„Podsumujmy niektóre wyniki. Książka informacyjna „Tabele wielkości fizycznych” (M.: Atomizdat, 1976) zawiera 1005 stron tekstu i wiele milionów liczb; jak sobie z nimi radzić?

Ilości te są podzielone na co najmniej cztery rodzaje.

a) Naturalne jednostki miary lub fizycznie oznaczone punkty widma. Nie są to liczby, ale takie wielkości jak G, c, h, m e, e (ładunek elektronu). Są to cechy wymiarowe niektórych zjawisk, które można wielokrotnie reprodukować, przy czym wysoki stopień precyzja. Odzwierciedla to fakt, że natura odtwarza elementarne sytuacje w ogromnych seriach. Refleksje na temat tożsamości podobnych elementów budulcowych wszechświata czasami prowadziły do ​​tak głębokich koncepcji fizycznych, jak statystyki Bosego-Einsteina i Fermiego-Diraca. Fantastyczny pomysł Wheelera, że ​​wszystkie elektrony są identyczne, ponieważ są natychmiastowymi odcinkami linii świata splątanej w kulę jednego elektronu, led Feynman do eleganckiego uproszczenia diagramatycznej techniki obliczeń w kwantowej teorii pola.

b) Prawdziwe lub bezwymiarowe stałe. Jest to stosunek kilku zaznaczonych punktów na widmie wielkości o tym samym wymiarze, na przykład stosunek mas cząstek elektrycznych: wspomnieliśmy już m p / m e . Identyfikacja różnych wymiarów z uwzględnieniem nowego prawa, czyli redukcji grupy wymiarów, prowadzi do ujednolicenia dotychczas różnych widm i konieczności wyjaśnienia nowych liczb.

Na przykład wymiary m e , c i h generują grupę Newtona i dlatego prowadzą do tych samych naturalnych jednostek atomowych o wymiarach M, L, T, jak również do jednostek Plancka. Dlatego ich związek z jednostkami Plancka wymaga wyjaśnienia teoretycznego, ale, jak powiedzieliśmy, jest to niemożliwe, dopóki nie ma teorii (G, c, h). Jednak w teorii (m e, c, h) - elektrodynamice kwantowej - istnieje wielkość bezwymiarowa, której wartości w pewnym sensie współczesna elektrodynamika kwantowa zawdzięcza swoje istnienie. Umieśćmy dwa elektrony w odległości h/ m e c (tzw. długość fali Comptona elektronu) i zmierzmy stosunek energii ich odpychania elektrostatycznego do energii m e c 2 odpowiadającej masie spoczynkowej elektronu. Otrzymujesz liczbę a \u003d 7,2972 x 10 -3 ≈ 1/137. Jest to słynna stała struktury drobnej.

Elektrodynamika kwantowa opisuje w szczególności procesy, w których liczba cząstek nie jest zachowana: próżnia tworzy pary elektron-pozyton, one anihilują. Z uwagi na fakt, że energia produkcji (nie mniej niż 2m e c 2) jest setki razy większa od energii charakterystycznego oddziaływania kulombowskiego (ze względu na wartość a), możliwe jest przeprowadzenie efektywnego schematu obliczeniowego, w którym te radiacyjne korekty nie są całkowicie odrzucane, ale też nie psują beznadziejnie życia teoretyka.

Nie ma teoretycznego wyjaśnienia wartości α. Matematycy mają swoje niezwykłe widma: widma wyróżnionych operatorów liniowych-generatorów prostych grup Liego w reprezentacjach nieredukowalnych, objętości domen fundamentalnych, wymiary przestrzeni homologii i kohomologii itp. ograniczające wybór. Wróćmy jednak do stałych.

Kolejny ich typ, który zajmuje dużo miejsca w stołach, to:

c) Współczynniki konwersji z jednej skali na drugą, na przykład z atomowej na „ludzką”. Należą do nich: wspomniany już numer Avogadro N 0 = 6,02 x 10 23 - zasadniczo jeden gram, wyrażony w jednostkach „masy protonu”, chociaż tradycyjna definicja jest nieco inna, podobnie jak rok świetlny w kilometrach. Najbardziej obrzydliwe dla matematyka są oczywiście współczynniki konwersji z jednej fizycznie bezsensownej jednostki na drugą, równie bezsensowną: z łokci na stopy lub z Réaumura na stopnie Fahrenheita. Po ludzku są to czasem najważniejsze liczby; jak mądrze zauważył Kubuś Puchatek: „Nie wiem, ile w nim jest litrów, metrów i kilogramów, ale tygrysy, kiedy skaczą, wydają nam się ogromne”.

d) „Widma rozproszone”. Jest to cecha charakterystyczna materiałów (nie pierwiastków czy czystych związków, ale zwykłych technologicznych gatunków stali, aluminium, miedzi), danych astronomicznych (masa Słońca, średnica Galaktyki...) i wielu tego typu. Natura produkuje kamienie, planety, gwiazdy i galaktyki, nie dbając o ich identyczność, w przeciwieństwie do elektronów, ale ich właściwości zmieniają się tylko w dość pewnych granicach. Teoretyczne wyjaśnienia tych „dozwolonych stref”, gdy są znane, są niezwykle interesujące i pouczające.

Manin Yu.I., Matematyka jako metafora, M., „Wydawnictwo MTsNMO”, 2010, s. 177-179.

Stała interakcji

Materiał z bezpłatnej rosyjskiej encyklopedii „Tradycja”

Stała interakcji(czasami termin stała sprzężenia) jest parametrem w teorii pola, który określa względną siłę oddziaływania między cząstkami lub polami. W kwantowej teorii pola stałe interakcji są powiązane z wierzchołkami na odpowiednich diagramach interakcji. Jako stałe interakcji stosuje się zarówno parametry bezwymiarowe, jak i powiązane wielkości charakteryzujące interakcje i mające wymiary. Przykładami są bezwymiarowe oddziaływanie elektromagnetyczne i elektryczne, mierzone w C.

