Πώς έχουν αλλάξει οι φυσικές σταθερές με την πάροδο του χρόνου

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Οι επίσημες τιμές των σταθερών έχουν αλλάξει ακόμη και τις τελευταίες δεκαετίες. Αν όμως οι μετρήσεις δείχνουν απόκλιση από την αναμενόμενη τιμή της σταθεράς, κάτι που δεν είναι τόσο σπάνιο, τα αποτελέσματα θεωρούνται πειραματικό σφάλμα. Και μόνο σπάνιοι επιστήμονες τολμούν να πάνε ενάντια στο καθιερωμένο επιστημονικό παράδειγμα και να διακηρύξουν την ετερογένεια του Σύμπαντος.

Βαρυτική σταθερά

Η σταθερά βαρύτητας (G) εμφανίστηκε για πρώτη φορά στην εξίσωση βαρύτητας του Νεύτωνα, σύμφωνα με την οποία η δύναμη της βαρυτικής αλληλεπίδρασης δύο σωμάτων είναι ίση με την αναλογία του γινομένου των μαζών αυτών των αλληλεπιδρώντων σωμάτων πολλαπλασιαζόμενη με αυτό προς το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους. Η τιμή αυτής της σταθεράς έχει μετρηθεί πολλές φορές από τότε που καθορίστηκε για πρώτη φορά σε ένα πείραμα ακριβείας από τον Henry Cavendish το 1798.

Στο αρχικό στάδιο των μετρήσεων, παρατηρήθηκε σημαντική διασπορά των αποτελεσμάτων και στη συνέχεια παρατηρήθηκε καλή σύγκλιση των δεδομένων που προέκυψαν. Παρόλα αυτά, ακόμη και μετά το 1970, τα «καλύτερα» αποτελέσματα κυμαίνονται από 6,6699 έως 6,6745, δηλαδή το spread είναι 0,07%.

Από όλες τις γνωστές θεμελιώδεις σταθερές, είναι η αριθμητική τιμή της σταθεράς βαρύτητας που προσδιορίζεται με τη μικρότερη ακρίβεια, αν και η σημασία αυτής της τιμής δύσκολα μπορεί να υπερεκτιμηθεί. Όλες οι προσπάθειες να διευκρινιστεί η ακριβής σημασία αυτής της σταθεράς ήταν ανεπιτυχείς και όλες οι μετρήσεις παρέμειναν σε πολύ μεγάλο εύρος πιθανών τιμών. Το γεγονός ότι η ακρίβεια της αριθμητικής τιμής της σταθεράς βαρύτητας εξακολουθεί να μην υπερβαίνει το 1/5000, ο εκδότης του περιοδικού "Nature" όρισε ως "ένα σημείο ντροπής στο πρόσωπο της φυσικής".

Στις αρχές της δεκαετίας του '80. Ο Frank Stacy και οι συνεργάτες του μέτρησαν αυτή τη σταθερά σε βαθιά ορυχεία και γεωτρήσεις στην Αυστραλία και η τιμή που έλαβε ήταν περίπου 1% υψηλότερη από την επίσημη τιμή που είναι επί του παρόντος αποδεκτή.

Η ταχύτητα του φωτός στο κενό

Σύμφωνα με τη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, η ταχύτητα του φωτός στο κενό είναι απόλυτη σταθερά. Οι περισσότερες σύγχρονες φυσικές θεωρίες βασίζονται σε αυτό το αξίωμα. Ως εκ τούτου, υπάρχει μια ισχυρή θεωρητική προκατάληψη κατά της εξέτασης του ζητήματος μιας πιθανής αλλαγής στην ταχύτητα του φωτός στο κενό. Σε κάθε περίπτωση, αυτή η ερώτηση έχει επίσημα κλείσει. Από το 1972, η ταχύτητα του φωτός στο κενό έχει δηλωθεί σταθερή εξ ορισμού και θεωρείται πλέον ίση με 299792,458 ± 0,0012 k / s.

