“Bazı sonuçları özetleyelim. "Fiziksel büyüklük tabloları" referans kitabı (M.: Atomizdat, 1976) 1005 sayfa metin ve milyonlarca sayı içerir; onlarla nasıl başa çıkılır?

Bu miktarlar en az dört türe ayrılır.

a) Doğal ölçü birimleri veya fiziksel olarak işaretlenmiş spektrum noktaları. Bunlar sayı değil, G, c, h, m e, e (elektron yükü) gibi niceliklerdir. Bunlar, birçok kez yeniden üretilebilen bazı fenomenlerin boyutsal özellikleridir. yüksek derece kesinlik. Bu, doğanın temel durumları devasa seriler halinde kopyaladığı gerçeğinin bir yansımasıdır. Evrenin benzer yapı taşlarının kimliği üzerine düşünceler bazen Bose-Einstein ve Fermi-Dirac istatistikleri gibi derin fiziksel fikirlere yol açtı. Wheeler'ın tüm elektronların özdeş olduğu, çünkü bunlar bir elektron topuna dolanmış bir dünya çizgisinin anlık kesitleri oldukları yolundaki fantastik fikri. Feynman kuantum alan teorisindeki diyagramatik hesaplama tekniğinin zarif bir basitleştirilmesine.

b) Doğru veya boyutsuz sabitler. Bu, aynı boyuttaki bir miktarın spektrumunda işaretlenmiş birkaç noktanın oranıdır, örneğin, elektrik parçacıklarının kütlelerinin oranı: daha önce m p / m e'den bahsettik. Yeni yasayı dikkate alarak farklı boyutların tanımlanması, yani boyutlar grubunun azaltılması, daha önce farklı olan spektrumların birleştirilmesine ve yeni sayıların açıklanması ihtiyacına yol açar.

Örneğin, me, c ve h boyutları Newton grubunu oluşturur ve bu nedenle M, L, T boyutlarının yanı sıra Planck birimlerinin aynı doğal atomik birimlerine yol açar. Dolayısıyla Planck birimleriyle olan ilişkilerinin teorik bir açıklamaya ihtiyacı vardır ama dediğimiz gibi (G, c, h)-teorisi olmadığı sürece bu mümkün değildir. Bununla birlikte, (m e, c, h)-teorisinde - kuantum elektrodinamiği - modern kuantum elektrodinamiğinin değerini kelimenin belirli bir anlamıyla varlığını borçlu olduğu boyutsuz bir miktar vardır. İki elektronu h/ m e c (bir elektronun Compton dalga boyu olarak adlandırılan) mesafesine yerleştirelim ve elektrostatik itme enerjisinin elektronun geri kalan kütlesine eşdeğer m e c 2 enerjisine oranını ölçelim. a \u003d 7.2972 x 10 -3 ≈ 1/137 sayısını alırsınız. Bu ünlü ince yapı sabitidir.

Kuantum elektrodinamiği, özellikle, parçacıkların sayısının korunmadığı süreçleri tanımlar: vakum, elektron-pozitron çiftlerini yaratır, yok ederler. Üretim enerjisinin (2m e c 2'den az olmamak üzere) karakteristik Coulomb etkileşiminin enerjisinden yüzlerce kat daha büyük olması nedeniyle (a değerinden dolayı), verimli bir hesaplama şeması yürütmek mümkündür. bu ışınımsal düzeltmeler tamamen atılmaz, aynı zamanda teorisyenin umutsuzca “hayatını mahvetmez”.

α değeri için teorik bir açıklama yoktur. Matematikçilerin kendi dikkate değer spektrumları vardır: indirgenemez temsillerde basit Lie gruplarının seçkin lineer operatörlerinin-üreticilerinin spektrumları, temel alanların hacimleri, homoloji ve kohomoloji uzaylarının boyutları, vb. seçimi sınırlandırır. Ama sabitlere geri dönelim.

Tablolarda çok yer kaplayan bir sonraki türleri:

c) Bir ölçekten diğerine, örneğin atomdan "insan" a dönüştürme faktörleri. Bunlar şunları içerir: daha önce bahsedilen numara Avogadro N 0 = 6.02 x 10 23 - geleneksel tanım biraz farklı olmasına rağmen, "proton kütlesi" birimleriyle ifade edilen esasen bir gram ve kilometre cinsinden ışık yılı gibi şeyler. Burada matematikçi için en iğrenç olanı, elbette, fiziksel olarak anlamsız bir birimden diğerine, aynı derecede anlamsız olan dönüştürme faktörleridir: arşından ayağa veya Réaumur'dan Fahrenheit'e. İnsan olarak, bunlar bazen en önemli sayılardır; Winnie the Pooh'un akıllıca belirttiği gibi: "İçinde kaç litre, metre ve kilogram olduğunu bilmiyorum, ama kaplanlar zıpladıklarında bize çok büyük görünüyorlar."

d) "Yaygın spektrumlar". Bu, malzemelerin (elementler veya saf bileşikler değil, çelik, alüminyum, bakırın sıradan teknolojik sınıfları), astronomik veriler (Güneş'in kütlesi, Galaksinin çapı ...) ve aynı türden pek çok özelliğinin bir özelliğidir. Doğa, elektronların aksine, aynılıklarına aldırmadan taşlar, gezegenler, yıldızlar ve galaksiler üretir, ancak yine de özellikleri yalnızca oldukça belirli sınırlar içinde değişir. Bu "izin verilen bölgelerin" teorik açıklamaları, bilindiğinde oldukça ilginç ve öğreticidir.

Manin Yu.I., Metafor Olarak Matematik, M., "MTsNMO Yayınevi", 2010, s. 177-179.

Etkileşim sabiti

Özgür Rus ansiklopedisi "Gelenek" ten malzeme

Etkileşim sabiti(bazen terim kuplaj sabiti) parçacıklar veya alanlar arasındaki herhangi bir etkileşimin göreli gücünü belirleyen alan teorisinde bir parametredir. Kuantum alan teorisinde, etkileşim sabitleri, karşılık gelen etkileşim diyagramlarındaki köşelerle ilişkilendirilir. Etkileşim sabitleri olarak, hem boyutsuz parametreler hem de etkileşimleri karakterize eden ve boyutlara sahip ilgili nicelikler kullanılır. Örnekler boyutsuz elektromanyetik etkileşim ve C ile ölçülen elektriktir.

