“มาสรุปผลลัพธ์กัน หนังสืออ้างอิง "ตารางปริมาณทางกายภาพ" (M.: Atomizdat, 1976) มีข้อความจำนวน 1005 หน้าและตัวเลขหลายล้านตัว วิธีจัดการกับพวกเขา?

ปริมาณเหล่านี้แบ่งออกเป็นอย่างน้อยสี่ประเภท

ก) หน่วยวัดตามธรรมชาติหรือจุดสเปกตรัมที่ทำเครื่องหมายทางกายภาพ นี่ไม่ใช่ตัวเลข แต่เป็นปริมาณเช่น G, c, h, m e, e (ประจุอิเล็กตรอน) เหล่านี้เป็นลักษณะเชิงมิติของปรากฏการณ์บางอย่างที่สามารถทำซ้ำได้หลายครั้งด้วย ระดับสูงความแม่นยำ. นี่คือภาพสะท้อนของความจริงที่ว่าธรรมชาติจำลองสถานการณ์เบื้องต้นในชุดใหญ่ การไตร่ตรองถึงอัตลักษณ์ของหน่วยการสร้างที่คล้ายคลึงกันของจักรวาลบางครั้งนำไปสู่แนวคิดทางกายภาพที่ลึกซึ้งเช่นสถิติของ Bose-Einstein และ Fermi-Dirac ความคิดที่น่าอัศจรรย์ของ Wheeler ที่ว่าอิเล็กตรอนทั้งหมดเหมือนกันเพราะเป็นส่วนที่เกิดขึ้นทันทีของเส้นโลกที่พันกันเป็นลูกบอลของอิเล็กตรอนหนึ่งตัว นำ Feynmanเพื่อลดความซับซ้อนของเทคนิคการคำนวณแบบไดอะแกรมในทฤษฎีสนามควอนตัม

b) ค่าคงที่จริงหรือไม่มีมิติ นี่คืออัตราส่วนของจุดที่ทำเครื่องหมายไว้หลายจุดบนสเปกตรัมของปริมาณที่มีมิติเดียวกัน ตัวอย่างเช่น อัตราส่วนของมวลของอนุภาคไฟฟ้า: เราได้กล่าวถึงแล้ว m p / m e . การระบุมิติต่างๆ โดยคำนึงถึงกฎหมายใหม่ กล่าวคือ การลดลงของกลุ่มมิติ นำไปสู่การรวมกลุ่มของสเปกตรัมที่ต่างกันก่อนหน้านี้ และความจำเป็นในการอธิบายตัวเลขใหม่

ตัวอย่างเช่น มิติ m e , c และ h สร้างกลุ่มนิวตัน ดังนั้นจึงนำไปสู่หน่วยอะตอมตามธรรมชาติของมิติ M, L, T เช่นเดียวกับหน่วยพลังค์ ดังนั้น ความสัมพันธ์ของพวกมันกับหน่วยพลังค์จึงจำเป็นต้องมีคำอธิบายเชิงทฤษฎี แต่อย่างที่เราพูด มันเป็นไปไม่ได้ตราบใดที่ไม่มีทฤษฎี (G, c, h) อย่างไรก็ตามใน (m e, c, h) - ทฤษฎี - อิเล็กโทรไดนามิกควอนตัม - มีปริมาณที่ไม่มีมิติซึ่งค่าของอิเล็กโทรไดนามิกควอนตัมสมัยใหม่ในแง่ของคำนั้นเป็นหนี้อยู่ ให้เราวางอิเล็กตรอนสองตัวที่ระยะทาง h/ m e c (ความยาวคลื่นที่เรียกว่าคอมป์ตันของอิเล็กตรอน) และวัดอัตราส่วนของพลังงานของการขับไล่ไฟฟ้าสถิตต่อพลังงาน m e c 2 เทียบเท่ากับมวลที่เหลือของอิเล็กตรอน คุณได้หมายเลข a \u003d 7.2972 x 10 -3 ≈ 1/137 นี่คือค่าคงที่ของโครงสร้างที่ดีที่มีชื่อเสียง

ควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกอธิบายโดยเฉพาะอย่างยิ่ง กระบวนการที่จำนวนอนุภาคไม่ถูกรักษาไว้: สุญญากาศสร้างคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอน พวกมันจะทำลายล้าง เนื่องจากความจริงที่ว่าพลังงานในการผลิต (ไม่น้อยกว่า 2m e c 2) นั้นมากกว่าพลังงานของการโต้ตอบของ Coulomb ที่เป็นลักษณะเฉพาะหลายร้อยเท่า (เนื่องจากค่าของ a) จึงเป็นไปได้ที่จะดำเนินการตามรูปแบบการคำนวณที่มีประสิทธิภาพซึ่ง การแก้ไขการแผ่รังสีเหล่านี้ไม่ได้ถูกละทิ้งอย่างสมบูรณ์ แต่ก็ไม่ได้ "ทำลายชีวิต" ของนักทฤษฎีอย่างสิ้นหวัง

ไม่มีคำอธิบายทางทฤษฎีสำหรับค่าของ α นักคณิตศาสตร์มีสเปกตรัมที่โดดเด่นเป็นของตัวเอง: สเปกตรัมของตัวดำเนินการเชิงเส้นตรงที่โดดเด่น-เครื่องกำเนิดไฟฟ้าของกลุ่มโกหกธรรมดาในรูปแบบที่ลดทอนไม่ได้ ปริมาณของโดเมนพื้นฐาน มิติของความคล้ายคลึงกันและช่องว่างของโคโฮโมโลยี ฯลฯ ซึ่งจำกัดทางเลือก แต่กลับเป็นค่าคงที่

ประเภทต่อไปของพวกเขาซึ่งใช้พื้นที่มากในตารางคือ:

c) ปัจจัยการแปลงจากมาตราส่วนหนึ่งไปอีกระดับหนึ่ง เช่น จากอะตอมเป็น "มนุษย์" ได้แก่ หมายเลขที่กล่าวไปแล้ว อโวกาโดร N 0 = 6.02 x 10 23 - โดยพื้นฐานแล้วหนึ่งกรัม แสดงเป็นหน่วยของ "มวลโปรตอน" แม้ว่าคำจำกัดความดั้งเดิมจะแตกต่างกันเล็กน้อย เช่นเดียวกับปีแสงในหน่วยกิโลเมตร แน่นอนว่าสิ่งที่น่าขยะแขยงที่สุดสำหรับนักคณิตศาสตร์ในที่นี้คือปัจจัยการแปลงจากหน่วยที่ไม่มีความหมายทางกายภาพหนึ่งไปยังอีกหน่วยหนึ่ง เช่นเดียวกับที่ไม่มีความหมาย: จากศอกเป็นฟุต หรือจากเรโอมูร์ถึงฟาเรนไฮต์ ในเชิงมนุษย์ ตัวเลขเหล่านี้บางครั้งเป็นตัวเลขที่สำคัญที่สุด ดังที่วินนี่เดอะพูห์กล่าวไว้อย่างชาญฉลาด: “ฉันไม่รู้ว่ามันอยู่กี่ลิตร เมตร และกิโลกรัม แต่เสือที่กระโดดนั้นดูยิ่งใหญ่สำหรับเรา”

d) "สเปกตรัมกระจาย" นี่เป็นลักษณะของวัสดุ (ไม่ใช่องค์ประกอบหรือสารประกอบบริสุทธิ์ แต่เป็นเกรดเทคโนโลยีทั่วไปของเหล็ก อลูมิเนียม ทองแดง) ข้อมูลทางดาราศาสตร์ (มวลของดวงอาทิตย์ เส้นผ่านศูนย์กลางของกาแล็กซี่ ... ) และอีกหลายชนิดที่เหมือนกัน ธรรมชาติสร้างหิน ดาวเคราะห์ ดาวฤกษ์ และกาแล็กซี โดยไม่สนใจความเหมือนกัน ต่างจากอิเล็กตรอน แต่คุณลักษณะของพวกมันยังคงเปลี่ยนแปลงภายในขอบเขตที่แน่นอนเท่านั้น คำอธิบายเชิงทฤษฎีของ "เขตอนุญาต" เหล่านี้เมื่อทราบแล้ว น่าสนใจและให้ความรู้อย่างน่าทึ่ง

Manin Yu.I. , คณิตศาสตร์เป็นคำอุปมา, M. , "MTsNMO Publishing House", 2010, p. 177-179.