Όπως και στην περίπτωση της σταθεράς βαρύτητας, οι προηγούμενες μετρήσεις αυτής της σταθεράς ήταν σημαντικά διαφορετικές από τη σύγχρονη, επίσημα αναγνωρισμένη τιμή. Για παράδειγμα, το 1676 ο Roemer συνήγαγε μια τιμή που ήταν 30% χαμηλότερη από την τρέχουσα και τα αποτελέσματα του Fizeau που ελήφθησαν το 1849 ήταν 5% υψηλότερα.

Από το 1928 έως το 1945 η ταχύτητα του φωτός στο κενό, όπως αποδείχθηκε, ήταν 20 km / s μικρότερη από πριν και μετά από αυτήν την περίοδο.

Στα τέλη της δεκαετίας του '40. η τιμή αυτής της σταθεράς άρχισε να αυξάνεται ξανά. Δεν προκαλεί έκπληξη το γεγονός ότι όταν νέες μετρήσεις άρχισαν να δίνουν υψηλότερες τιμές αυτής της σταθεράς, προέκυψε κάποια σύγχυση μεταξύ των επιστημόνων στην αρχή. Η νέα τιμή αποδείχθηκε ότι ήταν περίπου 20 km / s υψηλότερη από την προηγούμενη, δηλαδή αρκετά κοντά σε αυτήν που καθορίστηκε το 1927. Από το 1950, τα αποτελέσματα όλων των μετρήσεων αυτής της σταθεράς αποδείχτηκαν και πάλι πολύ κοντά σε κάθε άλλο (Εικ. 15). Μένει μόνο να υποθέσουμε πόσο καιρό θα είχε διατηρηθεί η ομοιομορφία των αποτελεσμάτων εάν συνεχίζονταν οι μετρήσεις. Αλλά στην πράξη, το 1972, υιοθετήθηκε η επίσημη τιμή της ταχύτητας του φωτός στο κενό και η περαιτέρω έρευνα σταμάτησε.

Σε πειράματα που διεξήγαγε ο Δρ. Ο Lijun Wang στο ερευνητικό ινστιτούτο NEC στο Πρίνστον, ελήφθησαν εκπληκτικά αποτελέσματα. Το πείραμα συνίστατο στη διέλευση παλμών φωτός μέσα από ένα δοχείο γεμάτο με ειδικά επεξεργασμένο αέριο καισίου. Τα πειραματικά αποτελέσματα αποδείχθηκαν εκπληκτικά - η ταχύτητα των παλμών φωτός αποδείχθηκε ότι ήταν 300 (τριακόσιες) φορές περισσότερο από την επιτρεπόμενη ταχύτητα από τους μετασχηματισμούς Lorentz (2000)!

Στην Ιταλία, μια άλλη ομάδα φυσικών από το Ιταλικό Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας, στα πειράματά τους με τα μικροκύματα (2000), πέτυχαν την ταχύτητα της διάδοσής τους σε 25% μεγαλύτερη από την επιτρεπόμενη ταχύτητα σύμφωνα με τον Α. Αϊνστάιν …

Το πιο ενδιαφέρον είναι ότι ο Einshein γνώριζε την αστάθεια της ταχύτητας του φωτός:

Από τα σχολικά εγχειρίδια όλοι γνωρίζουν για την επιβεβαίωση της θεωρίας του Αϊνστάιν από τα πειράματα Michelson-Morley. Αλλά ουσιαστικά κανείς δεν ξέρει ότι στο συμβολόμετρο, το οποίο χρησιμοποιήθηκε στα πειράματα Michelson-Morley, το φως διένυσε, συνολικά, μια απόσταση 22 μέτρων. Επιπλέον, τα πειράματα έγιναν στο υπόγειο ενός πέτρινου κτιρίου, πρακτικά στο επίπεδο της θάλασσας. Περαιτέρω, τα πειράματα διεξήχθησαν για τέσσερις ημέρες (8, 9, 11 και 12 Ιουλίου) το 1887. Κατά τη διάρκεια αυτών των ημερών, λήφθηκαν δεδομένα από το συμβολόμετρο για έως και 6 ώρες και υπήρξαν απολύτως 36 στροφές της συσκευής. Και σε αυτή την πειραματική βάση, όπως σε τρεις φάλαινες, στηρίζεται η επιβεβαίωση της «ορθότητας» τόσο της ειδικής όσο και της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Α. Αϊνστάιν.

