Οι νόμοι της φυσικής "μπορεί να αλλάζουν"

Από σελίδα του BBC, 17 Μαίου, 2002

Οι παρατηρήσεις έγιναν από τα τηλεσκόπια Keck

Το Σύμπαν μπορεί να είναι ένας πιό παράξενος τόπος από ό,τι φανταστήκαμε λόγω των νέων στοιχείων που εμφανίζονται να δείχνουν ότι οι ίδιοι οι νόμοι της φυσικής έχουν αλλάξει από τότε που το σύμπαν ήταν νέο.

Η ανάλυση του φωτός που προέρχεται από τα απόμακρα κβάζαρ υποδεικνύει ότι μια θεμελιώδης φυσική σταθερά μπορεί να έχει ελαφρώς αυξηθεί κατά τη διάρκεια των προηγούμενων έξι δισεκατομμυρίων ετών.

Η αποκαλούμενη σταθερά λεπτής υφής, που συμβολίζεται με το α και που μετρά τη δύναμη με την οποία τα υποατομικά σωματίδια αλληλεπιδρούν το ένα με το άλλο αλλά και με το φως - μπορεί να ήταν μικρότερη στους πρώιμους χρόνους του Σύμπαντος και της ιστορίας του Κόσμου, έξι δισεκατομμύρια έτη πριν η τιμή της σταθεράς λεπτής υφής να ήταν μικρότερη περίπου ένα μέρος προς 10⁵ .

"Αυτό έχει σημαντικές επιπτώσεις στην κατανόηση μας για τη φυσική," είπε ο Δρ John Webb του Πανεπιστημίου της Νότιας Νέας Ουαλίας, Αυστραλία.

"Εάν αυτό είναι σωστό, θα αλλάξει ριζικά την θεώρηση μας για τον κόσμο. Πρέπει να είμαστε προσεκτικοί αλλά θα μπορούσε να είναι επαναστατικό. Έχουμε δει κάτι στα στοιχεία μας - αλλά είναι αυτό που νομίζουμε;"

Σκελετός του Σύμπαντος

Η ομάδα εξέτασε τις αποκαλούμενες γραμμές απορρόφησης στα φάσματα των κβάζαρ, τους πιό ενεργούς, φωτεινούς πυρήνες των γαλαξιών στις απώτατο άκρες του κόσμου.

Τα νέφη του αερίου μεταξύ της Γης και των κβάζαρ απορροφούν μερικά από αυτό το φως σε συγκεκριμένα μήκη κύματος και παράγουν τις φασματικές γραμμές.

Το διάστημα των γραμμών απορρόφησης εξαρτάται από έναν από τους θεμελιώδεις αριθμούς της φύσης: τη σταθερά λεπτής υφής ή άλφα.

Η σταθερά άλφα είναι κάτι που χτίζεται στο ίδιο το σκελετό του Σύμπαντος. Είναι ένας αδιάστατος αριθμός, η αναλογία μεταξύ τεσσάρων φυσικών σταθερών: τη ταχύτητα του φωτός, της κβαντικής ενεργειακής σταθεράς, του φορτίου του ηλεκτρονίου και του π.

Η σταθερά λεπτής υφής α αριθμητικά ισούται με α=(1/4πε₀)e²/hc=1/137.036 και οι περισσότεροι φυσικοί παραξενεύονται με αυτήν, γιατί τρείς άλλες σταθερές της φύσης συνδυάζονται για να την δώσουν ενώ αυτή είναι αδιάστατη. Σήμερα γνωρίζουμε ότι αυτή η σταθερά είναι "μιά σταθερά συζεύξεως" που μετρά την ισχύ της αλληλεπιδράσεως μεταξύ ενός φορτισμένου ηλεκτρικά σωματιδίου και του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.

Στα φάσματα πολλών ατόμων, αυτό που χονδρικά φαίνεται να είναι μια γραμμή, όταν το παρατηρήσουμε πιό προσεχτικά αποδεικνύεται ότι είναι δύο ή περισσότερες γραμμές που βρίσκονται η μία πολύ κοντά στην άλλη. Ο λόγος της αποστάσεως μεταξύ των γραμμών λεπτής υφής προς την απόσταση μεταξύ των γραμμών του χονδρικού φάσματος, είναι ανάλογος με το τετράγωνο της σταθεράς α.    Σήμερα πιστεύουμε ότι κρύβει ακόμη κάποιες άγνωστες πληροφορίες

Η τιμή του άλφα, αυτήν την περίοδο είναι περίπου 1/137, και καθορίζει αρκετά για τον τρόπο που το Σύμπαν δουλεύει.

"Αυτοί οι αδιάστατοι αριθμοί είναι σημαντικότεροι από οποιεσδήποτε από τις διαστατικές σταθερές," λέει ο Michael Murphy, του Πανεπιστημίου της Νότιας Νέας Ουαλίας.

Πηγές σφάλματος

Η σταθερά άλφα καθορίζει τη δύναμη των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των φορτισμένων σωματιδίων και των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων, και, σαν τέτοια, είναι κεντρική στην κατανόηση του ηλεκτρομαγνητισμού - μια από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης.

