Мы никогда не сможем на 100% доказать, что константы действительно постоянны.
Существует набор особых чисел, известных как фундаментальные константы природы, которые не поддаются объяснению. Откуда они берутся? Выяснение того, действительно ли они постоянны, — ключ к разгадке этой давней тайны.
Физика — это математическое описание природы. Мы используем модели, уравнения и формулы, чтобы описывать, как работают системы, и предсказывать их поведение в будущем. Этот подход оказался чрезвычайно успешным, объясняя всё: от поведения субатомных частиц до эволюции всей Вселенной.
Но в этих уравнениях есть аспекты, которые не поддаются объяснению. Каждый раз, когда мы пытаемся связать гипотетическую модель с реальным миром, нам приходится вводить особые числа. Эти числа отражают некоторые аспекты природы, которые остаются за рамками наших уравнений. Например, если я хочу предсказать движение брошенного мяча, мне нужно знать, насколько сильна гравитация. Но нет теории, объясняющей, почему гравитация имеет именно такую силу. Мы можем лишь измерить это значение независимым образом и подставить его в уравнения.
На протяжении десятилетий физики составляли различные списки важнейших фундаментальных констант. Обычно их насчитывается чуть более двух десятков. Они описывают такие вещи, как силы четырех фундаментальных взаимодействий природы, массы фундаментальных частиц и аспекты пространства-времени, например, скорость света.
Мы понятия не имеем, откуда берутся эти числа и почему они имеют именно такие значения. Один из способов их изучения — выяснить, действительно ли они постоянны. Если какое-либо из этих чисел изменяется во времени или в пространстве, это стало бы важной подсказкой. Вариации констант указали бы нам на то, что они не являются по-настоящему фундаментальными, а скорее отражают наше незнание более глубокой теории физики.
Например, если бы я ничего не знал о том, как работает гравитация, я все равно мог бы измерять ускорение объектов вблизи Земли. Я мог бы присвоить этому числу статус «фундаментальной» константы и измерить его как 9,8 метра в секунду в квадрате. Имея это число, я все равно мог бы прекрасно предсказывать траектории брошенных мячей.
Но тщательные наблюдения показали бы, что это ускорение на самом деле не постоянно. Оно может меняться в зависимости от высоты или даже местоположения на Земле. Это сказало бы мне, что происходит нечто более глубокое — в данном случае, что существует всемирная сила тяготения.
Физики и астрономы предпринимали различные эксперименты для обнаружения вариаций констант. В конечном итоге, для поиска невероятно малых изменений требуется огромное количество данных. Ученые могут достичь этого, либо изучая систему в течение очень длительных периодов времени, либо заглядывая в глубины космоса. В любом случае, мы можем проверить, изменилась ли та или иная константа со временем.
Например, астрономы использовали измерения далеких квазаров — невероятно ярких источников радиоизлучения из ранней Вселенной. Они также изучали космическое микроволновое фоновое излучение — излучение, испущенное, когда Вселенная остыла из состояния горячей плазмы миллиарды лет назад.
Если бы такие константы, как скорость света, сила гравитации или даже масса электрона, были иными в те далекие времена, мы должны были бы увидеть едва заметное изменение во внешнем виде этих астрономических объектов. Другими словами, они должны были бы выглядеть иначе, чем во вселенной, где константы действительно постоянны.
Ближе к нам, физики изучают колебания атомов, например, тех, что используются в атомных часах, чтобы выявить отклонения от абсолютной постоянности. Как бы то ни было, мы не наблюдали никаких признаков чего-либо, кроме абсолютной неизменности. И это невероятно точные измерения. Для многих констант мы установили их постоянство с точностью не более чем до одной миллиардной доли изменения в год.
Мы никогда не сможем на 100% доказать, что константы действительно постоянны. Это связано с тем, что в наших измерениях всегда есть некоторая неопределенность, поэтому всегда будет оставаться пространство для возможных вариаций, даже если они невероятно малы.
Но на данный момент фундаментальные константы природы кажутся постоянными, и мы не знаем, почему они имеют именно такие значения. Мы твердо верим, что история открытий в физике не закончена и что в тайнах Вселенной предстоит раскрыть еще многое. Но прямо сейчас нам приходится мириться с фундаментальными константами такими, какими они представляются: простыми числами, не поддающимися объяснению.
Читайте также: 6 головоломок, развлекавших древних загадками и числами
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.