ค่าคงที่ของการโต้ตอบ

วัสดุจากสารานุกรมรัสเซียฟรี "ประเพณี"

ค่าคงที่ของการโต้ตอบ(บางครั้งคำว่า ค่าคงที่ข้อต่อ) เป็นพารามิเตอร์ในทฤษฎีสนามที่กำหนดความแรงสัมพัทธ์ของการโต้ตอบระหว่างอนุภาคหรือสนาม ในทฤษฎีสนามควอนตัม ค่าคงที่ของการโต้ตอบจะสัมพันธ์กับจุดยอดในไดอะแกรมการโต้ตอบที่สอดคล้องกัน เป็นค่าคงที่ของการโต้ตอบ ใช้ทั้งพารามิเตอร์ไร้มิติและปริมาณที่เกี่ยวข้องซึ่งแสดงลักษณะการโต้ตอบและการมีมิติ ตัวอย่าง ได้แก่ อันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าไร้มิติและไฟฟ้า ซึ่งวัดเป็น C

1 การเปรียบเทียบการโต้ตอบ 1.1 ปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง 1.2 ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ 1.3 ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า 1.4 ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง 2 ค่าคงที่ในทฤษฎีสนามควอนตัม 3 ค่าคงที่ในทฤษฎีอื่น 3.1 ทฤษฎีสตริง 3.2 แรงโน้มถ่วงสูง 3.3 ปฏิสัมพันธ์ในระดับดาว 4 ลิงค์ 5 ดูสิ่งนี้ด้วย 6 วรรณกรรม 7 ลิงค์เพิ่มเติม

การเปรียบเทียบการโต้ตอบ

หากเราเลือกวัตถุที่มีส่วนร่วมในการโต้ตอบพื้นฐานทั้งสี่ ค่าคงที่การโต้ตอบไร้มิติของวัตถุนี้ หาได้จาก กฎทั่วไปจะแสดงความแข็งแกร่งสัมพัทธ์ของการโต้ตอบเหล่านี้ โปรตอนมักถูกใช้เป็นวัตถุในระดับอนุภาคมูลฐาน พลังงานพื้นฐานสำหรับการเปรียบเทียบปฏิสัมพันธ์คือพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าของโฟตอน โดยนิยามเท่ากับ:

โดยที่ - , - ความเร็วแสง - ความยาวคลื่นของโฟตอน การเลือกพลังงานโฟตอนไม่ได้ตั้งใจเพราะพื้นฐาน วิทยาศาสตร์สมัยใหม่อยู่การแทนคลื่นตามคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ด้วยความช่วยเหลือของพวกเขา การวัดพื้นฐานทั้งหมดถูกสร้างขึ้น - ความยาว เวลา และรวมถึงพลังงาน

ปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง

ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ

พลังงานที่เกี่ยวข้องกับปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอสามารถแสดงได้ในรูปแบบต่อไปนี้:

โดยที่ประจุที่มีประสิทธิภาพของการโต้ตอบที่อ่อนแอคือมวลของอนุภาคเสมือนที่ถือว่าเป็นพาหะของการโต้ตอบที่อ่อนแอ (W- และ Z-bosons)

กำลังสองของประจุที่มีประสิทธิภาพของอันตรกิริยาที่อ่อนแอสำหรับโปรตอนนั้นแสดงในรูปของค่าคงที่ Fermi J m 3 และมวลของโปรตอน:

ในระยะทางที่สั้นพอ พลังงานเลขชี้กำลังของการโต้ตอบที่อ่อนแอสามารถละเลยได้ ในกรณีนี้ ค่าคงที่การโต้ตอบที่อ่อนแอที่ไม่มีมิติถูกกำหนดดังนี้:

ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า

ปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าของโปรตอนที่ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้สองตัวอธิบายโดยพลังงานไฟฟ้าสถิต:

ที่ไหน - , - .

อัตราส่วนของพลังงานนี้ต่อพลังงานโฟตอนกำหนดค่าคงที่อันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่เรียกว่า:

ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่ง

ที่ระดับของฮาดรอนในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาค ถือว่าเป็นปฏิกิริยา "ตกค้าง" ที่เข้าสู่ฮาดรอน สันนิษฐานว่ากลูออนในฐานะพาหะของปฏิกิริยารุนแรง จะสร้างมีซอนเสมือนในช่องว่างระหว่างเฮดรอน ในแบบจำลอง pion-nucleon Yukawa แรงนิวเคลียร์ระหว่างนิวคลีออนนั้นเป็นผลมาจากการแลกเปลี่ยนของ pion เสมือน และพลังงานปฏิสัมพันธ์มีรูปแบบดังต่อไปนี้:

โดยที่ประจุที่มีประสิทธิภาพของปฏิกิริยาระหว่างไพออนกับนิวคลีออนเทียมคือมวลไพออน

ค่าคงที่อันตรกิริยาที่แข็งแกร่งไร้มิติคือ:

ค่าคงที่ในทฤษฎีสนามควอนตัม

ผลกระทบของปฏิสัมพันธ์ในทฤษฎีสนามมักถูกกำหนดโดยใช้ทฤษฎีการก่อกวน ซึ่งฟังก์ชันในสมการจะขยายออกไปด้วยกำลังของค่าคงที่การโต้ตอบ โดยปกติ สำหรับการโต้ตอบทั้งหมด ยกเว้นอย่างแรง ค่าคงที่ของการโต้ตอบจะน้อยกว่าความสามัคคีมาก สิ่งนี้ทำให้การประยุกต์ใช้ทฤษฎีการก่อกวนมีประสิทธิภาพ เนื่องจากการมีส่วนร่วมจากเงื่อนไขที่สูงขึ้นของการขยายลดลงอย่างรวดเร็วและการคำนวณไม่จำเป็น ในกรณีที่มีปฏิสัมพันธ์รุนแรง ทฤษฎีการก่อกวนจะไม่เหมาะสมและต้องใช้วิธีการคำนวณอื่นๆ

หนึ่งในการคาดการณ์ของทฤษฎีสนามควอนตัมคือสิ่งที่เรียกว่า "ค่าคงที่แบบลอยตัว" ซึ่งค่าคงที่ของปฏิสัมพันธ์จะค่อยๆ เปลี่ยนไปตามพลังงานที่เพิ่มขึ้นที่ถ่ายโอนระหว่างปฏิกิริยาของอนุภาค ดังนั้นค่าคงที่อันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น และค่าคงที่อันตรกิริยาที่รุนแรงจะลดลงตามพลังงานที่เพิ่มขึ้น ควาร์กในโครโมไดนามิกของควอนตัมมีค่าคงที่อันตรกิริยาที่แข็งแกร่งของตัวเอง:

ประจุสีที่มีประสิทธิภาพของควาร์กที่ปล่อยกลูออนเสมือนเพื่อโต้ตอบกับควาร์กอื่นอยู่ที่ไหน ด้วยระยะห่างระหว่างควาร์กที่ลดลง ซึ่งเกิดจากการชนกันของอนุภาคที่มีพลังงานสูง คาดว่าการลดลงลอการิทึมและการลดลงของปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง จากมาตราส่วนของพลังงานถ่ายโอนของลำดับพลังงานมวลของ Z-boson (91.19 GeV) พบว่า ในระดับพลังงานเดียวกัน ค่าคงที่อันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าจะเพิ่มเป็นค่าตามลำดับ 1/127 แทนที่จะเป็น ≈1/137 ที่พลังงานต่ำ สันนิษฐานว่าที่พลังงานที่สูงขึ้นประมาณ 10 18 GeV ค่าคงที่ของแรงโน้มถ่วง, อ่อนแอ, แม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงของอนุภาคจะเข้าหากันและอาจมีค่าเท่ากันโดยประมาณ

ค่าคงที่ในทฤษฎีอื่น

ทฤษฎีสตริง

ในทฤษฎีสตริง ค่าคงที่ปฏิสัมพันธ์ไม่ถือเป็นค่าคงที่ แต่เป็นไดนามิกในธรรมชาติ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ทฤษฎีเดียวกันที่พลังงานต่ำนั้นดูเหมือนว่าเส้นเชือกจะเคลื่อนที่ในสิบมิติ และที่พลังงานสูง - ในสิบเอ็ด การเปลี่ยนแปลงจำนวนการวัดจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงค่าคงที่การโต้ตอบ

แรงโน้มถ่วงสูง

ร่วมกับและแรงแม่เหล็กไฟฟ้าถือเป็นองค์ประกอบหลักของปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรงใน ในแบบจำลองนี้ แทนที่จะพิจารณาปฏิสัมพันธ์ของควาร์กและกลูออน จะพิจารณาสนามพื้นฐานเพียงสองสนามเท่านั้น - ความโน้มถ่วงและแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งทำหน้าที่ในเรื่องประจุและมวลของอนุภาคมูลฐาน เช่นเดียวกับในช่องว่างระหว่างพวกมัน ในเวลาเดียวกัน ควาร์กและกลูออนถูกสันนิษฐานว่าไม่ใช่อนุภาคจริง แต่เป็นอนุภาคควอซิเพิล ซึ่งสะท้อนคุณสมบัติของควอนตัมและความสมมาตรที่มีอยู่ในสสารฮาดรอน วิธีการนี้ลดจำนวนพารามิเตอร์อิสระที่ไม่มีเงื่อนไขจริง ๆ ลงอย่างมาก แต่มีการตั้งสมมติฐานไว้ ซึ่งได้รับการบันทึกไว้สำหรับทฤษฎีทางกายภาพ ในแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคมูลฐาน ซึ่งมีพารามิเตอร์ดังกล่าวอย่างน้อย 19 รายการ

ผลที่ตามมาอีกประการหนึ่งก็คือการโต้ตอบที่อ่อนแอและแข็งแกร่งนั้นไม่ถือว่าเป็นการโต้ตอบภาคสนามที่เป็นอิสระ อันตรกิริยาที่รุนแรงจะลดลงเหลือเพียงการรวมกันของแรงโน้มถ่วงและแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งผลกระทบความล่าช้าในการโต้ตอบ (สนามบิดของไดโพลและโคจรและแรงแม่เหล็ก) มีบทบาทสำคัญ ดังนั้น ค่าคงที่อันตรกิริยาที่รุนแรงจึงถูกกำหนดโดยการเปรียบเทียบกับค่าคงที่อันตรกิริยาโน้มถ่วง:

เป็นประโยชน์ที่จะเข้าใจว่าค่าคงที่ใดเป็นพื้นฐานโดยทั่วไป ยกตัวอย่าง ความเร็วแสง ความจริงที่ว่ามันมีขอบเขตเป็นพื้นฐาน ไม่ใช่ความหมายของมัน ในแง่ที่เรากำหนดระยะทางและเวลาให้เป็นแบบนั้น ในหน่วยอื่นก็จะแตกต่างกัน

แล้วอะไรคือพื้นฐาน? อัตราส่วนไร้มิติและแรงปฏิกิริยาเชิงลักษณะเฉพาะ ซึ่งอธิบายโดยค่าคงที่การโต้ตอบไร้มิติ กล่าวโดยคร่าว ๆ ค่าคงที่ของการโต้ตอบเป็นตัวกำหนดความน่าจะเป็นของกระบวนการบางอย่าง ตัวอย่างเช่น ค่าคงที่แม่เหล็กไฟฟ้าแสดงลักษณะความน่าจะเป็นที่อิเล็กตรอนจะกระจายบนโปรตอน

มาดูกันว่าเราจะสร้างปริมาณเชิงตรรกะได้อย่างไร คุณสามารถป้อนอัตราส่วนมวลของโปรตอนและอิเล็กตรอนและค่าคงที่จำเพาะของการโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้าได้ อะตอมจะปรากฏในจักรวาลของเรา คุณสามารถใช้การเปลี่ยนแปลงของอะตอมที่เฉพาะเจาะจงและใช้ความถี่ของแสงที่ปล่อยออกมาและวัดทุกอย่างในช่วงเวลาของการแกว่งของแสง นี่คือหน่วยของเวลา แสงในช่วงเวลานี้จะบินเป็นระยะทางหนึ่ง เราจึงได้หน่วยของระยะทาง โฟตอนที่มีความถี่ดังกล่าวมีพลังงานบางอย่างกลายเป็นหน่วยของพลังงาน จากนั้นความแรงของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าก็เท่ากับขนาดของอะตอมในหน่วยใหม่ของเรามาก เราวัดระยะทางเป็นอัตราส่วนของเวลาที่แสงส่องผ่านอะตอมต่อคาบการสั่น ค่านี้ขึ้นอยู่กับความแข็งแกร่งของการโต้ตอบเท่านั้น หากตอนนี้เรากำหนดความเร็วของแสงเป็นอัตราส่วนของขนาดของอะตอมต่อคาบการสั่น เราจะได้ตัวเลข แต่มันไม่ใช่ปัจจัยพื้นฐาน วินาทีและมิเตอร์เป็นมาตราส่วนเฉพาะของเวลาและระยะทางสำหรับเรา ในนั้นเราวัดความเร็วของแสง แต่ค่าเฉพาะของมันไม่ได้มีความหมายทางกายภาพ

การทดลองทางความคิด ขอให้มีอีกจักรวาลหนึ่ง ซึ่งมิเตอร์นั้นใหญ่เป็นสองเท่าของเราพอดี แต่ค่าคงที่พื้นฐานและความสัมพันธ์ทั้งหมดเหมือนกัน จากนั้นปฏิสัมพันธ์จะใช้เวลานานเป็นสองเท่าในการขยายพันธุ์ และสิ่งมีชีวิตที่เหมือนมนุษย์จะรับรู้วินาทีที่ความเร็วเพียงครึ่งเดียว แน่นอนว่าพวกเขาไม่รู้สึก เมื่อวัดความเร็วแสงจะได้ค่าเท่ากับเรา เพราะพวกมันวัดในหน่วยเมตรและวินาทีที่มีลักษณะเฉพาะ

ดังนั้น นักฟิสิกส์จึงไม่ให้ความสำคัญกับข้อเท็จจริงที่ว่าความเร็วแสงอยู่ที่ 300,000 กม./วินาที และค่าคงที่ของการโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้า ค่าคงที่ของโครงสร้างละเอียดที่เรียกว่าค่าคงที่ (ประมาณ 1/137) ติดอยู่

ยิ่งไปกว่านั้น แน่นอน ค่าคงที่ของปฏิสัมพันธ์พื้นฐาน (แม่เหล็กไฟฟ้า ปฏิกิริยารุนแรงและอ่อนแอ ความโน้มถ่วง) ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการที่เกี่ยวข้องนั้นขึ้นอยู่กับพลังงานของกระบวนการเหล่านี้ ปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าในระดับพลังงานของลำดับของมวลอิเล็กตรอนเป็นหนึ่งและในระดับของลำดับของมวลฮิกส์โบซอนนั้นแตกต่างกันและสูงกว่า ความแรงของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าเติบโตไปพร้อมกับพลังงาน แต่วิธีที่ค่าคงที่ของการโต้ตอบเปลี่ยนไปตามพลังงานสามารถคำนวณได้จากการรู้ว่าเรามีอนุภาคชนิดใดและอัตราส่วนของสมบัติเป็นเท่าใด

ดังนั้น เพื่อที่จะอธิบายปฏิสัมพันธ์พื้นฐานในระดับความเข้าใจของเราอย่างเต็มที่ ก็เพียงพอที่จะรู้ว่าเรามีอนุภาคใด อัตราส่วนมวลของอนุภาคมูลฐาน ค่าคงที่การโต้ตอบในระดับเดียว ตัวอย่างเช่น ในระดับของ มวลอิเล็กตรอนและอัตราส่วนของแรงที่แต่ละอนุภาคมีปฏิสัมพันธ์กันในกรณีแม่เหล็กไฟฟ้านี้สอดคล้องกับอัตราส่วนของประจุ (ประจุของโปรตอนเท่ากับประจุของอิเล็กตรอนเพราะแรงของปฏิกิริยาของ อิเล็กตรอนที่มีอิเล็กตรอนเกิดขึ้นพร้อมกับแรงปฏิสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนกับโปรตอน ถ้ามันมีขนาดใหญ่เป็นสองเท่า แรงก็จะมากเป็นสองเท่า แรงจะถูกวัด ย้ำ ด้วยความน่าจะเป็นที่ไม่มีมิติ) คำถามเกิดขึ้นว่าทำไมพวกเขาถึงเป็น

ทุกอย่างไม่ชัดเจนที่นี่ นักวิทยาศาสตร์บางคนเชื่อว่าจะมีทฤษฎีพื้นฐานที่จะเกิดขึ้น ซึ่งจะตามมาด้วยว่ามวล ประจุ และอื่นๆ มีความสัมพันธ์กันอย่างไร ประการหลังคือตอบโดยทฤษฎีเอกภาพที่ยิ่งใหญ่ บางคนเชื่อว่าหลักมานุษยวิทยากำลังทำงานอยู่ นั่นคือถ้าค่าคงที่พื้นฐานต่างกัน เราก็ไม่มีอยู่ในจักรวาลเช่นนั้น

โลกจะแปลกประหลาดสักเพียงไรถ้าค่าคงที่ทางกายภาพสามารถเปลี่ยนแปลงได้! ตัวอย่างเช่น ค่าคงที่ของโครงสร้างละเอียดที่เรียกว่าค่าคงที่ประมาณเท่ากับ 1/137 ถ้ามันมีค่าต่างกัน บางทีก็ไม่มีความแตกต่างระหว่างสสารและพลังงาน

มีหลายสิ่งที่ไม่เคยเปลี่ยน นักวิทยาศาสตร์เรียกพวกมันว่าค่าคงที่ทางกายภาพหรือค่าคงที่ของโลก เป็นที่เชื่อกันว่าความเร็วของแสง $c$ ค่าคงตัวโน้มถ่วง $G$ มวลอิเล็กตรอน $m_e$ และปริมาณอื่นๆ เสมอและทุกที่ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง พวกเขาสร้างพื้นฐานตามทฤษฎีทางกายภาพและกำหนดโครงสร้างของจักรวาล

นักฟิสิกส์กำลังทำงานอย่างหนักเพื่อวัดค่าคงที่ของโลกด้วยความแม่นยำที่มากขึ้นกว่าเดิม แต่ยังไม่มีใครสามารถอธิบายได้ว่าทำไมค่าของพวกเขาถึงเป็นแบบนั้น ในระบบ SI $c = 299792458$ m/s, $G = 6.673\cdot 10^(–11)N\cdot$m$^2$/kg$^2$, $m_e = 9.10938188\cdot10^( - 31) $ kg - ปริมาณที่ไม่เกี่ยวข้องกันโดยสิ้นเชิงซึ่งมีสมบัติร่วมกันเพียงอย่างเดียว: หากมีการเปลี่ยนแปลงอย่างน้อยเล็กน้อยและการมีอยู่ของโครงสร้างอะตอมที่ซับซ้อนรวมถึงสิ่งมีชีวิตจะเป็นปัญหาใหญ่ ความปรารถนาที่จะพิสูจน์คุณค่าของค่าคงที่ได้กลายเป็นหนึ่งในแรงจูงใจสำหรับการพัฒนาทฤษฎีแบบครบวงจรที่อธิบายปรากฏการณ์ที่มีอยู่ทั้งหมดอย่างสมบูรณ์ ด้วยความช่วยเหลือ นักวิทยาศาสตร์หวังว่าจะแสดงให้เห็นว่าค่าคงที่ของโลกแต่ละค่าสามารถมีค่าที่เป็นไปได้เพียงค่าเดียว เนื่องจากกลไกภายในที่กำหนดกฎเกณฑ์ที่หลอกลวงของธรรมชาติ

ผู้สมัครที่ดีที่สุดสำหรับชื่อของทฤษฎีเอกภาพคือทฤษฎี M (ทฤษฎีสตริงที่แตกต่าง) ซึ่งถือได้ว่าสอดคล้องกันหากจักรวาลไม่มีมิติเวลาอวกาศสี่มิติ แต่มีสิบเอ็ดมิติ ดังนั้น ค่าคงที่ที่เราสังเกตอาจไม่ใช่ค่าพื้นฐานอย่างแท้จริง ค่าคงที่ที่แท้จริงมีอยู่ในปริภูมิหลายมิติเต็มรูปแบบ และเราจะเห็นเฉพาะ "เงา" สามมิติเท่านั้น

ภาพรวม: ค่าคงที่ของโลก

1. ในสมการเชิงฟิสิกส์จำนวนมาก มีปริมาณที่ถือว่าคงที่ทุกที่ - ในอวกาศและเวลา

2. เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์ได้สงสัยในความคงตัวของค่าคงที่ของโลก เมื่อเปรียบเทียบผลการสังเกตของควาซาร์และการวัดในห้องปฏิบัติการ สรุปได้ว่า องค์ประกอบทางเคมีในอดีตอันไกลโพ้นพวกมันดูดซับแสงต่างไปจากทุกวันนี้ ความแตกต่างสามารถอธิบายได้โดยการเปลี่ยนแปลงค่าคงที่ของโครงสร้างแบบละเอียดหลายล้านส่วน

3. การยืนยันถึงการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยดังกล่าวจะเป็นการปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์อย่างแท้จริง ค่าคงที่ที่สังเกตได้อาจกลายเป็นเพียง "เงา" ของค่าคงที่ที่แท้จริงที่มีอยู่ในกาลอวกาศหลายมิติ

ในขณะเดียวกัน นักฟิสิกส์ได้สรุปว่าค่าคงที่จำนวนมากอาจเป็นผลมาจากเหตุการณ์สุ่มและปฏิสัมพันธ์ระหว่างอนุภาคมูลฐานในช่วงเริ่มต้นของประวัติศาสตร์จักรวาล ทฤษฎีสตริงอนุญาตให้มีโลกจำนวนมาก ($10^(500)$) ที่มีชุดกฎและค่าคงที่ที่แตกต่างกันในตัวเอง ( ดู Landscape of String Theory, In the World of Science, No. 12, 2004.). จนถึงตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์ไม่รู้ว่าเหตุใดจึงเลือกชุดค่าผสมของเรา บางทีจากการวิจัยเพิ่มเติมจำนวนของโลกที่เป็นไปได้ทางตรรกะจะลดลงเหลือเพียงโลกเดียว แต่เป็นไปได้ว่าจักรวาลของเราเป็นเพียงส่วนเล็ก ๆ ของลิขสิทธิ์ซึ่งมีการนำคำตอบต่าง ๆ ของสมการของทฤษฎีปึกแผ่นมาใช้ และเราสังเกตเพียงหนึ่งในตัวแปรของกฎแห่งธรรมชาติ ( ดู Parallel Universes, In the World of Science, No. 8, 2003) ในกรณีนี้สำหรับค่าคงที่ของโลกจำนวนมากไม่มีคำอธิบายยกเว้นว่ามันเป็นชุดที่หายากที่ช่วยให้การพัฒนาของจิตสำนึก บางทีจักรวาลที่เราสังเกตเห็นอาจกลายเป็นหนึ่งในโอเอซิสที่แยกตัวออกมามากมายที่รายล้อมไปด้วยอวกาศที่ไร้ชีวิตไร้ขอบเขต ซึ่งเป็นสถานที่เหนือจริงที่พลังแห่งธรรมชาติต่างดาวมาครอบงำเราอย่างสมบูรณ์ และอนุภาคอย่างอิเล็กตรอนและโครงสร้างอย่างอะตอมของคาร์บอนและโมเลกุลดีเอ็นเอก็เป็นไปไม่ได้ การพยายามไปถึงที่นั่นอาจถึงแก่ชีวิตได้

ทฤษฎีสตริงได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่ออธิบายความแน่นอนที่ชัดเจนของค่าคงที่ทางกายภาพ ดังนั้นสมการพื้นฐานของมันจึงมีพารามิเตอร์ตามอำเภอใจเพียงไม่กี่ตัวเท่านั้น แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่ได้อธิบายค่าที่สังเกตได้ของค่าคงที่

ไม้บรรทัดที่เชื่อถือได้

อันที่จริง การใช้คำว่า "คงที่" นั้นไม่ถูกต้องทั้งหมด ค่าคงที่ของเราสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในเวลาและพื้นที่ หากมิติเชิงพื้นที่พิเศษเปลี่ยนขนาด ค่าคงที่ในโลกสามมิติของเราจะเปลี่ยนไปตามนั้น และถ้าเรามองไปไกลพอในอวกาศ เราจะเห็นพื้นที่ที่ค่าคงที่ใช้ค่าต่างๆ กัน ตั้งแต่ทศวรรษที่ 1930 นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าค่าคงที่อาจไม่คงที่ ทฤษฎีสตริงทำให้แนวคิดนี้มีความน่าเชื่อถือทางทฤษฎีและทำให้การค้นหาความไม่เที่ยงมีความสำคัญมากขึ้น

ปัญหาแรกคือการตั้งค่าห้องปฏิบัติการเองอาจไวต่อการเปลี่ยนแปลงค่าคงที่ ขนาดของอะตอมทั้งหมดสามารถเพิ่มขึ้นได้ แต่ถ้าไม้บรรทัดที่ใช้ในการวัดยาวขึ้นด้วย ก็ไม่มีอะไรจะพูดเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงขนาดของอะตอมได้ ผู้ทดลองมักจะถือว่ามาตรฐานการวัด (ไม้บรรทัด, น้ำหนัก, นาฬิกา) ไม่เปลี่ยนแปลง แต่ไม่สามารถทำได้เมื่อตรวจสอบค่าคงที่ นักวิจัยควรใส่ใจกับค่าคงที่ไร้มิติ - แค่ตัวเลขที่ไม่ขึ้นอยู่กับระบบของหน่วย เช่น อัตราส่วนของมวลโปรตอนต่อมวลของอิเล็กตรอน

โครงสร้างภายในของจักรวาลเปลี่ยนแปลงหรือไม่?

สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือปริมาณ $\alpha = e^2/2\epsilon_0 h c$ ซึ่งรวมความเร็วของแสง $c$ ประจุไฟฟ้าของอิเล็กตรอน $e$ ค่าคงที่ของพลังค์ $h$ และดังนั้น- เรียกว่าค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูญญากาศ $\epsilon_0$ เรียกว่าค่าคงที่ของโครงสร้างแบบละเอียด เปิดตัวครั้งแรกในปี 1916 โดย Arnold Sommerfeld ซึ่งเป็นหนึ่งในคนกลุ่มแรกที่พยายามสมัคร กลศาสตร์ควอนตัมกับแม่เหล็กไฟฟ้า: $\alpha$ เชื่อมโยงความสัมพันธ์ (c) และควอนตัม (h) ลักษณะพิเศษของปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (e) ที่เกี่ยวข้องกับอนุภาคที่มีประจุในพื้นที่ว่าง ($\epsilon_0$) การวัดได้แสดงให้เห็นว่าค่านี้คือ 1/137.03599976 (ประมาณ 1/137)

ถ้า $\alpha $ มีความหมายต่างกัน โลกทั้งใบก็จะเปลี่ยนไป ไม่ว่าจะเป็นความหนาแน่นน้อย แข็งซึ่งประกอบด้วยอะตอมจะลดลง (ตามสัดส่วนของ $\alpha^3 $) พันธะโมเลกุลจะแตกที่อุณหภูมิต่ำกว่า ($\alpha^2 $) และจำนวนองค์ประกอบที่เสถียรในตารางธาตุอาจเพิ่มขึ้น ($1/ \อัลฟา$). ถ้า $\alpha $ กลายเป็นขนาดใหญ่เกินไป นิวเคลียสอะตอมขนาดเล็กก็ไม่สามารถดำรงอยู่ได้ เพราะแรงนิวเคลียร์ที่ผูกมัดพวกมันจะไม่สามารถป้องกันการผลักโปรตอนซึ่งกันและกันได้ สำหรับ $\alpha >0.1 $ ไม่มีคาร์บอน

ปฏิกิริยานิวเคลียร์ในดาวฤกษ์มีความไวต่อ $\alpha $ เป็นพิเศษ เพื่อให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชัน แรงโน้มถ่วงของดาวต้องสร้างเพียงพอ อุณหภูมิสูงเพื่อบังคับให้นิวเคลียสเคลื่อนตัวเข้ามาใกล้มากขึ้นทั้งๆ ที่มีแนวโน้มจะผลักกัน หาก $\alpha $ มากกว่า 0.1 การหลอมรวมจะเป็นไปไม่ได้ (เว้นแต่แน่นอนว่า พารามิเตอร์อื่นๆ เช่น อัตราส่วนของมวลอิเล็กตรอนและโปรตอน ยังคงเหมือนเดิม) การเปลี่ยนแปลงของ $\alpha$ เพียง 4% จะส่งผลต่อระดับพลังงานในแกนกลางของคาร์บอนจนถึงขนาดที่การเกิดขึ้นในดาวฤกษ์จะหยุดลง

