედელზე გატეხონ და მუდამ იფიქრონ მასზე“!

წარმოდგენილმა კითხვამ ასეთი მნიშვნელობა შეიძინა, უპირველეს ყოვლისა, იმიტომ, რომ დასახელებულმა მუდმივმა პირდაპირ კავშირშია ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკური არსის გაგების პრობლემასთან, რადგან ის არ ჩანს მათგან განცალკევებით, არამედ როგორც მათი ღრმა თვისება. ამიტომ, მრავალი ფიზიკოსი მრავალი წლის განმავლობაში ცდილობდა ამ უდიდესი პრობლემის გადაჭრას, სხვადასხვა მიდგომებისა და მეთოდების გამოყენებით. მაგრამ ჯერჯერობით მათი ყველა მცდელობა წარუმატებელი იყო.

რას გვთავაზობს ავტორი? მან შეძლო აღმოეჩინა, რომ „მე-20 საუკუნის საიდუმლოს“ გამოსავალი რეალურად გვხვდება ჩვენს სახელმძღვანელოებში და ტალღებთან დაკავშირებულ ცნობილ ფორმულებში, თუ მხოლოდ ყურადღებით გათვლილი! ეს ნიშნავს, რომ α არის კლასიკური ტალღის მუდმივი. მაგრამ უნდა გავაფრთხილოთ, რომ გამოცანის უმარტივესი ახსნა შეიძლება დამაბნეველი იყოს, თუ თავიდანვე არ ვართ მიდრეკილნი მოვუსმინოთ იმას, რასაც გვთავაზობენ. როგორც გამოცდილებამ აჩვენა, პრობლემის წარმოდგენილი გადაწყვეტა ძალიან რთულია ბევრი სპეციალისტის მიერ, თუმცა შედეგის სისწორეს არავინ უარყოფს!

რა არის ამ სირთულის მიზეზი? სამწუხაროდ, წამყვანი თანამედროვე თეორეტიკოსები, ზედმეტად გატაცებულნი ფორმალური მათემატიკური თეორიებით (რომლებიც თავდაპირველად დროებით კომპრომისულ ვარიანტად იყო მიჩნეული), უკვე დაივიწყეს ფიზიკაში გადაუჭრელი ფუნდამენტური დილემის „ნაწილაკები – ტალღები“ არსებობა. შედეგად, ძნელია შეხვდე ფიზიკოსს, რომელსაც არ გაუკვირდება ავტორის მიდგომა - ნაწილაკის ლოკალიზებული მდგარი ტალღის წარმოდგენა (თუმცა, ოფიციალურად ეს სავსებით მისაღებია, იგივე გადაუჭრელი დილემის გამო). და ეს იმისდა მიუხედავად, რომ ფიზიკური მეცნიერების უდავო ავტორიტეტები დიდი ხანია მივიდნენ მსგავს დასკვნამდე: აინშტაინი, შრედინგერი, ჰაიზენბერგი და სხვები მძიმე არგუმენტების ზეწოლის ქვეშ.

წარმოდგენილი ნაშრომი და მიღებული შედეგი, ავტორის აზრით, შეიძლება სერიოზული მინიშნება იყოს ფიზიკის მნათობთა რწმენის სისწორეზე. მაგრამ ეს დასკვნა ერთხელ ჯიუტად უგულებელყო კოლეგების ხმების უმრავლესობამ (რადგან შეუძლებელი იყო ამ დასკვნის სისწორის დამადასტურებელი საჭირო შედეგების მიღება). შედეგად, თეორიული ფიზიკის ამ სფეროში კვლევები არაეფექტური მიმართულებით წავიდა. შემოთავაზებული გამოსავალი შეიძლება იყოს ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკური არსის გამოვლენის გასაღები და ამით გახსნას მკაფიო გზა მიკროსამყაროს აღწერისთვის, თანამედროვე ფორმალური ფენომენოლოგიური თეორიების ალტერნატივა. თუმცა, აქ გადამწყვეტი სიტყვა ღრმად მოაზროვნე ექსპერტებს - თეორეტიკოსებს ეკუთვნით, რომლებიც, ვიმედოვნებთ, აუცილებლად იპოვიან და ობიექტურ შეფასებას მისცემენ წარმოდგენილ ნაშრომს.

მშვენიერი სტრუქტურის მუდმივი, რომელიც აღინიშნება ბერძნული ასო α, აღმოჩნდა, რომ შეიცვალა სივრცეში და დროში დიდი აფეთქების შემდეგ. ამ აღმოჩენას უკვე უწოდეს "წლის სიახლე ფიზიკაში" სპეციალისტებმა, რომლებიც არ მონაწილეობდნენ სამუშაოში. თუ ეს ფაქტი მართალია, მაშინ ეს ნიშნავს აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ფუნდამენტური პრინციპის დარღვევას.

ამავდროულად, წვრილი სტრუქტურის მუდმივის ასიმეტრიის ბუნებას შეუძლია დაეხმაროს მეცნიერებს შექმნან ფიზიკის ერთიანი თეორია, რომელიც აღწერს ოთხ ფუნდამენტურ ურთიერთქმედებას (გრავიტაცია, ელექტრომაგნიტიზმი და ძლიერი და სუსტი ბირთვული ძალები), ასევე ბუნების უკეთ გაგებაში. ჩვენი სამყაროს.

წვრილი სტრუქტურის მუდმივი α არის განზომილებიანი, დაახლოებით ტოლია 1/137. ის პირველად 1916 წელს აღწერა გერმანელმა ფიზიკოსმა არნოლდ სომერფელდმა. მან ეს განმარტა, როგორც ელექტრონის სიჩქარის თანაფარდობა პირველ წრიულ ორბიტაზე ატომის ბორის მოდელში (ეს არის ატომის უმარტივესი მოდელი, რომელშიც ელექტრონები მოძრაობენ დადებითად დამუხტული ბირთვის გარშემო, ისევე როგორც პლანეტები მზის გარშემო) სინათლის სიჩქარემდე. კვანტურ ელექტროდინამიკაში წვრილი სტრუქტურის მუდმივი ახასიათებს ელექტრულ მუხტებსა და ფოტონებს შორის ურთიერთქმედების სიძლიერეს. მისი მნიშვნელობის თეორიულად პროგნოზირება შეუძლებელია და შემოტანილია ექსპერიმენტული მონაცემების საფუძველზე. წვრილი სტრუქტურის მუდმივი არის ნაწილაკების ფიზიკაში სტანდარტული მოდელის ოცი უცნაური "გარე პარამეტრიდან" ერთ-ერთი, და იყო რამდენიმე თეორიული მითითება, რომ ის შეიძლება შეიცვალოს.

ჯონ უები, ვიქტორ ფლამბაუმი და მათი კოლეგები ახალი სამხრეთ უელსის უნივერსიტეტიდან 1998 წლიდან ეძებენ α-ს ცვლილების ნიშნებს, სწავლობენ შორეული კვაზარების გამოსხივებას. ეს გამოსხივება მილიარდობით წლის განმავლობაში მოგზაურობდა დედამიწაზე გაზის ღრუბლების მეშვეობით. მისი ნაწილი შეიწოვება გარკვეულ ტალღის სიგრძეზე, საიდანაც შეიძლება გამოვიტანოთ დასკვნები ღრუბლების ქიმიური შემადგენლობის შესახებ და აქედან უკვე დადგინდეს, თუ როგორი იყო მშვენიერი სტრუქტურის მუდმივი მილიარდობით წლის წინ. ავსტრალიელი მკვლევარების აზრით, რომლებიც სწავლობდნენ ობიექტებს ჩრდილოეთ ნახევარსფეროში, ეს მნიშვნელობა ადრე 1/100000-ით ნაკლები იყო, ვიდრე ახლა. რამდენიმე წლის წინ მიღებული ეს შედეგი ყველა ფიზიკოსმა არ მიიღო.

ჩილეში VLT ტელესკოპით სამხრეთ ნახევარსფეროს ცაზე 153 კვაზარის გაანალიზების შემდეგ, მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ მშვენიერი სტრუქტურის მუდმივი მილიარდობით წლის წინ 1/100000-ით მეტი იყო, ვიდრე ახლა.

ეს ასიმეტრია, რომელსაც „ავსტრალიურ დიპოლს“ უწოდებენ, განისაზღვრება 4 სიგმის სიზუსტით, რაც ნიშნავს, რომ თხუთმეტი ათასიდან მხოლოდ ერთი შანსია, რომ ეს შედეგი არასწორია. α-ს სივრცითი ცვალებადობა მიუთითებს იმაზე, რომ ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება არღვევს აინშტაინის ეკვივალენტურობის პრინციპს, რომლის მიხედვითაც წვრილი სტრუქტურის მუდმივი უნდა იყოს იგივე, არ აქვს მნიშვნელობა სად და როდის იზომება.

ვიმ უბახსმა, სპექტროსკოპისტმა ამსტერდამის უნივერსიტეტიდან (ნიდერლანდები), ავსტრალიელი ფიზიკოსების მუშაობას უწოდა "წლის სიახლე ფიზიკაში" და დასძინა, რომ ის აძლევს "პრობლემას ახალ ელფერს".

წვრილი სტრუქტურის მუდმივი და სხვა ფუნდამენტური პარამეტრები განისაზღვრება ელემენტარული ნაწილაკების მასებითა და ენერგიებით, მათ შორის ბნელი მატერიის შემადგენელი ნაწილაკების ჩათვლით. თუ ეს მუდმივები შეიცვლება, ნორმალური მატერიის, ბნელი მატერიისა და ბნელი ენერგიის სიმრავლის თანაფარდობა შეიძლება განსხვავებული იყოს სამყაროს სხვადასხვა ნაწილში. ეს შეიძლება ჩაითვალოს დამატებით ანიზოტროპიად კოსმოსური მიკროტალღური ფონზე, ან ასიმეტრია სამყაროს გაფართოების სიჩქარეში.

ამ აღმოჩენის ყველაზე დამაინტრიგებელი ასპექტი დაკავშირებულია ეგრეთ წოდებულ „ანთროპიულ პრინციპთან“, რომელიც შემდეგნაირად იკითხება: „ჩვენ ვხედავთ სამყაროს ისეთს, როგორიც არის, რადგან მხოლოდ ასეთ სამყაროში შეიძლებოდა დამკვირვებელი, ადამიანი გაჩენილიყო“. ანუ, ანთროპული პრინციპიდან გამომდინარეობს, რომ ფუნდამენტურ მუდმივებს აქვთ მნიშვნელობები, რომლებიც საშუალებას აძლევს მატერიას და ენერგიას იყოს ვარსკვლავების, პლანეტების და ჩვენი საკუთარი სხეულების სახით. თუ α იცვლება დროსა და სივრცეში, შესაძლებელია, რომ ჩვენი არსებობა სამყაროში განსაკუთრებული ადგილისა და დროის დამსახურებაა.