Fizikos dėsnius pagrindžia tik keturi skaičiai. Štai kodėl mokslininkai dešimtmečius ieškojo šių vadinamųjų pagrindinių konstantų neatitikimų. Suradus tokią variaciją, būtų sudėti patys šiuolaikinio mokslo pagrindai.
Jau neminint, tai bent vienam laimingam tyrėjui garantuotų nemokamą kelionę į Stokholmą, blizgantį naują aukso medalį ir milijoną dolerių.
Neseniai astronomų pora kreipėsi į vieną iš seniausių žvaigždžių visatoje, norėdama išbandyti vienos iš keturių pagrindinių gamtos jėgų - gravitacijos - superžvaigždžių pastovumą. Bet kokie neatitikimai buvo įvertinti per pastaruosius kelis milijardus metų.
Neatiduosiu visos istorijos, tačiau Nobelio premijos dar nebus įteiktos.
G-vyras
Niutono gravitacinę konstantą (žymimą tiesiog „G“) laikome savaime suprantamu dalyku, tikriausiai todėl, kad gravitacija yra gana nuspėjama. Mes tai vadiname Niutono gravitacine konstanta, nes Niutonas buvo pirmasis asmuo, kuriam jo prireikė, kad būtų galima apibūdinti garsiuosius jo judėjimo dėsnius. Naudodamas savo naujai išrastą skaičiavimą, jis sugebėjo išplėsti savo judėjimo dėsnius, kad paaiškintų visko, nuo obuolių, nukritusių nuo medžio, iki planetų, esančių aplink saulę, orbitas, elgesį. Bet niekas iš matematikos jam nepasakė, koks turėtų būti stiprus sunkumas - tai turėjo būti eksperimentiškai išmatuota ir įleista, kad įstatymai veiktų.
Ir iš esmės taip buvo šimtmečius - matuojant G ir pridedant jį į lygtis, kai to reikia. Šiais laikais mes turime sudėtingesnį gravitacijos supratimą Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos dėka, kuri apibūdina, kaip gravitacija atsiranda dėl paties erdvės-laiko iškraipymo. Ir vienas kertinių reliatyvumo akmenų yra tas, kad fiziniai dėsniai turėtų išlikti vienodi visuose atskaitos rėmuose.
Tai reiškia, kad jei vienas stebėtojas tam tikrame atskaitos kadre - tarkime, kas nors stovi Žemės paviršiuje arba plūduriuoja erdvės viduryje - matuoja tam tikrą sunkio jėgos stiprį (Niutono G), tada ta pati vertė turėtų būti taikoma vienodai. per visą erdvę ir laiką. Tai tiesiog įtraukiama į Einšteino teorijos matematiką ir pagrindines darbo prielaidas.
Kita vertus, mes žinome, kad bendras reliatyvumas yra neišsami gravitacijos teorija. Tai netaikoma kvantinei sričiai - pavyzdžiui, itty-bitty dalelėms, sudarančioms elektroną ar protoną - ir ieškoma teisingos kvantinės gravitacijos teorijos. Vienas iš kandidatų į tokią teoriją vadinamas styginių teorija, o styginių teorijoje nėra tokio dalyko kaip skaičiai, kuriuos tiesiog reikia mesti.
Styginių teorijoje viskas, ką mes žinome apie gamtą, pradedant dalelių ir jėgų skaičiumi ir baigiant visomis jų savybėmis, įskaitant gravitacinę konstantą, turi natūraliai ir elegantiškai kilti iš pačios matematikos. Jei tai tiesa, tada Niutono gravitacinė konstanta nėra tik kažkoks atsitiktinis skaičius - tai sudėtingas subatominiame lygmenyje vykstantis procesas, kuris iš viso neturi būti pastovus. Taigi styginių teorijoje, visatai augant ir keičiantis, gali pasikeisti ir pagrindinės gamtos konstantos.
Visa tai kelia klausimą: ar Niutono konstanta išties yra pastovi? Einšteinas pateikia tvirtą ir aiškų taip, o styginių teoretikai pateikia tvirtą ir aiškų gal būt.
Laikas atlikti keletą testų.
Einšteinas teisme
Per pastaruosius kelerius metus mokslininkai suprojektavo labai jautrius sunkio jėgos eksperimentus Žemėje ir mūsų netoliese. Šie eksperimentai kelia keletą griežčiausių G variacijų apribojimų, tačiau tik per pastaruosius kelerius metus. Gali būti, kad Niutono konstanta kinta neįtikėtinai lėtai, ir mes tiesiog pakankamai ilgai neieškojome.
Kitame spektro gale, jei jūs beždžionės su pagrindinėmis gamtos konstantomis, jūs pradėsite sujaukti ankstyvosios visatos fiziką, kuri mums yra matoma kosminio mikrobangų fono pavidalu. Tai yra švytėjimo šviesos modelis nuo tada, kai visata buvo tik keli šimtai tūkstančių metų. Išsamūs to foninio apšvietimo stebėjimai taip pat apriboja gravitacinę konstantą, tačiau šie apribojimai yra daug mažiau tikslūs nei tie, kurie nustatyti atliekant testus, kuriuos galime atlikti savo kieme.