การใช้เทคนิคนิวเคลียร์

ปัญหาที่สองที่ร้ายแรงกว่าในการทดลองคือการวัดการเปลี่ยนแปลงค่าคงที่ต้องใช้อุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งต้องมีความเสถียรอย่างยิ่ง แม้กระทั่งกับนาฬิกาอะตอม การเคลื่อนตัวของค่าคงที่ของโครงสร้างแบบละเอียดก็สามารถติดตามได้เพียงไม่กี่ปี หาก $\alpha $ เปลี่ยนแปลงมากกว่า 4 $\cdot$ $10^(–15)$ ในสามปี นาฬิกาที่แม่นยำที่สุดจะสามารถตรวจจับสิ่งนี้ได้ อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการบันทึกลักษณะดังกล่าว ดูเหมือนว่าทำไมไม่ยืนยันความมั่นคง? แต่สามปีสำหรับอวกาศนั้นเป็นเวลาชั่วพริบตา การเปลี่ยนแปลงที่ช้าแต่สำคัญในประวัติศาสตร์ของจักรวาลอาจไม่มีใครสังเกตเห็น

โครงสร้างที่เบาและสม่ำเสมอ

โชคดีที่นักฟิสิกส์พบวิธีอื่นในการตรวจสอบ ในปี 1970 นักวิทยาศาสตร์จากคณะกรรมาธิการพลังงานปรมาณูของฝรั่งเศสสังเกตเห็นลักษณะบางอย่างในองค์ประกอบไอโซโทปของแร่จากเหมืองยูเรเนียมที่ Oklo ในกาบอง ( แอฟริกาตะวันตก): คล้ายกับของเสียจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เห็นได้ชัดว่าเมื่อประมาณ 2 พันล้านปีก่อน มีการสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ธรรมชาติใน Oklo ( ดู Divine Reactor ในโลกแห่งวิทยาศาสตร์ ฉบับที่ 1, 2004)

ในปี 1976 Alexander Shlyakhter จากสถาบัน Leningrad Institute of Nuclear Physics สังเกตว่าประสิทธิภาพของเครื่องปฏิกรณ์ธรรมชาติขึ้นอยู่กับพลังงานที่แน่นอนของสถานะจำเพาะของนิวเคลียสซาแมเรียมที่จับนิวตรอน และพลังงานเองก็เกี่ยวข้องอย่างมากกับค่าของ $\alpha $ ดังนั้น หากค่าคงที่ของโครงสร้างแบบละเอียดแตกต่างกันเล็กน้อย จะไม่มีปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดขึ้นได้ แต่มันเกิดขึ้นจริงๆ ซึ่งหมายความว่าในช่วง 2 พันล้านปีที่ผ่านมา ค่าคงที่ไม่ได้เปลี่ยนแปลงไปมากกว่า 1 $\cdot$ $10^(–8)$ (นักฟิสิกส์ยังคงโต้เถียงกันเกี่ยวกับผลลัพธ์เชิงปริมาณที่แน่นอน เนื่องจากความไม่แน่นอนที่หลีกเลี่ยงไม่ได้เกี่ยวกับสภาวะในเครื่องปฏิกรณ์ธรรมชาติ)

ในปี 1962 P. James E. Peebles และ Robert Dicke จากมหาวิทยาลัยพรินซ์ตันเป็นคนแรกที่ใช้การวิเคราะห์ดังกล่าวกับอุกกาบาตโบราณ: ปริมาณไอโซโทปที่สัมพัทธ์ซึ่งเป็นผลมาจากการสลายตัวของกัมมันตภาพรังสีขึ้นอยู่กับ $\alpha $ ข้อจำกัดที่ละเอียดอ่อนที่สุดเกี่ยวข้องกับการสลายตัวของเบต้าในการแปลงรีเนียมเป็นออสเมียม จากงานล่าสุดของ Keith Olive แห่งมหาวิทยาลัย Minnesota และ Maxim Pospelov จาก University of Victoria ในบริติชโคลัมเบีย $\alpha$ แตกต่างจากมูลค่าปัจจุบัน 2 $\cdot$ $10^ ณ เวลาที่อุกกาบาตก่อตัว (–6 )$. ผลลัพธ์นี้มีความแม่นยำน้อยกว่าข้อมูลที่ได้รับจาก Oklo แต่ย้อนเวลากลับไปสู่การเกิดขึ้น ระบบสุริยะ 4.6 พันล้านปีก่อน

เพื่อสำรวจการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ในช่วงเวลาที่ยาวนานขึ้น นักวิจัยต้องมองขึ้นไปบนฟ้า แสงจากวัตถุทางดาราศาสตร์ที่อยู่ห่างไกลส่งไปยังกล้องโทรทรรศน์ของเราเป็นเวลาหลายพันล้านปี และมีรอยประทับของกฎและค่าคงที่ของโลกในสมัยนั้นที่มันเพิ่งเริ่มต้นการเดินทางและปฏิสัมพันธ์กับสสาร

เส้นสเปกตรัม

นักดาราศาสตร์เข้าไปพัวพันกับเรื่องค่าคงที่ไม่นานหลังจากการค้นพบควาซาร์ในปี 1965 ซึ่งเพิ่งถูกค้นพบและระบุว่าเป็นแหล่งกำเนิดแสงจ้าซึ่งอยู่ห่างจากโลกมาก เนื่องจากเส้นทางของแสงจากควาซาร์มาถึงเรานั้นยาวมาก มันจึงข้ามย่านที่เป็นก๊าซของดาราจักรรุ่นเยาว์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ก๊าซดูดซับแสงควาซาร์ที่ความถี่เฉพาะ พิมพ์บาร์โค้ดของเส้นแคบ ๆ ข้ามสเปกตรัม (ดูกล่องด้านล่าง)

ค้นหาการเปลี่ยนแปลงในการแผ่รังสีควาซาร์

เมื่อก๊าซดูดกลืนแสง อิเล็กตรอนที่อยู่ในอะตอมจะกระโดดจากระดับต่ำ ระดับพลังงานให้สูงขึ้น ระดับพลังงานถูกกำหนดโดยความแรงของนิวเคลียสของอะตอมที่ถืออิเล็กตรอน ซึ่งขึ้นอยู่กับความแรงของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างพวกมันและด้วยเหตุนี้จึงขึ้นกับค่าคงที่ของโครงสร้างที่ดี ถ้ามันแตกต่างไปจากตอนที่แสงถูกดูดกลืน หรือในบางพื้นที่ของจักรวาลที่มันเกิดขึ้น พลังงานที่จำเป็นในการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนไปยังระดับใหม่ และความยาวคลื่นของการเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้ในสเปกตรัมควร จะแตกต่างจากที่สังเกตได้ในปัจจุบันในการทดลองในห้องปฏิบัติการ ลักษณะของการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นขึ้นอยู่กับการกระจายของอิเล็กตรอนในวงโคจรของอะตอม สำหรับการเปลี่ยนแปลงที่กำหนดใน $\alpha$ ความยาวคลื่นบางส่วนจะลดลง ในขณะที่บางส่วนเพิ่มขึ้น รูปแบบเอฟเฟกต์ที่ซับซ้อนนั้นยากที่จะสับสนกับข้อผิดพลาดในการสอบเทียบข้อมูล ซึ่งทำให้การทดลองดังกล่าวมีประโยชน์อย่างยิ่ง

เมื่อเราเริ่มทำงานเมื่อเจ็ดปีที่แล้ว เราประสบปัญหาสองประการ ประการแรก ความยาวคลื่นของเส้นสเปกตรัมหลายเส้นไม่ได้วัดด้วยความแม่นยำเพียงพอ น่าแปลกที่นักวิทยาศาสตร์รู้มากขึ้นเกี่ยวกับสเปกตรัมของควาซาร์ที่อยู่ห่างออกไปหลายพันล้านปีแสงมากกว่าสเปกตรัมของตัวอย่างบนบก เราต้องการการวัดในห้องปฏิบัติการที่มีความแม่นยำสูงเพื่อเปรียบเทียบสเปกตรัมของควาซาร์กับพวกมัน และเราชักชวนให้ผู้ทดลองทำการตรวจวัดที่เหมาะสม พวกเขาดำเนินการโดย Anne Thorne และ Juliet Pickering จาก Imperial College London และต่อมาโดยทีมที่นำโดย Sveneric Johansson แห่ง Lund Observatory ในสวีเดนและโดย Ulf Griesmann และ Rainer Kling (Rainer Kling) จากสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติใน แมริแลนด์.

