Mobili versija | Apie | Visos naujienos | RSS | Kontaktai | Paslaugos
 
Jūs esate čia: Pradžia » Visos temos » Mokslas » Fizika

Neįveikiamas iššūkis geriausių pasaulio fizikų protams: kodėl šie dydžiai yra konstantos?

2016-04-12 (10) Rekomenduoja   (27) Perskaitymai (2589)
    Share

Kai 1933 metais nacių partija neleido Vokietijos žydui Maksui Bornui dėstyti kvantinės fizikos Getingeno universitete, pavadinusi ją žydų mokslu, jis laikinai dirbo Kembridžo universitete, po to žymus indų fizikas Ramanas (Chandrasekhara Venkata Raman) pakvietė jį padirbėti Indijos mokslo institute Bangalore.

Tuo metu jis ir jo šeima prarado Vokietijos pilietybę. Jis liko be namų, pajamų ir pilietybės, bet nesiliovė galvojęs apie du skaičius, kurie po eilės praėjusių dešimtmečių atradimų ir sukurtų teorijų jį jaudino.

Kas Bornui nedavė ramybės? Kodėl Bornui labiau rūpėjo tie du skaičiai, nei jo materialinė padėtis, prasidėjęs žydų persekiojimas? O jam rūpėjo, kodėl tie skaičiai yra tokie?

Kai kurie dydžiai niekada nesikeičia. Mes juos vadina konstantomis. Šviesos greitis, gravitacijos konstanta, elektrono masė ir krūvis, ir daug kitų laikomi vienodais ir nekintančiais visatoje. Jie yra tarsi fizikos rūmo pastoliai ir apibūdina visatos rūbą. Fizika ištobulėjo vis tiksliau matuojant šiuos dydžius.

Tie du skaičiai neturėjo vienetų ir buvo laikomi konstantomis. Vienas jų apibūdino sąveikos stiprumą tarp fundamentalių dalelių ir šviesos. Jo dydis yra 1/137. Antrasis skaičius siejo protono ir elektrono masę.

Tačiau niekas niekada nepaaiškino, kodėl šie dydžiai yra konstantos. Jeigu jos būtų nors truputį kitokios, atomų sandara būtų kitokia ir mums pažįstama gyvybė Žemėje būtų neįmanoma. Siekis paaiškinti šias konstantas buvo viena iš varomųjų jėgų sukurti vieningą visatos aprašymo teoriją. Fizikai tikisi, kad tokia teorija kada nors parodys, jog kiekviena šių konstantų gali turėti tik vieną galimą vertę. Ji atskleistų užslėptą tvarką tariamame visatos chaotiškume.

Jei atomų matmenys keičiasi laike, tai ilgio, masės, laiko ir kitų dydžių laboratoriniai matavimo prietaisai taip pat turi kisti.

Konstantų pastovumą tikrinantys prietaisai turi matuoti dydžius, nepriklausomus nuo vienetų sistemos, pavyzdžiui, protono ir elektrono masių ar kitų dydžių santykį. Vienas toks santykis ypač įdomus. Jis jungia šviesos greitį c, elektrono krūvį e, Planko konstantą h ir vakuumo dielektrinę skvarbą ε. Šių dydžių sąryšį alfa, α = e2/2εhc, pirmą kartą 1916 metais pavartojo Arnoldas Zomerfeldas, taikydamas kvantinę fiziką elektromagnetizmui. Šis sąryšis įvertina reliatyvistinį (c) ir kvantinį (h) dydžius elektromagnetinei (e) elektringųjų dalelių sąveikai tuščioje erdvėje (ε). Jis lygus 1/137,03599976 , arba apytikriai 1/137.

Jei α būtų kitoks, visas mus supantis gyvasis pasaulis būtų kitoks arba jo visai nebūtų. Jei α būtų mažesnis, medžiagų tankis būtų mažesnis proporcingai α kube, molekulių ryšiai suirtų žemesnėse temperatūrose proporcingai α kvadrate, padidėtų stabilių elementų skaičius periodinėje lentelėje proporcingai 1/α. Jei α būtų didesnis, maži atomų branduoliai neegzistuotų, nes jų protonų elektrinė stūma viršytų trauką, jungiančią branduolį sudarančias daleles. Kita vertus, α vertė 0,1 susprogdintų anglies atomus.

