«Եկեք ամփոփենք որոշ արդյունքներ. «Ֆիզիկական մեծությունների աղյուսակներ» տեղեկագիրքը (M.: Atomizdat, 1976) պարունակում է 1005 էջ տեքստ և շատ միլիոնավոր թվեր; ինչպես վարվել նրանց հետ.

Այս քանակները բաժանված են առնվազն չորս տեսակի.

ա) Չափման բնական միավորներ կամ սպեկտրների ֆիզիկապես նշված կետեր. Սրանք թվեր չեն, այլ այնպիսի մեծություններ, ինչպիսիք են G, c, h, m e, e (էլեկտրոնի լիցք): Սրանք որոշ երևույթների ծավալային բնութագրերն են, որոնք կարող են բազմիցս վերարտադրվել, հետ բարձր աստիճանճշգրտություն. Սա արտացոլումն է այն փաստի, որ բնությունը կրկնում է տարրական իրավիճակները հսկայական շարքերում: Տիեզերքի նմանատիպ շինանյութերի ինքնության մասին մտորումները երբեմն հանգեցնում էին այնպիսի խորը ֆիզիկական գաղափարների, ինչպիսիք են Բոզ-Էյնշտեյնը և Ֆերմի-Դիրաքի վիճակագրությունը: Ուիլերի ֆանտաստիկ գաղափարը, որ բոլոր էլեկտրոնները նույնական են, քանի որ դրանք մեկ էլեկտրոնի գնդակի մեջ խճճված համաշխարհային գծի ակնթարթային հատվածներ են, ՖեյնմանՔվանտային դաշտի տեսության մեջ հաշվարկների դիագրամատիկ տեխնիկայի էլեգանտ պարզեցմանը:

բ) Ճշմարիտ կամ չափազուրկ հաստատուններ: Սա նույն չափի քանակի սպեկտրի վրա մի քանի նշված կետերի հարաբերակցությունն է, օրինակ՝ էլեկտրական մասնիկների զանգվածների հարաբերակցությունը. մենք արդեն նշել ենք m p/m e : Տարբեր չափերի նույնականացումը, հաշվի առնելով նոր օրենքը, այսինքն՝ չափումների խմբի կրճատումը, հանգեցնում է նախկինում տարբեր սպեկտրների միավորմանը և նոր թվերի բացատրության անհրաժեշտությանը։

Օրինակ, m e, c և h չափերը առաջացնում են Նյուտոնի խումբ և հետևաբար հանգեցնում են M, L, T չափերի նույն բնական ատոմային միավորներին, ինչպես նաև Պլանկի միավորներին: Հետևաբար, նրանց հարաբերությունները Պլանկի միավորների հետ տեսական բացատրության կարիք ունեն, բայց, ինչպես ասացինք, դա անհնար է, քանի դեռ չկա (G, c, h)-տեսություն։ Սակայն (m e, c, h)-տեսության մեջ՝ քվանտային էլեկտրադինամիկա, գոյություն ունի չափազուրկ մեծություն, որի արժեքին իր գոյությանը պարտական ​​է ժամանակակից քվանտային էլեկտրադինամիկան՝ բառի որոշակի իմաստով։ Եկեք երկու էլեկտրոն տեղադրենք h/m e c հեռավորության վրա (այսպես կոչված՝ էլեկտրոնի Կոմպտոնի ալիքի երկարությունը) և չափենք դրանց էլեկտրաստատիկ վանման էներգիայի հարաբերակցությունը m e c 2 էներգիային, որը համարժեք է էլեկտրոնի մնացած զանգվածին։ Դուք ստանում եք a \u003d 7,2972 x 10 -3 ≈ 1/137 թիվը: Սա հայտնի նուրբ կառուցվածքի հաստատունն է:

Քվանտային էլեկտրադինամիկան նկարագրում է, մասնավորապես, գործընթացներ, որոնցում մասնիկների թիվը չի պահպանվում. վակուումը ստեղծում է էլեկտրոն-պոզիտրոն զույգեր, դրանք ոչնչացնում են։ Հաշվի առնելով այն հանգամանքը, որ արտադրության էներգիան (ոչ պակաս, քան 2m e c 2) հարյուրավոր անգամ ավելի մեծ է, քան բնորոշ Կուլոնյան փոխազդեցության էներգիան (a-ի արժեքի շնորհիվ), հնարավոր է իրականացնել արդյունավետ հաշվարկային սխեման, որի դեպքում. այս ճառագայթային ուղղումները ամբողջությամբ չեն անտեսվում, բայց նաև անհուսորեն չեն «փչացնում» տեսաբանի կյանքը։

α-ի արժեքի տեսական բացատրություն չկա: Մաթեմատիկոսներն ունեն իրենց ուշագրավ սպեկտրները՝ պարզ Lie խմբերի տարբերվող գծային օպերատոր-գեներատորների սպեկտրները անկրճատելի ներկայացումներում, հիմնարար տիրույթների ծավալները, հոմոլոգիայի և համաբանական տարածությունների չափերը և այլն, որոնք սահմանափակում են ընտրությունը: Բայց վերադառնանք հաստատուններին:

Նրանց հաջորդ տեսակը, որը մեծ տեղ է զբաղեցնում աղյուսակներում, հետևյալն է.

գ) Փոխակերպման գործակիցները մի սանդղակից մյուսը, օրինակ, ատոմայինից «մարդկային»: Դրանք ներառում են՝ արդեն նշված համարը Ավոգադրո N 0 = 6.02 x 10 23 - ըստ էության, մեկ գրամ, արտահայտված «պրոտոնային զանգվածի» միավորներով, չնայած ավանդական սահմանումը մի փոքր այլ է, ինչպես նաև այնպիսի բաներ, ինչպիսիք են լուսային տարին կիլոմետրերով: Այստեղ մաթեմատիկոսի համար ամենից զզվելին, իհարկե, փոխակերպման գործոններն են ֆիզիկապես անիմաստ մի միավորից մյուսը, նույնքան անիմաստ. Մարդկային առումով սրանք երբեմն ամենակարևոր թվերն են. Ինչպես Վինի Թուխը խելամտորեն նշեց. «Ես չգիտեմ, թե քանի լիտր, մետր և կիլոգրամ կա դրա մեջ, բայց վագրերը, երբ նրանք ցատկում են, մեզ հսկայական են թվում»:

դ) «Ցրված սպեկտրներ». Սա նյութերի (ոչ թե տարրերի կամ մաքուր միացությունների, այլ պողպատի, ալյումինի, պղնձի սովորական տեխնոլոգիական դասերի), աստղագիտական ​​տվյալների (Արևի զանգվածը, Գալակտիկայի տրամագիծը ...) և նույն տեսակի շատերի բնութագիրը: Բնությունն արտադրում է քարեր, մոլորակներ, աստղեր և գալակտիկաներ՝ թքած ունենալով դրանց նույնականության վրա, ի տարբերություն էլեկտրոնների, բայց այնուամենայնիվ նրանց բնութագրերը փոխվում են միայն բավականին որոշակի սահմաններում: Այս «թույլատրված գոտիների» տեսական բացատրությունները, երբ դրանք հայտնի են, ուշագրավ են և ուսանելի։

Մանին Յու.Ի., Մաթեմատիկան որպես փոխաբերություն, Մ., «MTsNMO հրատարակչություն», 2010, էջ. 177-179 թթ.

Փոխազդեցության հաստատուն

Նյութ «Ավանդույթ» ազատ ռուսական հանրագիտարանից

Փոխազդեցության հաստատուն(երբեմն տերմինը միացման հաստատուն) դաշտի տեսության պարամետր է, որը որոշում է մասնիկների կամ դաշտերի միջև ցանկացած փոխազդեցության հարաբերական ուժը։ Դաշտի քվանտային տեսության մեջ փոխազդեցության հաստատունները կապված են համապատասխան փոխազդեցության դիագրամների գագաթների հետ։ Որպես փոխազդեցության հաստատուններ, օգտագործվում են ինչպես անչափ պարամետրեր, այնպես էլ փոխազդեցությունները բնութագրող և չափումներ ունեցող հարակից մեծությունները: Օրինակներ են անչափ էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունը և էլեկտրականը, որը չափվում է C-ով:

1 Փոխազդեցությունների համեմատություն 1.1 Գրավիտացիոն փոխազդեցություն 1.2 Թույլ փոխազդեցություն 1.3 Էլեկտրամագնիսական փոխազդեցություն 1.4 Ուժեղ փոխազդեցություն 2 Հաստատուններ դաշտի քվանտային տեսության մեջ 3 Մշտականներ այլ տեսություններում 3.1 Լարերի տեսություն 3.2 ուժեղ ձգողականություն 3.3 Փոխազդեցություններ աստղերի մակարդակով 4 Հղումներ 5 Տես նաեւ 6 գրականություն 7 Լրացուցիչ հղումներ

Փոխազդեցությունների համեմատություն

Եթե ​​մենք ընտրում ենք օբյեկտ, որը մասնակցում է բոլոր չորս հիմնարար փոխազդեցություններին, ապա այս օբյեկտի անչափ փոխազդեցության հաստատունների արժեքները՝ հայտնաբերված ընդհանուր կանոն, ցույց կտա այս փոխազդեցությունների հարաբերական ուժը: Պրոտոնը որպես այդպիսի առարկա առավել հաճախ օգտագործվում է տարրական մասնիկների մակարդակում։ Փոխազդեցությունները համեմատելու համար բազային էներգիան ֆոտոնի էլեկտրամագնիսական էներգիան է, ըստ սահմանման, որը հավասար է.

