Co po cichu rządzi całym wszechświatem?

(Gazeta Dan Tri) - Stałe podstawowe to nie tylko suche liczby; stanowią one fundament, na którym opiera się istnienie całego wszechświata.

Tajemnicza wartość stałej

Ilustracja przedstawiająca w jaki sposób siła grawitacji galaktyki zakrzywia czasoprzestrzeń zgodnie z teorią względności Einsteina (Grafika: Science Library).

Patrząc w nocne niebo, często zastanawiamy się, dlaczego wszechświat istnieje w taki sposób: od życia, gwiazd, planet, po ludzkość. Jednak niewielu zdaje sobie sprawę, że wszystkim we wszechświecie rządzi specjalna grupa liczb, znana jako fundamentalne stałe natury.

Liczby te nie są wymysłem człowieka, lecz stałymi wartościami opisującymi, w jaki sposób siły i materia we wszechświecie oddziałują na siebie.

Na przykład prędkość światła w próżni zawsze wynosi około 299 792 458 m/s, stała grawitacyjna G wynosi 6,674 x 10⁻¹¹ m³/kg/s², a masa elektronu wynosi 9,1 x 10⁻³¹ kg…

To liczby, które, nawet jeśli ulegną niewielkiej zmianie, mogłyby całkowicie odmienić wszechświat, a życie mogłoby nawet przestać istnieć. Najważniejsze pytanie brzmi: dlaczego te liczby mają tę samą wartość? Skąd się wzięły? Czy to tylko zbieg okoliczności?

Dzięki fizyce możemy konstruować bardzo precyzyjne równania i modele opisujące świat – od upadku kamienia po ekspansję całego wszechświata. Jednak każde równanie wymaga pewnych wartości wejściowych, czyli stałych.

Są jak „belki” podtrzymujące fundamenty współczesnej fizyki. O dziwo, żadna współczesna teoria nie potrafi wyjaśnić, skąd się biorą. Naukowcy mogą jedynie mierzyć ich wartości eksperymentalne i uwzględniać je w modelach.

Wyobraź sobie, że symulujesz ruch piłki. Możesz użyć praw Newtona do opisania działających sił, ale musisz wiedzieć, „jak silna jest grawitacja”. To nie wynika z modelu; trzeba to zmierzyć w rzeczywistości.

Podobnie stałe, takie jak natężenie oddziaływania elektromagnetycznego, stała Plancka czy stosunek cząstek elementarnych, są parametrami „danymi”, których nie da się obliczyć na podstawie obecnych podstaw teoretycznych.

Czy stałe są naprawdę „niezmienne”?

Einstein był autorem ogólnej teorii względności, która obejmuje koncepcję stałej grawitacyjnej G – niezbędnej wielkości do opisu stopnia „krzywizny” czasoprzestrzeni (zdjęcie: Getty).

Problem staje się jeszcze bardziej intrygujący, gdy fizycy zadają sobie pytanie: czy te liczby są rzeczywiście „stałe”, co oznacza, że ​​nigdy się nie zmieniają?

Jeśli którykolwiek z nich ulega zmianie, choćby nieznacznie, na przestrzeni czasu lub w okolicznościach fizycznych, oznacza to, że nie ma on charakteru fundamentalnego, a jest jedynie przejawem głębszej teorii, która dopiero czeka na zbadanie .

Aby to zweryfikować, naukowcy zaprojektowali liczne, niezwykle precyzyjne eksperymenty, zarówno na Ziemi, jak i w kosmosie. W laboratorium wykorzystali zegary atomowe. Są to niezwykle zaawansowane urządzenia, które potrafią wykrywać najmniejsze zmiany w oscylacjach atomowych i śledzić zmiany stałych, takich jak stała struktury subtelnej (FSC), w czasie.

Do tej pory dokładność pomiarów osiągnęła poziom, który umożliwia wykrycie zmian rzędu jednej miliardowej roku, ale jak dotąd nie odnotowano żadnych znaczących zmian.

Z astronomicznej perspektywy naukowcy obserwują światło kwazarów – niezwykle jasnych obiektów niebieskich oddalonych od Ziemi o miliardy lat świetlnych. Analizują również mikrofalowe promieniowanie tła (CMB), będące pozostałością światła z wczesnych etapów formowania się Wszechświata.

Pomysł polega na tym, że gdyby stałe uległy zmianie w odległej przeszłości, światło odległych obiektów niebieskich uległoby zmianie i wykazywałoby różnice. Jednak obserwacje nadal wskazują na dziwną stabilność tych stałych.

Należy pamiętać, że nie możemy być w 100% pewni, że są to stałe. Nawet bez wykrycia jakiejkolwiek zmiany, każdy pomiar zawsze obarczony jest pewnym stopniem niepewności, a zatem istnieje zawsze możliwość, że stałe zmieniają się, ale w tempie zbyt wolnym, aby można je było wykryć.

Wszechświat nadal kryje wiele tajemnic.

Stałe fundamentalne to nie tylko suche liczby; stanowią fundament, który kształtuje całe istnienie wszechświata. Określają one, jak oddziałują na siebie siły, jak formują się atomy, jak płoną gwiazdy i jak rozwija się życie.

Gdyby te liczby były choć trochę nieprawidłowe, wszechświat mógłby być pusty, chaotyczny lub całkowicie pozbawiony życia, takiego jak go widzimy dzisiaj.

Jednak nauka wciąż nie wyjaśniła, „dlaczego tak jest”. Czy te stałe są wynikiem przypadku? A może przejawem głębszej teorii kosmologicznej, wykraczającej poza nasze obecne zrozumienie?

Choć nie znamy jeszcze odpowiedzi na te pytania, to ciągłe zadawanie pytań i pogłębianie wiedzy na ich temat może doprowadzić ludzkość do przełomu w fizyce współczesnej – podobnie jak teoria względności i mechanika kwantowa wstrząsnęły nauką XX wieku.

Źródło: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/thu-gi-am-tham-chi-phoi-ca-vu-tru-20250525082833517.htm