Непостоянная постоянная: Тонкости тонкой структуры
Почему Вселенная такова, какова есть? Почему численные соотношения безразмерных констант именно такие, какими мы их знаем? Почему пространство имеет три протяженных измерения? Почему существует именно четыре фундаментальных взаимодействия, а не, скажем, пять? Почему, наконец, все в ней так сбалансировано и точно «подогнано» одно под другое? Сегодня популярно считать, что если б что-то было иначе, если б одна из базовых констант была иной, мы просто не могли бы задаваться этими вопросами.
Такой подход называется антропным принципом: если б константы соотносились иначе, не могли б образоваться устойчивые элементарные частицы, если б у пространства было больше измерений, планеты не могли бы обрести устойчивые орбиты и так далее. Иначе говоря, не смогла бы образоваться Вселенная — и уж тем более не могли бы развиться такие разумные организмы, как мы с вами. (Подробнее об антропном принципе рассказывается в статье «Человеколюбивое мироздание».)
В общем, мы появились просто в нужном месте — в единственном, где могли появиться. А возможно, и в нужном времени, о чем говорит недавнее громкое исследование одной из фундаментальных физических констант.
Речь о постоянной тонкой структуры, величине безразмерной и ни из каких формул не выводимой. Устанавливается она эмпирически, как отношение скорости вращения электрона (находящегося на Боровском радиусе) к скорости света, и равна 1/137,036. Она характеризует силу взаимодействия электрических зарядов с фотонами.
Несмотря на то, что называется она постоянной, физики уже не первое десятилетие дискутируют о том, насколько постоянна эта константа на самом деле. Несколько «скорректированное» ее значение для разных случаев могло бы решить определенные проблемы в современной космологии и астрофизике. А с выходом на сцену Теории струн многие ученые вообще склоняются к тому, что и прочие константы могут быть не столь уж неизменными. Изменения в постоянной тонкой структуре могли бы косвенно свидетельствовать о реальном существовании дополнительных свернутых измерений Вселенной, что абсолютно необходимо в Теории струн.
Все это подстегнуло поиски доказательств — или опровержений — тому, что постоянная тонкой структуры может быть иной в других точках пространства и (или) времени. Благо, для того, чтобы оценить ее, можно воспользоваться таким доступным инструментом, как спектроскопия (постоянная тонкой структуры как раз и была введена для интерпретации спектроскопических наблюдений), а для того, чтобы «заглянуть в прошлое», достаточно посмотреть на далекие звезды.
Поначалу эксперименты, казалось, опровергали возможность изменений этой постоянной, но по мере того, как инструменты становились все совершенней, можно было оценивать ее величину на все большем удалении и со все большей точностью, стали появляться более интересные свидетельства. В 1999-м, например, австралийские астрономы во главе с Джоном Уэббом (John Webb) проанализировали спектры 128-ми далеких квазаров и показали, что некоторые их параметры могут объясняться постепенным ростом постоянной тонкой структуры на протяжении последних 10−12 млрд лет. Однако эти результаты были крайне спорными. Скажем, работа, датируемая 2004-м, напротив, не обнаружила заметных изменений.
А уже на днях тот же Джон Уэбб выступил с новым сенсационным сообщением — новая его работа названа некоторыми специалистами «открытием года» в физике. Ранее, в конце 1990-х Уэбб с коллегами работали с обсерваторией Keck на Гавайях и наблюдали квазары северной небесной полусферы. Тогда они пришли к выводу, что 10 млрд лет назад постоянная тонкой структуры была примерно на 0,0001 меньше и с тех пор немного «подросла». Теперь же, поработав с телескопом VLT обсерватории ESO в Чили и пронаблюдав 153 квазара южной полусферы, они получили те же результаты, но... с обратным знаком. Постоянная тонкой структуры «в южном направлении» 10 млрд лет назад была на 0,0001 больше и с тех пор «уменьшилась».
Эти различия, названные исследователями «австралийским диполем», имеют высокую статистическую достоверность. А главное — они могут свидетельствовать о фундаментальной асимметрии нашего мироздания, которое может наблюдаться и в пространстве, и во времени. Возвращаясь к антропному принципу, с которого мы начали, можно сказать, что мы родились не только в идеальном месте, но и в идеальное время.
По информации Physics World