որտեղ - , - լույսի արագությունը, - ֆոտոնի ալիքի երկարությունը: Ֆոտոնի էներգիայի ընտրությունը պատահական չէ, քանի որ հիմքը ժամանակակից գիտկայանում է նրանում, որ էլեկտրամագնիսական ալիքների վրա հիմնված ալիքի ներկայացումը: Նրանց օգնությամբ կատարվում են բոլոր հիմնական չափումները՝ երկարությունը, ժամանակը և ներառյալ էներգիան:

Գրավիտացիոն փոխազդեցություն

Թույլ փոխազդեցություն

Թույլ փոխազդեցության հետ կապված էներգիան կարող է ներկայացվել հետևյալ ձևով.

որտեղ է թույլ փոխազդեցության արդյունավետ լիցքը, արդյո՞ք վիրտուալ մասնիկների զանգվածը համարվում է թույլ փոխազդեցության կրող (W- և Z- բոզոններ):

Պրոտոնի համար թույլ փոխազդեցության արդյունավետ լիցքի քառակուսին արտահայտվում է Ֆերմի հաստատուն J m 3-ով և պրոտոնի զանգվածով.

Բավականաչափ փոքր հեռավորությունների վրա թույլ փոխազդեցության էներգիայի էքսպոնենցիալը կարող է անտեսվել: Այս դեպքում անչափ թույլ փոխազդեցության հաստատունը սահմանվում է հետևյալ կերպ.

Էլեկտրամագնիսական փոխազդեցություն

Երկու անշարժ պրոտոնների էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունը նկարագրվում է էլեկտրաստատիկ էներգիայով.

որտեղ - , - .

Այս էներգիայի հարաբերակցությունը ֆոտոնի էներգիային որոշում է էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության հաստատունը, որը հայտնի է որպես.

Ուժեղ փոխազդեցություն

Հադրոնների մակարդակով մասնիկների ֆիզիկայի ստանդարտ մոդելում այն ​​համարվում է հադրոնների մեջ մտնող «մնացորդային» փոխազդեցություն։ Ենթադրվում է, որ գլյուոնները, որպես ուժեղ փոխազդեցության կրողներ, ստեղծում են վիրտուալ մեզոններ հադրոնների միջև ընկած տարածքում։ Պիոն-նուկլեոն Յուկավա մոդելում նուկլոնների միջև միջուկային ուժերը բացատրվում են որպես վիրտուալ պիոնների փոխանակման արդյունք, և փոխազդեցության էներգիան ունի հետևյալ ձևը.

որտեղ է կեղծ պիոն-նուկլեոն փոխազդեցության արդյունավետ լիցքը, պիոն զանգվածն է:

Անչափ ուժեղ փոխազդեցության հաստատունը հետևյալն է.

Հաստատուններ դաշտի քվանտային տեսության մեջ

Դաշտի տեսության մեջ փոխազդեցության էֆեկտները հաճախ սահմանվում են՝ օգտագործելով շեղումների տեսությունը, որտեղ հավասարումների ֆունկցիաները ընդլայնվում են փոխազդեցության հաստատունի հզորություններով: Սովորաբար, բոլոր փոխազդեցությունների համար, բացառությամբ ուժեղի, փոխազդեցության հաստատունը շատ ավելի քիչ է, քան միասնությունը: Սա արդյունավետ է դարձնում շեղումների տեսության կիրառումը, քանի որ ընդլայնումների ավելի բարձր տերմինների ներդրումը արագորեն նվազում է, և դրանց հաշվարկն անհարկի է դառնում: Ուժեղ փոխազդեցության դեպքում խառնաշփոթության տեսությունը դառնում է ոչ պիտանի և պահանջվում են հաշվարկման այլ մեթոդներ:

Դաշտի քվանտային տեսության կանխատեսումներից է այսպես կոչված «լողացող հաստատունների» էֆեկտը, ըստ որի փոխազդեցության հաստատունները դանդաղորեն փոխվում են մասնիկների փոխազդեցության ընթացքում փոխանցվող էներգիայի ավելացման հետ։ Այսպիսով, էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության հաստատունը մեծանում է, իսկ ուժեղ փոխազդեցության հաստատունը նվազում է էներգիայի ավելացման հետ: Քվանտային քրոմոդինամիկայի քվարկներն ունեն իրենց ուժեղ փոխազդեցության հաստատունը.

որտեղ է քվարկի արդյունավետ գունային լիցքը, որն արձակում է վիրտուալ գլյուոններ մեկ այլ քվարկի հետ փոխազդելու համար: Քվարկների միջև հեռավորության նվազմամբ, որը ձեռք է բերվում բարձր էներգիա ունեցող մասնիկների բախման ժամանակ, ակնկալվում է լոգարիթմական նվազում և ուժեղ փոխազդեցության թուլացում (քվարկների ասիմպտոտիկ ազատության էֆեկտ): Z-բոզոնի զանգված-էներգիայի կարգի փոխանցված էներգիայի սանդղակով (91,19 ԳէՎ) պարզվում է, որ. Նույն էներգիայի սանդղակի վրա էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության հաստատունը ցածր էներգիաներում ≈1/137-ի փոխարեն աճում է մինչև 1/127 կարգի արժեք: Ենթադրվում է, որ նույնիսկ ավելի բարձր էներգիաների դեպքում՝ մոտ 10 18 ԳեՎ, մասնիկների գրավիտացիոն, թույլ, էլեկտրամագնիսական և ուժեղ փոխազդեցությունների հաստատունների արժեքները կմոտենան միմյանց և կարող են նույնիսկ մոտավորապես հավասար լինել միմյանց։

Մշտականներ այլ տեսություններում

Լարերի տեսություն

Լարերի տեսության մեջ փոխազդեցության հաստատունները չեն համարվում հաստատուններ, այլ ունեն դինամիկ բնույթ։ Մասնավորապես, նույն տեսությունը ցածր էներգիաների դեպքում կարծես թե լարերը շարժվում են տասը չափումներով, իսկ բարձր էներգիաների դեպքում՝ տասնմեկ: Չափումների քանակի փոփոխությունն ուղեկցվում է փոխազդեցության հաստատունների փոփոխությամբ։

ուժեղ ձգողականություն

Էլեկտրամագնիսական ուժերի հետ միասին համարվում են ուժեղ փոխազդեցության հիմնական բաղադրիչները: Այս մոդելում քվարկների և գլյուոնների փոխազդեցությունը դիտարկելու փոխարեն հաշվի են առնվում միայն երկու հիմնարար դաշտեր՝ գրավիտացիոն և էլեկտրամագնիսական, որոնք գործում են տարրական մասնիկների լիցքավորված և զանգվածային նյութում, ինչպես նաև դրանց միջև ընկած տարածության մեջ։ Միևնույն ժամանակ, ենթադրվում է, որ քվարկներն ու գլյուոնները իրական մասնիկներ չեն, այլ քվազիմասնիկներ, որոնք արտացոլում են հադրոնային նյութին բնորոշ քվանտային հատկությունները և համաչափությունները։ Այս մոտեցումը կտրուկ նվազեցնում է իրականում չհիմնավորված, բայց ենթադրյալ ազատ պարամետրերի թիվը, ինչը ռեկորդային է ֆիզիկական տեսությունների համար տարրական մասնիկների ֆիզիկայի ստանդարտ մոդելում, որտեղ կա առնվազն 19 նման պարամետր:

Մյուս հետևանքն այն է, որ թույլ և ուժեղ փոխազդեցությունները չեն համարվում անկախ դաշտային փոխազդեցություններ: Ուժեղ փոխազդեցությունը վերածվում է գրավիտացիոն և էլեկտրամագնիսական ուժերի համակցության, որոնցում կարևոր դեր են խաղում փոխազդեցության հետաձգման էֆեկտները (դիպոլային և ուղեծրային ոլորող դաշտեր և մագնիսական ուժեր): Ըստ այդմ, ուժեղ փոխազդեցության հաստատունը որոշվում է գրավիտացիոն փոխազդեցության հաստատունի անալոգիայի միջոցով.