1 etkileşimlerin karşılaştırılması 1.1 yerçekimi etkileşimi 1.2 Zayıf etkileşim 1.3 elektromanyetik etkileşim 1.4 Güçlü etkileşim 2 Kuantum alan teorisinde sabitler 3 Diğer teorilerdeki sabitler 3.1 sicim teorisi 3.2 güçlü yerçekimi 3.3 Yıldız düzeyinde etkileşimler 4 Bağlantılar 5 Ayrıca bakınız 6 Edebiyat 7 Ek bağlantılar

etkileşimlerin karşılaştırılması

Dört temel etkileşimin tümüne katılan bir nesne seçersek, bu nesnenin boyutsuz etkileşim sabitlerinin değerleri, Genel kural, bu etkileşimlerin göreli gücünü gösterecektir. Proton, çoğunlukla temel parçacıklar düzeyinde böyle bir nesne olarak kullanılır. Etkileşimleri karşılaştırmak için temel enerji, tanım gereği bir fotonun elektromanyetik enerjisidir:

nerede - , - ışık hızı, - fotonun dalga boyu. Foton enerjisinin seçimi tesadüfi değildir, çünkü temel modern bilim elektromanyetik dalgalara dayalı dalga temsilini yatar. Onların yardımıyla tüm temel ölçümler yapılır - uzunluk, zaman ve enerji dahil.

yerçekimi etkileşimi

Zayıf etkileşim

Zayıf etkileşimle ilişkili enerji aşağıdaki biçimde temsil edilebilir:

zayıf etkileşimin etkin yükü nerede, zayıf etkileşimin (W- ve Z-bozonları) taşıyıcısı olduğu düşünülen sanal parçacıkların kütlesidir.

Bir proton için zayıf etkileşimin etkin yükünün karesi, Fermi sabiti J m 3 ve protonun kütlesi cinsinden ifade edilir:

Yeterince küçük mesafelerde, zayıf etkileşimin enerjisindeki üstel ihmal edilebilir. Bu durumda boyutsuz zayıf etkileşim sabiti şu şekilde tanımlanır:

elektromanyetik etkileşim

İki hareketsiz protonun elektromanyetik etkileşimi, elektrostatik enerji ile tanımlanır:

nerede - , - .

Bu enerjinin foton enerjisine oranı, şu şekilde bilinen elektromanyetik etkileşim sabitini belirler:

Güçlü etkileşim

Parçacık fiziğinin Standart Modelinde hadronlar düzeyinde, hadronlara giren "artık" bir etkileşim olarak kabul edilir. Güçlü etkileşimin taşıyıcıları olarak gluonların hadronlar arasındaki boşlukta sanal mezonlar ürettiği varsayılır. Pion-nükleon Yukawa modelinde, nükleonlar arasındaki nükleer kuvvetler, sanal pionların değiş tokuşunun sonucu olarak açıklanır ve etkileşim enerjisi aşağıdaki forma sahiptir:

psödoskalar pion-nükleon etkileşiminin etkin yükü nerede, pion kütlesidir.

Boyutsuz güçlü etkileşim sabiti:

Kuantum alan teorisinde sabitler

Alan teorisindeki etkileşim etkileri genellikle, denklemlerdeki fonksiyonların etkileşim sabitinin güçlerinde genişletildiği pertürbasyon teorisi kullanılarak tanımlanır. Genellikle, güçlü olan hariç tüm etkileşimler için, etkileşim sabiti birden çok daha azdır. Bu, pertürbasyon teorisinin uygulanmasını verimli kılar, çünkü açılımların daha yüksek terimlerinden gelen katkı hızla azalır ve bunların hesaplanması gereksiz hale gelir. Güçlü bir etkileşim durumunda, pertürbasyon teorisi uygun olmaz ve diğer hesaplama yöntemlerine ihtiyaç duyulur.

Kuantum alan teorisinin tahminlerinden biri, etkileşim sabitlerinin parçacıkların etkileşimi sırasında aktarılan artan enerji ile yavaş yavaş değiştiğine göre "yüzen sabitler" etkisidir. Böylece, artan enerji ile elektromanyetik etkileşim sabiti artar ve güçlü etkileşim sabiti azalır. Kuantum renk dinamiğindeki kuarklar kendi güçlü etkileşim sabitine sahiptir:

başka bir kuark ile etkileşime girmek için sanal gluonlar yayan bir kuarkın etkin renk yükü nerede. Yüksek enerjili parçacıkların çarpışmalarında elde edilen kuarklar arasındaki mesafenin azalmasıyla, logaritmik bir azalma ve güçlü etkileşimin zayıflaması (kuarkların asimptotik özgürlüğünün etkisi) beklenir. Z-bozonunun (91.19 GeV) kütle enerjisi mertebesinin aktarılan enerjisinin ölçeğinde şu bulunur: Aynı enerji ölçeğinde, elektromanyetik etkileşim sabiti, düşük enerjilerde ≈1/137 yerine 1/127 düzeyinde bir değere yükselir. Daha da yüksek enerjilerde, yaklaşık 10 18 GeV'de, parçacıkların yerçekimi, zayıf, elektromanyetik ve güçlü etkileşimlerinin sabitlerinin değerlerinin birbirine yaklaşacağı ve hatta yaklaşık olarak birbirine eşit olabileceği varsayılmaktadır.

Diğer teorilerdeki sabitler

sicim teorisi

Sicim teorisinde, etkileşim sabitleri sabit olarak kabul edilmez, ancak doğası gereği dinamiktir. Özellikle, aynı teori, düşük enerjilerde sicimler on boyutta ve yüksek enerjilerde - on bir boyutta hareket ediyor gibi görünüyor. Ölçüm sayısındaki bir değişikliğe, etkileşim sabitlerindeki bir değişiklik eşlik eder.

güçlü yerçekimi

İle birlikte ve elektromanyetik kuvvetler, güçlü etkileşimin ana bileşenleri olarak kabul edilir. Bu modelde, kuarkların ve gluonların etkileşimini düşünmek yerine, yalnızca iki temel alan dikkate alınır - temel parçacıkların yüklü ve kütleli maddelerinde ve ayrıca aralarındaki boşlukta hareket eden yerçekimi ve elektromanyetik. Aynı zamanda, kuarklar ve gluonların gerçek parçacıklar değil, hadronik maddenin doğasında bulunan kuantum özelliklerini ve simetrileri yansıtan kuasipartiküller olduğu varsayılır. Bu yaklaşım, en az 19 böyle parametrenin bulunduğu standart temel parçacık fiziği modelinde, fiziksel teoriler için kayıt olan, fiilen doğrulanmamış, ancak varsayılan serbest parametrelerin sayısını büyük ölçüde azaltır.

Diğer bir sonuç, zayıf ve güçlü etkileşimlerin bağımsız alan etkileşimleri olarak kabul edilmemesidir. Güçlü etkileşim, etkileşim gecikme etkilerinin (dipol ve yörünge burulma alanları ve manyetik kuvvetler) önemli bir rol oynadığı yerçekimi ve elektromanyetik kuvvetlerin kombinasyonlarına indirgenir. Buna göre, güçlü etkileşim sabiti, yerçekimi etkileşim sabitine benzetilerek belirlenir:

Genel olarak hangi sabitlerin temel olduğunu anlamak yararlıdır. Örneğin ışık hızını ele alalım. Sonlu olduğu gerçeği, anlamı değil, temeldir. Mesafeyi ve zamanı böyle belirlemiş olmamız anlamında. Diğer birimlerde durum farklı olacaktır.