Branduolinės reakcijos žvaigždėse ypač jautrios α dydžiui. Kad įvyktų branduolių sintezė, žvaigždės gravitacija turi sukurti dešimčių milijonų laipsnių temperatūrą, kuri priverčia jungtis branduolius nugalint milžiniškas jų stūmos jėgas. Jei α viršytų 0,1, branduolių sintezė būtų neįmanoma. Jei α padidėtų vos 4 proc., žvaigždės nustotų gaminti anglį, vieną iš pagrindinių gyvybės elementų. Kas taip tiksliai suderino tas konstantas?

Dabar žinome, kad keturios fundamentalios jėgos ‒ gravitacinė, elektromagnetinė, silpnosios ir stipriosios sąveikos branduolinės jėgos ‒ stulbinančiai tiksliai suderino visas konstantas. Tik nežinome, kaip atsirado ar kas sukūrė tas keturias jėgas, kurioms veikiant po Didžiojo sprogimo iš energijos atsirado medžiaga ir visa kita, įskaitant mus, žmones. Bornas siekė sukurti teoriją, siejančią visas pasaulio fundamentalias jėgas. Jis taip pat siekė sukurti teoriją, kuri paaiškintų, iš kur tie skaičiai, arba tos konstantos, atsirado, kodėl protonas yra 1836 kartus sunkesnis už elektroną?

Atrodytų keista, kad rūpesčių prislėgtam Bornui labiau už bet ką rūpėjo tos dvi konstantos. Fizikoje yra daugybė konstantų. Mes dažnai naudojame šias konstantas, imdami jas iš žinynų, naudodami programinėje įrangoje šifruojant informaciją ir nesusimąstydami, kodėl jos yra tokios, o ne kitokios ir kodėl konstantos? Bet keisčiausias dalykas yra tas, kad nėra teorijos, kuri jas paaiškintų. Jos yra universalios ir nekintančios. Tokia konstanta yra ir protono ir elektrono masių santykis. Bet ši konstanta yra vėl ir vėl tikrinama vis modernesniais eksperimentais.

Bornas (1954 m. gavo Nobelio fizikos premiją) ir vėliau daugelis kitų fizikų siekė sukurti vieningą teoriją, iš kurios sektų, kad gali būti tik viena nekintama šios konstantos vertė. Matuojant konstantas yra geras būdas patikrinti, kad jas naudojančios teorijos turi prasmę, kad mokslas stovi ant tvirto pagrindo. Matavimų klaidos sukeltų daug rūpesčių. Todėl vietoj protonų ir elektronų masės matavimų, prasmingiau matuoti jų masių santykį, skaičių, kuris nepriklauso nuo vienetų naštos.

Vieningos teorijos kūrimas tęsėsi. Borno Kembridžo kolega Polis Dirakas žurnale „Nature“ kėlė mintį, ar minėtosios ir kitos fizikos konstantos buvo tikrai konstantos visoje visatos istorijoje? Matavimai Žemėje yra svarbūs, bet Žemė tėra tik mažas taškelis neaprėpiamoje visatoje. Ko Dirakas klausė prieš dešimtmečius, fizikai to paties klausia ir dabar. Ar šios konstantos yra konstantos visoje visatoje? Kodėl jos konstantos? Ar tikrai konstantos? Klausimas išliko dešimtmečius ir tapo dar aktualesnis. „Tiksliausias protono ir elektrono masių santykis dabar yra 1836,12 +/-0.05,“ ‒ 1951 metais rašė Frydrichas Lencas žurnale „Physical Review Letters“. Beje, šis skaičius tiksliai sutampa su skaičiumi 6π (pi) penktame laipsnyje = 1836,12. Tik neaišku, kodėl?

1 | 2
Verta skaityti! Verta skaityti!
(31)
Neverta skaityti!
(4)
Reitingas
(27)
Komentarai (10)
Komentuoti gali tik registruoti vartotojai
Kiti tekstai, kuriuos parašė Jonas Grigas
Naujausi įrašai

Įdomiausi

Paros
45(1)
38(1)
36(4)
36(0)
31(0)
30(0)
18(0)
17(1)
15(8)
Savaitės
107(1)
89(0)
88(4)
Mėnesio
150(27)
147(12)
142(22)
106(0)
101(19)