Странная идея — непостоянство физических постоянных. Столетиями физика была уверена в том, что фундаментальные законы природы универсальны в любом, даже самом отдалённом уголке Вселенной и были одинаковы на протяжении всей её истории. И вот на тебе: австралийские астрофизики обнаружили, что значение одной из фундаментальных констант может быть различным.
Представьте себе, что мир немножко другой. Нам теперь представить это совсем несложно: век научной фантастики оставил после себя тонны образов иных миров — с солнцами другого цвета, другой силой притяжения и даже другими физическими законами. Естественно, всё это выдумки: всё во Вселенной так тесно друг с другом связано и так на удивление хрупко, что вопрос о том, в каком же мире мы живём, если мы в нём смогли появиться, весьма нетривиален.
Ну что бы изменилось, если бы сила гравитации, удерживающая Землю на солнечной орбите, менялась не по квадратичному закону, а, предположим, по линейному или кубическому? Планетные системы вообще не могли бы образоваться — планеты не могли бы иметь постоянных орбит и в конце концов упали бы на свои звёзды. К такому выводу ещё в начале ХХ века пришёл Пауль Эренфест. А какая может быть жизнь без солнечного тепла? Не менее чувствительно наше существование к физическим константам, которые, регулируя физические процессы, влияют на то, как именно будет выглядеть Вселенная, её химический состав и прочие условия, которые требуются для появления человека.
Если учесть, что некоторые физические константы так или иначе связаны друг с другом (например, в формулу постоянной тонкой структуры, отвечающей за электрослабое взаимодействие, входит такая фундаментальная величина, как скорость света), то логично предположить, что возникновение человека, который может Вселенную наблюдать, связано с параметрами самой Вселенной. Американский физик Джон Уилер даже сформулировал это суждение в качестве «антропного принципа»: «Вселенная такова, поскольку в ней есть наблюдатель».
У антропного принципа может быть и другая интерпретация. В конце концов, может быть, мы живём только в одной из возможных Вселенных. И в других Вселенных могут быть другие фундаментальные постоянные и, может быть, даже другие физические законы. И в этих-то Вселенных наблюдатель и не зарождается на их недобрый свет, его там нет и быть не может. Другой вопрос — можем ли мы тогда знать о них что-нибудь?
Так или иначе, место, в котором так удачно зародилась жизнь и появилась физика, всё-таки есть. А вот идея о том, что человечество живёт именно в той части Вселенной, которая «подходит» для нашего существования, недавно получила своё пока спорное и предварительное, но подтверждение: одна из ключевых физических констант — как раз постоянная тонкой структуры, — кажется, имеет разное значение в разных частях космоса.
Постоянная тонкой структуры (её обычно обозначают греческой буквой «альфа») — безразмерная величина, равная 1/137,036. Она впервые была описана в 1916 году немецким физиком Арнольдом Зоммерфельдом, изучавшим спектральные атомные линии. В современной физике она отвечает за силу электрослабого взаимодействия, и в частности за взаимодействие материи и света — электрических зарядов и фотонов.
Результаты, полученные астрофизиком Джоном Уэббом из университета Нового Южного Уэльса в Австралии, противоречат принципу эквивалентности Эйнштейна, предполагающему, что законы физики одинаковы во Вселенной везде, а её пространственная структура однородна. «Это настоящая неожиданность для всех нас», — сказал Уэбб в интервью журналу New Scientist.
Ещё более удивительно, что постоянная тонкой структуры, как следует из опубликованной Уэббом статьи в Physical Review Letters, не только другая в других частях космоса, но она ещё и зависит от определённого направления в пространстве, задавая своего рода ось во Вселенной. А это уже напрямую противоречит специальной теории относительности.
Десять лет назад Уэбб приступил к исследованиям далёких квазаров в обсерватории на Гавайях. Собранные им данные указывали на то, что значение постоянной тонкой структуры у квазаров, которые расположены от нас на расстоянии 12 млрд световых лет (или моложе нас на 12 млрд лет), немного — на миллионные доли — меньше, чем у нас на Земле.
