Μια σταθερά αντάξια του ονόματός της

Από την ιστοσελίδα Physical Review Focus, Απρίλιος 2004

Παρατηρήσεις από το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Παρατηρητηρίου στη Χιλή διαψεύδουν παλαιότερους ισχυρισμούς ότι οι θεμελιώδεις σταθερές είχαν διαφορετική τιμή στα αρχικά στάδια του Σύμπαντος.

Πριν από λίγα χρόνια, οι αστρονόμοι ανήγγειλαν ότι οι νόμοι της φύσης μπορεί να έχουν αλλάξει ελαφρά από τον καιρό του Big Bang. Το φως που φτάνει από τις μακρινές γωνιές του Σύμπαντος έδειχνε ότι μια θεμελιώδης σταθερά που σχετίζεται με την ταχύτητα του φωτός ήταν λίγο διαφορετική κατά το μακρινό παρελθόν. Αλλά στο τεύχος της 26ης Μαρτίου του περιοδικού Physical Review Letters, μια διαφορετική ομάδα εφάρμοσε την ίδια τεχνική σε νεώτερα δεδομένα και συμπεραίνει ότι εάν υπήρξε μια μεταβολή στη σταθερά, είναι πολύ μικρότερη από αυτή που δηλώθηκε από τους αρχικούς ερευνητές. 

Αν κοιτάξουμε το φωτεινό φάσμα από ένα μακρινό ουράνιο αντικείμενο, θα δούμε ότι μοιάζει όμοιο με αυτά που εκπέμπονται από τα γήινα αντικείμενα αλλά με μια διαφορά: οι θέσεις των φασματικών γραμμών είναι μετατοπισμένες προς το ερυθρό άκρο του φάσματος. Αυτή η μετατόπιση Doppler όπως λέγεται, συμβαίνει διότι κατά τη διάρκεια των δισεκατομμυρίων ετών που το φως ταξίδευε προς τη Γη, το Σύμπαν διαστελλόταν. Για μερικούς από τους αρχαίους γαλαξίες που λέγονται κβάζαρ, αυτή η μετατόπιση Doppler μας δείχνει ότι το φως μπορεί να έχει ταξιδέψει ακόμη και περισσότερο από το 90% της ηλικίας του Σύμπαντος. 

Πριν από λίγα χρόνια, μια ομάδα από το πανεπιστήμιο της Νότιας Νέας Ουαλίας στην Αυστραλία, ανέλυσε το φως από κβάζαρ που είχε καταγράψει το αστεροσκοπείο Keck στη Χαβάη. Βρήκαν ότι οι σκοτεινές γραμμές του φάσματος που προκύπτουν από την απορρόφηση του φωτός από διάφορα αέρια που παρεμβαίνουν κατά την διαδρομή του φωτός, δεν είχαν όλες την ίδια ερυθρή μετατόπιση. (Αναφορά 1η).

Οι ερευνητές απέδωσαν τις αποκλίσεις σε μεταβολές της σταθεράς λεπτής υφής. Η σταθερά αυτή είναι ένας αριθμός που σχετίζεται με τη σταθερά του Planck, την ταχύτητα του φωτός, και το φορτίο του ηλεκτρονίου. Συμπέραναν λοιπόν ότι, πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, αυτή η σταθερά ήταν μικρότερη απ' ότι σήμερα, κατά ένα παράγοντα 6 μέρη ανά εκατομμύριο. Μερικοί θεωρητικοί που προσπαθούν να συμβιβάσουν τη θεωρία της σχετικότητας με την κβαντική θεωρία, έχουν εξερευνήσει θεωρίες στις οποίες η "σταθερά" αυτή μεταβάλλεται με τον χρόνο, κι έτσι ενθαρρύνθηκαν από τις παρατηρήσεις αυτές. 

Τώρα μια άλλη ομάδα αστρονόμων, εφάρμοσε την ίδια τεχνική επί των γραμμών απορρόφησης, τις οποίες μέτρησε το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Παρατηρητηρίου στη Χιλή.

Αντί να κάνει μια πολύπλοκη ανάλυση όλων των δεδομένων,  η ομάδα επέλεξε μόνο μερικές γραμμές που έμοιαζαν απλές. Απέφυγαν γραμμές που έμοιαζαν να είναι σύνθετες από πολλές άλλες, καθώς και εκείνες που εμφάνιζαν πλήρη απορρόφηση στο κέντρο της γραμμής, ώστε να καταστεί γι αυτούς ευκολότερο να λογαριάσουν μετατοπίσεις που είναι μικρότερες από το ένα δέκατο του πλάτους της γραμμής απορρόφησης.

"Τα δεδομένα μας έχουν μια ομοιόμορφη ποιότητα και είναι ανώτερα από αυτά που χρησιμοποιήθηκαν σε προηγούμενες μελέτες" λέει το μέλος της ομάδας Anand Srianand, του διαπανεπιστημιακού κέντρου για την αστρονομία και αστροφυσική στο Pune, της Ινδίας. Οι ερευνητές συμπέραναν ότι η σταθερά λεπτής υφής θα μπορούσε κάλλιστα να είναι αμετάβλητη, και η μεταβολή που είδαν στη προηγούμενη εργασία δεν φαίνεται πιθανή. 

Η αυστραλιανή ομάδα δεν πείσθηκε. Ο Michael Murphy, ο οποίος τώρα εργάζεται στο πανεπιστήμιο  του Cambridge, λέει ότι η επιλογή δεδομένων που μοιάζουν απλά, μπορεί να μας δώσει μια μη ρεαλιστική εκτίμηση του σφάλματος. Και αν η σταθερά λεπτής υφής δεν έχει αλλάξει πραγματικά, λέει ο ίδιος, " έχουμε και πάλι να εξηγήσουμε τα δεδομένα από το Keck."

Στην προσπάθεια να αποκλείσουμε τα συστηματικά σφάλματα, λέει ο ίδιος, θα καταλήγαμε σε μια εκκεντρική εξήγηση.

Ο Murphy και οι Αυστραλοί συνάδελφοί του, θα δημοσιεύσουν τη δική τους ανάλυση των δεδομένων από το Πολύ Μεγάλο Τηλεσκόπιο του Ευρωπαϊκού Παρατηρητηρίου στη Χιλή σύντομα. 

Ο Lennox Cowie του πανεπιστημίου της Χαβάης στη Χονολουλού υποψιάζεται ότι και οι δύο ομάδες υποεκτιμούν τα πιθανά σφάλματά τους. Αλλά ο Cowie, ο οποίος πρόσφατα συμμετείχε σε μια παρόμοια εργασία, (Αναφορά 2), προσθέτει: "το γεγονός ότι η πρώτη ανεξάρτητη μέτρηση δεν βρίσκεται σε συμφωνία με την δεύτερη, μας κάνει να αισθανόμαστε ότι ο ισχυρισμός περί μεταβολής της σταθεράς τώρα φαίνεται αδύναμος." 

Αναφορές:
[1] J. K. Webb και άλλοι., "Further Evidence for Cosmological Evolution of the Fine Structure Constant," Phys. Rev. Lett. 87, 091301 (2001); described in Phys. Rev. Focus 8, story 9 (2001).
[2] L.L. Cowie and A. Songaila, "Astrophysics: The inconstant constant?" Nature (London) 428, 132 (2004).
Limits on the Time Variation of the Electromagnetic Fine-structure Constant in the low Energy Limit From Absorption Lines in the Spectra of Distant Quasars
R. Srianand, H. Chand, P. Petitjean, and B. Aracil
Phys. Rev. Lett. 92, 121302