1 Porównanie interakcji 1.1 Oddziaływanie grawitacyjne 1.2 Słaba interakcja 1.3 Oddziaływanie elektromagnetyczne 1.4 Silna interakcja 2 Stałe w kwantowej teorii pola 3 Stałe w innych teoriach 3.1 Teoria strun 3.2 silna grawitacja 3.3 Interakcje na poziomie gwiazd 4 Spinki do mankietów 5 Zobacz też 6 Literatura 7 Dodatkowe linki

Porównanie interakcji

Jeżeli wybierzemy obiekt, który uczestniczy we wszystkich czterech fundamentalnych oddziaływaniach, to wartości bezwymiarowych stałych interakcji tego obiektu, znalezione z główna zasada, pokaże względną siłę tych interakcji. Proton jest najczęściej używany jako taki obiekt na poziomie cząstek elementarnych. Energia bazowa do porównywania oddziaływań to energia elektromagnetyczna fotonu, z definicji równa:

gdzie - , - prędkość światła, - długość fali fotonu. Wybór energii fotonu nie jest przypadkowy, ponieważ podstawa nowoczesna nauka leży reprezentacja falowa oparta na falach elektromagnetycznych. Z ich pomocą wykonywane są wszystkie podstawowe pomiary – długość, czas, w tym energia.

Oddziaływanie grawitacyjne

Słaba interakcja

Energię związaną z oddziaływaniem słabym można przedstawić w postaci:

gdzie jest efektywnym ładunkiem oddziaływania słabego, jest masą cząstek wirtualnych uważanych za nośnik oddziaływania słabego (bozony W i Z).

Kwadrat efektywnego ładunku oddziaływania słabego dla protonu wyraża się za pomocą stałej Fermiego J m 3 i masy protonu:

Przy wystarczająco małych odległościach można pominąć wykładniczą energię oddziaływania słabego. W tym przypadku bezwymiarową stałą oddziaływania słabego definiuje się następująco:

Oddziaływanie elektromagnetyczne

Oddziaływanie elektromagnetyczne dwóch nieruchomych protonów opisane jest energią elektrostatyczną:

gdzie - , - .

Stosunek tej energii do energii fotonu określa stałą oddziaływania elektromagnetycznego, znaną jako:

Silna interakcja

Na poziomie hadronów w Modelu Standardowym fizyki cząstek elementarnych uważa się to za oddziaływanie „szczątkowe” wchodzące w hadrony. Zakłada się, że gluony jako nośniki oddziaływania silnego generują wirtualne mezony w przestrzeni między hadronami. W modelu pionowo-nukleonowym Yukawy siły jądrowe między nukleonami są wyjaśnione w wyniku wymiany wirtualnych pionów, a energia oddziaływania ma postać:

gdzie jest efektywnym ładunkiem pseudoskalarnego oddziaływania pion-nukleon, jest masą pionu.

Bezwymiarowa stała oddziaływania silnego to:

Stałe w kwantowej teorii pola

Efekty interakcji w teorii pola są często definiowane za pomocą teorii perturbacji, w której funkcje w równaniach są rozszerzane w potęgach stałej interakcji. Zwykle dla wszystkich interakcji, z wyjątkiem silnej, stała interakcji jest znacznie mniejsza niż jedność. To sprawia, że ​​zastosowanie teorii perturbacji jest efektywne, ponieważ udział wyższych członów rozszerzeń gwałtownie maleje i ich obliczanie staje się zbędne. W przypadku oddziaływania silnego teoria perturbacji staje się nieodpowiednia i wymagane są inne metody obliczeniowe.

Jednym z przewidywań kwantowej teorii pola jest tzw. efekt „pływających stałych”, zgodnie z którym stałe oddziaływania zmieniają się powoli wraz ze wzrostem energii przekazywanej podczas oddziaływania cząstek. Tak więc stała oddziaływania elektromagnetycznego wzrasta, a stała oddziaływania silnego maleje wraz ze wzrostem energii. Kwarki w chromodynamice kwantowej mają swoją własną stałą oddziaływania silnego:

gdzie jest efektywnym ładunkiem kolorowym kwarka, który emituje wirtualne gluony w celu interakcji z innym kwarkiem. Wraz ze zmniejszaniem się odległości między kwarkami, osiąganym w zderzeniach cząstek o wysokiej energii, oczekuje się zmniejszenia logarytmicznego i osłabienia oddziaływania silnego (efekt asymptotycznej swobody kwarków). W skali przenoszonej energii rzędu masowo-energii bozonu Z (91,19 GeV) stwierdzono, że W tej samej skali energii stała oddziaływania elektromagnetycznego wzrasta do wartości rzędu 1/127 zamiast ≈1/137 przy niskich energiach. Zakłada się, że przy jeszcze wyższych energiach, około 10 18 GeV, wartości stałych oddziaływań grawitacyjnych, słabych, elektromagnetycznych i silnych cząstek zbliżą się do siebie i mogą nawet zbliżyć się do siebie.

Stałe w innych teoriach

Teoria strun

W teorii strun stałe interakcji nie są uważane za stałe, ale mają charakter dynamiczny. W szczególności ta sama teoria przy niskich energiach wygląda, że ​​struny poruszają się w dziesięciu wymiarach, a przy wysokich energiach – w jedenastu. Zmianie liczby pomiarów towarzyszy zmiana stałych interakcji.

silna grawitacja

Wraz z siłami elektromagnetycznymi i elektromagnetycznymi są uważane za główne składniki oddziaływania silnego w . W modelu tym, zamiast uwzględniać oddziaływanie kwarków i gluonów, brane są pod uwagę tylko dwa podstawowe pola - grawitacyjne i elektromagnetyczne, które działają w naładowanej i zmasowanej materii cząstek elementarnych, a także w przestrzeni między nimi. Jednocześnie zakłada się, że kwarki i gluony nie są rzeczywistymi cząstkami, ale quasicząstkami, odzwierciedlającymi kwantowe właściwości i symetrie właściwe materii hadronowej. Takie podejście drastycznie zmniejsza liczbę faktycznie nieuzasadnionych, ale postulowanych parametrów swobodnych, co jest rekordem dla teorii fizycznych, w standardowym modelu fizyki cząstek elementarnych, w którym występuje co najmniej 19 takich parametrów.

Inną konsekwencją jest to, że oddziaływania słabe i silne nie są uważane za niezależne oddziaływania pola. Oddziaływanie silne sprowadza się do kombinacji sił grawitacyjnych i elektromagnetycznych, w których istotną rolę odgrywają efekty opóźnienia oddziaływań (dipolowe i orbitalne pola torsyjne oraz siły magnetyczne). W związku z tym stała oddziaływania silnego jest określana przez analogię ze stałą oddziaływania grawitacyjnego:

Przydatne jest zrozumienie, które stałe są ogólnie podstawowe. Weźmy na przykład prędkość światła. Fakt, że jest skończony, jest fundamentalny, a nie jego znaczenie. W tym sensie, że ustaliliśmy odległość i czas, żeby tak było. W innych jednostkach byłoby inaczej.