Օգտակար է հասկանալ, թե որ հաստատուններն են ընդհանուր առմամբ հիմնարար: Վերցնենք, օրինակ, լույսի արագությունը։ Այն փաստը, որ այն վերջավոր է, հիմնարար է, ոչ թե դրա իմաստը: Այն առումով, որ հեռավորությունն ու ժամանակը որոշել ենք, որ այդպես լինի։ Այլ ստորաբաժանումներում դա այլ կերպ կլիներ:

Այդ դեպքում ի՞նչն է հիմնարար: Անչափ հարաբերություններ և բնորոշ փոխազդեցության ուժեր, որոնք նկարագրվում են անչափ փոխազդեցության հաստատուններով։ Կոպիտ ասած, փոխազդեցության հաստատունները բնութագրում են ինչ-որ գործընթացի հավանականությունը։ Օրինակ, էլեկտրամագնիսական հաստատունը բնութագրում է, թե ինչ հավանականությամբ էլեկտրոնը կցրվի պրոտոնի վրա։

Տեսնենք, թե ինչպես կարող ենք տրամաբանորեն կառուցել ծավալային մեծություններ: Դուք կարող եք մուտքագրել պրոտոնի և էլեկտրոնի զանգվածների հարաբերակցությունը և էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության հատուկ հաստատունը: Ատոմները կհայտնվեն մեր տիեզերքում: Դուք կարող եք վերցնել կոնկրետ ատոմային անցում և վերցնել արտանետվող լույսի հաճախականությունը և չափել ամեն ինչ լույսի տատանումների շրջանում։ Ահա ժամանակի միավորը։ Լույսն այս ընթացքում կթռչի որոշ հեռավորության վրա, ուստի մենք ստանում ենք հեռավորության միավոր: Նման հաճախականությամբ ֆոտոնը ինչ-որ էներգիա ունի, էներգիայի միավոր է ստացվել։ Եվ հետո էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության ուժն այնպիսին է, որ ատոմի չափն այնքան շատ է մեր նոր միավորներում: Մենք չափում ենք հեռավորությունը որպես ատոմի միջով լույսի թռիչքի ժամանակի և տատանման ժամանակաշրջանի հարաբերակցությունը: Այս արժեքը կախված է միայն փոխազդեցության ուժից: Եթե ​​հիմա լույսի արագությունը սահմանենք որպես ատոմի չափի հարաբերակցություն տատանման ժամանակաշրջանին, ապա կստանանք թիվ, բայց դա հիմնարար չէ։ Երկրորդն ու մետրը մեզ համար ժամանակի և հեռավորության բնորոշ սանդղակներ են։ Դրանցում մենք չափում ենք լույսի արագությունը, սակայն դրա կոնկրետ արժեքը ֆիզիկական նշանակություն չունի։

Մտածողության փորձ, թող լինի մեկ այլ տիեզերք, որտեղ մետրը ուղիղ երկու անգամ ավելի մեծ է, քան մերը, բայց բոլոր հիմնարար հաստատուններն ու հարաբերությունները նույնն են: Այնուհետև փոխազդեցությունների տարածման համար երկու անգամ ավելի երկար ժամանակ կպահանջվի, և մարդանման էակները վայրկյանը կընկալեն արագության կեսով: Իհարկե, նրանք դա չեն զգում։ Երբ չափեն լույսի արագությունը, կստանան նույն արժեքը, ինչ մենք։ Որովհետև չափում են իրենց բնորոշ մետրերով և վայրկյաններով։

Ուստի ֆիզիկոսները հիմնարար նշանակություն չեն տալիս լույսի արագության 300000 կմ/վրկ լինելու հանգամանքին։ Իսկ էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության հաստատունը, այսպես կոչված, նուրբ կառուցվածքի հաստատունը (այն մոտավորապես 1/137 է) կցված է։

Ավելին, իհարկե, այդ գործընթացների էներգիաներից են կախված հիմնարար փոխազդեցությունների հաստատունները (էլեկտրամագնիսականություն, ուժեղ և թույլ փոխազդեցություններ, ձգողականություն)՝ կապված համապատասխան գործընթացների հետ։ Էլեկտրոնային զանգվածի կարգի էներգիայի սանդղակի վրա էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունը մեկ է, իսկ Հիգսի բոզոնի զանգվածի սանդղակի վրա՝ տարբեր, ավելի բարձր։ Էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության ուժը մեծանում է էներգիայի հետ միասին: Բայց թե ինչպես են փոխազդեցության հաստատունները փոխվում էներգիայի հետ, կարելի է հաշվարկել՝ իմանալով, թե ինչպիսի մասնիկներ ունենք և ինչպիսին են դրանց հատկության հարաբերակցությունը:

Հետևաբար, մեր ըմբռնման մակարդակում հիմնարար փոխազդեցությունները ամբողջությամբ նկարագրելու համար բավական է իմանալ, թե ինչ մասնիկների հավաքածու ունենք, տարրական մասնիկների զանգվածային հարաբերությունները, փոխազդեցության հաստատունները մեկ մասշտաբով, օրինակ՝ սանդղակի մասշտաբով։ էլեկտրոնի զանգվածը և ուժերի հարաբերակցությունը, որոնց հետ յուրաքանչյուր մասնիկ փոխազդում է այս փոխազդեցության վրա, էլեկտրամագնիսական դեպքում դա համապատասխանում է լիցքերի հարաբերությանը (պրոտոնի լիցքը հավասար է էլեկտրոնի լիցքին, քանի որ փոխազդեցության ուժը էլեկտրոնի հետ էլեկտրոնը համընկնում է պրոտոնի հետ էլեկտրոնի փոխազդեցության ուժի հետ, եթե այն կրկնակի մեծ լիներ, ապա ուժը երկու անգամ ավելի մեծ կլիներ, ուժը չափվում է, կրկնում եմ, չափազուրկ հավանականություններով): Հարցը ծագում է նրանից, թե ինչու են դրանք:

Այստեղ ամեն ինչ պարզ չէ։ Որոշ գիտնականներ կարծում են, որ կառաջանա ավելի հիմնարար տեսություն, որից կհետևի, թե ինչպես են զանգվածները, լիցքերը և այլն: Վերջինիս ինչ-որ իմաստով պատասխանում են մեծ միասնական տեսությունները: Որոշ մարդիկ կարծում են, որ գործում է մարդաբանական սկզբունքը: Այսինքն, եթե հիմնարար հաստատունները տարբեր լինեին, մենք պարզապես գոյություն չէինք ունենա նման տիեզերքում:

Որքան աներևակայելիորեն տարօրինակ կլիներ աշխարհը, եթե ֆիզիկական հաստատունները փոխվեին: Օրինակ, այսպես կոչված նուրբ կառուցվածքի հաստատունը մոտավորապես հավասար է 1/137-ի: Եթե ​​այն այլ արժեք ունենար, ապա գուցե նյութի և էներգիայի միջև տարբերություն չլիներ։

Կան բաներ, որոնք երբեք չեն փոխվում։ Գիտնականները դրանք անվանում են ֆիզիկական հաստատուններ կամ աշխարհի հաստատուններ: Ենթադրվում է, որ լույսի արագությունը $c$, գրավիտացիոն հաստատուն $G$, էլեկտրոնային զանգվածը $m_e$ և որոշ այլ մեծություններ միշտ և ամենուր մնում են անփոփոխ։ Դրանք կազմում են այն հիմքը, որի վրա հիմնված են ֆիզիկական տեսությունները և որոշում են տիեզերքի կառուցվածքը։

Ֆիզիկոսները քրտնաջան աշխատում են աշխարհի հաստատունները ավելի մեծ ճշգրտությամբ չափելու համար, բայց ոչ ոք դեռևս չի կարողացել որևէ կերպ բացատրել, թե ինչու են նրանց արժեքներն այնպիսին, ինչպիսին կան: SI համակարգում $c = 299792458$ m/s, $G = 6.673\cdot 10^(–11)N\cdot$m$^2$/kg$^2$, $m_e = 9.10938188\cdot10^( - 31) $ կգ - բոլորովին անկապ մեծություններ, որոնք ունեն միայն մեկ ընդհանուր հատկություն. եթե դրանք գոնե մի փոքր փոխվեն, և ատոմային բարդ կառուցվածքների, այդ թվում՝ կենդանի օրգանիզմների առկայությունը մեծ հարցականի տակ կդնի։ Հաստատությունների արժեքներն արդարացնելու ցանկությունը դարձել է միասնական տեսության զարգացման խթաններից մեկը, որը լիովին նկարագրում է առկա բոլոր երևույթները: Նրա օգնությամբ գիտնականները հույս ունեին ցույց տալ, որ յուրաքանչյուր համաշխարհային հաստատուն կարող է ունենալ միայն մեկ հնարավոր արժեք՝ շնորհիվ ներքին մեխանիզմների, որոնք որոշում են բնության խաբուսիկ կամայականությունը։

Միասնական տեսության կոչման լավագույն հավակնորդը M-տեսությունն է (լարերի տեսության տարբերակ), որը կարելի է հետևողական համարել, եթե Տիեզերքն ունի ոչ թե չորս տարածական-ժամանակային չափումներ, այլ տասնմեկ։ Հետևաբար, հաստատունները, որոնք մենք դիտարկում ենք, կարող են իրականում հիմնարար չլինել: Իրական հաստատունները գոյություն ունեն ամբողջական բազմաչափ տարածության մեջ, և մենք տեսնում ենք միայն դրանց եռաչափ «ուրվանկարները»:

