Таинственное значение константы
Иллюстрация того, как гравитация галактики искривляет пространство-время согласно общей теории относительности Эйнштейна (Изображение: Научная библиотека).
Глядя на ночное небо, мы часто задаёмся вопросом, почему Вселенная существует именно так: от жизни, звёзд, планет до даже людей. Однако мало кто знает, что всё во Вселенной управляется особой группой чисел, называемых фундаментальными константами природы.
Эти числа не являются человеческим изобретением, а фиксированными значениями, которые описывают, как силы и материя во Вселенной взаимодействуют друг с другом.
Например, скорость света в вакууме всегда составляет около 299 792 458 м/с, гравитационная постоянная G равна 6,674 x 10⁻¹¹ м³/кг/с², а масса электрона равна 9,1 x 10⁻³¹ кг…
Это числа, даже небольшое изменение которых может привести к совершенно иной вселенной или даже к возникновению жизни. Главный вопрос: почему эти числа имеют именно такие значения? Откуда они берутся? Случайны ли они?
Благодаря физике мы можем строить очень точные уравнения и модели для описания мира — от падения камня до расширения всей Вселенной. Однако каждое уравнение требует «питания» некоторыми входными данными, то есть константами.
Они подобны «балкам», на которых держится здание современной физики. Но, как ни странно, ни одна современная теория не может объяснить их происхождение. Учёные могут лишь измерять экспериментальные значения и подгонять их под модели.
Представьте, что вы моделируете движение мяча. Вы можете использовать законы Ньютона для описания силы, но вам нужно знать, насколько велика сила тяготения. Этого не берёт из модели, это нужно измерить в реальности.
Аналогично, такие константы, как сила электромагнитного взаимодействия, постоянная Планка или соотношение элементарных частиц, являются «заданными» параметрами, которые невозможно рассчитать на основе современной базовой теории.
Действительно ли константы «инвариантны»?
Эйнштейн был тем, кто предложил общую теорию относительности, включающую понятие гравитационной постоянной G — незаменимой величины для описания степени «кривизны» пространства-времени (Фото: Getty).
Вопрос становится еще более интригующим, когда физики задаются вопросом: действительно ли эти числа «постоянны», то есть никогда не меняются?
Если какие-либо из них меняются, даже незначительно, со временем, в пространстве или при определенных физических обстоятельствах, то это значит, что они не являются по-настоящему фундаментальными, а представляют собой всего лишь проявления более глубокой теории, которую человечеству еще только предстоит открыть .
Чтобы проверить это, учёные разработали серию чрезвычайно точных экспериментов как на Земле, так и в космосе. В лаборатории они используют атомные часы. Это чрезвычайно сложные устройства, способные регистрировать мельчайшие изменения в колебаниях атомов и отслеживать изменения во времени констант, таких как постоянная тонкой структуры (ПТС).
На сегодняшний день точность измерений достигла уровня обнаружения изменения в 1 часть на миллиард в год, однако существенных изменений не зафиксировано.
В астрономии исследователи наблюдали свет квазаров — чрезвычайно ярких небесных объектов, находящихся в миллиардах световых лет от Земли. Кроме того, они анализировали реликтовое излучение (РКФ). Это остатки света, оставшиеся со времён зарождения Вселенной.
Идея заключается в том, что если бы константы изменились в далёком прошлом, то свет от далёких небесных объектов был бы изменён и выглядел бы иначе. Однако наблюдения показали странную стабильность этих констант.
Стоит отметить, что мы не можем быть на 100% уверены в их постоянстве. Даже если никаких изменений не обнаружено, в любом измерении всегда присутствует определённая степень неопределённости, поэтому всегда существует вероятность, что константы меняются, но со скоростью, слишком малой для обнаружения.
Вселенная все еще таит в себе множество загадок
Фундаментальные константы — это не просто сухие числа, это фундамент, определяющий само существование Вселенной. Они определяют взаимодействие сил, образование атомов, горение звёзд и развитие жизни.
Если бы эти цифры отличались хотя бы на малую долю, Вселенная, скорее всего, была бы такой же пустой, хаотичной или совершенно безжизненной, какой мы ее знаем.
Однако наука до сих пор не знает ответа на вопрос, почему они именно такие. Являются ли эти константы результатом случайности? Или они — проявление более глубокой космологической теории, выходящей за рамки нашего нынешнего понимания?
Возможно, у нас пока нет ответов, но продолжение задавания вопросов и изучение их может привести человечество к важному поворотному моменту в современной физике — так же, как теория относительности и квантовая механика потрясли науку XX века.
Источник: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/thu-gi-am-tham-chi-phoi-ca-vu-tru-20250525082833517.htm
Комментарий (0)