Co zatem jest fundamentalne? Stosunki bezwymiarowe i charakterystyczne siły oddziaływania, które są opisane przez bezwymiarowe stałe oddziaływania. Z grubsza mówiąc, stałe interakcji charakteryzują prawdopodobieństwo jakiegoś procesu. Na przykład stała elektromagnetyczna charakteryzuje, z jakim prawdopodobieństwem elektron rozproszy się na protonie.

Zobaczmy, jak możemy logicznie zbudować wielkości wymiarowe. Możesz wprowadzić stosunek mas protonu i elektronu oraz określoną stałą oddziaływania elektromagnetycznego. W naszym wszechświecie pojawią się atomy. Możesz wziąć konkretne przejście atomowe i wziąć częstotliwość emitowanego światła i zmierzyć wszystko w okresie oscylacji światła. Oto jednostka czasu. Światło w tym czasie przeleci pewną odległość, więc otrzymamy jednostkę odległości. Foton o takiej częstotliwości ma jakąś energię, okazała się jednostka energii. A wtedy siła oddziaływania elektromagnetycznego jest taka, że ​​rozmiar atomu jest tak duży w naszych nowych jednostkach. Odległość mierzymy jako stosunek czasu przelotu światła przez atom do okresu oscylacji. Ta wartość zależy tylko od siły interakcji. Jeśli teraz zdefiniujemy prędkość światła jako stosunek wielkości atomu do okresu oscylacji, otrzymamy liczbę, ale nie jest ona fundamentalna. Druga i metr to dla nas charakterystyczne skale czasu i odległości. W nich mierzymy prędkość światła, ale jego konkretna wartość nie ma znaczenia fizycznego.

Eksperyment myślowy, niech będzie inny wszechświat, w którym miernik jest dokładnie dwa razy większy niż nasz, ale wszystkie podstawowe stałe i zależności są takie same. Wtedy interakcje potrwają dwa razy dłużej, aby się rozprzestrzenić, a istoty podobne do ludzi będą postrzegać sekundę z o połowę mniejszą prędkością. Oczywiście, że tego nie czują. Kiedy zmierzą prędkość światła, otrzymają taką samą wartość jak my. Ponieważ mierzą w charakterystycznych metrach i sekundach.

Dlatego fizycy nie przywiązują fundamentalnej wagi do faktu, że prędkość światła wynosi 300 000 km/s. I dołączona jest stała oddziaływania elektromagnetycznego, tak zwana stała struktury drobnej (wynosi około 1/137).

Co więcej, oczywiście stałe oddziaływań fundamentalnych (elektromagnetyzm, oddziaływania silne i słabe, grawitacja) związane z odpowiednimi procesami zależą od energii tych procesów. Oddziaływanie elektromagnetyczne w skali energii rzędu masy elektronu jest jednością, aw skali rzędu masy bozonu Higgsa jest inne, wyższe. Siła oddziaływania elektromagnetycznego rośnie wraz z energią. Ale jak zmieniają się stałe interakcji z energią, można obliczyć, wiedząc, jakie mamy cząstki i jakie są ich stosunki właściwości.

Dlatego, aby w pełni opisać fundamentalne oddziaływania na naszym poziomie rozumienia, wystarczy wiedzieć jaki mamy zbiór cząstek, stosunki masowe cząstek elementarnych, stałe oddziaływania w jednej skali np. w skali masa elektronu i stosunek sił, z którymi każda cząsteczka oddziałuje na to oddziaływanie, w przypadku elektromagnetycznym odpowiada to stosunkowi ładunków (ładunek protonu jest równy ładunkowi elektronu, ponieważ siła oddziaływania elektron z elektronem pokrywa się z siłą oddziaływania elektronu z protonem, gdyby była dwa razy większa, to siła byłaby dwa razy większa , siła jest mierzona, powtarzam, w bezwymiarowych prawdopodobieństwach). Pytanie sprowadza się do tego, dlaczego tak jest.

Tutaj wszystko nie jest jasne. Niektórzy naukowcy uważają, że wyłoni się bardziej fundamentalna teoria, z której będzie wynikać, w jaki sposób masy, ładunki i tak dalej są ze sobą powiązane. Na to ostatnie w pewnym sensie odpowiadają teorie wielkiej unifikacji. Niektórzy uważają, że działa zasada antropiczna. Oznacza to, że gdyby podstawowe stałe były inne, po prostu nie istnielibyśmy w takim wszechświecie.

Jak niewyobrażalnie dziwny byłby świat, gdyby stałe fizyczne mogły się zmienić! Na przykład tak zwana stała struktury drobnej jest w przybliżeniu równa 1/137. Gdyby miał inną wartość, być może nie byłoby różnicy między materią a energią.

Są rzeczy, które nigdy się nie zmieniają. Naukowcy nazywają je stałymi fizycznymi lub stałymi światowymi. Uważa się, że prędkość światła $c$, stała grawitacyjna $G$, masa elektronu $m_e$ i niektóre inne wielkości zawsze i wszędzie pozostają niezmienione. Stanowią one podstawę, na której opierają się teorie fizyczne i określają strukturę wszechświata.

Fizycy ciężko pracują, aby zmierzyć stałe światowe z coraz większą dokładnością, ale nikt jeszcze nie był w stanie w żaden sposób wyjaśnić, dlaczego ich wartości są takie, jakie są. W układzie SI $c = 299792458$ m/s, $G = 6.673\cdot 10^(–11)N\cdot$m$^2$/kg$^2$, $m_e = 9.10938188\cdot10^( - 31) $ kg - całkowicie niepowiązane ilości, które mają tylko jedną wspólną właściwość: jeśli zmienią się choć trochę, a istnienie złożonych struktur atomowych, w tym organizmów żywych, stanie pod dużym znakiem zapytania. Chęć uzasadnienia wartości stałych stała się jednym z bodźców do rozwoju zunifikowanej teorii, która w pełni opisuje wszystkie istniejące zjawiska. Z jego pomocą naukowcy mieli nadzieję pokazać, że każda stała światowa może mieć tylko jedną możliwą wartość, ze względu na wewnętrzne mechanizmy, które determinują zwodniczą arbitralność natury.

Najlepszym kandydatem do tytułu zunifikowanej teorii jest M-teoria (odmiana teorii strun), którą można uznać za spójną, jeśli Wszechświat ma nie cztery wymiary czasoprzestrzenne, ale jedenaście. Dlatego obserwowane przez nas stałe mogą w rzeczywistości nie być naprawdę fundamentalne. Prawdziwe stałe istnieją w pełnej wielowymiarowej przestrzeni, a my widzimy tylko ich trójwymiarowe „sylwetki”.

PRZEGLĄD: STAŁE ŚWIATOWE

1. W wielu równaniach fizycznych występują wielkości uważane za stałe wszędzie - w przestrzeni i czasie.

2. Ostatnio naukowcy wątpili w stałość stałych światowych. Porównując wyniki obserwacji kwazarów i pomiarów laboratoryjnych dochodzą do wniosku, że: pierwiastki chemiczne w odległej przeszłości absorbowały światło inaczej niż dzisiaj. Różnicę można wytłumaczyć zmianą kilku milionowych stałej struktury subtelnej.

3. Potwierdzenie nawet tak małej zmiany będzie prawdziwą rewolucją w nauce. Obserwowane stałe mogą się okazać jedynie „sylwetkami” prawdziwych stałych istniejących w wielowymiarowej czasoprzestrzeni.

Tymczasem fizycy doszli do wniosku, że wartości wielu stałych mogą być wynikiem zdarzeń losowych i interakcji między cząstkami elementarnymi we wczesnych stadiach dziejów wszechświata. Teoria strun pozwala na istnienie ogromnej liczby (10$^(500)$) światów z różnymi samospójnymi zbiorami praw i stałych ( patrz Krajobraz teorii strun, In the World of Science, nr 12, 2004.). Do tej pory naukowcy nie mają pojęcia, dlaczego wybrano naszą kombinację. Być może w wyniku dalszych badań liczba logicznie możliwych światów zmniejszy się do jednego, ale niewykluczone, że nasz Wszechświat jest tylko niewielką częścią multiwersu, w którym realizowane są różne rozwiązania równań zunifikowanej teorii, i obserwujemy tylko jeden z wariantów praw natury ( patrz Równoległe Wszechświaty, In the World of Science, nr 8, 2003 W tym przypadku dla wielu stałych światowych nie ma wyjaśnienia, poza tym, że stanowią one rzadką kombinację, która umożliwia rozwój świadomości. Być może obserwowany przez nas wszechświat stał się jedną z wielu odizolowanych oaz otoczonych nieskończoną martwą przestrzenią kosmiczną – surrealistycznym miejscem, w którym dominują zupełnie obce nam siły natury, a cząstki takie jak elektrony i struktury, takie jak atomy węgla i cząsteczki DNA, są po prostu niemożliwe. Próba dotarcia tam byłaby śmiertelna.

Opracowano również teorię strun, aby wyjaśnić pozorną arbitralność stałych fizycznych, więc jej podstawowe równania zawierają tylko kilka arbitralnych parametrów. Ale jak dotąd nie wyjaśnia to obserwowanych wartości stałych.

Niezawodny władca

W rzeczywistości użycie słowa „stała” nie jest całkowicie uzasadnione. Nasze stałe mogą się zmieniać w czasie i przestrzeni. Gdyby dodatkowe wymiary przestrzenne zmieniły swój rozmiar, stałe w naszym trójwymiarowym świecie zmieniłyby się wraz z nimi. A jeśli spojrzymy wystarczająco daleko w przestrzeń, zobaczymy obszary, w których stałe przybierają różne wartości. Od lat 30. XX wieku naukowcy spekulowali, że stałe mogą nie być stałe. Teoria strun nadaje tej idei teoretyczną wiarygodność i sprawia, że ​​poszukiwanie nietrwałości jest jeszcze ważniejsze.

Pierwszy problem polega na tym, że sama konfiguracja laboratorium może być wrażliwa na zmiany stałych. Wielkość wszystkich atomów mogła się zwiększyć, ale gdyby linijka używana do pomiarów również się wydłużyła, nic nie można było powiedzieć o zmianie wielkości atomów. Eksperymentatorzy zwykle zakładają, że wzorce pomiarowe (linijki, odważniki, zegary) pozostają niezmienione, ale nie można tego osiągnąć przy sprawdzaniu stałych. Badacze powinni zwrócić uwagę na stałe bezwymiarowe - tylko liczby, które nie zależą od układu jednostek, na przykład stosunek masy protonu do masy elektronu.

Czy zmienia się wewnętrzna struktura wszechświata?

Szczególnie interesująca jest wielkość $\alpha = e^2/2\epsilon_0 h c$, która łączy prędkość światła $c$, ładunek elektryczny elektronu $e$, stałą Plancka $h$ oraz tzw. zwana próżniową stałą dielektryczną $\epsilon_0$. Nazywa się to stałą struktury drobnej. Po raz pierwszy został wprowadzony w 1916 roku przez Arnolda Sommerfelda, który jako jeden z pierwszych spróbował zastosować mechanika kwantowa z elektromagnetyzmem: $\alpha$ łączy relatywistyczne (c) i kwantowe (h) charakterystyki oddziaływań elektromagnetycznych (e) z udziałem naładowanych cząstek w pustej przestrzeni ($\epsilon_0$). Pomiary wykazały, że wartość ta wynosi 1/137.03599976 (około 1/137).

Gdyby $\alpha $ miało inne znaczenie, to cały świat by się zmienił. Czy to jest mniejsza gęstość solidny składający się z atomów zmniejszyłby się (proporcjonalnie do $\alpha^3 $), wiązania molekularne pękłyby w niższych temperaturach ($\alpha^2 $), a liczba stabilnych pierwiastków w układzie okresowym mogłaby wzrosnąć ($1/ \alfa $). Gdyby $\alpha $ okazały się zbyt duże, małe jądra atomowe nie mogłyby istnieć, ponieważ wiążące je siły jądrowe nie byłyby w stanie zapobiec wzajemnemu odpychaniu się protonów. Dla $\alpha >0,1 $ węgiel nie może istnieć.

Reakcje jądrowe w gwiazdach są szczególnie wrażliwe na $\alpha $. Aby nastąpiła fuzja jądrowa, grawitacja gwiazdy musi wytworzyć wystarczającą ilość wysoka temperatura aby zmusić jądra do zbliżenia się pomimo ich tendencji do odpychania się. Gdyby $\alpha $ było większe niż 0,1, to fuzja byłaby niemożliwa (chyba że oczywiście inne parametry, takie jak stosunek mas elektronów i protonów, pozostałyby takie same). Zmiana $\alfa$ o zaledwie 4% wpłynęłaby na poziom energii w jądrze węgla do tego stopnia, że ​​jego występowanie w gwiazdach po prostu ustałoby.

Wdrażanie technik jądrowych

Drugi, poważniejszy problem eksperymentalny polega na tym, że pomiar zmian stałych wymaga bardzo precyzyjnego sprzętu, który musi być niezwykle stabilny. Nawet w przypadku zegarów atomowych dryf stałej struktury subtelnej można śledzić tylko przez kilka lat. Gdyby $\alpha $ zmieniła się o więcej niż 4 $\cdot$ $10^(–15)$ w ciągu trzech lat, najdokładniejszy zegar byłby w stanie to wykryć. Jednak nic takiego nie zostało jeszcze zarejestrowane. Wydawałoby się, dlaczego nie potwierdzenie stałości? Ale trzy lata dla kosmosu to moment. Powolne, ale znaczące zmiany w historii wszechświata mogą pozostać niezauważone.

LEKKA I TRWAŁA DOKŁADNA STRUKTURA

Na szczęście fizycy znaleźli inne sposoby sprawdzania. W latach siedemdziesiątych naukowcy z Francuskiej Komisji Energii Atomowej zauważyli pewne cechy w składzie izotopowym rudy z kopalni uranu w Oklo w Gabonie ( Afryka Zachodnia): przypominał odpady z reaktora jądrowego. Podobno około 2 miliardy lat temu w Oklo powstał naturalny reaktor jądrowy ( patrz Divine Reactor, In the World of Science, nr 1, 2004).

W 1976 roku Alexander Shlyakhter z Leningradzkiego Instytutu Fizyki Jądrowej zauważył, że wydajność naturalnych reaktorów jest krytycznie zależna od dokładnej energii konkretnego stanu jądra samaru, które wychwytuje neutrony. A sama energia jest silnie powiązana z wartością $\alpha $. Tak więc, gdyby stała struktury subtelnej była nieco inna, reakcja łańcuchowa nie mogłaby zajść. Ale tak się naprawdę stało, co oznacza, że ​​w ciągu ostatnich 2 miliardów lat stała nie zmieniła się o więcej niż 1 $\cdot$ $10^(–8)$. (Fizycy nadal spierają się o dokładne wyniki ilościowe z powodu nieuniknionej niepewności co do warunków w naturalnym reaktorze.)

W 1962 roku P. James E. Peebles i Robert Dicke z Princeton University jako pierwsi zastosowali taką analizę do starożytnych meteorytów: względna obfitość izotopów wynikających z ich radioaktywnego rozpadu zależy od $\alfa $. Najbardziej czułe ograniczenie jest związane z rozpadem beta w przemianie renu w osm. Według ostatnich prac Keitha Olive z University of Minnesota i Maxima Pospelova z University of Victoria w Kolumbii Brytyjskiej wartość $\alpha$ różniła się od obecnej o 2 $\cdot$ 10^ w czasie formowania się meteorytów (–6). )$. Ten wynik jest mniej dokładny niż dane uzyskane w Okle, ale cofa się w czasie, do powstania Układ Słoneczny 4,6 miliarda lat temu.

Aby zbadać możliwe zmiany w jeszcze dłuższych okresach czasu, naukowcy muszą spojrzeć w niebo. Światło z odległych obiektów astronomicznych trafia do naszych teleskopów przez miliardy lat i nosi odcisk praw i stałych światowych z tamtych czasów, kiedy dopiero rozpoczynało swoją podróż i interakcję z materią.

Linie widmowe

Astronomowie zaangażowali się w historię stałych wkrótce po odkryciu kwazarów w 1965 roku, które właśnie odkryto i zidentyfikowano jako jasne źródła światła znajdujące się w dużych odległościach od Ziemi. Ponieważ droga światła od kwazara do nas jest tak długa, nieuchronnie przecina gazowe sąsiedztwo młodych galaktyk. Gaz absorbuje światło kwazara o określonych częstotliwościach, odciskając w jego widmie kod kreskowy z wąskimi liniami (patrz ramka poniżej).

POSZUKIWANIE ZMIAN W PROMIENIOWANIU QUASAR

Gdy gaz pochłania światło, elektrony zawarte w atomach przeskakują z niskiego poziomy energii do wyższych. Poziomy energii są określane przez to, jak mocno jądro atomowe utrzymuje elektrony, co zależy od siły oddziaływania elektromagnetycznego między nimi, a zatem od stałej struktury subtelnej. Jeśli było inaczej w momencie pochłaniania światła lub w jakimś konkretnym regionie wszechświata, w którym to się wydarzyło, to energia potrzebna do przeniesienia elektronu na nowy poziom oraz długości fal obserwowanych w widmach przejść powinny różnią się od obserwowanych dzisiaj w eksperymentach laboratoryjnych. Charakter zmiany długości fal zależy w sposób krytyczny od rozkładu elektronów na orbitach atomowych. Dla danej zmiany $\alpha$ niektóre długości fal maleją, a inne wzrastają. Złożony wzór efektów trudno pomylić z błędami kalibracji danych, co czyni taki eksperyment niezwykle użytecznym.

Kiedy zaczynaliśmy pracę siedem lat temu, napotkaliśmy dwa problemy. Po pierwsze, długości fal wielu linii widmowych nie zostały zmierzone z wystarczającą dokładnością. Co dziwne, naukowcy wiedzieli znacznie więcej o widmach kwazarów odległych o miliardy lat świetlnych niż o widmach próbek ziemskich. Potrzebowaliśmy precyzyjnych pomiarów laboratoryjnych, aby porównać z nimi widma kwazara i przekonaliśmy eksperymentatorów do wykonania odpowiednich pomiarów. Przeprowadzili je Anne Thorne i Juliet Pickering z Imperial College London, a później zespoły kierowane przez Svenerica Johanssona z Obserwatorium w Lund w Szwecji oraz Ulfa Griesmanna i Rainera Klinga (Rainer Kling) z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii w Szwecji. Maryland.

Drugi problem polegał na tym, że dotychczasowi obserwatorzy stosowali tzw. dublety alkaliczne, czyli pary linii absorpcyjnych, które występują w gazach atomowych węgla lub krzemu. Porównali odstępy między tymi liniami w widmach kwazara z pomiarami laboratoryjnymi. Metoda ta nie pozwalała jednak na wykorzystanie jednego konkretnego zjawiska: zmiany w $\alpha $ powodują nie tylko zmianę odstępu między poziomami energetycznymi atomu względem poziomu o najniższej energii (stan podstawowy), ale także zmiana położenia samego stanu podstawowego. W rzeczywistości drugi efekt jest jeszcze silniejszy niż pierwszy. W rezultacie dokładność obserwacji wyniosła tylko 1 $\cdot$ $10^(–4)$.

W 1999 roku jeden z autorów artykułu (Web) i Victor V. Flambaum z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii w Australii opracowali technikę uwzględniającą oba efekty. W rezultacie czułość została zwiększona 10-krotnie. Ponadto stało się możliwe porównanie Różne rodzaje atomy (np. magnez i żelazo) i przeprowadzić dodatkowe kontrole krzyżowe. Trzeba było wykonać skomplikowane obliczenia, aby dokładnie ustalić, jak obserwowane długości fal różnią się w różnych typach atomów. Uzbrojeni w najnowocześniejsze teleskopy i czujniki postanowiliśmy przetestować trwałość $\alpha$ z niespotykaną dotąd dokładnością przy użyciu nowej metody wielu multipletów.

Rewizja poglądów

Rozpoczynając eksperymenty, chcieliśmy po prostu ustalić z większą dokładnością, że wartość stałej struktury subtelnej w czasach starożytnych była taka sama jak dzisiaj. Ku naszemu zdziwieniu wyniki uzyskane w 1999 roku wykazały niewielkie, ale statystycznie istotne różnice, które następnie zostały potwierdzone. Korzystając z danych ze 128 linii absorpcyjnych kwazarów, zarejestrowaliśmy wzrost $\alpha$ o 6 $\cdot$ $10^(–6)$ w ciągu ostatnich 6-12 miliardów lat.

Wyniki pomiarów stałej struktury subtelnej nie pozwalają na wyciągnięcie ostatecznych wniosków. Niektóre z nich wskazują, że kiedyś był mniejszy niż jest teraz, a niektóre nie. Być może α zmieniła się w odległej przeszłości, ale teraz stała się stała. (Pola reprezentują zakres danych.)

Odważne twierdzenia wymagają solidnych dowodów, więc naszym pierwszym krokiem było dokładne przeanalizowanie naszych metod gromadzenia i analizy danych. Błędy pomiaru można podzielić na dwa typy: systematyczne i losowe. Z przypadkowymi nieścisłościami wszystko jest proste. W każdym indywidualnym wymiarze, który przyjmują różne znaczenia, które przy dużej liczbie pomiarów są uśredniane i dążą do zera. Błędy systematyczne, które nie są uśrednione, są trudniejsze do pokonania. W astronomii tego rodzaju niepewności spotyka się na każdym kroku. W eksperymentach laboratoryjnych instrumenty można dostroić, aby zminimalizować błędy, ale astronomowie nie mogą „dostroić” wszechświata i muszą przyznać, że wszystkie ich metody zbierania danych zawierają nieodłączne błędy. Na przykład obserwowany rozkład przestrzenny galaktyk jest wyraźnie przesunięty w kierunku jasnych galaktyk, ponieważ są one łatwiejsze do zaobserwowania. Identyfikowanie i neutralizowanie takich przesunięć jest nieustannym wyzwaniem dla obserwatorów.

Najpierw zwróciliśmy uwagę na możliwe zniekształcenie skali długości fal, względem której mierzono linie widmowe kwazara. Mogłoby to powstać np. podczas przetwarzania „surowych” wyników obserwacji kwazarów na skalibrowane widmo. Chociaż proste liniowe rozciąganie lub zmniejszanie skali długości fal nie mogłoby dokładnie naśladować zmiany $\alfa$, nawet przybliżone podobieństwo wystarczyłoby do wyjaśnienia wyników. Stopniowo wyeliminowaliśmy proste błędy związane ze zniekształceniami, zastępując dane kalibracyjne zamiast wyników obserwacji kwazarów.

Od ponad dwóch lat badamy różne przyczyny stronniczości, aby upewnić się, że ich wpływ jest znikomy. Znaleźliśmy tylko jedno potencjalne źródło poważnych błędów. Mowa o liniach wchłaniania magnezu. Każdy z jego trzech stabilnych izotopów pochłania światło o różnych długościach fal, które są bardzo blisko siebie i są widoczne w widmach kwazarów jako pojedyncza linia. Na podstawie laboratoryjnych pomiarów względnej obfitości izotopów naukowcy oceniają wkład każdego z nich. Ich rozmieszczenie w młodym Wszechświecie mogłoby znacznie różnić się od dzisiejszego, gdyby gwiazdy emitujące magnez były średnio cięższe niż ich dzisiejsze odpowiedniki. Takie różnice mogą imitować zmianę $\alfa$, ale wyniki badania opublikowanego w tym roku wskazują, że obserwowane fakty nie są tak łatwe do wyjaśnienia. Yeshe Fenner i Brad K. Gibson z Swinburne University of Technology w Australii oraz Michael T. Murphy z University of Cambridge doszli do wniosku, że obfitość izotopów wymagana do naśladowania zmiany $\alfa$ prowadziłaby również do nadmiernej syntezy azotu na początku Wszechświat, który jest całkowicie niezgodny z obserwacjami. Musimy więc żyć z możliwością, że $\alpha$ się zmieniło.

CZASEM SIĘ ZMIENIA, CZASEM NIE

Zgodnie z hipotezą postawioną przez autorów artykułu, w niektórych okresach kosmicznej historii stała struktury subtelnej pozostawała niezmieniona, podczas gdy w innych wzrastała. Dane eksperymentalne (patrz poprzedni wstawka) są zgodne z tym założeniem.

Społeczność naukowa natychmiast doceniła znaczenie naszych wyników. Badacze widm kwazarów na całym świecie natychmiast podjęli się pomiarów. W 2003 roku zespoły badawcze Siergieja Lewszakowa (Sergei Levshakov) z Petersburskiego Instytutu Fizyki i Technologii. Ioffe i Ralf Quast z Uniwersytetu w Hamburgu zbadali trzy nowe układy kwazarów. W ubiegłym roku Hum Chand i Raghunathan Srianand z Międzyuczelnianego Centrum Astronomii i Astrofizyki w Indiach, Patrick Petitjean z Instytutu Astrofizyki oraz Bastien Aracil z LERMA w Paryżu przeanalizowali kolejne 23 przypadki. Żadna z grup nie znalazła zmian w $\alpha$. Chand twierdzi, że każda zmiana między 6 a 10 miliardami lat temu musi być mniejsza niż jedna milionowa.

Dlaczego podobne metodologie zastosowane do analizy różnych danych źródłowych doprowadziły do ​​tak drastycznej rozbieżności? Odpowiedź nie jest jeszcze znana. Wyniki uzyskane przez tych badaczy są doskonałej jakości, ale wielkość ich próbek i wiek analizowanego promieniowania są znacznie mniejsze niż nasze. Ponadto Chand zastosował uproszczoną wersję metody multimultiplet i nie ocenił w pełni wszystkich błędów doświadczalnych i systematycznych.

Znany astrofizyk John Bahcall z Princeton skrytykował samą metodę multi-multiplet, ale problemy, na które zwraca uwagę, należą do kategorii błędów losowych, które są minimalizowane przy użyciu dużych próbek. Bacall i Jeffrey Newman z National Laboratory. Lawrence z Berkeley rozważał linie emisyjne, a nie linie absorpcyjne. Ich podejście jest znacznie mniej precyzyjne, choć może okazać się przydatne w przyszłości.

Reforma ustawodawcza

Jeśli nasze wyniki będą prawidłowe, konsekwencje będą ogromne. Do niedawna wszelkie próby oszacowania, co stanie się ze Wszechświatem, jeśli zmieni się stała struktury subtelnej, były niezadowalające. Nie poszli dalej niż rozważenie $\alpha$ jako zmiennej w tych samych formułach, które uzyskano przy założeniu, że jest stała. Zgadzam się, bardzo wątpliwe podejście. Jeśli $\alpha $ się zmienia, to energia i pęd w efektach z tym związanych powinny zostać zachowane, co powinno wpłynąć na pole grawitacyjne we Wszechświecie. W 1982 roku Jacob D. Bekenstein z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie po raz pierwszy uogólnił prawa elektromagnetyzmu na przypadek stałych niestałych. W jego teorii $\alpha $ jest uważane za dynamiczny składnik przyrody, tj. jak pole skalarne. Cztery lata temu jeden z nas (Barrow) wraz z Håvardem Sandvikiem i João Magueijo z Imperial College London rozszerzył teorię Bekensteina o grawitację.

Przewidywania teorii uogólnionej są kusząco proste. Ponieważ elektromagnetyzm w skali kosmicznej jest znacznie słabszy niż grawitacja, zmiany $\alfa$ o kilka milionowych części nie mają zauważalnego wpływu na ekspansję Wszechświata. Jednak ekspansja znacząco wpływa na $\alpha $ ze względu na rozbieżność między energiami pola elektrycznego i magnetycznego. W ciągu pierwszych dziesiątek tysięcy lat kosmicznej historii promieniowanie zdominowało naładowane cząstki i utrzymywało równowagę między polami elektrycznymi i magnetycznymi. W miarę rozszerzania się wszechświata promieniowanie stało się rozrzedzone, a materia stała się dominującym elementem kosmosu. Energie elektryczne i magnetyczne okazały się nierówne, a $\alfa $ zaczęła rosnąć proporcjonalnie do logarytmu czasu. Około 6 miliardów lat temu ciemna energia zaczęła dominować, przyspieszając ekspansję, co utrudnia propagację wszystkich interakcji fizycznych w wolnej przestrzeni. W rezultacie $\alpha$ znów stało się prawie stałe.

Opisany obraz jest zgodny z naszymi obserwacjami. Linie widmowe kwazara charakteryzują ten okres kosmicznej historii, w którym dominowała materia, a $\alfa$ wzrastała. Wyniki pomiarów i badań laboratoryjnych w Oklo odpowiadają okresowi, w którym dominuje ciemna energia, a $\alpha$ jest stała. Szczególnie interesujące jest dalsze badanie wpływu zmiany $\alfa$ na pierwiastki promieniotwórcze w meteorytach, ponieważ pozwala nam to zbadać przejście między dwoma wymienionymi okresami.

Alfa to dopiero początek

Jeśli zmienia się stała struktura subtelna, obiekty materialne muszą upaść inaczej. Kiedyś Galileusz sformułował zasadę słabej równoważności, zgodnie z którą ciała w próżni spadają z tą samą prędkością, niezależnie od tego, z czego są zrobione. Ale zmiany w $\alpha$ muszą generować siłę działającą na wszystkie naładowane cząstki. Im więcej protonów zawiera atom w swoim jądrze, tym mocniej to wyczuje. Jeżeli wnioski wyciągnięte z analizy wyników obserwacji kwazarów są poprawne, to przyspieszenie swobodnego spadania ciał wykonanych z różnych materiałów powinno różnić się o około 1 $\cdot$ $10^(–14)$. Jest to 100 razy mniejsze niż to, co można zmierzyć w laboratorium, ale wystarczająco duże, aby pokazać różnice w eksperymentach, takich jak STEP (testowanie zasady równoważności w przestrzeni).

We wcześniejszych badaniach $\alpha $ naukowcy zaniedbali niejednorodność Wszechświata. Podobnie jak wszystkie galaktyki, nasza Droga Mleczna jest średnio milion razy gęstsza niż przestrzeń kosmiczna, więc nie rozszerza się wraz ze wszechświatem. W 2003 roku Barrow i David F. Mota z Cambridge obliczyli, że $\alfa$ może zachowywać się inaczej w galaktyce niż w pustych obszarach kosmosu. Gdy tylko młoda galaktyka zagęszcza się i rozluźniając, dochodzi do równowagi grawitacyjnej, $\alfa$ staje się stała wewnątrz galaktyki, ale nadal zmienia się na zewnątrz. Tak więc eksperymenty na Ziemi, które testują trwałość $\alfa$, cierpią z powodu tendencyjnego doboru warunków. Musimy jeszcze dowiedzieć się, jak wpływa to na weryfikację słabej zasady równoważności. Nie zaobserwowano jeszcze żadnych przestrzennych zmian $\alpha$. Opierając się na jednorodności CMB, Barrow niedawno wykazał, że $\alpha $ nie różni się o więcej niż 1 $\cdot$ $10^(–8)$ między regionami sfery niebieskiej oddalonymi o 10^o$.

Pozostaje nam czekać na pojawienie się nowych danych i nowych badań, które ostatecznie potwierdzą lub obalą hipotezę o zmianie $\alpha $. Badacze skupili się na tej stałej, po prostu dlatego, że efekty wynikające z jej zmienności są łatwiejsze do zauważenia. Ale jeśli $\alpha$ jest naprawdę zmienna, to inne stałe również muszą się zmienić. W tym przypadku będziemy musieli przyznać, że wewnętrzne mechanizmy natury są znacznie bardziej skomplikowane niż myśleliśmy.

O AUTORACH:
John Barrow (John D. Barrow) John Web (John K. Webb) zaangażował się w badanie stałych fizycznych w 1996 roku podczas wspólnego urlopu naukowego na Uniwersytecie Sussex w Anglii. Następnie Barrow badał nowe teoretyczne możliwości zmiany stałych, a Web zajmował się obserwacjami kwazarów. Obaj autorzy piszą książki non-fiction i często pojawiają się w programach telewizyjnych.

Zamówienie- pierwsze prawo nieba.

Aleksander Pop

Fundamentalne stałe światowe to takie stałe, które dostarczają informacji o najbardziej ogólnych, fundamentalnych właściwościach materii. Należą do nich na przykład G, c, e, h, m e itd. Wspólną rzeczą, która łączy te stałe, jest informacja, którą zawierają. Zatem stała grawitacyjna G jest ilościową charakterystyką uniwersalnego oddziaływania tkwiącego we wszystkich obiektach Wszechświata - grawitacji. Prędkość światła c jest maksymalną możliwą prędkością propagacji wszelkich oddziaływań w przyrodzie. Elementarny ładunek e jest minimalną możliwą wartością ładunku elektrycznego, który istnieje w przyrodzie w stanie swobodnym (kwarki o ułamkowych ładunkach elektrycznych najwyraźniej w stanie swobodnym istnieją tylko w supergęstej i gorącej plazmie kwarkowo-gluonowej). Stały

Słupek h określa minimalną zmianę wielkość fizyczna, zwany akcją i odgrywa fundamentalną rolę w fizyce mikroświata. Masa spoczynkowa m e elektronu jest charakterystyką bezwładności najlżejszej stabilnej cząstki elementarnej naładowanej.

Przez stałą jakiejś teorii rozumiemy wartość, która w ramach tej teorii uważana jest za zawsze niezmienną. Obecność stałych w wyrażeniach wielu praw natury odzwierciedla względną niezmienność pewnych aspektów rzeczywistości, która przejawia się w obecności prawidłowości.

Podstawowe stałe c, h, e, G itd. same w sobie są takie same dla wszystkich odcinków metagalaktyki i nie zmieniają się w czasie, z tego powodu nazywane są stałymi światowymi. Niektóre kombinacje stałych światowych determinują coś ważnego w strukturze obiektów przyrody, a także tworzą charakter szeregu fundamentalnych teorii.

określa wielkość powłoki przestrzennej dla zjawisk atomowych (tu m e jest masą elektronu), oraz

Energie charakterystyczne dla tych zjawisk; kwant dla wielkoskalowego strumienia magnetycznego w nadprzewodnikach jest określony przez ilość

graniczna masa stacjonarnych obiektów astrofizycznych jest określona przez kombinację:

gdzie m N jest masą nukleonu; 120

cały aparat matematyczny elektrodynamiki kwantowej opiera się na istnieniu małej wielkości bezwymiarowej

określenie intensywności oddziaływań elektromagnetycznych.

Analiza wymiarów stałych fundamentalnych prowadzi do nowego rozumienia problemu jako całości. Poszczególne wymiarowe stałe podstawowe, jak wspomniano powyżej, odgrywają pewną rolę w strukturze odpowiednich teorii fizycznych. Jeśli chodzi o opracowanie ujednoliconego opisu teoretycznego wszystkich procesów fizycznych, tworzenie jednolitego naukowego obrazu świata, wymiarowe stałe fizyczne ustępują miejsca bezwymiarowym stałym podstawowym, takim jak rola tych

stałe w tworzeniu struktury i właściwości wszechświata są bardzo duże. Stała struktury subtelnej jest ilościową charakterystyką jednego z czterech typów oddziaływań podstawowych występujących w przyrodzie - elektromagnetycznych. Oprócz oddziaływania elektromagnetycznego inne oddziaływania podstawowe są grawitacyjne, silne i słabe. Istnienie bezwymiarowej stałej oddziaływania elektromagnetycznego

Oczywiście zakłada obecność podobnych stałych bezwymiarowych, które są charakterystyczne dla pozostałych trzech typów oddziaływań. Te stałe charakteryzują się również następującymi bezwymiarowymi stałymi podstawowymi - stałą oddziaływania silnego - stała interakcji słabej:

gdzie jest stała Fermiego

dla słabych interakcji;

stała oddziaływania grawitacyjnego:

Wartości liczbowe stałych określać

względną „siłę” tych interakcji. Zatem oddziaływanie elektromagnetyczne jest około 137 razy słabsze niż silne. Najsłabsze jest oddziaływanie grawitacyjne, które jest o 10 39 mniejsze niż silne. Stałe interakcji określają również szybkość przemian jednej cząstki w drugą w różnych procesach. Stała oddziaływania elektromagnetycznego opisuje transformację dowolnych naładowanych cząstek w te same cząstki, ale ze zmianą stanu ruchu plus foton. Stała oddziaływania silnego jest ilościową charakterystyką wzajemnych przekształceń barionów z udziałem mezonów. Stała oddziaływania słabego określa intensywność przemian cząstek elementarnych w procesach z udziałem neutrin i antyneutrin.

Należy zwrócić uwagę na jeszcze jedną bezwymiarową stałą fizyczną określającą wymiar przestrzeni fizycznej, którą oznaczamy przez N. Jest dla nas zwyczajem, że zdarzenia fizyczne zachodzą w przestrzeni trójwymiarowej, tj. N = 3, chociaż rozwój fizyka wielokrotnie prowadziła do pojawienia się pojęć, które nie pasują do „zdrowego rozsądku”, ale odzwierciedlają rzeczywiste procesy zachodzące w przyrodzie.

Tak więc „klasyczne” podstawowe stałe wymiarowe odgrywają decydującą rolę w strukturze odpowiednich teorii fizycznych. Z nich powstają podstawowe bezwymiarowe stałe ujednoliconej teorii oddziaływań - Te stałe i kilka innych, a także wymiar przestrzeni N, determinują budowę Wszechświata i jego własności.