ակնարկ

1. Շատ ֆիզիկական հավասարումների մեջ կան մեծություններ, որոնք հաստատուն են համարվում ամենուր՝ տարածության և ժամանակի մեջ:

2. Վերջերս գիտնականները կասկածում էին համաշխարհային հաստատունների կայունությանը: Համեմատելով քվազարների և լաբորատոր չափումների դիտարկումների արդյունքները՝ նրանք եզրակացնում են, որ քիմիական տարրերհեռավոր անցյալում նրանք լույսն այլ կերպ էին կլանում, քան այսօր: Տարբերությունը կարելի է բացատրել նուրբ կառուցվածքի հաստատունի մի քանի միլիոներորդական փոփոխությամբ։

3. Նույնիսկ նման փոքր փոփոխության հաստատումը իսկական հեղափոխություն կլինի գիտության մեջ։ Դիտարկվող հաստատունները կարող են պարզվել, որ դրանք իրական հաստատունների միայն «սիլուետներ» են, որոնք գոյություն ունեն բազմաչափ տարածություն-ժամանակում:

Միևնույն ժամանակ, ֆիզիկոսները եկել են այն եզրակացության, որ շատ հաստատունների արժեքները կարող են լինել տիեզերքի պատմության վաղ փուլերում պատահական իրադարձությունների և տարրական մասնիկների միջև փոխազդեցությունների արդյունք: Լարերի տեսությունը թույլ է տալիս գոյություն ունենալ հսկայական թվով ($10^(500)$) աշխարհներ՝ օրենքների և հաստատունների տարբեր ինքնահամապատասխան խմբերով ( տե՛ս Լարերի տեսության լանդշաֆտը, Գիտության աշխարհում, թիվ 12, 2004 թ.:) Առայժմ գիտնականները չեն պատկերացնում, թե ինչու է ընտրվել մեր համադրությունը։ Հավանաբար, հետագա հետազոտության արդյունքում տրամաբանորեն հնարավոր աշխարհների թիվը կնվազի մինչև մեկի, բայց հնարավոր է, որ մեր Տիեզերքը միայն մի փոքր մասն է բազմաշխարհի, որում իրականացվում են միասնական տեսության հավասարումների տարբեր լուծումներ. և մենք դիտարկում ենք բնության օրենքների տարբերակներից միայն մեկը ( տե՛ս Զուգահեռ տիեզերքներ, Գիտության աշխարհում, թիվ 8, 2003 թԱյս դեպքում աշխարհի շատ հաստատունների համար բացատրություն չկա, բացառությամբ, որ դրանք հազվագյուտ համակցություն են կազմում, որը թույլ է տալիս զարգացնել գիտակցությունը: Հավանաբար, տիեզերքը, որը մենք դիտում ենք, դարձել է բազմաթիվ մեկուսացված օազիսներից մեկը, որը շրջապատված է անշունչ արտաքին տարածությամբ. մի սյուրռեալիստական ​​վայր, որտեղ տիրում են բնության ուժերը մեզ բոլորովին խորթ, և մասնիկները, ինչպիսիք են էլեկտրոնները և կառուցվածքները, ինչպիսիք են ածխածնի ատոմները և ԴՆԹ-ի մոլեկուլները, պարզապես անհնարին են: Այնտեղ հասնելու փորձը ճակատագրական կլիներ:

Լարերի տեսությունը մշակվել է նաև ֆիզիկական հաստատունների ակնհայտ կամայականությունը բացատրելու համար, ուստի նրա հիմնական հավասարումները պարունակում են ընդամենը մի քանի կամայական պարամետր։ Բայց մինչ այժմ դա չի բացատրում հաստատունների դիտարկված արժեքները:

Հուսալի քանոն

Իրականում «հաստատուն» բառի օգտագործումը լիովին իրավաչափ չէ: Մեր հաստատունները կարող են փոխվել ժամանակի և տարածության մեջ: Եթե ​​լրացուցիչ տարածական չափերը փոխվեին չափի մեջ, մեր եռաչափ աշխարհում հաստատունները կփոխվեին դրանց հետ միասին: Եվ եթե մենք բավականաչափ հեռու նայեինք տարածություն, մենք կարող էինք տեսնել տարածքներ, որտեղ հաստատունները տարբեր արժեքներ էին ստանում: Սկսած 1930-ական թթ Գիտնականները ենթադրել են, որ հաստատունները կարող են հաստատուն չլինել: Լարերի տեսությունը այս գաղափարին տալիս է տեսական ճշմարտացիություն և առավել կարևոր է դարձնում անկայունության որոնումը:

Առաջին խնդիրն այն է, որ լաբորատոր սարքավորումն ինքնին կարող է զգայուն լինել հաստատունների փոփոխությունների նկատմամբ: Բոլոր ատոմների չափերը կարող էին մեծանալ, բայց եթե չափումների համար օգտագործվող քանոնը նույնպես ավելի երկար դառնա, ատոմների չափերի փոփոխության մասին ոչինչ չի կարելի ասել։ Փորձարարները սովորաբար ենթադրում են, որ չափման չափանիշները (քանոններ, կշիռներ, ժամացույցներ) անփոփոխ են, բայց դա հնարավոր չէ հասնել հաստատունները ստուգելիս: Հետազոտողները պետք է ուշադրություն դարձնեն չափազերծ հաստատուններին. պարզապես թվեր, որոնք կախված չեն միավորների համակարգից, օրինակ՝ պրոտոնի զանգվածի և էլեկտրոնի զանգվածի հարաբերակցությունը:

Փոխվո՞ւմ է արդյոք տիեզերքի ներքին կառուցվածքը։

Հատկապես հետաքրքրություն է ներկայացնում $\alpha = e^2/2\epsilon_0 h c$ մեծությունը, որը միավորում է լույսի արագությունը $c$, էլեկտրոնի $e$ էլեկտրական լիցքը, Պլանկի $h$ հաստատունը և այլն: կոչվում է վակուումային դիէլեկտրական հաստատուն $\epsilon_0$։ Այն կոչվում է նուրբ կառուցվածքի հաստատուն: Այն առաջին անգամ ներդրվել է 1916 թվականին Առնոլդ Զոմմերֆելդի կողմից, ով առաջիններից մեկն էր, ով փորձեց դիմել քվանտային մեխանիկաէլեկտրամագնիսականությանը. $\alpha$-ը կապում է էլեկտրամագնիսական (e) փոխազդեցությունների հարաբերական (c) և քվանտային (h) բնութագրերը, որոնք ներառում են լիցքավորված մասնիկներ դատարկ տարածության մեջ ($\epsilon_0$): Չափումները ցույց են տվել, որ այս արժեքը 1/137.03599976 է (մոտավորապես 1/137):

Եթե ​​$\alpha $-ն այլ նշանակություն ունենար, ապա ամբողջ աշխարհը կփոխվեր։ Անկախ նրանից, թե դա ավելի քիչ խտություն է ամուրատոմներից բաղկացած կնվազի ($\alpha^3 $-ի համամասնությամբ), մոլեկուլային կապերը կխզվեին ավելի ցածր ջերմաստիճաններում ($\alpha^2 $), և պարբերական աղյուսակում կայուն տարրերի թիվը կարող է աճել ($1/): \ալֆա $). Եթե ​​պարզվեր, որ $\alpha $-ը չափազանց մեծ է, ապա փոքր ատոմային միջուկները չէին կարող գոյություն ունենալ, քանի որ դրանք կապող միջուկային ուժերը չէին կարողանա կանխել պրոտոնների փոխադարձ վանումը։ $\alpha >0.1 $-ի համար ածխածինը չէր կարող գոյություն ունենալ:

Աստղերի միջուկային ռեակցիաները հատկապես զգայուն են $\alpha $-ի նկատմամբ: Որպեսզի միջուկային միաձուլումը տեղի ունենա, աստղի ձգողականությունը պետք է բավականաչափ ստեղծի բարձր ջերմաստիճանիստիպել միջուկներին մոտենալ՝ չնայած միմյանց վանելու հակմանը։ Եթե ​​$\alpha $-ը մեծ լիներ 0,1-ից, ապա միաձուլումը անհնար կլիներ (եթե, իհարկե, այլ պարամետրեր, օրինակ՝ էլեկտրոնների և պրոտոնների զանգվածների հարաբերակցությունը, չմնան նույնը)։ $\alpha$-ի փոփոխությունն ընդամենը 4%-ով կազդի ածխածնի միջուկում էներգիայի մակարդակի վրա այնքան, որ աստղերում դրա հայտնվելը պարզապես կդադարի:

Միջուկային տեխնիկայի ներդրում

Երկրորդ, ավելի լուրջ, փորձարարական խնդիրն այն է, որ հաստատունների փոփոխությունները չափելու համար անհրաժեշտ է բարձր ճշգրտության սարքավորում, որը պետք է չափազանց կայուն լինի: Նույնիսկ ատոմային ժամացույցների դեպքում, նուրբ կառուցվածքի հաստատունի շեղումը կարելի է հետևել միայն մի քանի տարի: Եթե ​​$\alpha $-ը երեք տարվա ընթացքում փոխվի ավելի քան 4 $\cdot$ $10^(–15)$-ով, ապա ամենաճշգրիտ ժամացույցը կկարողանա դա հայտնաբերել: Սակայն նման բան դեռ չի գրանցվել։ Թվում է, թե ինչու չհաստատել կայունությունը: Բայց տիեզերքի համար երեք տարին ակնթարթ է: Տիեզերքի պատմության դանդաղ, բայց նշանակալի փոփոխությունները կարող են աննկատ մնալ:

ԼՈՒՅՍ ԵՎ ՄՇՏԱԿԱՆ ՆՈՒՐԿ ԿԱՌՈՒՑՎԱԾՔ

Բարեբախտաբար, ֆիզիկոսները ստուգելու այլ եղանակներ են գտել։ 1970-ական թթ Ֆրանսիայի ատոմային էներգիայի հանձնաժողովի գիտնականները Գաբոնի Օկլոյում ուրանի հանքավայրի հանքաքարի իզոտոպային բաղադրության որոշ առանձնահատկություններ են նկատել ( Արևմտյան ԱֆրիկաԱյն նման էր միջուկային ռեակտորի թափոններին: Ըստ երևույթին, մոտ 2 միլիարդ տարի առաջ Օկլոյում ձևավորվել է բնական միջուկային ռեակտոր ( տե՛ս Divine Reactor, In the World of Science, No. 1, 2004):

1976 թվականին Ալեքսանդր Շլյախտերը Լենինգրադի միջուկային ֆիզիկայի ինստիտուտից նկատեց, որ բնական ռեակտորների աշխատանքը խիստ կախված է նեյտրոններ գրավող սամարիումի միջուկի հատուկ վիճակի ճշգրիտ էներգիայից: Եվ էներգիան ինքնին խիստ կապված է $\alpha $ արժեքի հետ: Այսպիսով, եթե նուրբ կառուցվածքի հաստատունը մի փոքր այլ լիներ, շղթայական ռեակցիա չէր կարող տեղի ունենալ: Բայց դա իսկապես տեղի ունեցավ, ինչը նշանակում է, որ վերջին 2 միլիարդ տարիների ընթացքում հաստատունը չի փոխվել ավելի քան 1 $\cdot$ $10^(–8)$-ով։ (Ֆիզիկոսները շարունակում են վիճել ճշգրիտ քանակական արդյունքների մասին՝ բնական ռեակտորի պայմանների վերաբերյալ անխուսափելի անորոշության պատճառով):

1962 թվականին Փրինսթոնի համալսարանից Փ. Ջեյմս Է. Փիբլսը և Ռոբերտ Դիկն առաջինն էին, ովքեր նման վերլուծություն կիրառեցին հնագույն երկնաքարերի նկատմամբ. իզոտոպների հարաբերական առատությունը, որոնք առաջանում են դրանց ռադիոակտիվ քայքայման արդյունքում, կախված է $\alpha $-ից: Առավել զգայուն սահմանափակումը կապված է ռենիումի օսմիումի փոխակերպման բետա քայքայման հետ: Համաձայն Մինեսոտայի համալսարանի Քիթ Օլիվի և Բրիտանական Կոլումբիայի Վիկտորիայի համալսարանի Մաքսիմ Պոսպելովի վերջին աշխատանքի՝ $\alpha$-ն իր ներկայիս արժեքից տարբերվում էր 2 $\cdot$ $10^ երկնաքարերի ձևավորման պահին (–6): ) $. Այս արդյունքը ավելի քիչ ճշգրիտ է, քան Oklo-ում ստացված տվյալները, բայց այն գնում է ավելի հետ՝ ժամանակի առաջացմանը: Արեգակնային համակարգ 4,6 միլիարդ տարի առաջ.

Նույնիսկ ավելի երկար ժամանակահատվածներում հնարավոր փոփոխություններն ուսումնասիրելու համար հետազոտողները պետք է նայեն դեպի երկինք: Հեռավոր աստղագիտական ​​օբյեկտների լույսը միլիարդավոր տարիներ շարունակ գնում է դեպի մեր աստղադիտակներ և կրում է այն ժամանակների օրենքների և աշխարհի հաստատունների դրոշմը, երբ այն նոր էր սկսել իր ճանապարհորդությունը և նյութի հետ փոխազդեցությունը:

Սպեկտրալ գծեր

Աստղագետները ներգրավվեցին հաստատունների պատմության մեջ 1965 թվականին քվազարների հայտնաբերումից անմիջապես հետո, որոնք նոր էին հայտնաբերվել և ճանաչվել որպես պայծառ լույսի աղբյուրներ, որոնք գտնվում էին Երկրից մեծ հեռավորության վրա: Քանի որ լույսի ճանապարհը քվազարից դեպի մեզ շատ երկար է, այն անխուսափելիորեն անցնում է երիտասարդ գալակտիկաների գազային հարևանությամբ: Գազը կլանում է քվազարային լույսը որոշակի հաճախականություններով՝ իր սպեկտրում փակելով նեղ գծերի շտրիխ կոդ (տե՛ս ներքևի շրջանակը):

ՔՎԱԶԱՐ ՌԱԴԻԱՑԻԱՅԻ ՓՈՓՈԽՈՒԹՅՈՒՆՆԵՐԻ ՓՈՏՈՆՈՒՄ

Երբ գազը կլանում է լույսը, ատոմներում պարունակվող էլեկտրոնները ցատկում են ցածրից էներգիայի մակարդակներըավելի բարձրներին: Էներգիայի մակարդակները որոշվում են նրանով, թե որքան ուժեղ է ատոմային միջուկը պահում էլեկտրոնները, ինչը կախված է նրանց միջև էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության ուժից և, հետևաբար, նուրբ կառուցվածքի հաստատունից: Եթե ​​այն տարբեր էր լույսի կլանման ժամանակ, կամ տիեզերքի որոշակի տարածաշրջանում, որտեղ այն տեղի ունեցավ, ապա էլեկտրոնը նոր մակարդակ տեղափոխելու համար պահանջվող էներգիան և սպեկտրներում դիտարկվող անցումների ալիքի երկարությունները պետք է: տարբերվում է լաբորատոր փորձերի ժամանակ այսօր նկատվածից: Ալիքի երկարությունների փոփոխության բնույթը խիստ կախված է ատոմային ուղեծրերում էլեկտրոնների բաշխվածությունից: $\alpha$-ի որոշակի փոփոխության դեպքում որոշ ալիքների երկարություններ նվազում են, իսկ մյուսները մեծանում են: Էֆեկտների բարդ օրինաչափությունը դժվար է շփոթել տվյալների ճշգրտման սխալների հետ, ինչը նման փորձը դարձնում է չափազանց օգտակար:

Երբ յոթ տարի առաջ սկսեցինք աշխատել, երկու խնդրի առաջ կանգնեցինք. Նախ, շատ սպեկտրային գծերի ալիքի երկարությունները բավարար ճշգրտությամբ չեն չափվել: Տարօրինակ կերպով գիտնականները շատ ավելին գիտեին միլիարդավոր լուսային տարի հեռավորության վրա գտնվող քվազարների սպեկտրների մասին, քան երկրային նմուշների սպեկտրների մասին: Մեզ անհրաժեշտ էին բարձր ճշգրտության լաբորատոր չափումներ՝ քվազարի սպեկտրները դրանց հետ համեմատելու համար, և մենք փորձարարներին համոզեցինք համապատասխան չափումներ կատարել։ Դրանք իրականացվել են Լոնդոնի կայսերական քոլեջի Անն Թորնի և Ջուլիետ Փիքերինգի կողմից, իսկ ավելի ուշ՝ Շվեդիայի Լունդ աստղադիտարանի Սվեներիկ Յոհանսոնի և Ուլֆ Գրիզմանի և Ռայներ Քլինգի (Ռայներ Քլինգի) կողմից՝ Ստանդարտների և տեխնոլոգիաների ազգային ինստիտուտից։ Մերիլենդ.