ปัญหาที่สองคือผู้สังเกตการณ์คนก่อนใช้สิ่งที่เรียกว่าอัลคาไลน์ดับเบิ้ล ซึ่งเป็นคู่ของเส้นดูดกลืนที่ปรากฏในก๊าซอะตอมของคาร์บอนหรือซิลิกอน พวกเขาเปรียบเทียบช่วงเวลาระหว่างเส้นเหล่านี้ในสเปกตรัมของควาซาร์กับการวัดในห้องปฏิบัติการ อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ไม่อนุญาตให้ใช้ปรากฏการณ์เฉพาะอย่างหนึ่ง: การแปรผันของ $\alpha $ ไม่เพียงทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในช่วงเวลาระหว่างระดับพลังงานของอะตอมที่สัมพันธ์กับระดับที่มีพลังงานต่ำสุด (สถานะพื้น) แต่ ยังเป็นการเปลี่ยนตำแหน่งของสภาพพื้นดินเองด้วย อันที่จริง เอฟเฟกต์ที่สองนั้นแข็งแกร่งกว่าเอฟเฟกต์แรก ผลที่ได้คือความแม่นยำของการสังเกตมีเพียง 1 $\cdot$ $10^(–4)$

ในปี 2542 หนึ่งในผู้เขียนบทความ (เว็บ) และ Victor V. Flambaum แห่งมหาวิทยาลัยนิวเซาธ์เวลส์ในออสเตรเลียได้พัฒนาเทคนิคเพื่อพิจารณาผลกระทบทั้งสอง ส่งผลให้ความไวเพิ่มขึ้น 10 เท่า นอกจากนี้ยังสามารถเปรียบเทียบ ประเภทต่างๆอะตอม (เช่น แมกนีเซียมและเหล็ก) และทำการตรวจสอบไขว้เพิ่มเติม ต้องทำการคำนวณที่ซับซ้อนเพื่อกำหนดว่าความยาวคลื่นที่สังเกตได้นั้นแปรผันอย่างไรในอะตอมประเภทต่างๆ ด้วยกล้องโทรทรรศน์และเซ็นเซอร์ที่ล้ำสมัย เราจึงตัดสินใจทดสอบการคงอยู่ของ $\alpha$ ด้วยความแม่นยำที่ไม่เคยมีมาก่อนโดยใช้วิธีการใหม่ของมัลติเพล็ต

ทบทวนมุมมอง

เมื่อเราเริ่มการทดลอง เราเพียงต้องการสร้างความถูกต้องมากขึ้นว่าค่าคงที่ของโครงสร้างที่ดีในสมัยโบราณมีค่าเท่ากับที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน ที่น่าประหลาดใจคือ ผลลัพธ์ที่ได้รับในปี 2542 มีความแตกต่างเพียงเล็กน้อยแต่มีนัยสำคัญทางสถิติ ซึ่งได้รับการยืนยันในภายหลัง จากการใช้ข้อมูลจาก 128 เส้นดูดกลืนควาซาร์ เราบันทึกการเพิ่มขึ้นใน $\alpha$ 6 $\cdot$ $10^(–6)$ ในช่วง 6–12 พันล้านปีที่ผ่านมา

ผลลัพธ์ของการวัดค่าคงที่ของโครงสร้างแบบละเอียดไม่อนุญาตให้เราสรุปผลขั้นสุดท้าย บางคนระบุว่าเมื่อก่อนเคยเล็กกว่าตอนนี้และบางคนก็ไม่ บางที α อาจเปลี่ยนไปในอดีตอันไกลโพ้น แต่ตอนนี้กลายเป็นค่าคงที่แล้ว (กล่องแสดงช่วงของข้อมูล)

การกล่าวอ้างที่เป็นตัวหนาจำเป็นต้องมีหลักฐานที่ชัดเจน ดังนั้นขั้นตอนแรกของเราคือการตรวจสอบวิธีการเก็บรวบรวมและวิเคราะห์ข้อมูลอย่างละเอียดถี่ถ้วน ข้อผิดพลาดในการวัดสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: เป็นระบบและสุ่ม ด้วยความไม่ถูกต้องแบบสุ่ม ทุกอย่างจึงเป็นเรื่องง่าย ในแต่ละมิติที่พวกเขารับ ความหมายต่างกันซึ่งมีการวัดจำนวนมาก จะมีการหาค่าเฉลี่ยและมีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์ ข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบที่ไม่ได้เฉลี่ยออกจะจัดการได้ยากกว่า ในทางดาราศาสตร์ มักพบกับความไม่แน่นอนในลักษณะนี้ ในการทดลองในห้องปฏิบัติการ สามารถปรับเครื่องมือเพื่อลดข้อผิดพลาดได้ แต่นักดาราศาสตร์ไม่สามารถ "ปรับแต่ง" จักรวาลได้ และพวกเขาต้องยอมรับว่าวิธีการเก็บรวบรวมข้อมูลทั้งหมดมีอคติโดยธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น การกระจายเชิงพื้นที่ของดาราจักรที่สังเกตพบนั้นมีความเอนเอียงอย่างชัดเจนไปยังดาราจักรสว่างเพราะสังเกตได้ง่ายกว่า การระบุและทำให้การเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเป็นกลางนั้นเป็นความท้าทายอย่างต่อเนื่องสำหรับผู้สังเกตการณ์

อันดับแรก เราให้ความสนใจกับการบิดเบือนที่เป็นไปได้ของมาตราส่วนความยาวคลื่น ซึ่งสัมพันธ์กับเส้นสเปกตรัมของควาซาร์ที่ถูกวัด อาจเกิดขึ้นได้ ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการประมวลผลผลลัพธ์ "ดิบ" ของการสังเกตควาซาร์ในสเปกตรัมที่ปรับเทียบ แม้ว่าการยืดเส้นตรงอย่างง่ายหรือการหดตัวของมาตราส่วนความยาวคลื่นไม่สามารถเลียนแบบการเปลี่ยนแปลงของ $\alpha$ ได้อย่างแม่นยำ แม้แต่ความคล้ายคลึงโดยประมาณก็เพียงพอที่จะอธิบายผลลัพธ์ได้ เราค่อยๆ ขจัดข้อผิดพลาดง่ายๆ ที่เกี่ยวข้องกับการบิดเบือนโดยการแทนที่ข้อมูลการสอบเทียบแทนผลลัพธ์ของการสังเกตควาซาร์

เป็นเวลากว่าสองปีแล้วที่เราได้ตรวจสอบสาเหตุต่างๆ ของอคติเพื่อให้แน่ใจว่าผลกระทบนั้นไม่สำคัญ เราพบจุดบกพร่องที่ร้ายแรงเพียงแหล่งเดียวเท่านั้น เรากำลังพูดถึงเส้นการดูดซึมแมกนีเซียม ไอโซโทปที่เสถียรทั้งสามของไอโซโทปดูดซับแสงที่มีความยาวคลื่นต่างกัน ซึ่งอยู่ใกล้กันมากและมองเห็นได้ในสเปกตรัมของควาซาร์เป็นเส้นเดียว จากการวัดทางห้องปฏิบัติการของปริมาณไอโซโทปสัมพัทธ์ นักวิจัยตัดสินการมีส่วนร่วมของแต่ละไอโซโทป การกระจายตัวของพวกมันในเอกภพรุ่นเยาว์อาจแตกต่างไปจากปัจจุบันอย่างมาก หากดาวที่ปล่อยแมกนีเซียมออกมาโดยเฉลี่ยแล้วมีน้ำหนักมากกว่าดาวฤกษ์ในปัจจุบัน ความแตกต่างดังกล่าวอาจเลียนแบบการเปลี่ยนแปลงใน $\alpha$ แต่ผลการศึกษาที่ตีพิมพ์ในปีนี้ระบุว่าข้อเท็จจริงที่สังเกตได้นั้นไม่สามารถอธิบายได้ง่ายนัก Yeshe Fenner และ Brad K. Gibson จาก Swinburne University of Technology ในออสเตรเลียและ Michael T. Murphy จาก University of Cambridge สรุปว่าไอโซโทปที่อุดมสมบูรณ์ซึ่งจำเป็นต่อการเลียนแบบการเปลี่ยนแปลง $\alpha$ จะนำไปสู่การสังเคราะห์ไนโตรเจนมากเกินไปในช่วงต้น จักรวาลซึ่งไม่สอดคล้องกับการสังเกตอย่างสิ้นเชิง ดังนั้นเราจึงต้องอยู่กับความเป็นไปได้ที่ $\alpha$ จะเปลี่ยนแปลง

บางครั้งก็เปลี่ยน บางครั้งก็ไม่

ตามสมมติฐานที่เสนอโดยผู้เขียนบทความ ในบางช่วงเวลาของประวัติศาสตร์จักรวาล ค่าคงที่ของโครงสร้างที่ดียังคงไม่เปลี่ยนแปลง ในขณะที่ช่วงอื่นๆ ก็เพิ่มขึ้น ข้อมูลการทดลอง (ดูเอกสารประกอบก่อนหน้า) สอดคล้องกับสมมติฐานนี้

ชุมชนวิทยาศาสตร์ชื่นชมความสำคัญของผลลัพธ์ของเราในทันที นักวิจัยสเปกตรัมของควาซาร์ทั่วโลกทำการวัดทันที ในปี 2546 ทีมวิจัยของ Sergei Levshakov (Sergei Levshakov) จากสถาบันฟิสิกส์และเทคโนโลยีแห่งเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก Ioffe และ Ralf Qust จากมหาวิทยาลัยฮัมบูร์กได้ศึกษาระบบควาซาร์ใหม่สามระบบ ปีที่แล้ว Hum Chand และ Raghunathan Srianand จาก Inter-University Center for Astronomy and Astrophysics ในอินเดีย Patrick Petitjean จาก Institute of Astrophysics และ Bastien Aracil จาก LERMA ในปารีสได้วิเคราะห์คดีเพิ่มเติม 23 ราย ไม่พบกลุ่มใดเปลี่ยนเป็น $\alpha$ Chand ให้เหตุผลว่าการเปลี่ยนแปลงใดๆ ระหว่าง 6 ถึง 10 พันล้านปีก่อนต้องน้อยกว่าหนึ่งในล้าน

เหตุใดวิธีการที่คล้ายคลึงกันจึงใช้ในการวิเคราะห์แหล่งข้อมูลที่แตกต่างกันจึงทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนอย่างรุนแรง คำตอบยังไม่เป็นที่ทราบ ผลลัพธ์ที่ได้จากนักวิจัยเหล่านี้มีคุณภาพดีเยี่ยม แต่ขนาดของตัวอย่างและอายุของรังสีที่วิเคราะห์นั้นเล็กกว่าของเราอย่างมาก นอกจากนี้ Chand ยังใช้วิธี multimultiplet เวอร์ชันง่าย ๆ และไม่ได้ประเมินข้อผิดพลาดจากการทดลองและข้อผิดพลาดอย่างเป็นระบบทั้งหมด

นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ชื่อดัง John Bahcall แห่ง Princeton ได้วิพากษ์วิจารณ์วิธีการแบบพหุคูณด้วยตัวมันเอง แต่ปัญหาที่เขาชี้ให้เห็นอยู่ในหมวดหมู่ของข้อผิดพลาดแบบสุ่ม ซึ่งจะลดลงเมื่อใช้ตัวอย่างขนาดใหญ่ Bacall และ Jeffrey Newman จากห้องปฏิบัติการแห่งชาติ Lawrence ที่ Berkeley พิจารณาแนวการปล่อยมลพิษไม่ใช่แนวดูดซับ วิธีการของพวกเขานั้นแม่นยำน้อยกว่ามาก แม้ว่าอาจพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์ในอนาคต

การปฏิรูปกฎหมาย

หากผลลัพธ์ของเราถูกต้อง ผลที่ตามมาจะมหาศาล จนกระทั่งเมื่อไม่นานนี้ ความพยายามที่จะประเมินว่าจะเกิดอะไรขึ้นกับจักรวาล หากค่าคงที่ของโครงสร้างที่ละเอียดเปลี่ยนแปลงไปนั้นไม่น่าพอใจ พวกเขาไม่ได้ไปไกลกว่าการพิจารณา $\alpha$ เป็นตัวแปรในสูตรเดียวกันกับที่ได้รับภายใต้สมมติฐานว่ามันเป็นค่าคงที่ เห็นด้วยเป็นแนวทางที่น่าสงสัยมาก หาก $\alpha $ เปลี่ยนแปลง พลังงานและโมเมนตัมในผลกระทบที่เกี่ยวข้องก็ควรอนุรักษ์ไว้ ซึ่งน่าจะส่งผลต่อสนามโน้มถ่วงในจักรวาล ในปี 1982 Jacob D. Bekenstein จากมหาวิทยาลัยฮิบรูแห่งเยรูซาเลมได้กล่าวถึงกฎของแม่เหล็กไฟฟ้าในกรณีของค่าคงที่ที่ไม่คงที่เป็นครั้งแรก ในทฤษฎีของเขา $\alpha $ ถือเป็นองค์ประกอบแบบไดนามิกของธรรมชาติ นั่นคือ เหมือนสนามสเกลาร์ เมื่อสี่ปีที่แล้ว พวกเราคนหนึ่ง (Barrow) พร้อมด้วย Håvard Sandvik และ João Magueijo จาก Imperial College London ได้ขยายทฤษฎีของ Bekenstein ให้ครอบคลุมถึงแรงโน้มถ่วง

การคาดคะเนของทฤษฎีทั่วไปนั้นง่ายอย่างน่าดึงดูด เนื่องจากแม่เหล็กไฟฟ้าในระดับจักรวาลนั้นอ่อนแอกว่าแรงโน้มถ่วงมาก การเปลี่ยนแปลงใน $\alpha$ ในไม่กี่ล้านจึงไม่ส่งผลกระทบที่เห็นได้ชัดเจนต่อการขยายตัวของจักรวาล แต่การขยายตัวส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อ $\alpha $ เนื่องจากความคลาดเคลื่อนระหว่างพลังงานของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ในช่วงหลายหมื่นปีแรกของประวัติศาสตร์จักรวาล รังสีครอบงำอนุภาคที่มีประจุและรักษาสมดุลระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก เมื่อเอกภพขยายตัว การแผ่รังสีก็หายากขึ้น และสสารก็กลายเป็นองค์ประกอบเด่นของจักรวาล พลังงานไฟฟ้าและแม่เหล็กไม่เท่ากัน และ $\alpha $ เริ่มเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของลอการิทึมของเวลา เมื่อประมาณ 6 พันล้านปีก่อน พลังงานมืดเริ่มครอบงำ เร่งการขยายตัว ซึ่งทำให้ยากต่อการโต้ตอบทางกายภาพทั้งหมดที่จะแพร่กระจายในพื้นที่ว่าง เป็นผลให้ $\alpha$ กลายเป็นค่าคงที่อีกครั้ง

รูปภาพที่อธิบายนั้นสอดคล้องกับการสังเกตของเรา เส้นสเปกตรัมของควาซาร์แสดงลักษณะของช่วงเวลาของประวัติศาสตร์จักรวาลเมื่อสสารครอบงำและ $\alpha$ เพิ่มขึ้น ผลลัพธ์ของการวัดผลในห้องปฏิบัติการและการศึกษาใน Oklo สอดคล้องกับช่วงเวลาที่พลังงานมืดครอบงำและ $\alpha$ เป็นค่าคงที่ สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับอิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงของ $\alpha$ ที่มีต่อธาตุกัมมันตภาพรังสีในอุกกาบาต เพราะช่วยให้เราศึกษาการเปลี่ยนแปลงระหว่างสองช่วงเวลาที่ระบุชื่อได้

อัลฟ่าเป็นเพียงจุดเริ่มต้น

หากโครงสร้างแบบละเอียดเปลี่ยนแปลงไปอย่างต่อเนื่อง วัตถุที่เป็นวัสดุจะต้องตกอย่างแตกต่างออกไป กาลครั้งหนึ่ง กาลิเลโอได้กำหนดหลักการสมมูลที่อ่อนแอ โดยพิจารณาจากวัตถุในสุญญากาศตกด้วยความเร็วเท่ากัน โดยไม่คำนึงว่าวัตถุเหล่านั้นทำมาจากอะไร แต่การเปลี่ยนแปลงใน $\alpha$ จะต้องสร้างแรงที่กระทำต่ออนุภาคที่มีประจุทั้งหมด ยิ่งอะตอมมีโปรตอนในนิวเคลียสมากเท่าไร อะตอมก็จะยิ่งรู้สึกแข็งแรงขึ้นเท่านั้น หากข้อสรุปที่ได้จากการวิเคราะห์ผลการสังเกตควาซาร์ถูกต้อง ความเร่งของการตกอย่างอิสระของวัตถุที่ทำจากวัสดุที่แตกต่างกันควรแตกต่างกันประมาณ 1 $\cdot$ $10^(–14)$ ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าที่วัดได้ในห้องปฏิบัติการ 100 เท่า แต่ใหญ่พอที่จะแสดงความแตกต่างในการทดลอง เช่น STEP (การทดสอบหลักการสมมูลในอวกาศ)

ในการศึกษาก่อนหน้าของ $\alpha $ นักวิทยาศาสตร์ละเลยความไม่เท่าเทียมกันของจักรวาล เช่นเดียวกับดาราจักรอื่นๆ ทางช้างเผือกของเรามีความหนาแน่นมากกว่าพื้นที่รอบนอกโดยเฉลี่ยประมาณล้านเท่า ดังนั้นจึงไม่ขยายตัวพร้อมกับเอกภพ ในปี พ.ศ. 2546 แบร์โรว์และเดวิด เอฟ. โมตาแห่งเคมบริดจ์ได้คำนวณว่า $\alpha$ อาจประพฤติตัวแตกต่างไปจากภายในดาราจักรมากกว่าในบริเวณที่ว่างกว่าในอวกาศ ทันทีที่ดาราจักรอายุน้อยควบแน่นและในขณะที่ผ่อนคลาย เข้าสู่สมดุลแรงโน้มถ่วง $\alpha$ จะคงที่ภายในดาราจักร แต่ภายนอกยังคงเปลี่ยนแปลงต่อไป ดังนั้น การทดลองบนโลกที่ทดสอบความคงอยู่ของ $\alpha$ จะต้องทนทุกข์ทรมานจากการเลือกเงื่อนไขที่ลำเอียง เรายังไม่รู้ว่าสิ่งนี้ส่งผลต่อการตรวจสอบหลักการสมมูลที่อ่อนแออย่างไร ยังไม่มีการสังเกตการเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่ของ $\alpha$ โดยอาศัยความเป็นเนื้อเดียวกันของ CMB เมื่อเร็ว ๆ นี้ Barrow แสดงให้เห็นว่า $\alpha $ ไม่แตกต่างกันมากกว่า 1 $\cdot$ $10^(–8)$ ระหว่างภูมิภาคของทรงกลมท้องฟ้าโดยเว้นระยะ $10^o$

เรายังคงต้องรอการเกิดขึ้นของข้อมูลใหม่และการศึกษาใหม่ที่ในที่สุดก็จะยืนยันหรือหักล้างสมมติฐานเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงใน $\alpha $ นักวิจัยได้เพ่งเล็งไปที่ค่าคงที่นี้ เพียงเพราะว่าเอฟเฟกต์อันเนื่องมาจากความผันแปรนั้นมองเห็นได้ง่ายกว่า แต่ถ้า $\alpha$ เปลี่ยนแปลงได้จริง ค่าคงที่อื่นๆ ก็ต้องเปลี่ยนด้วย ในกรณีนี้ เราจะต้องยอมรับว่ากลไกภายในของธรรมชาตินั้นซับซ้อนกว่าที่เราคิดไว้มาก