O halde temel nedir? Boyutsuz etkileşim sabitleri ile tanımlanan boyutsuz oranlar ve karakteristik etkileşim kuvvetleri. Kabaca konuşursak, etkileşim sabitleri bazı süreçlerin olasılığını karakterize eder. Örneğin, elektromanyetik sabit, bir elektronun bir proton üzerinde hangi olasılıkla saçılacağını karakterize eder.

Boyutsal nicelikleri mantıksal olarak nasıl oluşturabileceğimizi görelim. Proton ve elektronun kütlelerinin oranını ve elektromanyetik etkileşimin belirli bir sabitini girebilirsiniz. Atomlar evrenimizde görünecek. Belirli bir atomik geçiş alabilir ve yayılan ışığın frekansını alabilir ve ışık salınımları döneminde her şeyi ölçebilirsiniz. İşte zaman birimi. Bu süre zarfında ışık biraz mesafe kat edecek, bu yüzden bir mesafe birimi elde edeceğiz. Böyle bir frekansa sahip bir fotonun bir tür enerjisi vardır, bir enerji birimi ortaya çıktı. Ve sonra elektromanyetik etkileşimin gücü öyle ki, atomun boyutu yeni birimlerimizde çok fazla. Mesafeyi, ışığın atomdan geçiş süresinin salınım periyoduna oranı olarak ölçüyoruz. Bu değer yalnızca etkileşimin gücüne bağlıdır. Şimdi ışık hızını bir atomun boyutunun salınım periyoduna oranı olarak tanımlarsak, bir sayı elde ederiz, ancak bu temel değildir. Saniye ve metre bizim için zaman ve mesafenin karakteristik ölçekleridir. Onlarda ışığın hızını ölçüyoruz, ancak belirli değeri fiziksel bir anlam taşımıyor.

Düşünce deneyi, metrenin bizimkinin tam olarak iki katı olduğu, ancak tüm temel sabitlerin ve ilişkilerin aynı olduğu başka bir evren olsun. O zaman etkileşimlerin yayılması iki kat daha uzun sürecek ve insan benzeri varlıklar bir saniyeyi yarı hızda algılayacak. Tabii ki hissetmiyorlar. Işık hızını ölçtüklerinde bizimle aynı değeri alacaklar. Çünkü karakteristik metre ve saniyeleriyle ölçerler.

Bu nedenle fizikçiler, ışık hızının 300.000 km/s olduğu gerçeğine temel bir önem atfetmezler. Ve elektromanyetik etkileşimin sabiti, sözde ince yapı sabiti (yaklaşık 1/137'dir) eklenir.

Ayrıca, elbette, karşılık gelen süreçlerle ilişkili temel etkileşimlerin (elektromanyetizma, güçlü ve zayıf etkileşimler, yerçekimi) sabitleri bu süreçlerin enerjilerine bağlıdır. Elektron kütlesi mertebesinin enerji skalasındaki elektromanyetik etkileşim birdir ve Higgs bozon kütlesi mertebesi skalasında farklıdır, daha yüksektir. Elektromanyetik etkileşimin gücü enerji ile büyür. Ancak etkileşim sabitlerinin enerji ile nasıl değiştiği, ne tür parçacıklara sahip olduğumuz ve bunların özellik oranlarının ne olduğu bilinerek hesaplanabilir.

Bu nedenle, temel etkileşimleri anlama düzeyimizde tam olarak tanımlamak için, hangi parçacık kümesine sahip olduğumuzu, temel parçacıkların kütle oranlarını, etkileşim sabitlerini bir ölçekte, örneğin bir ölçekte bilmek yeterlidir. Elektron kütlesi ve her bir parçacığın bu etkileşimle etkileştiği kuvvetlerin oranı, elektromanyetik durumda bu, yüklerin oranına karşılık gelir (bir protonun yükü bir elektronun yüküne eşittir, çünkü bir bir elektron ile elektron, bir elektronun bir proton ile etkileşim kuvveti ile çakışır, eğer iki kat daha büyük olsaydı, o zaman kuvvet iki kat daha büyük olurdu, kuvvet ölçülür, tekrar ediyorum, boyutsuz olasılıklarda). Soru neden olduklarına geliyor.

Burada her şey net değil. Bazı bilim adamları, kütlelerin, yüklerin ve benzerlerinin nasıl ilişkili olduğunu izleyeceği daha temel bir teorinin ortaya çıkacağına inanıyor. İkincisi, bir anlamda, büyük birleşik teoriler tarafından yanıtlanır. Bazı insanlar antropik ilkenin iş başında olduğuna inanıyor. Yani, temel sabitler farklı olsaydı, böyle bir evrende var olmazdık.

Fiziksel sabitler değişebilseydi, dünya ne kadar akıl almaz derecede garip olurdu! Örneğin, sözde ince yapı sabiti yaklaşık olarak 1/137'ye eşittir. Farklı bir değeri olsaydı, madde ve enerji arasında belki de hiçbir fark olmazdı.

Asla değişmeyen şeyler vardır. Bilim adamları onlara fiziksel sabitler veya dünya sabitleri diyor. Işık hızı $c$, yerçekimi sabiti $G$, elektron kütlesi $m_e$ ve diğer bazı niceliklerin her zaman ve her yerde değişmeden kaldığına inanılmaktadır. Fiziksel teorilerin dayandığı temeli oluştururlar ve evrenin yapısını belirlerler.

Fizikçiler, dünyanın sabitlerini her zamankinden daha fazla doğrulukla ölçmek için çok çalışıyorlar, ancak henüz hiç kimse, değerlerinin neden bu şekilde olduğunu açıklayamadı. SI sisteminde $c = 299792458$ m/s, $G = 6.673\cdot 10^(–11)N\cdot$m$^2$/kg$^2$, $m_e = 9.10938188\cdot10^( - 31) $ kg - sadece bir ortak özelliği olan tamamen ilgisiz miktarlar: en azından biraz değişirlerse ve canlı organizmalar da dahil olmak üzere karmaşık atomik yapıların varlığı büyük bir soru olacaktır. Sabitlerin değerlerini haklı çıkarma arzusu, mevcut tüm fenomenleri tam olarak tanımlayan birleşik bir teorinin geliştirilmesi için teşviklerden biri haline geldi. Bilim adamları, onun yardımıyla, doğanın aldatıcı keyfiliğini belirleyen iç mekanizmalar nedeniyle her dünya sabitinin yalnızca bir olası değere sahip olabileceğini göstermeyi umuyorlardı.

Birleşik teori unvanı için en iyi aday, Evrenin dört uzay-zaman boyutuna değil on bir boyutuna sahip olması durumunda tutarlı kabul edilebilecek M-teorisidir (sicim teorisinin bir çeşidi). Bu nedenle, gözlemlediğimiz sabitler aslında gerçekten temel olmayabilir. Gerçek sabitler tam çok boyutlu uzayda bulunur ve biz onların sadece üç boyutlu "silüetlerini" görürüz.

GENEL BAKIŞ: DÜNYA SABİTLERİ

1. Birçok fiziksel denklemde, her yerde - uzayda ve zamanda - sabit kabul edilen nicelikler vardır.

2. Son zamanlarda, bilim adamları dünya sabitlerinin sabitliğinden şüphe ettiler. Kuasar gözlemlerinin ve laboratuvar ölçümlerinin sonuçlarını karşılaştırarak, şu sonuca varıyorlar: kimyasal elementler uzak geçmişte, ışığı bugün olduğundan farklı bir şekilde emdiler. Fark, ince yapı sabitinin birkaç milyonda birinin değişmesiyle açıklanabilir.

3. Bu kadar küçük bir değişikliğin bile onaylanması bilimde gerçek bir devrim olacaktır. Gözlenen sabitler, çok boyutlu uzay-zamanda var olan gerçek sabitlerin yalnızca "silüetleri" olabilir.

Bu arada fizikçiler, birçok sabitin değerlerinin, evren tarihinin ilk aşamalarında temel parçacıklar arasındaki rastgele olayların ve etkileşimlerin sonucu olabileceği sonucuna varmışlardır. Sicim teorisi, kendi içinde tutarlı farklı yasa ve sabit dizilere sahip çok sayıda ($10^(500)$) dünyanın varlığına izin verir ( bkz. Landscape of String Theory, In the World of Science, No. 12, 2004.). Şimdiye kadar bilim adamları, kombinasyonumuzun neden seçildiğine dair hiçbir fikre sahip değiller. Belki de, daha fazla araştırma sonucunda, mantıksal olarak mümkün dünyaların sayısı bire düşecektir, ancak Evrenimizin, birleşik bir teorinin denklemlerinin çeşitli çözümlerinin uygulandığı çoklu evrenin sadece küçük bir parçası olması mümkündür, ve doğa yasalarının varyantlarından sadece birini gözlemliyoruz ( bkz. Parallel Universes, In the World of Science, No. 8, 2003 Bu durumda, birçok dünya sabiti için, bilincin gelişmesine izin veren nadir bir kombinasyon oluşturmaları dışında bir açıklama yoktur. Belki de gözlemlediğimiz evren, cansız uzayın sonsuzluğuyla çevrili birçok izole vahadan biri haline geldi - bize tamamen yabancı doğa güçlerinin egemen olduğu ve elektronlar gibi parçacıkların ve karbon atomları ve DNA molekülleri gibi yapıların basitçe imkansız olduğu gerçeküstü bir yer. Oraya gitmeye çalışmak ölümcül olurdu.

Sicim teorisi ayrıca fiziksel sabitlerin görünürdeki keyfiliğini açıklamak için geliştirildi, bu nedenle temel denklemleri yalnızca birkaç rastgele parametre içeriyor. Ancak şu ana kadar sabitlerin gözlenen değerlerini açıklamamaktadır.

Güvenilir cetvel

Aslında, "sabit" kelimesinin kullanımı tamamen meşru değildir. Sabitlerimiz zaman ve uzayda değişebilir. Ekstra uzamsal boyutların boyutu değişseydi, üç boyutlu dünyamızdaki sabitler de onlarla birlikte değişirdi. Ve uzaya yeterince bakarsak, sabitlerin farklı değerler aldığı alanları görebiliriz. 1930'lardan beri bilim adamları, sabitlerin sabit olmayabileceğini tahmin ettiler. Sicim teorisi bu fikre teorik olarak inandırıcılık kazandırır ve süreksizlik arayışını daha da önemli hale getirir.

İlk sorun, laboratuvar kurulumunun kendisinin sabitlerdeki değişikliklere duyarlı olabilmesidir. Tüm atomların boyutları artabilirdi, ancak ölçümler için kullanılan cetvel de uzarsa, atomların boyutlarındaki değişiklik hakkında hiçbir şey söylenemezdi. Deneyciler genellikle ölçüm standartlarının (cetveller, ağırlıklar, saatler) değişmediğini varsayar, ancak bu, sabitleri kontrol ederken elde edilemez. Araştırmacılar boyutsuz sabitlere dikkat etmelidir - sadece birimler sistemine bağlı olmayan sayılar, örneğin bir proton kütlesinin bir elektron kütlesine oranı.

Evrenin iç yapısı değişiyor mu?

Işık hızı $c$, elektronun elektrik yükü $e$, Planck sabiti $h$'ı birleştiren $\alpha = e^2/2\epsilon_0 h c$ miktarı özellikle ilgi çekicidir. vakum dielektrik sabiti $\epsilon_0$ olarak adlandırılır. İnce yapı sabiti olarak adlandırılır. İlk olarak 1916'da ilk uygulamayı deneyenlerden biri olan Arnold Sommerfeld tarafından tanıtıldı. Kuantum mekaniği elektromanyetizmaya: $\alpha$, boş uzayda ($\epsilon_0$) yüklü parçacıkları içeren elektromanyetik (e) etkileşimlerin göreli (c) ve kuantum (h) özelliklerini birleştirir. Yapılan ölçümler bu değerin 1/137.03599976 (yaklaşık 1/137) olduğunu göstermiştir.

$\alpha $'ın farklı bir anlamı olsaydı, tüm dünya değişirdi. Daha az yoğunluk olup olmadığı sağlam atomlardan oluşan , azalacak ($\alpha^3 $ ile orantılı olarak), moleküler bağlar daha düşük sıcaklıklarda kırılacak ($\alpha^2 $) ve periyodik tablodaki kararlı elementlerin sayısı artabilir ($1/ \alfa $). $\alpha $ çok büyük olduğu ortaya çıkarsa, küçük atom çekirdekleri var olamazdı, çünkü onları bağlayan nükleer kuvvetler protonların karşılıklı itilmesini engelleyemezdi. $\alpha >0,1 $ için karbon mevcut olamazdı.

Yıldızlardaki nükleer reaksiyonlar özellikle $\alpha $'a duyarlıdır. Nükleer füzyonun gerçekleşmesi için yıldızın yerçekimi yeterince oluşturmalıdır. Yüksek sıcaklıkçekirdekleri birbirlerini itme eğilimlerine rağmen yakınlaşmaya zorlamak. $\alpha $ 0.1'den büyük olsaydı, füzyon imkansız olurdu (elbette elektron ve proton kütlelerinin oranı gibi diğer parametreler aynı kalmadıkça). $\alpha$'daki sadece %4'lük bir değişim, karbonun çekirdeğindeki enerji seviyelerini öyle bir dereceye kadar etkiler ki, yıldızlarda oluşumu basitçe durur.