Երկրորդ խնդիրն այն էր, որ նախորդ դիտորդներն օգտագործում էին այսպես կոչված ալկալային կրկնապատկերներ, կլանման զույգ գծեր, որոնք հայտնվում են ածխածնի կամ սիլիցիումի ատոմային գազերում: Նրանք համեմատել են այս գծերի միջակայքերը քվազարի սպեկտրում լաբորատոր չափումների հետ: Այնուամենայնիվ, այս մեթոդը թույլ չի տվել օգտագործել մեկ կոնկրետ երևույթ. $\alpha $-ի տատանումները առաջացնում են ոչ միայն ատոմի էներգիայի մակարդակների միջև եղած միջակայքի փոփոխություն՝ համեմատած ամենացածր էներգիա ունեցող մակարդակի հետ (հիմնական վիճակ), այլև նաև բուն հիմքային պետության դիրքորոշման փոփոխություն։ Փաստորեն, երկրորդ էֆեկտը նույնիսկ ավելի ուժեղ է, քան առաջինը: Արդյունքում, դիտարկումների ճշգրտությունը կազմել է ընդամենը 1 $\cdot$ $10^(–4)$։

1999թ.-ին հոդվածի հեղինակներից մեկը (Web) և Վիկտոր Վ. Ֆլամբաումը Ավստրալիայի Նոր Հարավային Ուելսի համալսարանից մշակեցին մի տեխնիկա՝ հաշվի առնելու երկու էֆեկտները: Արդյունքում զգայունությունը բարձրացել է 10 անգամ։ Բացի այդ, հնարավոր դարձավ համեմատել տարբեր տեսակներատոմներ (օրինակ՝ մագնեզիում և երկաթ) և կատարել լրացուցիչ խաչաձև ստուգումներ: Բարդ հաշվարկներ պետք է կատարվեին՝ պարզելու համար, թե ինչպես են տարբեր տեսակի ատոմներում դիտարկվող ալիքների երկարությունները տարբերվում: Զինված գերժամանակակից աստղադիտակներով և սենսորներով՝ մենք որոշեցինք աննախադեպ ճշգրտությամբ փորձարկել $\alpha$-ի կայունությունը՝ օգտագործելով բազմաթիվ բազմակի նոր մեթոդ:

Տեսակետների վերանայում

Երբ մենք սկսեցինք փորձերը, մենք պարզապես ուզում էինք ավելի մեծ ճշգրտությամբ հաստատել, որ հին ժամանակներում նուրբ կառուցվածքի հաստատունի արժեքը նույնն էր, ինչ այսօր: Ի զարմանս մեզ, 1999 թվականին ստացված արդյունքները ցույց տվեցին փոքր, բայց վիճակագրորեն նշանակալի տարբերություններ, որոնք հետագայում հաստատվեցին: Օգտագործելով 128 քվազարների կլանման գծերի տվյալները՝ մենք գրանցեցինք $\alpha$-ի աճ 6 $\cdot$10^(–6)$-ով վերջին 6–12 միլիարդ տարիների ընթացքում։

Նուրբ կառուցվածքի հաստատունի չափումների արդյունքները թույլ չեն տալիս վերջնական եզրակացություններ անել։ Դրանցից ոմանք ցույց են տալիս, որ այն ժամանակին ավելի փոքր է եղել, քան հիմա է, իսկ ոմանք՝ ոչ։ Թերևս α-ն փոխվել է հեռավոր անցյալում, բայց այժմ դարձել է հաստատուն: (Վանդակները ներկայացնում են տվյալների տիրույթը):

Համարձակ պնդումները պահանջում են հիմնավոր ապացույցներ, ուստի մեր առաջին քայլը տվյալների հավաքագրման և վերլուծության մեր մեթոդների ուշադիր վերանայումն էր: Չափման սխալները կարելի է բաժանել երկու տեսակի՝ համակարգված և պատահական: Պատահական անճշտություններով ամեն ինչ պարզ է: Յուրաքանչյուր առանձին հարթությունում նրանք վերցնում են տարբեր իմաստներ, որոնք մեծ քանակությամբ չափումներով միջինացված են և հակված են զրոյի։ Սիստեմատիկ սխալները, որոնք միջինացված չեն, ավելի դժվար է հաղթահարել: Աստղագիտության մեջ նման անորոշություններ հանդիպում են ամեն քայլափոխի: Լաբորատոր փորձերի ժամանակ գործիքները կարող են կարգավորվել սխալները նվազագույնի հասցնելու համար, սակայն աստղագետները չեն կարող «կարգավորել» տիեզերքը, և նրանք պետք է խոստովանեն, որ տվյալների հավաքագրման իրենց բոլոր մեթոդները պարունակում են ներհատուկ կողմնակալություններ: Օրինակ, գալակտիկաների դիտարկվող տարածական բաշխումը նկատելիորեն կողմնակալ է դեպի պայծառ գալակտիկաները, քանի որ դրանք ավելի հեշտ է դիտարկել: Նման տեղաշարժերի բացահայտումն ու չեզոքացումը մշտական ​​մարտահրավեր է դիտորդների համար:

Նախ, մենք ուշադրություն հրավիրեցինք ալիքի երկարության սանդղակի հնարավոր աղավաղման վրա, որի համեմատ չափվել են քվազարի սպեկտրային գծերը: Այն կարող է առաջանալ, օրինակ, քվազարների դիտարկման «հում» արդյունքները չափորոշված ​​սպեկտրի մշակման ժամանակ։ Թեև ալիքի երկարության սանդղակի պարզ գծային ձգումը կամ փոքրացումը չի կարող ճշգրիտ կերպով ընդօրինակել $\alpha$-ի փոփոխությունը, նույնիսկ մոտավոր նմանությունը բավարար կլինի արդյունքները բացատրելու համար: Աստիճանաբար մենք վերացրեցինք աղավաղումների հետ կապված պարզ սխալները՝ փոխարինելով տրամաչափման տվյալները քվազարի դիտարկման արդյունքների փոխարեն:

Ավելի քան երկու տարի մենք հետաքննում ենք կողմնակալության տարբեր պատճառներ՝ համոզվելու համար, որ դրանց ազդեցությունը աննշան է: Մենք գտել ենք լուրջ վրիպակների միայն մեկ պոտենցիալ աղբյուր: Խոսքը մագնեզիումի կլանման գծերի մասին է։ Նրա երեք կայուն իզոտոպներից յուրաքանչյուրը կլանում է լույսը տարբեր ալիքների երկարություններով, որոնք շատ մոտ են միմյանց և տեսանելի են քվազարների սպեկտրներում որպես մեկ գիծ։ Հիմնվելով իզոտոպների հարաբերական առատության լաբորատոր չափումների վրա՝ հետազոտողները դատում են դրանցից յուրաքանչյուրի ներդրումը։ Նրանց բաշխվածությունը երիտասարդ Տիեզերքում կարող է զգալիորեն տարբերվել այսօրվա համեմատությամբ, եթե աստղերը, որոնք արձակում են մագնեզիում, միջին հաշվով ավելի ծանր լինեին, քան իրենց այսօրվա նմանակները: Նման տարբերությունները կարող են կրկնօրինակել $\alpha$-ի փոփոխությունը, սակայն այս տարի հրապարակված ուսումնասիրության արդյունքները ցույց են տալիս, որ դիտարկված փաստերն այնքան էլ հեշտ չեն բացատրվում: Յեշե Ֆենները և Բրեդ Կ. Գիբսոնը Ավստրալիայի Սվինբերնի տեխնոլոգիական համալսարանից և Մայքլ Թ. Մերֆին Քեմբրիջի համալսարանից եզրակացրեցին, որ իզոտոպների առատությունը, որն անհրաժեշտ է $\alpha$-ի փոփոխությունը կրկնօրինակելու համար, նույնպես կհանգեցնի ազոտի ավելցուկային սինթեզի վաղ շրջանում: Տիեզերք, որը լիովին անհամապատասխան է դիտարկումներին: Այսպիսով, մենք պետք է ապրենք այն հնարավորության հետ, որ $\alpha$-ն իսկապես փոխվել է:

ԵՐԲԵՄՆ ՓՈՓՈԽՎՈՒՄ Է, ԵՐԲԵՄ ՉԻ

Ըստ հոդվածի հեղինակների առաջ քաշած վարկածի՝ տիեզերական պատմության որոշ ժամանակաշրջաններում նուրբ կառուցվածքի հաստատունը մնացել է անփոփոխ, իսկ մյուսներում՝ աճել։ Փորձարարական տվյալները (տես նախորդ ներդիրը) համապատասխանում են այս ենթադրությանը:

Գիտական ​​հանրությունը անմիջապես գնահատեց մեր արդյունքների նշանակությունը։ Ամբողջ աշխարհում քվազարների սպեկտրների հետազոտողները անմիջապես չափումներ կատարեցին: 2003 թվականին Սանկտ Պետերբուրգի ֆիզիկատեխնիկական ինստիտուտի Սերգեյ Լևշակովի (Սերգեյ Լևշակով) հետազոտական ​​խմբերը։ Համբուրգի համալսարանի Յոֆը և Ռալֆ Քուաստը ուսումնասիրել են երեք նոր քվազարային համակարգեր։ Անցյալ տարի Հում Չանդը և Ռագունաթան Սրիանանդը Հնդկաստանի Աստղագիտության և աստղաֆիզիկայի միջհամալսարանական կենտրոնից, Պատրիկ Պետիջյանը աստղաֆիզիկայի ինստիտուտից և Բաստիեն Արասիլը Փարիզի LERMA-ից վերլուծեցին ևս 23 դեպք: Խմբերից ոչ մեկը չի գտել փոփոխություններ $\alpha$-ում: Չանդը պնդում է, որ ցանկացած փոփոխություն 6-ից 10 միլիարդ տարի առաջ պետք է լինի մեկ միլիոներորդից պակաս:

Ինչու՞ նմանատիպ մեթոդաբանությունները, որոնք օգտագործվում էին տարբեր աղբյուրների տվյալների վերլուծության համար, հանգեցրին նման կտրուկ անհամապատասխանության: Պատասխանը դեռ հայտնի չէ։ Այս հետազոտողների ստացած արդյունքները գերազանց որակի են, սակայն նրանց նմուշների չափերը և վերլուծված ճառագայթման տարիքը զգալիորեն փոքր են, քան մերը։ Բացի այդ, Չանդն օգտագործել է բազմակի մեթոդի պարզեցված տարբերակը և ամբողջությամբ չի գնահատել բոլոր փորձարարական և համակարգված սխալները։

Հայտնի աստղաֆիզիկոս Ջոն Բահքալը Փրինսթոնից քննադատել է բուն բազմաբնույթ մեթոդը, սակայն նրա մատնանշած խնդիրները պատկանում են պատահական սխալների կատեգորիային, որոնք նվազագույնի են հասցվում մեծ նմուշների օգտագործման դեպքում: Բաքոլը և Ջեֆրի Նյումանը Ազգային լաբորատորիայից: Լոուրենսը Բերկլիում դիտարկել է արտանետումների գծերը, ոչ թե կլանման գծերը: Նրանց մոտեցումը շատ ավելի քիչ ճշգրիտ է, չնայած այն կարող է օգտակար լինել ապագայում:

Օրենսդրական բարեփոխում

Եթե ​​մեր արդյունքները ճիշտ լինեն, հետեւանքները կլինեն ահռելի։ Մինչև վերջերս բոլոր փորձերը՝ գնահատելու, թե ինչ կլինի Տիեզերքի հետ, եթե նուրբ կառուցվածքի հաստատունը փոխվեր, անբավարար էին: Նրանք ավելի հեռուն չէին գնում, քան $\alpha$-ը որպես փոփոխական դիտարկելը նույն բանաձևերում, որոնք ստացվել են հաստատուն լինելու ենթադրությամբ։ Համաձայն եմ, շատ կասկածելի մոտեցում. Եթե ​​$\alpha $-ը փոխվի, ապա դրա հետ կապված էֆեկտների էներգիան և իմպուլսը պետք է պահպանվեն, ինչը պետք է ազդի Տիեզերքի գրավիտացիոն դաշտի վրա։ 1982 թվականին Յակոբ Դ. Բեկենշտեյնը Երուսաղեմի եբրայական համալսարանից առաջին անգամ ընդհանրացրեց էլեկտրամագնիսականության օրենքները ոչ հաստատուն հաստատունների դեպքում: Նրա տեսության մեջ $\alpha $-ը համարվում է բնության դինամիկ բաղադրիչ, այսինքն. սկալյար դաշտի նման: Չորս տարի առաջ մեզանից մեկը (Բարոուն), Հովարդ Սանդվիկի և Ժոաո Մագուեյխոյի հետ Լոնդոնի Կայսերական քոլեջից, ընդլայնեց Բեկենշտեյնի տեսությունը՝ ներառելով գրավիտացիան:

Ընդհանրացված տեսության կանխատեսումները գայթակղիչորեն պարզ են. Քանի որ տիեզերական մասշտաբով էլեկտրամագնիսականությունը շատ ավելի թույլ է, քան ձգողականությունը, $\alpha$-ի մի քանի միլիոներորդական փոփոխությունները նկատելի ազդեցություն չունեն Տիեզերքի ընդլայնման վրա: Սակայն ընդլայնումը զգալիորեն ազդում է $\alpha $-ի վրա՝ էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի էներգիաների անհամապատասխանության պատճառով։ Տիեզերական պատմության առաջին տասնյակ հազարավոր տարիների ընթացքում ճառագայթումը գերակշռում էր լիցքավորված մասնիկների վրա և պահպանում էր հավասարակշռությունը էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի միջև։ Տիեզերքի ընդարձակման հետ ճառագայթումը հազվադեպացավ, և նյութը դարձավ տիեզերքի գերիշխող տարրը: Պարզվեց, որ էլեկտրական և մագնիսական էներգիաները անհավասար են, և $\alpha $-ը սկսեց աճել ժամանակի լոգարիթմի համեմատ։ Մոտ 6 միլիարդ տարի առաջ մութ էներգիան սկսեց գերակշռել՝ արագացնելով ընդլայնումը, ինչը դժվարացնում է բոլոր ֆիզիկական փոխազդեցությունների տարածումը ազատ տարածության մեջ։ Արդյունքում $\alpha$-ը կրկին գրեթե հաստատուն դարձավ:

Նկարագրված նկարը համահունչ է մեր դիտարկումներին։ Քվազարի սպեկտրային գծերը բնութագրում են տիեզերական պատմության այն ժամանակաշրջանը, երբ նյութը գերակշռում էր և $\alpha$-ն ավելանում էր։ Օկլոյում լաբորատոր չափումների և ուսումնասիրությունների արդյունքները համապատասխանում են այն ժամանակաշրջանին, երբ գերիշխում է մութ էներգիան, իսկ $\alpha$-ը հաստատուն է։ Առանձնահատուկ հետաքրքրություն է ներկայացնում $\alpha$-ի փոփոխության ազդեցության հետագա ուսումնասիրությունը երկնաքարերի ռադիոակտիվ տարրերի վրա, քանի որ այն թույլ է տալիս ուսումնասիրել անցումը նշված երկու ժամանակաշրջանների միջև։

Ալֆան միայն սկիզբն է

Եթե ​​նուրբ կառուցվածքի հաստատունը փոխվում է, ապա նյութական առարկաները պետք է այլ կերպ ընկնեն: Ժամանակին Գալիլեոն ձևակերպեց թույլ համարժեքության սկզբունքը, ըստ որի՝ վակուումում գտնվող մարմիններն ընկնում են նույն արագությամբ՝ անկախ նրանից, թե ինչից են կազմված։ Բայց $\alpha$-ի փոփոխությունները պետք է առաջացնեն ուժ, որը գործում է բոլոր լիցքավորված մասնիկների վրա: Որքան շատ պրոտոններ պարունակի ատոմը իր միջուկում, այնքան ավելի ուժեղ կլինի այն զգա: Եթե ​​քվազարային դիտարկումների արդյունքների վերլուծությունից ստացված եզրակացությունները ճիշտ են, ապա տարբեր նյութերից պատրաստված մարմինների ազատ անկման արագացումը պետք է տարբերվի մոտավորապես 1 $\cdot$ $10^(–14)$-ով։ Սա 100 անգամ փոքր է, քան այն, ինչ կարելի է չափել լաբորատորիայում, բայց բավական մեծ է, որպեսզի ցույց տա փորձերի տարբերությունները, ինչպիսին է STEP-ը (Տիեզերքում համարժեքության սկզբունքի փորձարկում):

$\alpha $-ի նախորդ ուսումնասիրությունների ժամանակ գիտնականներն անտեսել են Տիեզերքի անհամասեռությունը: Ինչպես բոլոր գալակտիկաները, այնպես էլ մեր Ծիր Կաթինը միջինում մեկ միլիոն անգամ ավելի խիտ է, քան արտաքին տիեզերքը, ուստի այն չի ընդլայնվում տիեզերքի հետ: 2003 թվականին Բարոուն և Դեյվիդ Ֆ. Մոտան Քեմբրիջից հաշվարկեցին, որ $\alpha$-ը կարող է տարբեր կերպ վարվել գալակտիկայում, քան տիեզերքի ավելի դատարկ շրջաններում: Հենց որ երիտասարդ գալակտիկան խտանում է և հանգստանալիս գալիս է գրավիտացիոն հավասարակշռության, $\alpha$-ը դառնում է հաստատուն գալակտիկայի ներսում, բայց շարունակում է փոխվել դրսում: Այսպիսով, Երկրի վրա փորձերը, որոնք ստուգում են $\alpha$-ի կայունությունը, տուժում են պայմանների կողմնակալ ընտրությունից: Մենք դեռ պետք է պարզենք, թե ինչպես է դա ազդում թույլ համարժեքության սկզբունքի ստուգման վրա: $\alpha$-ի տարածական տատանումներ դեռ չեն նկատվել: Հենվելով CMB-ի միատարրության վրա՝ Բարոուն վերջերս ցույց տվեց, որ $\alpha $-ը չի տատանվում ավելի քան 1 $\cdot$$10^(–8)$-ով երկնային ոլորտի տարածքների միջև, որոնք բաժանված են $10^o$-ով:

Մնում է սպասել նոր տվյալների և նոր ուսումնասիրությունների ի հայտ գալուն, որոնք վերջնականապես կհաստատեն կամ կհերքեն $\alpha $-ի փոփոխության վարկածը։ Հետազոտողները կենտրոնացել են այս հաստատունի վրա, պարզապես այն պատճառով, որ դրա տատանումների հետևանքները ավելի հեշտ են նկատել: Բայց եթե $\alpha$-ն իսկապես փոփոխական է, ապա պետք է փոխվեն նաև այլ հաստատուններ: Այս դեպքում ստիպված կլինենք խոստովանել, որ բնության ներքին մեխանիզմները շատ ավելի բարդ են, քան կարծում էինք։

ՀԵՂԻՆԱԿՆԵՐԻ ՄԱՍԻՆ.
Ջոն Բարրոու (Ջոն Դ. Բարոու), Ջոն Վեբը (Ջոն Ք. Ուեբ) 1996թ.-ին Անգլիայի Սասեքսի համալսարանում համատեղ շաբաթօրյակի ժամանակ զբաղվել է ֆիզիկական հաստատունների ուսումնասիրությամբ: Այնուհետև Բարոուն ուսումնասիրեց հաստատունները փոխելու նոր տեսական հնարավորություններ, և Վեբը զբաղվում էր քվազարների դիտարկումներով։ Երկու հեղինակներն էլ գրում են ոչ գեղարվեստական ​​գրքեր և հաճախ հայտնվում հեռուստատեսային հաղորդումներում:

Պատվեր- երկնքի առաջին օրենքը.

Ալեքսանդր Փոփ

Աշխարհի հիմնական հաստատուններն այնպիսի հաստատուններ են, որոնք տեղեկատվություն են տալիս նյութի ամենաընդհանուր, հիմնարար հատկությունների մասին։ Դրանք, օրինակ, ներառում են G, c, e, h, m e և այլն: Ընդհանուր բանը, որը միավորում է այս հաստատունները, դրանց պարունակած տեղեկատվությունն է: Այսպիսով, գրավիտացիոն հաստատուն G-ը Տիեզերքի բոլոր օբյեկտներին բնորոշ համընդհանուր փոխազդեցության քանակական բնութագիր է՝ գրավիտացիա: Լույսի c արագությունը բնության մեջ ցանկացած փոխազդեցության տարածման հնարավոր առավելագույն արագությունն է։ Տարրական լիցքը e-ն էլեկտրական լիցքի նվազագույն հնարավոր արժեքն է, որն առկա է բնության մեջ ազատ վիճակում (կոտորակային էլեկտրական լիցքերով քվարկերը, ըստ երևույթին, ազատ վիճակում գոյություն ունեն միայն գերխիտ և տաք քվարկ-գլյուոնային պլազմայում): Մշտական

h տողը որոշում է նվազագույն փոփոխությունը ֆիզիկական քանակություն, որը կոչվում է գործողություն և հիմնարար դեր է խաղում միկրոաշխարհի ֆիզիկայում։ Էլեկտրոնի մնացած զանգվածը m e-ն ամենաթեթև կայուն լիցքավորված տարրական մասնիկի իներցիոն հատկությունների բնութագիրն է։

Ինչ-որ տեսության հաստատուն ասելով հասկանում ենք մի արժեք, որն այս տեսության շրջանակներում համարվում է միշտ անփոփոխ։ Բնության բազմաթիվ օրենքների արտահայտություններում հաստատունների առկայությունը արտացոլում է իրականության որոշակի կողմերի հարաբերական անփոփոխությունը, որն արտահայտվում է օրինաչափությունների առկայությամբ։

Հիմնական հաստատունները c, h, e, G և այլն, իրենք նույնն են Մետագալակտիկայի բոլոր հատվածների համար և ժամանակի ընթացքում չեն փոխվում, այդ պատճառով էլ կոչվում են աշխարհի հաստատուններ։ Աշխարհի հաստատունների որոշ համակցություններ որոշում են ինչ-որ կարևոր բան բնության օբյեկտների կառուցվածքում, ինչպես նաև ձևավորում են մի շարք հիմնարար տեսությունների բնույթ:

որոշում է ատոմային երևույթների տարածական թաղանթի չափը (այստեղ m e-ն էլեկտրոնային զանգվածն է), և

Այս երևույթների համար բնորոշ էներգիաներ. Քվանտը գերհաղորդիչներում մեծածավալ մագնիսական հոսքի համար տրվում է քանակով

Անշարժ աստղաֆիզիկական օբյեկտների սահմանափակող զանգվածը որոշվում է համակցությամբ.

որտեղ m N-ը նուկլեոնի զանգվածն է. 120

Քվանտային էլեկտրադինամիկայի ողջ մաթեմատիկական ապարատը հիմնված է փոքր անչափ մեծության գոյության վրա

էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունների ինտենսիվության որոշում.

Հիմնարար հաստատունների չափերի վերլուծությունը հանգեցնում է խնդրի նոր ըմբռնմանը որպես ամբողջություն: Առանձին ծավալային հիմնարար հաստատունները, ինչպես նշվեց վերևում, որոշակի դեր են խաղում համապատասխան ֆիզիկական տեսությունների կառուցվածքում: Երբ խոսքը վերաբերում է բոլոր ֆիզիկական գործընթացների միասնական տեսական նկարագրության մշակմանը, աշխարհի միասնական գիտական ​​պատկերի ձևավորմանը, ծավալային ֆիզիկական հաստատունները իրենց տեղը զիջում են անչափ հիմնարար հաստատուններին, ինչպիսիք են դրանց դերը:

Տիեզերքի կառուցվածքի և հատկությունների ձևավորման հաստատունները շատ մեծ են: Նուրբ կառուցվածքի հաստատունը բնության մեջ գոյություն ունեցող չորս տեսակի հիմնարար փոխազդեցություններից մեկի՝ էլեկտրամագնիսականի քանակական բնութագիրն է։ Բացի էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունից, այլ հիմնարար փոխազդեցություններ են գրավիտացիոն, ուժեղ և թույլ: Անչափ էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության հաստատունի առկայությունը

Ակնհայտ է, որ այն ենթադրում է նմանատիպ անհավասար հաստատունների առկայություն, որոնք բնութագրվում են մյուս երեք տեսակի փոխազդեցությունների համար։ Այս հաստատունները բնութագրվում են նաև հետևյալ անչափ հիմնարար հաստատուններով՝ ուժեղ փոխազդեցության հաստատունով - թույլ փոխազդեցության հաստատուն.

որտեղ է Ֆերմի հաստատունը

թույլ փոխազդեցությունների համար;

գրավիտացիոն փոխազդեցության հաստատուն.

հաստատունների թվային արժեքներ որոշել

այս փոխազդեցությունների հարաբերական «ուժը»: Այսպիսով, էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունը մոտ 137 անգամ ավելի թույլ է, քան ուժեղը։ Ամենաթույլը գրավիտացիոն փոխազդեցությունն է, որը 10 39-ով պակաս է ուժեղից։ Փոխազդեցության հաստատունները նաև որոշում են, թե որքան արագ են փոխակերպվում մի մասնիկը մյուսի տարբեր գործընթացներում: Էլեկտրամագնիսական փոխազդեցության հաստատունը նկարագրում է ցանկացած լիցքավորված մասնիկի փոխակերպումը նույն մասնիկների, բայց շարժման վիճակի փոփոխությամբ՝ գումարած ֆոտոն։ Ուժեղ փոխազդեցության հաստատունը մեզոնների մասնակցությամբ բարիոնների փոխադարձ փոխակերպումների քանակական բնութագիրն է։ Թույլ փոխազդեցության հաստատունը որոշում է տարրական մասնիկների փոխակերպումների ինտենսիվությունը նեյտրինոների և հականեյտրինոների հետ կապված գործընթացներում։

Անհրաժեշտ է նշել ևս մեկ անչափ ֆիզիկական հաստատուն, որը որոշում է ֆիզիկական տարածության չափը, որը մենք նշում ենք N-ով: Մեզ համար ընդունված է, որ ֆիզիկական իրադարձությունները տեղի են ունենում եռաչափ տարածության մեջ, այսինքն. N = 3, չնայած զարգացումը ֆիզիկան բազմիցս հանգեցրել է հասկացությունների առաջացմանը, որոնք չեն տեղավորվում «ողջախոհության» մեջ, բայց արտացոլում են բնության մեջ գոյություն ունեցող իրական գործընթացները։

Այսպիսով, «դասական» ծավալային հիմնարար հաստատունները որոշիչ դեր են խաղում համապատասխան ֆիզիկական տեսությունների կառուցվածքում։ Դրանցից ձևավորվում են փոխազդեցությունների միասնական տեսության հիմնարար անչափ հաստատունները. Այս հաստատունները և մի քանի այլ հաստատուններ, ինչպես նաև N տարածության չափը որոշում են Տիեզերքի կառուցվածքը և նրա հատկությունները: