Οι θεμελιώδεις σταθερές της φυσικής παραμένουν σταθερές

Από το NewScientist, 26 Ιουνίου 2004

Η διαμάχη για το αν οι θεμελιώδεις σταθερές της φύσης αλλάζουν με το χρόνο συνεχίζεται. Μια νέα μελέτη αμφιβάλει για την ορθότητα της θεωρίας, που δημοσιεύτηκε το 2001, και οι οποίοι θεωρούσαν ότι μια βασική σταθερά μεταβάλλεται καθώς εξελίσσεται το σύμπαν.

Η μελέτη εξετάζει την σταθερά λεπτοδομής, άλφα. Η σταθερά άλφα είναι κρίσιμος για τη συζήτηση περί σταθερότητας, επειδή υπαγορεύει τη δύναμη της αλληλεπίδρασης μεταξύ ενός ηλεκτρονίου και ενός φωτονίου, και κυβερνά ένα πλήθος φυσικών διαδικασιών, από το πώς καίει ο ήλιος έως τον "πληθωρισμό" του σύμπαντος αμέσως μετά από τη Μεγάλη Έκρηξη. Μια αλλαγή της σταθεράς άλφα θα έχει επιπτώσεις στη σταθερότητα της ταχύτητας του φωτός, και θα έφερνε επανάσταση στην παραδοσιακή φυσική.

Έτσι σχολιάστηκε η είδηση το 2001 όταν ο αστρονόμος John Webb του Πανεπιστημίου της Νότιας Νέας Ουαλίας στο Σύδνεϋ, ανέφερε ότι η τιμή της σταθεράς άλφα  - που υπολογίζεται με βάση τις παρατηρήσεις για την απορρόφηση του φωτός  των κβάζαρ από νέφη αερίων - ήταν διαφορετική πριν 12 δισεκατομμύρια χρόνια από αυτή που είναι σήμερα. Εάν ο Webb είχε δίκιο, τότε η σταθερά άλφα μπορεί να αλλάζει κατά, τουλάχιστον, 1 μέρος προς 10¹⁴ ετησίως, υποθέτοντας ένα γραμμικό ρυθμό μεταβολής.

Τώρα όμως ο Theodor Hänsch στο Ινστιτούτο Max Planck για την κβαντική οπτική στην πόλη Garching και οι συνάδελφοί του έχουν αποκλείσει οποιαδήποτε τέτοια αλλαγή 1 μέρους προς 10¹⁵.

Ενεργειακό επίπεδο

Από το 1999 ως το 2003, αυτοί σύγκριναν την επίδραση της σταθεράς άλφα στην εκπομπή των φωτονίων από άτομα καισίου και υδρογόνου. Τα φωτόνια εκπέμπονται όταν τα ηλεκτρόνια κινούνται σε αυτά τα άτομα από ένα υψηλό ενεργειακό επίπεδο προς ένα χαμηλότερο. Οποιαδήποτε μεταβολή στη σταθερά άλφα κατά τη διάρκεια του χρόνου πρέπει να παρουσιαστεί σε μια τέτοια σύγκριση.

"Δεν βρήκαμε κανένα στοιχείο για οποιαδήποτε αλλαγή", ανέφερε ο  Hänsch (Physical Review Letters, vol 92, p 230802)

Αυτό το αποτέλεσμα είναι, επίσης, αρνητικό για τη θεωρία που υποθέτει ένα γραμμικό ρυθμό μεταβολής της σταθεράς άλφα για τα προηγούμενα 12 δισεκατομμύρια χρόνια. Οι περισσότεροι θεωρητικοί θεωρούν ότι μια τέτοια γραμμική μεταβολή είναι απίθανη. Ο Joao Magueijo του Αυτοκρατορικού Κολεγίου του Λονδίνου λέει ότι η οποιαδήποτε μεταβολή στην σταθερά άλφα θα ήταν τρομακτική, όταν το σύμπαν διαστελλόταν πολύ γρήγορα, αλλά ο ρυθμός μεταβολής του τώρα θα πρέπει έχει επιβραδυνθεί σε 1 μόνο μέρος προς 10¹⁸.

Ο Hänsch αναγνωρίζει ότι μπορεί να συμβούν αλλαγές μικρότερες από αυτές που μπορεί να μετρήσει, και η ακρίβεια που απαιτείται για να μετρήσει αυτό το είδος αλλαγής θα είναι διαθέσιμη σε λίγα χρόνια.

Εν τω μεταξύ, οι αρχικές παρατηρήσεις του Webb έχουν εξεταστεί επίσης από γάλλους και ινδούς αστρονόμους που όμως ήταν αδύνατον να δουν οποιαδήποτε αλλαγή στην άλφα, σε μια έρευνα για κβάζαρ (Physical Review Letters, vol 92, p 121302).

"Αυτό είναι το πιο ανησυχητικό", λέει ο Magueijo. Ο Webb αναλύει τώρα ένα νέο σύνολο στοιχείων από κβάζαρ και ελπίζει να βάλει πάλι το ζήτημα στο τέλος του 2004.

Σταθερά λεπτής υφής

Η σταθερά λεπτής υφής α αριθμητικά ισούται με α=(1/4πε₀)e²/hc=1/137.036 και οι περισσότεροι φυσικοί παραξενεύονται με αυτήν, γιατί τρεις άλλες σταθερές της φύσης συνδυάζονται για να την δώσουν ενώ αυτή είναι αδιάστατη. Σήμερα γνωρίζουμε ότι αυτή η σταθερά είναι "μια σταθερά συζεύξεως" που μετρά την ισχύ της αλληλεπιδράσεως μεταξύ ενός φορτισμένου ηλεκτρικά σωματιδίου και του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.

Στα φάσματα πολλών ατόμων, αυτό που χονδρικά φαίνεται να είναι μια γραμμή, όταν το παρατηρήσουμε πιο προσεχτικά αποδεικνύεται ότι είναι δύο ή περισσότερες γραμμές που βρίσκονται η μία πολύ κοντά στην άλλη. Ο λόγος της αποστάσεως μεταξύ των γραμμών λεπτής υφής προς την απόσταση μεταξύ των γραμμών του χονδρικού φάσματος, είναι ανάλογος με το τετράγωνο της σταθεράς α.   Σήμερα πιστεύουμε ότι κρύβει ακόμη κάποιες άγνωστες πληροφορίες.