Μεταβαλλόμενοι νόμοι της φυσικής

Πηγή: PhysOrg, 8 Ιουνίου 2006

Οι φυσικές ποσότητες όπως η ταχύτητα του φωτός, η σταθερά της βαρύτητας και η μάζα του ηλεκτρονίου θεωρούνται ότι είναι ανεξάρτητες όπου και όποτε εμφανίζονται στο σύμπαν. Επομένως, είναι γνωστές ως σταθερές της φύσης.

Εάν παρέκκλιναν από τις σημερινές τιμές τους τότε το σύμπαν θα έμοιαζε διαφορετικό αλλά κανένας ζωντανός οργανισμός δεν θα υπήρχε. Αλλά ας φανταστούμε ότι οι θεμελιώδεις σταθερές - και με αυτόν τον τρόπο επίσης οι θεμελιώδεις νόμοι - δεν είναι καθόλου σταθερές αλλά έχουν αλλάξει βαθμιαία κατά τη διάρκεια του χρόνου.

Σκέψεις ότι αυτό συμβαίνει πράγματι υπήρχαν για αρκετό καιρό, αλλά τώρα υποστηρίζονται και από νέες μετρήσεις - παραδείγματος χάριν από το πανεπιστήμιο του Lund στη Σουηδία.

Οι σταθερές είναι τόσο θεμελιώδεις που είναι συνήθως αδύνατο να ανιχνεύσουμε οποιεσδήποτε πιθανές αλλαγές δεδομένου ότι τα εργαλεία που χρησιμοποιούμε για να μετρήσουμε αυτές τις αλλαγές αλλάζουν επίσης. Παραδείγματος χάριν, εάν το μέγεθος των ατόμων αυξάνεται τότε και τα άτομα στη συσκευή μέτρησης θα αυξανόταν επίσης με το ίδιο μέτρο και όλα θα εμφανίζονταν κανονικά.

Αλλά υπάρχουν και αδιάστατες σταθερές, δηλ. που είναι ανεξάρτητες από τις μονάδες. Πριν δύο μήνες νέα συμπεράσματα γι αυτό το θέμα δημοσιεύθηκαν στο Physical Review Letters υπονοώντας ότι μια αδιάστατη σταθερά - η αναλογία μεταξύ της μάζας των ηλεκτρονίων και της μάζας των πρωτονίων - έχει αλλάξει με το χρόνο.

Και σύντομα άλλες μετρήσεις θα παρουσιαστούν στο Monthly Notices της Βασιλικής Αστρονομικής Εταιρείας, που δείχνουν ότι μια άλλη αδιάστατη σταθερά, η σταθερά λεπτοδομής α, μεταβάλλεται επίσης με το χρόνο.

Οι μετρήσεις αυτές έχουν εκτελεσθεί στο παρατηρητήριο του Lund στη Σουηδία από τον Sveneric Johansson και τη διδάκτωρ Maria Aldenius σε συνεργασία με τον Δρ Michael Murphy του Καίμπριτζ.

Η σταθερά της λεπτοδομής είναι ένας συνδυασμός της ταχύτητας του φωτός, του φορτίου του ηλεκτρονίου, της σταθεράς του Planck και της διηλεκτρικής σταθεράς του κενού. Αυτή χαρακτηρίζει την ηλεκτρομαγνητική δύναμη ανάμεσα στον πυρήνα και το ηλεκτρόνιο, διατηρώντας σταθερό το άτομο.

Για να μελετήσει τη χρονική μεταβολή αυτής της σταθεράς συγκρίθηκε παλιό φως από απόμακρα κβάζαρ - εξαιρετικά ισχυρά και φωτεινά αντικείμενα δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά μας - με σύγχρονα εργαστηριακά στοιχεία. Όταν το φως του κβάζαρ πέρασε κατά τη διαδρομή του μέσα από νέφη αερίου τότε το φως αυτό εμφάνισε ένα φάσμα απορρόφησης - ένα συνεχές φάσμα με σκοτεινές γραμμές απορρόφησης.

Αυτές οι σκοτεινές γραμμές διαμορφώνουν τις χαρακτηριστικές υπογραφές των χημικών στοιχείων που βρίσκονταν στα νέφη των αερίων. Μελέτες των συστηματικών μετατοπίσεων στις θέσεις των γραμμών του φωτός των κβάζαρ ως προς τα εργαστηριακά φάσματα, δείχνουν τις αλλαγές στην σταθερά λεπτοδομής.

"Οι προηγούμενες μετρήσεις αυτού του τύπου έχουν βασιστεί σε ελαφρύτερα στοιχεία, όπως το μαγνήσιο, πυρίτιο και το αργίλιο", λέει ο Sveneric Johansson. "Αλλά ήταν δύσκολο να συναχθούν οποιαδήποτε σαφή συμπεράσματα από εκείνη την μελέτη."

Το 1999 μια αυστραλιανή ερευνητική ομάδα που καθοδηγήθηκε από τον John Webb πρότεινε ότι ο αριθμός των στοιχείων που ερευνώνται πρέπει να αυξηθεί. Στο πανεπιστήμιο του Lund έγιναν νέες εργαστηριακές μετρήσεις και αυξήθηκε κι άλλο η ακρίβεια κάνοντας όλες τις μετρήσεις ταυτόχρονα με την ίδια εργαστηριακή πηγή. Έτσι, συμπεριέλαβαν  στις μετρήσεις το μαγνήσιο καθώς και τον σίδηρο, το τιτάνιο, το χρώμιο και το μαγγάνιο.

"Το αποτέλεσμα είναι ότι ναι μεν η αβεβαιότητα μειώθηκε κατά έναν παράγοντα δέκα, αλλά η εικόνα από τις προηγούμενες μετρήσεις για τη σταθερά της λεπτοδομής φαίνεται να μην αλλάζει".

Οι μεταβολές και της αναλογίας μεταξύ της μάζας των πρωτονίων/ηλεκτρονίων και της σταθεράς της λεπτοδομής α είναι πολύ μικροσκοπικές. Η σταθερά της λεπτοδομής έχει αλλάξει κατά μερικά μέρη ανά ένα εκατομμύριο κατά τη διάρκεια των τελευταίων έξι δισεκατομμυρίων ετών.

Δεν υπάρχει κανένας λόγος για ανησυχία - εκτός κι αν είστε φυσικός ή αστρονόμος και δεν θέλετε να αλλάξετε το μοντέλο του σύμπαντος που έχουμε σήμερα. Αλλά ο Sveneric Johansson νομίζει ότι τα αποτελέσματα είναι πιο συναρπαστικά από όσο ενοχλητικά.

"Η άποψη που έχουμε για το σύμπαν δεν είναι από πολλές απόψεις πλήρης, λέει. Το περιεχόμενο του 90% της ύλης στον Κόσμο είναι άγνωστο - η σκοτεινό θέμα". Και υπάρχουν αντιφατικές απόψεις για ό,τι συνέβη μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη. Επομένως, πρέπει να χαιρετίσουμε όλη τη νέα γνώση ακόμα κι αν δεν συμφωνεί με την σημερινή άποψη μας για το Σύμπαν".