Результаты, полученные тогда Уэббом, получили противоречивую оценку коллег, которые обратили внимание на необходимость дополнительных наблюдений за квазарами, расположенными в других частях космоса. И вот теперь коллега Уэбба по университету Джулиан Кинг проанализировал данные, полученные в ходе рутинных наблюдений на Большом телескопе в Чили. Оказалось, что в некоторых местах пространства постоянная альфа действительно другая, но не меньше, а немного больше, чем на Земле.
В обоих случая — и в наблюдениях Уэбба, и в исследованиях Кинга — разница невелика, не более одной миллионной части значения постоянной тонкой структуры. Однако вариация и в большую, и в меньшую сторону говорит о том, что изменение постоянной альфа скорее связано с положением в пространстве, чем во времени, то есть если она и меняется, то не вместе со старением Вселенной, а в зависимости от какой-то пространственной структуры самого космоса.
Группа исследователей проанализировала значения постоянной тонкой структуры примерно в 300 точках пространства и обнаружила, что её вариации не случайны, но структурированы таким образом, будто на одном «конце» Вселенной альфа имеет большее значение, а на другом — меньшее.
А мы на Земле располагаемся где-то в середине. Что, в общем, удачно, поскольку чуть более значительное отклонение размера постоянной тонкой структуры — на 4% — привело бы к тому, что звёзды были бы неспособны вырабатывать углерод, необходимый для возникновения жизни, во всяком случае в её нынешнем виде.
Нельзя сказать, что статья Уэбба и его коллег была с большой радостью встречена научным сообществом. Если полученные ими результаты корректны, то это ставит под большой вопрос наши базовые представления о законах природы. Многие из оппонентов Уэбба пока указывают на то, что статистическая значимость полученных им данных слишком мала, чтобы говорить о том, что изменение постоянной тонкой структуры можно считать окончательно доказанным. Есть другая возможность для сохранения статус-кво: не исключено, что при интерпретации данных закралась какая-то ошибка. Уж слишком нереальным кажется такой результат.
С другой стороны, наличие и расположение «космической оси», обнаруженное Уэббом и его коллегами, непонятным образом неплохо совпадает с другими недавно обнаруженными аномалиями. В частности, с поведением более тысячи галактических скоплений, которые, как утверждает астрофизик Александр Кашлинский, движутся со скоростью 1000 км/с, притягиваясь неизвестной, но крайне значительной гравитационной силой, расположенной где-то в направлении между созвездиями Центавра и Паруса. Никаких наблюдаемых объектов столь грандиозной величины, однако, в этом участке неба астрономы не обнаруживают. И вот в этом направлении и указывает «космическая ось» Уэбба, как пишет Майкл Брукс в статье «Операция «Альфа», опубликованной недавно в New Scientist.
В любом случае, как замечает один из соавторов Уэбба Майкл Мёрфи из Суинбёрнского университета в Австралии, за 10 лет никто не смог как-то по-другому объяснить полученные Уэббом данные, а нынешние исследования только подтвердили их. В конце концов, как говорит Мёрфи, постоянство фундаментальных постоянных — это всего лишь допущение. А физика и нужна для того, чтобы наблюдать и проверять наши представления о мире.
ОТПРАВИТЬ:
| Читать @chaskor |
Статьи по теме:
- Хорошая школа.
Физик Валерий Митрофанов о шести принципах воспитания учёного, да и вообще любого профессионала. - В Англии умер физик Стивен Хокинг.
- Великий о великом.
Письмо Альберта Эйнштейна дочери о самой мощной силе, которая называется Любовью. - Кто ушел обиженным.
Фейсбучная комета. - Реформа космического масштаба.
Разбор несостоявшихся полетов. - России, как всегда, везёт.
Карта метеоритной активности на Земле. - Примемся за небесные недра .
Основатели X-Prize и Google откроют добычу ресурсов на астероидах. - Гороскоп по лунным неделям .
10-17 декабря. Полнолуние и затмение в Близнецах. - И на Титане будут яблони цвести?
Астрономы представили рейтинги обитаемости планет и лун. - Dome под звёздным небом.
12 июня в Москве после 17 лет забвения откроется главный планетарий страны.
