Разделы

Наука Маркет

Физические константы меняются со временем?

Результаты новых астрономических наблюдений свидетельствуют о том, что физические законы и константы не являются постоянными. Это открытие может стать предвестником глубоких перемен в научной картине мира.
В основе физических законов Вселенной лежит несколько так называемых «фундаментальных» постоянных. К их числу относятся, например, гравитационная постоянная, скорость света, элементарный заряд, масса покоя электрона. Одной из таких констант, играющих важную роль в астрофизике, является постоянная тонкой структуры, значение которой составляет 1/137,03599958. Эта константа, в свою очередь, представляет собой комбинацию трех других постоянных - заряда электрона, постоянной Планка и скорости света. Она определяет силу электромагнитных взаимодействий элементарных частиц и, вnbsp;частности, описывает расщепление атомных уровней на несколько близких подуровней.

Проблема постоянства физических законов и констант во времени относится к разряду основополагающих. Ответ на этот вопрос можно получить, наблюдая объекты Вселенной на сверхбольших расстояниях. Один из методов состоит в следующем. Свет далеких квазаров на своем пути пересекает облака газа, где частично поглощается. При этом в спектре появляются атомные уровни резонансного поглощения вещества облаков - они словно «выедают» линии в непрерывном спектре квазаров. Система линий каждого облака из-за расширения Вселенной имеет свое красное смещение, меньшее, чем у квазара, наблюдаемого сквозь облако, но все же соответствующее космологическим расстояниям и временам, то есть ранней Вселенной. Измеряя сразу несколько линий поглощения одного облака, можно определить значение постоянной тонкой структуры в далеком прошлом. Сравнивая эти измерения с аналогичными спектрами, полученными в лабораторных условиях на Земле, можно определить относительное изменение постоянной.

Идея проверки постоянной тонкой структуры высказывалась еще в 1950-1960 годах российским физиком Ландау и американским физиком российского происхождения Гамовым, но только с усовершенствованием техники спектрального анализа оказалось возможным осуществить ее на практике – относительное изменение постоянной оценивается на уровне от тысячных до миллионных долей. В настоящее время этим вопросом занимаются несколько исследовательских групп.

Одна из них под руководством Патрика Птижана (Patrick Petitjean) из Парижского астрофизического института в 2004 г., изучив данные наблюдений 18 квазаров при помощи 8,2 метрового телескопа обсерватории Парана в Чили, пришла к выводу о том, что постоянная тонкой структуры стабильна с высокой точностью. В апреле 2005 г. этот результат был подтвержден Джеффри Ньюменом (Jeffrey Newman) из национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли на основании изучения эмиссионных спектров галактик – правда, лишь до расстояния 7 млрд. световых лет. Однако, как сообщает ScienceDaily, результаты последних наблюдений еще более далеких квазаров, выполненные под руководством Майкла Мэрфи (Michael Murphy) из Кембриджского университета при помощи крупнейшего в мире 10-метрового телескопа обсерватории Кек на Гавайских островах, опровергают их. Согласно этим данным, 8-10 млрд. лет назад значение постоянной тонкой структуры было меньше приблизительно на 0,00002 ее современного значения. Этот результат был обнародован на международной конференции «Физика 2005» и вызвал настоящую сенсацию в научном мире прежде всего потому, что исследование Мэрфи является наиболее достоверным по точности и полноте из проведенных до сих пор. Оно включает анализ по данным от 68 квазаров спектров поглощения различных многократно ионизованных элементов – таких, как магний, железо, никель, хром, цинк, алюминий и кремний в 128  межгалактических облаках. Авторы исключают наличие систематических ошибок и заявляют, что их метод дает примерно 10-кратное превосходство в точности по сравнению с ранее использовавшимися исследованиями.

Бесплатная российская замена Active Directory упрощает переход на отечественное ПО
Безопасность

«Если это открытие подтвердится, оно окажет революционное влияние на всю современную физическую картину мира от субатомного до макроскопического уровней, - утверждает г-н Мэрфи. - Это связано с тем, что в данный момент наше понимание Вселенной основано на так называемой «стандартной модели», которая изначально не предполагает изменение физических законов. Ее пересмотр приведет к необходимости создания нового математического аппарата для описания более обобщенной картины мира, о которой мы пока даже не подозреваем. Однако, возможно, современная наука уже приблизилась к этому. В частности, в теории струн или М-теории, где сделана попытка объединить все известные силы в природе (гравитацию, электромагнетизм, сильное и слабое ядерные взаимодействия), предполагается изменение значений фундаментальных постоянных, а также постулируя существование дополнительных измерений пространства – до 20. Согласно этим экзотическим теориям, дополнительные измерения находятся в «свернутом» состоянии и имеют свойство менять масштаб с течением времени, что проявляется в виде изменения фундаментальных постоянных».

Тем не менее, подчеркивает автор открытия, «экстраординарные утверждения нуждаются в экстраординарных доказательствах». «Конечно, в будущем можно повторить наши наблюдения на другом, более совершенном телескопе, - считает г-н Мэрфи, - чтобы убедиться в отсутствии систематических ошибок. Но более убедительным свидетельством может стать эксперимент совершенно иного типа – например, сверхточное измерение флуктуаций реликтового излучения или точное определение содержания элементов, которые образовались в результате Большого Взрыва».