"Η άλφα είναι η κεντρική παράμετρος σε τίποτα που κάνει με τα άτομα, ηλεκτρική ενέργεια, μαγνητισμός - όλα εκτός από τη βαρύτητα," ο κ. Murphy είπαν.

Η απόσταση μεταξύ των γραμμών απορρόφησης του φάσματος των ενδιάμεσων ατόμων εξαρτάται από τη σταθερά άλφα. Εάν η άλφα αλλάζει, τότε θα αλλάζει το μοντέλο της απορρόφησης στα φάσματα.

Οι ερευνητές έψαξαν γι' αυτήν την επίδραση χρησιμοποιώντας το μεγαλύτερο τηλεσκόπιο σε παγκόσμιο επίπεδο: το ισχυρό τηλεσκόπιο των 10-μέτρων Keck στη Χαβάη.

Ο Δρ Webb και οι συνάδελφοί του βρήκαν στοιχεία που η σταθερά άλφα ήταν ελαφρώς μικρότερη στο παρελθόν από ό,τι είναι τώρα.

Η ομάδα λέει ότι υπάρχει μία στις 10.000 πιθανότητα το αποτέλεσμα να είναι ένας στατιστικό λάθος. Επίσης αναφέρουν ότι έχουν αποβάλει 13 πιθανές πηγές συστηματικού σφάλματος.

Παράξενες, λανθασμένες αλλά ενδιαφέρουσες

Από τη δεκαετία του '30, οι φυσικοί έχουν συζητήσει εάν αυτές που αποκαλούνταις σταθερές του Σύμπαντος, που εμφανίζονται στις εξισώσεις για τους θεμελιώδεις νόμους της φυσικής - όπως η ταχύτητα του φωτός στο κενό και το φορτίο των ηλεκτρονίων - είναι πράγματι σταθερές.

Ο Δρ Webb λέει : "Για πρώτη φορά μίλησαν για αυτό οι Dirac και Milne. Οι ιδέες τους ήταν παράξενες, λανθασμένες, αλλά πολύ ενδιαφέρουσες. Όταν τις συνάντησα, με έκαναν να σκεφτώ."

Η παρούσα αξία της άλφα δεν θα μπορούσε να είναι πολύ διαφορετική στο παρελθόν. Μια μικρή παραλλαγή στην άλφα θα υπονοούσε ότι τα άτομα του άνθρακα δεν θα μπορούσαν να είναι σταθερά, και στον άνθρακα είναι βασισμένη η ζωή, γιατί άλλιώς εμείς δεν θα μπορούσαμε να έχουμε προκύψει.

Στην πραγματικότητα, οι σύγχρονες προσπάθειες να ενοποιηθεί η βαρύτητα με τις άλλες θεμελιώδεις δυνάμεις επιτρέπουν στις σταθερές της Φύσης να ποικίλουν.

Οι προτεινόμενες θεωρίες μπορούν να διευκολύνουν αλλαγές στην σταθερά λεπτής υφής άλφα, κατά τη διάρκεια του χρόνου. Γνωστές αυτές οι θεωρίες ως θεωρίες χορδής, επιτρέπουν είτε 10 είτε 26 διαστάσεις στο σύμπαν, παρά έναν τετραδιάστατο κόσμο.

Κάτι στα στοιχεία

Άλλοι επιστήμονες έχουν αντιδράσει με ενδιαφέρον και προφύλαξη μετά από την αναθεώρηση των στοιχείων των κβάζαρ. Αντιμέτωποι με τη δυνατότητα να ανατραπούν γνωστές ιδέες σχετικά με τον κόσμο, ο Δρ Webb συγχωρεί αυτήν την προσέγγιση.

"Υπάρχει κάτι στα στοιχεία. Υπάρχει εκεί ένα σήμα. Άλλοι έχουν εξετάσει τα στοιχεία μας και συμφωνούν ότι υπάρχει κάτι εκεί, αλλά υπάρχει αυτό πραγματικά που νομίζουμε ή κάποια άγνωστη επίδραση των οργάνων;"

"Εάν αφού ψάξουμε για το ίδιο φαινόμενο στα δεδομένα του VLT θα δούμε το ίδιο πράγμα, θα ήταν ισχυρά στοιχεία ότι η επίδραση είναι πραγματική. Θα ήταν άξιο προσοχής να έχουμε τα ίδια σφάλματα στο Keck και το VLT, " συνέχισε ο Δρ Webb.

Το επόμενο βήμα είναι να κοιτάξουμε για το ίδιο φαινόμενο χρησιμοποιώντας ένα διαφορετικό τηλεσκόπιο, το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο (VLT) στη Νότια Αμερική.

"Εάν δούμε το ίδιο πράγμα, δεν θα είμαι 100% βέβαιος, αλλά επιτρέψτε μου να πω ότι θα πειθόμουν κατά ένα μεγάλο μέρος," πρόσθεσε. "Θα ξέρουμε σε ένα έτος".