Nükleer tekniklerin uygulanması

İkinci, daha ciddi, deneysel problem, sabitlerdeki değişimlerin ölçülmesinin son derece kararlı olması gereken yüksek hassasiyetli ekipman gerektirmesidir. Atom saatlerinde bile, ince yapı sabitinin kayması ancak birkaç yıl boyunca izlenebilir. $\alpha $, üç yıl içinde 4 $\cdot$ $10^(–15)$'dan fazla değiştiyse, en doğru saat bunu tespit edebilecektir. Ancak henüz böyle bir şey kaydedilmedi. Görünüşe göre, neden sabitliğin teyidi değil? Ama uzay için üç yıl bir an. Evrenin tarihindeki yavaş ama önemli değişiklikler fark edilmeyebilir.

HAFİF VE KALICI İNCE YAPI

Neyse ki, fizikçiler kontrol etmenin başka yollarını buldular. 1970 lerde Fransız Atom Enerjisi Komisyonu'ndan bilim adamları, Gabon'daki Oklo'daki uranyum madenindeki cevherin izotopik bileşimindeki bazı özellikleri fark ettiler ( Batı Afrika): nükleer reaktörden çıkan atıklara benziyordu. Görünüşe göre, yaklaşık 2 milyar yıl önce Oklo'da doğal bir nükleer reaktör kuruldu ( bkz. Divine Reactor, In the World of Science, No. 1, 2004).

1976'da Leningrad Nükleer Fizik Enstitüsü'nden Alexander Shlyakhter, doğal reaktörlerin performansının kritik olarak, samaryum çekirdeğinin nötronları yakalayan belirli durumunun tam enerjisine bağlı olduğunu gözlemledi. Ve enerjinin kendisi, $\alpha $ değeriyle güçlü bir şekilde ilişkilidir. Dolayısıyla, ince yapı sabiti biraz farklı olsaydı, zincirleme reaksiyon meydana gelmezdi. Ama gerçekten oldu, yani geçen 2 milyar yılda sabit 1 $\cdot$ $10^(–8)$'dan fazla değişmedi. (Fizikçiler, doğal bir reaktördeki koşullarla ilgili kaçınılmaz belirsizlik nedeniyle kesin nicel sonuçlar hakkında tartışmaya devam ederler.)

1962'de Princeton Üniversitesi'nden P. James E. Peebles ve Robert Dicke, eski meteoritlere böyle bir analizi uygulayan ilk kişilerdi: radyoaktif bozunmalarından kaynaklanan izotopların göreli bolluğu $\alpha $'a bağlıdır. En hassas sınırlama, renyumun osmiyuma dönüştürülmesindeki beta bozunması ile ilişkilidir. Minnesota Üniversitesi'nden Keith Olive ve Britanya Kolumbiyası'ndaki Victoria Üniversitesi'nden Maxim Pospelov'un yakın tarihli çalışmasına göre, $\alpha$, göktaşlarının oluştuğu sırada mevcut değerinden 2 $\cdot$ $10^ farklıydı. )$. Bu sonuç, Oklo'da elde edilen verilerden daha az doğrudur, ancak zaman içinde daha geriye, ortaya çıkmasına kadar gider. Güneş Sistemi 4.6 milyar yıl önce.

Daha da uzun zaman dilimlerinde olası değişiklikleri keşfetmek için araştırmacılar göklere bakmalıdır. Uzak astronomik nesnelerden gelen ışık, milyarlarca yıldır teleskoplarımıza gider ve yolculuğuna ve madde ile etkileşime yeni başladığı zamanların yasalarının ve dünya sabitlerinin izini taşır.

spektral çizgiler

Gökbilimciler, 1965 yılında Dünya'dan çok uzaklarda bulunan parlak ışık kaynakları olarak keşfedilen ve tanımlanan kuasarların keşfinden kısa bir süre sonra sabitler hikayesine dahil oldular. Kuasardan bize gelen ışık yolu çok uzun olduğu için, kaçınılmaz olarak genç galaksilerin gazlı mahallelerinden geçer. Gaz, kuasar ışığını belirli frekanslarda emer ve spektrumu boyunca dar çizgilerden oluşan bir barkod basar (aşağıdaki kutuya bakın).

KUASAR RADYASYONUNDA DEĞİŞİKLİK ARAŞTIRMA

Bir gaz ışığı emdiğinde, atomlarda bulunan elektronlar düşük seviyeden atlar. enerji seviyeleri daha yüksek olanlara. Enerji seviyeleri, atom çekirdeğinin elektronları ne kadar güçlü tuttuğuyla belirlenir; bu, aralarındaki elektromanyetik etkileşimin gücüne ve dolayısıyla ince yapı sabitine bağlıdır. Işığın soğurulması sırasında veya evrenin belirli bir bölgesinde ışığın soğurulması sırasında farklıysa, o zaman bir elektronu yeni bir düzeye taşımak için gereken enerji ve tayfta gözlenen geçişlerin dalga boyları, bugün laboratuvar deneylerinde gözlemlenenden farklı olabilir. Dalga boylarındaki değişimin doğası, kritik olarak elektronların atomik yörüngelerdeki dağılımına bağlıdır. $\alpha$'daki belirli bir değişiklik için bazı dalga boyları azalırken diğerleri artar. Karmaşık etki modelinin veri kalibrasyon hatalarıyla karıştırılması zordur, bu da böyle bir deneyi son derece kullanışlı hale getirir.

Yedi yıl önce işe başladığımızda iki sorunla karşılaştık. İlk olarak, birçok spektral çizginin dalga boyları yeterli doğrulukla ölçülmemiştir. İşin garibi, bilim adamları, karasal örneklerin spektrumlarından çok, milyarlarca ışıkyılı uzaklıktaki kuasarların spektrumları hakkında çok daha fazlasını biliyorlardı. Kuasarın spektrumlarını bunlarla karşılaştırmak için yüksek hassasiyetli laboratuvar ölçümlerine ihtiyacımız vardı ve deneycileri uygun ölçümleri yapmaya ikna ettik. Bunlar Imperial College London'dan Anne Thorne ve Juliet Pickering tarafından ve daha sonra İsveç'teki Lund Gözlemevi'nden Sveneric Johansson ve İngiltere'deki Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'nden Ulf Griesmann ve Rainer Kling (Rainer Kling) tarafından yönetilen ekipler tarafından gerçekleştirildi. Maryland.