Neseniai astronomai sukonfigūravo G variacijų testą, kuris pasiekia gerą vidurį tarp šių dviejų kraštutinumų, kurį jie aprašo internete prieš spausdinimo žurnale „ArXiv“. Tai gana aukšto tikslumo testas; ne tokia tiksli kaip žemėje esančios, bet kur kas geresnė už kosmines, be to, ji naudinga ir pažodžiui, milijardus metų.
Pasirodo, kad Niutono gravitacinės konstantos pokyčių galime ieškoti žvelgdami į vienos seniausių visatos žvaigždžių bangavimą.
Tai glumina
Keplerio kosminis teleskopas garsėja egzoplanetų medžiokle, tačiau apskritai tiesiog labai gerai ilgą laiką spoksoti į žvaigždes, ieškant net menkiausio varianto. Kai kurie iš šių variantų kyla tik iš to, kad žvaigždės skiriasi ryškumu. Tiesą sakant, žvaigždės pulsuoja ir drebėja iš garso bangų, sudužiančių aplink jų vidų, kaip ir žemės drebėjimai. Abi jos yra pagamintos iš medžiagų (saulės spinduliuotė ir tanki plazma), kurios gali vibruoti.
Šie žvaigždės paviršiaus drebėjimai ir drebėjimai daro įtaką jos ryškumui ir pasakoja apie vidinę struktūrą. Žvaigždės interjeras priklauso nuo jos masės ir amžiaus. Kintant žvaigždėms, keičiasi ir šerdies dydis, ir visų jos vidinių sluoksnių dinamika; tie pokyčiai veikia tai, kas vyksta paviršiuje.
Ir jei jūs pradedate jaudintis su gamtos konstantomis, tokiomis kaip Niutono G, tai pasikeičia, kaip žvaigždės evoliucionuoja per savo gyvenimą. Jei Niutono konstanta iš tikrųjų yra pastovi, tada žvaigždės turėtų pamažu didėti ryškumas ir temperatūra, nes, branduoliuose degdami vandenilį, jie palieka inertišką helio vienkartinę dalį. Šis helis trukdo lydymosi procesui, sumažindamas jo efektyvumą, priversdamas žvaigždes degti greitesniu tempu, kad išlaikytų pusiausvyrą, tampa karštesnis ir ryškesnis.
Jei Niutono konstanta laikui bėgant pamažu mažėja, šis šviesinimo ir kaitinimo procesas vyks daug greičiau. Bet jei Niutono konstanta elgiasi priešingai ir, laikui bėgant, nuolat didėja, žvaigždės iš tikrųjų tam tikrą laiką kils nuo temperatūros, tada laikykite tą temperatūrą fiksuotą, kol jos šviesėja, kol sensta.
Bet šie pokyčiai iš tikrųjų akivaizdūs tik labai ilgą laiką, todėl mes negalime iš tikrųjų žiūrėti į savo saulę, kuri siekia maždaug 4,5 milijardo metų, kaip gerą pavyzdį. Be to, didžiosios žvaigždės neturi ilgo gyvenimo, be to, jose yra neįtikėtinai sudėtingas interjeras, kurį sunku modeliuoti.
Į pagalbą ateina KIC 7970740 - žvaigždė, kuri sudaro tik tris ketvirtadalius mūsų saulės masės, degančios mažiausiai 11 milijardų metų. Puiki laboratorija.
Pažvelgę į šią žvaigždę, astronomai ėmėsi daugelio metų Keplerio duomenų ir palygino juos su įvairiais žvaigždės evoliucijos modeliais, įskaitant tuos, kurių variacijos yra Niutono G. Tada jie susiejo tuos modelius su seismologijos stebėjimais - raukiniais - paviršiuje. Remiantis jų pastebėjimais, Niutono konstanta iš tikrųjų yra pastovi, bent jau tiek, kiek jie gali pasakyti, be jokių pokyčių, aptiktų 2 trilijonų dalių lygiu (pvz., Žinant atstumą tarp Los Andželo ir Niujorko miesto iki pavienė bakterija) per pastaruosius 11 milijardų metų.
Iš kur atsiranda Niutono konstanta ir kaip ji tokia išlieka? Mes neturime atsakymo į šį klausimą ir, kiek mes galime pasakyti, Niutonas niekur nevyks bet kada.
- 18 didžiausių neišspręstų paslapčių fizikoje
- 11 įdomių faktų apie mūsų Paukščių Tako galaktiką
- Vienas skaičius rodo, kad kažkas yra neteisinga mūsų Visatoje
Paulius M. Sutteris yra astrofizikas Ohajo valstijos universitetas, šeimininkas Paklauskite erdvėlaivio ir Kosminis radijas, ir autorius Jūsų vieta Visatoje.