Τα γεγονότα, φυσικά, είναι σοβαρά ζητήματα. Επομένως, ας στραφούμε στα γεγονότα. Αμερικανός φυσικός Ντέιτον Μίλερ(1866-1941) το 1933 δημοσίευσε στο περιοδικό Reviews of Modern Physics τα αποτελέσματα των πειραμάτων του στη λεγόμενη ολίσθηση του αιθέρα για μια περίοδο μεγαλύτερη από είκοσι χρόνια έρευνα, και σε όλα αυτά τα πειράματα έλαβε θετικά αποτελέσματα ως επιβεβαίωση της ύπαρξης του αιθερικού ανέμου. Ξεκίνησε τα πειράματά του το 1902 και τα ολοκλήρωσε το 1926. Για αυτά τα πειράματα, δημιούργησε ένα συμβολόμετρο με συνολική διαδρομή δέσμης 64 μέτρα. Ήταν το πιο τέλειο συμβολόμετρο εκείνης της εποχής, τουλάχιστον τρεις φορές πιο ευαίσθητο από το συμβολόμετρο που χρησιμοποιούσαν στα πειράματά τους οι A. Michelson και E. Morley. Οι μετρήσεις του συμβολόμετρου έγιναν σε διαφορετικές ώρες της ημέρας, σε διαφορετικές εποχές του χρόνου. Οι μετρήσεις από το όργανο λήφθηκαν περισσότερες από 200.000 χιλιάδες φορές και έγιναν περισσότερες από 12.000 στροφές του συμβολόμετρου. Ανέβαζε περιοδικά το συμβολόμετρο του στην κορυφή του όρους Wilson (6.000 πόδια πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας - πάνω από 2.000 μέτρα), όπου, όπως υπέθεσε, η ταχύτητα του αιθερικού ανέμου ήταν μεγαλύτερη.

Ο Ντέιτον Μίλερ έγραψε γράμματα στον Α. Αϊνστάιν. Σε μια από τις επιστολές του, αναφέρθηκε στα αποτελέσματα της εικοσιτετράχρονης δουλειάς του, επιβεβαιώνοντας την παρουσία του αιθερικού ανέμου. Ο Α. Αϊνστάιν απάντησε σε αυτή την επιστολή πολύ δύσπιστα και ζήτησε στοιχεία, τα οποία του παρουσιάστηκαν. Τότε… καμία απάντηση.

Απόσπασμα του άρθρου The Theory of the Universe and Objective Reality

Constant Plank

Η σταθερά του Planck (h) είναι μια θεμελιώδης σταθερά της κβαντικής φυσικής και συσχετίζει τη συχνότητα ακτινοβολίας (υ) με το ενεργειακό κβάντο (Ε) σύμφωνα με τον τύπο E-hυ. Έχει τη διάσταση της δράσης (δηλαδή του προϊόντος ενέργειας και χρόνου).

Μας λένε ότι η κβαντική θεωρία είναι ένα μοντέλο λαμπρής επιτυχίας και εκπληκτικής ακρίβειας: «Οι νόμοι που ανακαλύφθηκαν στην περιγραφή του κβαντικού κόσμου (…) είναι τα πιο πιστά και ακριβή εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν ποτέ για την επιτυχή περιγραφή και πρόβλεψη της Φύσης. περιπτώσεις, η σύμπτωση μεταξύ της θεωρητικής πρόβλεψης και του πραγματικά ληφθέντος αποτελέσματος είναι τόσο ακριβής που οι αποκλίσεις δεν ξεπερνούν το ένα δισεκατομμυριοστό μέρος».

Έχω ακούσει και διαβάσει τέτοιες δηλώσεις τόσο συχνά που έχω συνηθίσει να πιστεύω ότι η αριθμητική τιμή της σταθεράς του Planck πρέπει να είναι γνωστή στο πιο μακρινό δεκαδικό ψηφίο. Φαίνεται ότι είναι έτσι: απλά πρέπει να κοιτάξετε σε κάποιο βιβλίο αναφοράς για αυτό το θέμα. Ωστόσο, η ψευδαίσθηση της ακρίβειας θα εξαφανιστεί αν ανοίξετε την προηγούμενη έκδοση του ίδιου οδηγού. Με τα χρόνια, η επίσημα αναγνωρισμένη τιμή αυτής της «θεμελιώδους σταθεράς» άλλαξε, δείχνοντας μια τάση σταδιακής αύξησης.

Η μέγιστη μεταβολή στην τιμή της σταθεράς του Planck σημειώθηκε από το 1929 έως το 1941, όταν η τιμή της αυξήθηκε περισσότερο από 1%. Σε μεγάλο βαθμό, αυτή η αύξηση προκλήθηκε από μια σημαντική αλλαγή στο πειραματικά μετρημένο φορτίο ηλεκτρονίων, δηλαδή οι μετρήσεις της σταθεράς Planck δεν δίνουν άμεσες τιμές αυτής της σταθεράς, καθώς κατά τον προσδιορισμό της, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε το μέγεθος της το φορτίο και τη μάζα του ηλεκτρονίου. Εάν μία ή ακόμη περισσότερες και οι δύο τελευταίες σταθερές αλλάξουν τις τιμές τους, αλλάζει και η τιμή της σταθεράς του Planck.

Σταθερή λεπτής δομής

Μερικοί φυσικοί θεωρούν τη λεπτή δομή σταθερά ως έναν από τους κύριους κοσμικούς αριθμούς που μπορεί να βοηθήσει στην εξήγηση της ενοποιημένης θεωρίας.

Μετρήσεις που πραγματοποιήθηκαν στο Παρατηρητήριο Lund (Σουηδία) από τον καθηγητή Svenerik Johansson και την πτυχιούχο φοιτήτριά του Maria Aldenius σε συνεργασία με τον Άγγλο φυσικό Michael Murphy (Cambridge) έδειξαν ότι μια άλλη αδιάστατη σταθερά, η λεγόμενη σταθερά της λεπτής δομής, αλλάζει επίσης με την πάροδο του χρόνου.. Αυτή η ποσότητα, που σχηματίζεται από το συνδυασμό της ταχύτητας του φωτός στο κενό, ενός στοιχειώδους ηλεκτρικού φορτίου και της σταθεράς του Planck, είναι μια σημαντική παράμετρος που χαρακτηρίζει την ισχύ της ηλεκτρομαγνητικής αλληλεπίδρασης που συγκρατεί τα σωματίδια ενός ατόμου.

Για να καταλάβουν εάν η σταθερά της λεπτής δομής ποικίλλει με την πάροδο του χρόνου, οι επιστήμονες συνέκριναν το φως που προέρχεται από μακρινά κβάζαρ - εξαιρετικά φωτεινά αντικείμενα που βρίσκονται δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη - με εργαστηριακές μετρήσεις. Όταν το φως που εκπέμπεται από τα κβάζαρ περνά μέσα από σύννεφα κοσμικού αερίου, σχηματίζεται ένα συνεχές φάσμα με σκοτεινές γραμμές που δείχνουν πώς τα διάφορα χημικά στοιχεία που αποτελούν το αέριο απορροφούν το φως. Έχοντας μελετήσει τις συστηματικές μετατοπίσεις στις θέσεις των γραμμών και συγκρίνοντάς τις με τα αποτελέσματα εργαστηριακών πειραμάτων, οι ερευνητές κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η επιδιωκόμενη σταθερά υφίσταται αλλαγές. Για έναν απλό άνθρωπο στο δρόμο, μπορεί να μην φαίνονται πολύ σημαντικά: μόνο μερικά εκατομμυριοστά του ποσοστού σε 6 δισεκατομμύρια χρόνια, αλλά στις ακριβείς επιστήμες, όπως γνωρίζετε, δεν υπάρχουν μικροπράγματα.

«Η γνώση μας για το Σύμπαν είναι ελλιπής από πολλές απόψεις», λέει ο καθηγητής Johansson. «Παραμένει άγνωστο από τι αποτελείται το 90% της ύλης στο Σύμπαν - τη λεγόμενη «σκοτεινή ύλη». Υπάρχουν διαφορετικές θεωρίες για το τι συνέβη. μετά το Big Bang. Επομένως, οι νέες γνώσεις είναι πάντα χρήσιμες, ακόμα κι αν δεν είναι συνεπείς με την τρέχουσα έννοια του σύμπαντος.