İkinci sorun, önceki gözlemcilerin, karbon veya silisyumun atomik gazlarında görünen, alkalin ikilileri, absorpsiyon çizgileri çiftlerini kullanmalarıydı. Kuasarın spektrumlarında bu çizgiler arasındaki aralıkları laboratuvar ölçümleriyle karşılaştırdılar. Bununla birlikte, bu yöntem belirli bir olgunun kullanılmasına izin vermedi: $\alpha $'daki varyasyonlar, yalnızca bir atomun enerji seviyeleri arasındaki aralıkta en düşük enerjili seviyeye (temel durum) göre bir değişikliğe neden olmaz, aynı zamanda ayrıca temel durumun kendisinin konumunda bir değişiklik. Aslında, ikinci etki birincisinden bile daha güçlüdür. Sonuç olarak, gözlemlerin doğruluğu yalnızca 1 $\cdot$ $10^(–4)$ idi.

1999'da makalenin (Web) yazarlarından biri ve Avustralya'daki New South Wales Üniversitesi'nden Victor V. Flambaum, her iki etkiyi de hesaba katan bir teknik geliştirdi. Sonuç olarak, hassasiyet 10 kat arttı. Ayrıca karşılaştırma yapmak da mümkün hale geldi. Farklı çeşit atomlar (örn. magnezyum ve demir) ve ek çapraz kontroller yapın. Farklı atom türlerinde gözlemlenen dalga boylarının tam olarak nasıl değiştiğini belirlemek için karmaşık hesaplamalar yapılması gerekiyordu. En son teknolojiye sahip teleskoplar ve sensörlerle donanmış olarak, çok sayıda yeni bir yöntem kullanarak $\alpha$'ın kalıcılığını benzeri görülmemiş bir doğrulukla test etmeye karar verdik.

Görünümlerin revizyonu

Deneylere başladığımızda, eski zamanlardaki ince yapı sabitinin değerinin bugünküyle aynı olduğunu daha büyük bir doğrulukla saptamak istedik. Şaşırtıcı bir şekilde, 1999'da elde edilen sonuçlar, daha sonra doğrulanan küçük ama istatistiksel olarak anlamlı farklılıklar gösterdi. 128 kuasar absorpsiyon hattından alınan verileri kullanarak, son 6-12 milyar yılda $\alpha$'da 6 $\cdot$ $10^(–6)$ artış kaydettik.

İnce yapı sabitinin ölçümlerinin sonuçları, nihai sonuçlar çıkarmamıza izin vermez. Bazıları bir zamanlar şimdi olduğundan daha küçük olduğunu, bazıları ise olmadığını gösteriyor. Belki α uzak geçmişte değişti, ama şimdi sabit hale geldi. (Kutular veri aralığını temsil eder.)

Cesur iddialar sağlam kanıtlar gerektirir, bu nedenle ilk adımımız veri toplama ve analiz yöntemlerimizi dikkatlice gözden geçirmekti. Ölçüm hataları sistematik ve rastgele olmak üzere ikiye ayrılır. Rastgele yanlışlıklar ile her şey basittir. Aldıkları her bir boyutta Farklı anlamlar, çok sayıda ölçümle ortalaması alınır ve sıfıra eğilimlidir. Ortalaması alınmayan sistematik hataların üstesinden gelmek daha zordur. Astronomide bu tür belirsizliklerle her devirde karşılaşılır. Laboratuar deneylerinde, enstrümanlar hataları en aza indirecek şekilde ayarlanabilir, ancak astronomlar evreni "ayarlayamaz" ve tüm veri toplama yöntemlerinin doğal önyargılar içerdiğini kabul etmek zorundadırlar. Örneğin, gökadaların gözlenen uzaysal dağılımı, gözlemlenmesi daha kolay olduğu için parlak gökadalara doğru belirgin bir şekilde eğilimlidir. Bu tür kaymaları belirlemek ve etkisiz hale getirmek, gözlemciler için sürekli bir zorluktur.

İlk olarak, kuasarın spektral çizgilerinin ölçüldüğü dalga boyu ölçeğinin olası bozulmasına dikkat çektik. Örneğin, kuasarların kalibre edilmiş bir spektrumda gözlemlenmesinin "ham" sonuçlarının işlenmesi sırasında ortaya çıkabilir. Dalga boyu ölçeğinin basit doğrusal gerilmesi veya küçülmesi, $\alpha$'daki değişimi tam olarak taklit edemese de, sonuçları açıklamak için yaklaşık bir benzerlik bile yeterli olacaktır. Yavaş yavaş, kuasar gözleminin sonuçları yerine kalibrasyon verilerini değiştirerek bozulmalarla ilişkili basit hataları ortadan kaldırdık.

İki yılı aşkın bir süredir, etkilerinin ihmal edilebilir olmasını sağlamak için çeşitli önyargı nedenlerini araştırıyoruz. Yalnızca bir potansiyel ciddi hata kaynağı bulduk. Magnezyum emilim çizgilerinden bahsediyoruz. Üç kararlı izotopunun her biri, birbirine çok yakın olan ve kuasarların spektrumlarında tek bir çizgi olarak görülebilen farklı dalga boylarına sahip ışığı emer. İzotopların göreceli bolluğunun laboratuvar ölçümlerine dayanarak, araştırmacılar her birinin katkısını değerlendirir. Magnezyum yayan yıldızlar ortalama olarak bugünkü benzerlerinden daha ağır olsaydı, genç Evrendeki dağılımları bugünden önemli ölçüde farklı olabilirdi. Bu tür farklılıklar alfadaki bir değişikliği taklit edebilir, ancak bu yıl yayınlanan bir çalışmanın sonuçları, gözlemlenen gerçeklerin o kadar kolay açıklanmadığını gösteriyor. Avustralya'daki Swinburne Teknoloji Üniversitesi'nden Yeshe Fenner ve Brad K. Gibson ve Cambridge Üniversitesi'nden Michael T. Murphy, alfa değişimini taklit etmek için gereken izotop bolluğunun erken dönemde aşırı nitrojen sentezine yol açacağı sonucuna vardılar. Gözlemlerle tamamen tutarsız olan evren. Dolayısıyla $\alpha$'ın değişme olasılığı ile yaşamak zorundayız.

BAZEN DEĞİŞİR, BAZEN DEĞİŞMEZ

Makalenin yazarlarının öne sürdüğü hipoteze göre, kozmik tarihin bazı dönemlerinde ince yapı sabiti değişmeden kalırken, diğerlerinde arttı. Deneysel veriler (önceki eke bakın) bu varsayımla tutarlıdır.

Bilimsel topluluk, sonuçlarımızın önemini hemen takdir etti. Dünyanın dört bir yanındaki kuasarların spektrumları araştırmacıları hemen ölçümler aldı. 2003 yılında, St. Petersburg Fizik ve Teknoloji Enstitüsü'nden Sergei Levshakov'un (Sergei Levshakov) araştırma ekipleri. Hamburg Üniversitesi'nden Ioffe ve Ralf Quast, üç yeni kuasar sistemi üzerinde çalıştı. Geçen yıl, Hindistan'daki Üniversiteler Arası Astronomi ve Astrofizik Merkezi'nden Hum Chand ve Raghunathan Srianand, Astrofizik Enstitüsü'nden Patrick Petitjean ve Paris'teki LERMA'dan Bastien Aracil 23 vakayı daha analiz etti. Grupların hiçbiri $\alpha$'da değişiklik bulamadı. Chand, 6 ila 10 milyar yıl arasındaki herhangi bir değişikliğin milyonda birinden az olması gerektiğini savunuyor.

