Главная » Статьи » Наука и жизнь |
Наблюдение далеких галактик даёт основания для из ряда вон выходящих выводов, но не даёт пока из ряда вон выходящих доказательствВпервые Джон Уэбб ( Мнения специалистов относительно фундаментальности этой константы несколько расходятся. С одной стороны, она возникает в теории как комбинация трёх безусловно «более фундаментальных» констант — заряда электрона, постоянной Планка и скорости света. С другой стороны, она не имеет размерности, и её численное значение оказывается не зависящим от выбора системы единиц, а это признак в некотором смысле «большей фундаментальности». Появление её в физике связано с публикацией в 1916 году статьи Арнольда Зоммерфельда ( Всего по прошествии двадцати лет была построена новая квантовая механика, в основании которой лежит принцип неопределённости Гейзенберга, лишившая смысла разговоры о размерах электрона. Исчезли из неё и круговые орбиты: нам слишком хорошо известно, с какими скоростями электроны движутся внутри атома, чтобы можно было что-то конкретное сказать об их местоположении. Но старая теория Бора, усовершенствованная Зоммерфельдом, дала много новых идей, в полной мере использованных новыми теориями строения вещества. В частности, на основании старой теории Бора Зоммерфельд сумел рассчитать расщепление одиночных линий в спектрах водородоподобных атомов на несколько, находящихся так близко друг к другу, что на снимке спектра их можно рассмотреть только в микроскоп. Такой эффект был известен экспериментаторам, которые начали говорить о тонкой структуре спектральных линий. И что замечательно: даже количественно старая теория давала практически тот же результат, что и новая, хотя расчёты в последней стали значительно более громоздкими и сложными. В этой статье Зоммерфельда и появился коэффициент α, определивший степень тонкого расщепления спектральных линий. Его зависимость от скорости света явно указывает на то, что Зоммерфельд, рассчитывая эффект, учитывал уже известные к этому времени выводы специальной теории относительности Эйнштейна, считая скорости электронов в атоме весьма большими. Он вычислил, что отношение скорости электрона на первой боровской орбите к скорости света равно постоянной тонкой структуры. Уже в послевоенные годы, на рубеже 40-х и 50-х, была построена ещё одна теория — квантовая электродинамика, — описывающая взаимодействие вещества с электромагнитным полем. В ней постоянная тонкой структуры неожиданно выступила в новом качестве — это константа связи, определяющая интенсивность взаимодействия электронов с фотонами. Благодаря малости её численного значения, в квантовой электродинамике оказалось возможным применить математическую теорию малого параметра (α в роли такового и выступила), что позволило избежать многих теоретических проблем. А уже совсем недавно постоянная α удивительным образом появилась в описании свойств графена. Весной 2008 года физик из Женевского университета Алексей Кузьменко ( Выводы Джона Уэбба о непостоянстве постоянной тонкой структуры по вполне понятным причинам не вызвали энтузиазма в научном сообществе, а его коллеги предположили, что в ходе наблюдений были допущены ошибки. Чтобы исключить подобные подозрения, Уэбб организовал наблюдения квазаров с помощью другого телескопа — расположенного в Чили Очень большого телескопа ( Результаты наблюдений обрабатывал уже не сам Уэбб, а его аспирант Джулиан Кинг (Julian King), рассчитывавший «обнаружить что-то похожее на данные с телескопа Кек». Не то чтобы он сильно верил в правоту своего профессора, но уж больно ему не хотелось погружаться в нудную работу по поиску ошибок в случае расхождения новых данных с чилийского телескопа и старых — с гавайского. И ему повезло: расхождений не было, результаты наблюдений квазаров с помощью чилийского телескопа соответствовали общему заключению Уэбба о непостоянстве постоянной тонкой структуры. Однако теоретические расчёты пришлось всё же переделать: постоянная тонкой структуры со временем не росла, а уменьшалась. Если провести прямую, соединяющую те облака межзвёздного газа, на которые был нацелен телескоп Кека, с теми, на которые был направлен телескоп VLT, то можно сделать вывод: по мере движения вдоль прямой численное значение постоянной тонкой структуры возрастает. Постоянная тонкой структуры оказывается, таким образом, чуть меньше в одной части Вселенной и чуть больше — в другой! Но фундаментальная физическая константа не может зависеть от того, куда именно астрономы направляют свой телескоп; вспомним, что уже в специальной теории относительности один из постулатов определяет независимость скорости света и от величины, и от направления скорости, с которой движется в пространстве та система отсчёта, в которой эта скорость измеряется. Сам принцип был сформулирован после отрицательного результата знаменитого эксперимента Альберта Майкельсона ( В современной теоретической физике инвариантность законов природы — прямое и непосредственное следствие изотропности и однородности пространства и времени, то есть отсутствие выделенных направлений и мест. Понятие симметрии лежит в основе большинства современных фундаментальных теорий — от общей теории относительности до Стандартной модели в физике элементарных частиц. И хотя космологические открытия последних десятилетий ХХ века сильно подорвали господствовавшие в начале века представления о бесконечном и повсюду одинаковом космическом пространстве, существующем в неизменном (если брать достаточно большие расстояния) виде вечно, у Уэбба и Кинга образовалась весьма серьезная оппозиция. Например, Леннокс Коуи ( Между тем это отнюдь не первая экстраординарная гипотеза подобного рода. Ещё в 1937 году великий английский физик Пол Дирак ( Экспериментально проверить гипотезу о непостоянстве фундаментальных физических констант физики впервые смогли после июня 1972-го — благодаря открытию, сделанному специалистами из французской Комиссии по атомной энергии в ходе исследования урановой руды из рудника в городке Окло в Габоне. Выясняя причины ненормативного процентного содержания в руде разных изотопов урана, французские атомщики установили, что около двух миллиардов лет назад в Окло действовал природный ядерный реактор. Если бы два миллиарда лет назад численные значения физических постоянных отличались от современных, такой реактор не мог бы действовать. В 1982 году ленинградский физик Александр Шляхтер представил свои оценки допустимых изменений постоянной тонкой структуры. В соответствии с ними, относительное изменение постоянной α не могло превышать 10–17 в год. Таким образом, за два миллиарда лет оно не могло измениться больше чем на 10–8. Свою оценку дал и знаменитый Фримен Дайсон ( Таким образом, земные измерения не подтверждают выводы астронома Джона Уэбба. В то же время данные Уэбба и Кинга удивительным образом согласовываются с наблюдениями Саши Кашлински ( Интригу усиливает и недавнее открытие «оси зла» (the axis of evil). Именно так Жуан Магнейжу (João Magneijo) и Кейт Лэнд (Kate Land) из Имперского колледжа Лондона ( По мнению некоторых космологов, наличие «оси зла» указывает на необходимость пересмотреть те положения теории Большого Взрыва, которые предполагают изотропность Вселенной. И хотя «ось зла» не совпадает с направлением движения «тёмного потока» — а значит, и с линией, обнаруженной в наблюдениях Уэбба и Кинга, — существование сразу трёх аномалий заставляет по крайней мере задуматься.
| ||
Просмотров: 554 | Рейтинг: 0.0/0 |
Всего комментариев: 0 | |