เกี่ยวกับผู้เขียน:
John Barrow (John D. Barrow) , John Web (John K. Webb) มีส่วนร่วมในการศึกษาค่าคงที่ทางกายภาพในปี 1996 ระหว่างวันพักร้อนร่วมที่ University of Sussex ในอังกฤษ จากนั้น Barrow ได้สำรวจความเป็นไปได้ทางทฤษฎีใหม่สำหรับการเปลี่ยนแปลงค่าคงที่ และเว็บก็มีส่วนร่วมในการสังเกตควาซาร์ ผู้เขียนทั้งสองเขียนหนังสือสารคดีและมักปรากฏในรายการโทรทัศน์

คำสั่ง- กฎข้อแรกของสวรรค์

Alexander Pop

ค่าคงที่พื้นฐานของโลกคือค่าคงที่ดังกล่าวที่ให้ข้อมูลเกี่ยวกับคุณสมบัติพื้นฐานทั่วไปที่สุดของสสาร ตัวอย่างเช่น ได้แก่ G, c, e, h, m e เป็นต้น สิ่งทั่วไปที่รวมค่าคงที่เหล่านี้เป็นข้อมูลที่มีอยู่ ดังนั้นค่าคงตัวแรงโน้มถ่วง G จึงเป็นลักษณะเชิงปริมาณของปฏิสัมพันธ์สากลที่มีอยู่ในวัตถุทั้งหมดของจักรวาล - ความโน้มถ่วง ความเร็วของแสง c คือความเร็วสูงสุดที่เป็นไปได้ในการแพร่กระจายของการโต้ตอบใดๆ ในธรรมชาติ ประจุไฟฟ้าเบื้องต้น e คือค่าต่ำสุดที่เป็นไปได้ของประจุไฟฟ้าที่มีอยู่ในธรรมชาติในสภาวะอิสระ (เห็นได้ชัดว่าควาร์กที่มีประจุไฟฟ้าเป็นเศษส่วน เห็นได้ชัดว่าอยู่ในสถานะอิสระมีอยู่ในพลาสมาควาร์ก-กลูออนที่มีความหนาแน่นสูงและร้อนมากเท่านั้น) คงที่

แถบ h กำหนดการเปลี่ยนแปลงขั้นต่ำ ปริมาณทางกายภาพเรียกว่าการกระทำและมีบทบาทสำคัญในฟิสิกส์ของไมโครเวิร์ล มวลที่เหลือ m e ของอิเล็กตรอนเป็นคุณลักษณะของสมบัติเฉื่อยของอนุภาคมูลฐานที่มีประจุที่เบาที่สุดที่เสถียรที่สุด

โดยค่าคงที่ของทฤษฎีบางอย่าง เราหมายถึงค่าที่ถือว่าไม่เปลี่ยนแปลงภายในกรอบของทฤษฎีนี้เสมอ การปรากฏตัวของค่าคงที่ในการแสดงออกของกฎธรรมชาติหลายข้อสะท้อนให้เห็นถึงความไม่แปรปรวนสัมพัทธ์ของบางแง่มุมของความเป็นจริงซึ่งแสดงออกต่อหน้าความสม่ำเสมอ

ค่าคงที่พื้นฐาน c, h, e, G ฯลฯ มีค่าเท่ากันในทุกส่วนของเมตากาแล็กซีและไม่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ด้วยเหตุนี้จึงเรียกว่าค่าคงที่ของโลก ค่าคงที่ของโลกบางค่ารวมกันเป็นตัวกำหนดบางสิ่งที่สำคัญในโครงสร้างของวัตถุแห่งธรรมชาติ และยังก่อให้เกิดลักษณะของทฤษฎีพื้นฐานจำนวนหนึ่งอีกด้วย

กำหนดขนาดของเปลือกอวกาศสำหรับปรากฏการณ์ปรมาณู (ในที่นี้ m e คือมวลอิเล็กตรอน) และ

พลังงานลักษณะเฉพาะของปรากฏการณ์เหล่านี้ ควอนตัมสำหรับฟลักซ์แม่เหล็กขนาดใหญ่ในตัวนำยิ่งยวดถูกกำหนดโดยปริมาณ

มวล จำกัด ของวัตถุทางดาราศาสตร์ที่อยู่กับที่ถูกกำหนดโดยการรวมกัน:

โดยที่ m N คือมวลนิวคลีออน 120

เครื่องมือทางคณิตศาสตร์ทั้งหมดของควอนตัมอิเล็กโทรไดนามิกมีพื้นฐานมาจากการมีอยู่ของปริมาณไร้มิติเพียงเล็กน้อย

กำหนดความเข้มของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า

การวิเคราะห์มิติของค่าคงที่พื้นฐานทำให้เกิดความเข้าใจใหม่เกี่ยวกับปัญหาในภาพรวม ค่าคงที่พื้นฐานของแต่ละมิติ ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น มีบทบาทบางอย่างในโครงสร้างของทฤษฎีทางกายภาพที่สอดคล้องกัน เมื่อพูดถึงการพัฒนาคำอธิบายเชิงทฤษฎีที่เป็นหนึ่งเดียวของกระบวนการทางกายภาพทั้งหมด การก่อตัวของภาพทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นหนึ่งเดียวของโลก ค่าคงที่ทางกายภาพเชิงมิติจะทำให้เกิดค่าคงที่พื้นฐานที่ไม่มีมิติ เช่น บทบาทของสิ่งเหล่านี้

ค่าคงที่ในการก่อตัวของโครงสร้างและคุณสมบัติของเอกภพมีขนาดใหญ่มาก ค่าคงที่ของโครงสร้างแบบละเอียดเป็นลักษณะเชิงปริมาณของปฏิสัมพันธ์พื้นฐานหนึ่งในสี่ประเภทที่มีอยู่ในธรรมชาติ - แม่เหล็กไฟฟ้า นอกจากอันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าแล้ว อันตรกิริยาพื้นฐานอื่นๆ ได้แก่ แรงโน้มถ่วง แรงและอ่อน การดำรงอยู่ของค่าคงที่อันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าไร้มิติ

เห็นได้ชัดว่ามันถือว่ามีค่าคงที่ไร้มิติที่คล้ายกันซึ่งเป็นลักษณะของปฏิสัมพันธ์อีกสามประเภท ค่าคงที่เหล่านี้ยังมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าคงที่พื้นฐานไร้มิติต่อไปนี้ - ค่าคงที่การโต้ตอบที่แข็งแกร่ง - ค่าคงที่การโต้ตอบที่อ่อนแอ:

ค่าคงที่แฟร์มีอยู่ที่ไหน

สำหรับการโต้ตอบที่อ่อนแอ

ค่าคงที่ปฏิสัมพันธ์โน้มถ่วง:

ค่าตัวเลขของค่าคงที่ กำหนด

"ความแข็งแกร่ง" สัมพัทธ์ของการโต้ตอบเหล่านี้ ดังนั้นปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าจึงอ่อนแอกว่าแรงที่แข็งแกร่งประมาณ 137 เท่า จุดอ่อนที่สุดคือปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง ซึ่งน้อยกว่าแรง 1039 เท่า ค่าคงที่ของการโต้ตอบยังกำหนดว่าการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคหนึ่งไปเป็นอีกอนุภาคหนึ่งในกระบวนการต่างๆ นั้นรวดเร็วเพียงใด ค่าคงที่อันตรกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าอธิบายการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคที่มีประจุใดๆ ให้เป็นอนุภาคเดียวกัน แต่ด้วยการเปลี่ยนแปลงสถานะการเคลื่อนที่บวกกับโฟตอน ค่าคงที่ปฏิสัมพันธ์ที่แข็งแกร่งเป็นลักษณะเชิงปริมาณของการเปลี่ยนแปลงร่วมกันของแบริออนด้วยการมีส่วนร่วมของมีซอน ค่าคงที่ปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอจะกำหนดความเข้มของการเปลี่ยนแปลงของอนุภาคมูลฐานในกระบวนการที่เกี่ยวข้องกับนิวตริโนและแอนตินิวตริโน

จำเป็นต้องสังเกตค่าคงที่ทางกายภาพที่ไม่มีมิติอีกหนึ่งตัวที่กำหนดมิติของพื้นที่ทางกายภาพซึ่งเราแสดงโดย N เป็นเรื่องปกติสำหรับเราที่เหตุการณ์ทางกายภาพเกิดขึ้นในพื้นที่สามมิติเช่น N = 3 แม้ว่าการพัฒนาของ ฟิสิกส์ได้นำไปสู่การเกิดขึ้นของแนวคิดที่ไม่สอดคล้องกับ "สามัญสำนึก" ซ้ำแล้วซ้ำอีก แต่สะท้อนถึงกระบวนการที่แท้จริงที่มีอยู่ในธรรมชาติ

ดังนั้น ค่าคงที่พื้นฐานของมิติ "คลาสสิก" จึงมีบทบาทชี้ขาดในโครงสร้างของทฤษฎีทางกายภาพที่เกี่ยวข้อง จากนั้นจึงสร้างค่าคงที่ไร้มิติพื้นฐานของทฤษฎีการโต้ตอบแบบรวมเป็นหนึ่ง - ค่าคงที่เหล่านี้และอื่น ๆ รวมถึงมิติของอวกาศ N กำหนดโครงสร้างของจักรวาลและคุณสมบัติของจักรวาล