Μεταβάλλονται οι νόμοι της φύσης με τον χρόνο; 
Τι δείχνει η πειραματική έρευνα. (Μέρος 2ο από 4)

Άρθρο ανασκόπησης, του John Webb στο περιοδικό Physics World, Απρίλιος 2003

 Ακριβείς μετρήσεις του φωτός από μακρινά κβάζαρ δείχνουν ότι η τιμή της σταθεράς της λεπτής υφής μπορεί να έχει αλλάξει κατά την εξέλιξη του Σύμπαντος. Αν αυτό επιβεβαιωθεί οι συνέπειες θα είναι τεράστιες για το οικοδόμημα της φυσικής. 

Η χρήση των κβάζαρ για να διερευνήσουμε την σταθερά λεπτής υφής

Τα κβάζαρ είναι συμπαγή αλλά εξαιρετικά φωτεινά αντικείμενα. Είναι τόσο φωτεινά ώστε μπορούμε να τα μελετήσουμε με λεπτομέρεια και με επίγεια τηλεσκόπια, παρά το γεγονός ότι βρίσκονται σε τεράστιες αποστάσεις από τη Γη. Πιστεύουμε ότι τα κβάζαρ περιέχουν μαύρες τρύπες στα κέντρα τους και ότι οι τεράστιες βαρυτικές δυνάμεις που ασκούνται από τη μαύρη τρύπα, είναι ικανές να προκαλέσουν την εκπομπή φωτός από τη γειτονική ύλη που πέφτει μέσα σ' αυτές. 

Η φύση έχει διασκορπίσει τα κβάζαρ σε όλο το Σύμπαν. Εφόσον λοιπόν τα κβάζαρ είναι ορατά σε όλες τις κατευθύνσεις στον ουρανό, μας παρέχουν ένα ισχυρό τρόπο χαρτογράφησης σχεδόν ολόκληρου του Σύμπαντος. Και όπως συμβαίνει και με κάθε άλλο αστρονομικό αντικείμενο, όταν κοιτάζουμε ένα κβάζαρ  το βλέπουμε όπως ήταν κατά το παρελθόν. Έτσι λοιπόν κάποια κβάζαρ είναι τόσο μακριά μας ώστε τα βλέπουμε όπως ήταν πριν από δισεκατομμύρια χρόνια. Πράγματι, η παρατήρηση των κβάζαρ μπορεί να μας δώσει μια συνεχή ιστορία του Σύμπαντος, η οποία αρχίζει όταν το Σύμπαν ήταν περίπου ενός δισεκατομμυρίου ετών και συνεχίζεται αδιάλειπτα μέχρι σήμερα. 

Παρόλα αυτά δεν μπορούμε να μελετήσουμε τη σταθερά α με μια λογική ακρίβεια χρησιμοποιώντας τα ίδια τα κβάζαρ. Πρέπει μάλλον να εξετάσουμε τι συμβαίνει όταν η ακτινοβολία ενός κβάζαρ περνάει μέσα από ένα γαλαξία ο οποίος βρίσκεται μεταξύ του κβάζαρ και της Γης. Το κβάζαρ εκπέμπει φως σ' ένα ευρύ μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.  (Βλέπε εικ.2). Όταν όμως αυτό το φως περνάει μέσα από τα αέρια που βρίσκονται γύρω από ένα γαλαξία, ένας χαρακτηριστικός σχηματισμός από γραμμές απορρόφησης θα επικαθήσει πάνω στο φάσμα αυτό. 

Εικόνα 2. Εξομοίωση φάσματος απορρόφησης ενός κβάζαρ. Τα κβάζαρ είναι ουράνια σώματα πολύ υψηλής φωτεινότητας, τα οποία εκπέμπουν φως σε μεγάλη περιοχή μηκών κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος (κόκκινη γραμμή). Το φάσμα τους έχει κορυφές σε αρκετά μήκη κύματος που οφείλονται σε εκπομπή από στοιχεία όπως το υδρογόνο, το οξυγόνο, το άζωτο, το πυρίτιο, ο άνθρακας και ο σίδηρος στην περιοχή γύρω από το κβάζαρ. Όταν το φως από το κβάζαρ περάσει κατά τη διαδρομή του προς τη Γη, κοντά από έναν γαλαξία, τα αέρια γύρω από τον γαλαξία προκαλούν ένα σχηματισμό γραμμών απορρόφησης στο φάσμα του κβάζαρ (πράσινη γραμμή). Μετρώντας τα μήκη κύματος των γραμμών απορρόφησης που οφείλονται στα βαριά στοιχεία (στα δεξιά της εικόνας), μπορούμε να καθορίσουμε και την μετατόπιση προς το ερυθρό των αερίων και την τιμή της σταθεράς λεπτής υφής , α, κατά τον χρόνο που απορροφήθηκε το φως του κβάζαρ. Τέτοιες παρατηρήσεις δείχνουν ότι η τιμή του α ήταν ελαφρά μικρότερη μερικά δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Η πληθώρα των γραμμών απορρόφησης στα μικρότερα μήκη κύματος στ' αριστερά, οφείλονται σε υδρογόνο με διαφορετικές μετατοπίσεις προς το ερυθρό. 

Η παρουσία μιας γραμμής απορρόφησης σ' ένα ιδιαίτερο μήκος κύματος, αποκαλύπτει ότι ένα ιδιαίτερο στοιχείο ήταν παρόν στο αέριο γύρω από τον γαλαξία, και η ένταση κάθε τέτοιας φασματικής γραμμής απορρόφησης δείχνει την ποσότητα του στοιχείου που ήταν παρούσα. Εκτός από το υδρογόνο, του οποίου η παρουσία είναι κυρίαρχη στο Σύμπαν, οι γραμμές απορρόφησης αποκαλύπτουν επίσης την παρουσία Μαγνησίου, Σιδήρου, Ψευδαργύρου, Πυριτίου, Αργιλίου και Χρωμίου. 

Επιπλέον, οι γραμμές απορρόφησης μας λένε επίσης τι συνέβη όταν το φως πέρασε μέσα από το νέφος, πράγμα που θα μπορούσε να έχει συμβεί μόλις ΄1 δισεκατομμύριο χρόνια μετά το Big Bang. Αν και το νέφος αυτό θα μπορούσε να έχει εξελιχθεί σε κάτι τελείως διαφορετικό μέχρι σήμερα, η φασματική γραμμή απορρόφησης μας παρέχει ένα σταθερό αποτύπωμα της κατάστασής του στο μακρινό παρελθόν. Στο αποτύπωμα αυτό περιέχεται και η τιμή της σταθεράς α εκείνη την εποχή. 

Έτσι λοιπόν αν συγκρίνουμε τις γραμμές απορρόφησης που βρίσκουμε στα φάσματα απορρόφησης ενός κβάζαρ με τις αντίστοιχες γραμμές που μετράμε για τα ίδια άτομα και ιόντα στο εργαστήριο σήμερα, μπορούμε να βρούμε αν η φυσική που είναι υπεύθυνη για την απορρόφηση της ακτινοβολίας από τα άτομα, έχει αλλάξει κατά την ιστορική εξέλιξη του Σύμπαντος. Με άλλα λόγια μπορούμε να δούμε αν έχει μεταβληθεί η τιμή της σταθεράς α.