Farklı kaynak verilerini analiz etmek için kullanılan benzer metodolojiler neden bu kadar ciddi bir tutarsızlığa yol açtı? Cevap henüz bilinmiyor. Bu araştırmacılar tarafından elde edilen sonuçlar mükemmel kalitede, ancak örneklerinin boyutu ve analiz edilen radyasyonun yaşı bizimkinden önemli ölçüde daha küçük. Ayrıca Chand, multimultiplet yönteminin basitleştirilmiş bir versiyonunu kullandı ve tüm deneysel ve sistematik hataları tam olarak değerlendirmedi.

Princeton'dan ünlü astrofizikçi John Bahcall, çok-çoklu yöntemin kendisini eleştirdi, ancak işaret ettiği sorunlar, büyük örnekler kullanıldığında en aza indirilen rastgele hatalar kategorisinde. Bacall ve Ulusal Laboratuvar'dan Jeffrey Newman. Lawrence, Berkeley'deki soğurma çizgilerini değil, emisyon çizgilerini dikkate aldı. Yaklaşımları çok daha az kesindir, ancak gelecekte faydalı olabilir.

yasama reformu

Sonuçlarımız doğruysa, sonuçlar çok büyük olacaktır. Yakın zamana kadar, eğer ince yapı sabiti değişirse Evrene ne olacağını tahmin etmeye yönelik tüm girişimler yetersizdi. Sabit olduğu varsayımıyla elde edilen aynı formüllerde $\alpha$'ı bir değişken olarak düşünmekten öteye gitmemişlerdir. Katılıyorum, çok şüpheli bir yaklaşım. $\alpha $ değişirse, Evrendeki yerçekimi alanını etkilemesi gereken, onunla ilişkili etkilerdeki enerji ve momentum korunmalıdır. 1982'de, Kudüs İbrani Üniversitesi'nden Jacob D. Bekenstein ilk olarak elektromanyetizma yasalarını sabit olmayan sabitler durumuna genelleştirdi. Onun teorisinde $\alpha $, doğanın dinamik bir bileşeni olarak kabul edilir, yani. skaler alan gibi. Dört yıl önce, birimiz (Barrow), Imperial College London'dan Håvard Sandvik ve João Magueijo ile birlikte, Bekenstein'ın teorisini yerçekimini içerecek şekilde genişletti.

Genelleştirilmiş teorinin tahminleri baştan çıkarıcı bir şekilde basittir. Kozmik ölçekte elektromanyetizma yerçekiminden çok daha zayıf olduğu için, $\alpha$'daki birkaç milyonda birlik değişikliklerin Evrenin genişlemesi üzerinde gözle görülür bir etkisi yoktur. Ancak, elektrik ve manyetik alanların enerjileri arasındaki uyumsuzluk nedeniyle genişleme $\alpha $'ı önemli ölçüde etkiler. Kozmik tarihin ilk on binlerce yılı boyunca radyasyon, yüklü parçacıklara egemen oldu ve elektrik ve manyetik alanlar arasında bir denge sağladı. Evren genişledikçe radyasyon seyrekleşti ve madde kozmosun baskın unsuru haline geldi. Elektrik ve manyetik enerjilerin eşit olmadığı ortaya çıktı ve zamanın logaritması ile orantılı olarak $\alpha $ artmaya başladı. Yaklaşık 6 milyar yıl önce, karanlık enerji hakim olmaya başladı ve genişlemeyi hızlandırdı, bu da tüm fiziksel etkileşimlerin boş uzayda yayılmasını zorlaştırdı. Sonuç olarak, $\alpha$ tekrar neredeyse sabit hale geldi.

Tarif edilen resim gözlemlerimizle tutarlıdır. Kuasarın tayf çizgileri, kozmik tarihin maddenin egemen olduğu ve alfanın arttığı o dönemi karakterize eder. Oklo'daki laboratuvar ölçümleri ve çalışmalarının sonuçları, karanlık enerjinin hakim olduğu ve $\alpha$'ın sabit olduğu döneme tekabül ediyor. Özellikle ilgi çekici olan, göktaşlarındaki radyoaktif elementler üzerindeki $\alpha$ değişiminin etkisinin daha fazla incelenmesidir, çünkü bu, iki adlandırılmış dönem arasındaki geçişi incelememize izin verir.

Alfa sadece başlangıç

İnce yapı sabiti değişirse, maddi nesneler farklı düşmelidir. Bir zamanlar Galileo, neyden yapıldıklarına bakılmaksızın boşluktaki cisimlerin aynı hızda düştüğü zayıf denklik ilkesini formüle etti. Ancak $\alpha$'daki değişiklikler, tüm yüklü parçacıklara etki eden bir kuvvet oluşturmalıdır. Bir atom çekirdeğinde ne kadar çok proton bulunursa, onu o kadar güçlü hisseder. Kuasar gözlemlerinin sonuçlarının analizinden çıkarılan sonuçlar doğruysa, farklı malzemelerden yapılmış cisimlerin serbest düşüş ivmesi yaklaşık 1 $\cdot$ $10^(–14)$ kadar farklı olmalıdır. Bu, laboratuvarda ölçülebilecek değerden 100 kat daha küçüktür, ancak STEP (Equivalence Principle in Space) gibi deneylerde farklılıkları gösterecek kadar büyüktür.

$\alpha $ ile ilgili önceki çalışmalarda, bilim adamları Evrenin homojen olmama durumunu ihmal ettiler. Tüm galaksiler gibi, Samanyolumuz da ortalama olarak uzaydan yaklaşık bir milyon kat daha yoğundur, dolayısıyla evrenle birlikte genişlemiyor. 2003'te Cambridge'den Barrow ve David F. Mota, $\alpha$'nın bir galaksi içinde uzayın daha boş bölgelerinde olduğundan farklı davranabileceğini hesapladılar. Genç bir galaksi yoğunlaşır ve rahatlarken yerçekimi dengesine gelir gelmez, $\alpha$ galaksinin içinde sabit hale gelir, ancak dışarıda değişmeye devam eder. Bu nedenle, $\alpha$'ın kalıcılığını test eden Dünya üzerindeki deneyler, yanlı bir koşul seçiminden muzdariptir. Bunun zayıf denklik ilkesinin doğrulanmasını nasıl etkilediğini henüz çözemedik. $\alpha$ için hiçbir uzamsal varyasyon henüz gözlemlenmedi. Barrow, SPK'nın homojenliğine dayanarak, son zamanlarda $\alpha $'ın, göksel kürenin 10^o$ aralıklı bölgeleri arasında 1 $\cdot$ $10^(–8)$'dan fazla değişmediğini gösterdi.

Bize kalırsa, $\alpha $'daki değişimle ilgili hipotezi nihayet doğrulayacak veya çürütecek yeni verilerin ve yeni çalışmaların ortaya çıkmasını beklemek. Araştırmacılar bu sabite odaklandılar, çünkü varyasyonlarından kaynaklanan etkileri görmek daha kolay. Ama eğer $\alpha$ gerçekten değişkense, diğer sabitler de değişmelidir. Bu durumda, doğanın iç mekanizmalarının düşündüğümüzden çok daha karmaşık olduğunu kabul etmek zorunda kalacağız.

YAZARLAR HAKKINDA:
John Barrow (John D. Barrow) , John Web (John K. Webb) 1996 yılında İngiltere'deki Sussex Üniversitesi'nde ortak bir tatil sırasında fiziksel sabitler üzerinde çalışmaya başladı. Ardından Barrow, sabitleri değiştirmek için yeni teorik olasılıkları araştırdı ve Web, kuasarların gözlemleriyle meşgul oldu. Her iki yazar da kurgusal olmayan kitaplar yazar ve genellikle televizyon programlarında görünür.

Emir- cennetin ilk kanunu.

İskender Pop

Temel dünya sabitleri, maddenin en genel, temel özellikleri hakkında bilgi sağlayan sabitlerdir. Bunlar örneğin G, c, e, h, me e vb. içerir. Bu sabitleri birleştiren ortak şey içerdikleri bilgidir. Bu nedenle, yerçekimi sabiti G, Evrenin tüm nesnelerinde bulunan evrensel etkileşimin nicel bir özelliğidir - yerçekimi. Işık hızı c, doğadaki herhangi bir etkileşimin mümkün olan maksimum yayılma hızıdır. Temel yük e, doğada serbest halde bulunan elektrik yükünün mümkün olan minimum değeridir (görünüşe göre, serbest durumda kesirli elektrik yüklü kuarklar sadece süper yoğun ve sıcak kuark-gluon plazmasında bulunur). Devamlı

h çubuğu minimum değişikliği belirler fiziksel miktar, eylem denir ve mikro dünyanın fiziğinde temel bir rol oynar. Bir elektronun durgun kütlesi m e, en hafif kararlı yüklü temel parçacığın eylemsizlik özelliklerinin bir özelliğidir.

Bazı teorilerin sabiti ile, bu teori çerçevesinde her zaman değişmediği düşünülen bir değeri kastediyoruz. Birçok doğa yasasının ifadelerinde sabitlerin varlığı, düzenliliklerin varlığında kendini gösteren gerçekliğin belirli yönlerinin göreli değişmezliğini yansıtır.

Temel sabitler c, h, e, G, vb. Metagalaksinin tüm bölümleri için aynıdır ve zamanla değişmezler, bu nedenle bunlara dünya sabitleri denir. Dünya sabitlerinin bazı kombinasyonları, doğa nesnelerinin yapısında önemli bir şey belirler ve ayrıca bir dizi temel teorinin karakterini oluşturur.

atomik fenomenler için uzaysal kabuğun boyutunu belirler (burada m e elektron kütlesidir) ve

Bu fenomenler için karakteristik enerjiler; süperiletkenlerde büyük ölçekli bir manyetik akı için kuantum miktar tarafından verilir

sabit astrofiziksel nesnelerin sınırlayıcı kütlesi, kombinasyonla belirlenir:

burada m N, nükleon kütlesidir; 120

kuantum elektrodinamiğinin tüm matematiksel aparatı, boyutsuz küçük bir miktarın varlığına dayanmaktadır.

elektromanyetik etkileşimlerin yoğunluğunun belirlenmesi.

Temel sabitlerin boyutlarının analizi, problemin bir bütün olarak yeni bir şekilde anlaşılmasına yol açar. Bireysel boyutlu temel sabitler, yukarıda belirtildiği gibi, karşılık gelen fiziksel teorilerin yapısında belirli bir rol oynar. Tüm fiziksel süreçlerin birleşik bir teorik tanımının geliştirilmesi söz konusu olduğunda, dünyanın birleşik bir bilimsel resminin oluşumu, boyutsal fiziksel sabitler, bunların rolü gibi boyutsuz temel sabitlere yol açar.

Evrenin yapısının ve özelliklerinin oluşumunda sabitler çok büyüktür. İnce yapı sabiti, doğada var olan dört temel etkileşim türünden birinin nicel bir özelliğidir - elektromanyetik. Elektromanyetik etkileşime ek olarak, diğer temel etkileşimler yerçekimi, güçlü ve zayıftır. Boyutsuz bir elektromanyetik etkileşim sabitinin varlığı

Açıkçası, diğer üç tür etkileşimin özellikleri olan benzer boyutsuz sabitlerin varlığını varsayar. Bu sabitler ayrıca aşağıdaki boyutsuz temel sabitlerle karakterize edilir - güçlü etkileşim sabiti - zayıf etkileşim sabiti:

Fermi sabiti nerede

zayıf etkileşimler için;

yerçekimi etkileşim sabiti:

Sabitlerin sayısal değerleri tanımlamak

bu etkileşimlerin göreli "gücü". Böylece elektromanyetik etkileşim, güçlü olandan yaklaşık 137 kat daha zayıftır. En zayıfı, güçlü olandan 10 39 daha az olan yerçekimi etkileşimidir. Etkileşim sabitleri ayrıca çeşitli işlemlerde bir parçacığın diğerine dönüşümünün ne kadar hızlı olduğunu da belirler. Elektromanyetik etkileşim sabiti, herhangi bir yüklü parçacığın aynı parçacıklara dönüşümünü tanımlar, ancak hareket durumunda bir değişiklik artı bir foton ile. Güçlü etkileşim sabiti, mezonların katılımıyla baryonların karşılıklı dönüşümlerinin nicel bir özelliğidir. Zayıf etkileşim sabiti, nötrinoları ve antinötrinoları içeren süreçlerde temel parçacıkların dönüşümlerinin yoğunluğunu belirler.

N ile belirttiğimiz fiziksel uzayın boyutunu belirleyen boyutsuz bir fiziksel sabite daha dikkat etmek gerekir. Fiziksel olayların üç boyutlu uzayda, yani N = 3'te meydana gelmesi bizim için gelenekseldir. fizik defalarca "sağduyuya" uymayan, ancak doğada var olan gerçek süreçleri yansıtan kavramların ortaya çıkmasına neden oldu.

Böylece, "klasik" boyutlu temel sabitler, karşılık gelen fiziksel teorilerin yapısında belirleyici bir rol oynar. Onlardan, birleşik etkileşim teorisinin temel boyutsuz sabitleri oluşur - Bu sabitler ve diğerleri ile N uzayının boyutu, Evrenin yapısını ve özelliklerini belirler.