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Wissenschaftler haben die Grundkonstante α in der fernen Vergangenheit (8,5 Milliarden Jahre) gemessen.


Das Standardmodell weist bestimmte LĂŒcken auf. Ja, es beschreibt die elektromagnetischen, schwachen und starken Wechselwirkungen aller Elementarteilchen. Die Schwerkraft ist jedoch nicht enthalten. Es beantwortet nicht die Frage, was dunkle Materie ist. Und vor allem kann sie nicht erklĂ€ren, warum die gegenwĂ€rtigen fundamentalen physikalischen Konstanten solche Werte haben. Das Standardmodell ist auch nicht in der Lage, die AbhĂ€ngigkeit grundlegender physikalischer Konstanten von variablen Faktoren wie Raum und Zeit zu erklĂ€ren oder vorherzusagen.

Daher fragen sich Physiker logischerweise, ob sich die Grundkonstanten im Laufe der Zeit geĂ€ndert haben. Und wenn sie sich geĂ€ndert haben, wie dann? Da die Theorie die Werte von Konstanten und ihre Änderung nicht richtig erklĂ€ren kann, bleibt die einzige wissenschaftliche Methode - die direkte Messung des Werts von Grundkonstanten an verschiedenen Punkten in der Raumzeit.

Die Feinstrukturkonstante (PTS), eine der grundlegenden physikalischen Konstanten, ist zur Beantwortung dieser Frage gut geeignet . PTS bestimmt die GrĂ¶ĂŸe des Wertes (Aufspaltung) der Energieniveaus eines Atoms und folglich die Bildung einer Feinstruktur - einer Menge enger und enger Frequenzen in seinen Spektrallinien. Die Aufspaltung erfolgt aufgrund des Quanteneffekts, der Wechselwirkung zweier Elektronen eines Atoms infolge des Austauschs virtueller Photonen.

Die Feinstrukturkonstante ist eine dimensionslose GrĂ¶ĂŸe, die durch eine Kombination anderer Grundkonstanten gebildet wird.


Es stellt sich heraus, dass wir bei der Messung des PTS sofort die Beziehung zwischen mehreren Grundkonstanten bestimmen: der Planck-Konstante, der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum, der Zahl pi und der elementaren elektrischen Ladung.

Wenn die Messungen zeigen, dass der TCP unterschiedlich war, waren einmal in der Vergangenheit eine oder mehrere der folgenden Konstanten unterschiedlich:

  • Plancksche Konstante (aus der Dirac-Konstante in der obigen TCP-Formel);
  • Lichtgeschwindigkeit im Vakuum;
  • pi (aus der Dirac-Konstante in der obigen TCP-Formel);
  • elementare elektrische Ladung.

Heute ist genau bekannt, dass das VerhÀltnis dieser Konstanten ist

7,2973525664 (17) × 10 –3


(Dies ist heute der empfohlene TCP-Wert).

Aber was ist in der Vergangenheit passiert?

Einige frĂŒhere Studien zur kosmischen Entwicklung der Feinstrukturkonstante zeigten eine signifikante Änderung des TCP im Zeitverlauf. Zum Beispiel fĂŒr ein solches Delta:

∆α / α ◩ = (–0,574 ± 0,102) × 10 –5 fĂŒr 0,2 ≀ z ≀ 3,7 (siehe Murphy, MT, Curran, SJ & Webb, JK " Deep Searches for High Redshift Molecular Absorption ", 2003, MNRAS, 342, 830).

Über 15 Jahre wurden andere Messungen von PTS durch Spektrallinien in entfernten Quasaren durchgefĂŒhrt, die sich in direkter Sichtlinie befinden.

Spektrummessung


Wenn sich jedoch eine fundamentale Konstante mit der Zeit Àndert, können wir davon ausgehen, dass sich andere fundamentale Konstanten Àndern können. Basierend auf der Entwicklung des Universums sollten sie sich jetzt Àndern, wenn dies ein fortlaufender Prozess ist. Es stellt sich sofort die Frage: Welche Grundkonstanten Àndern sich?

DarĂŒber hinaus gibt es viele neue Theorien , die versuchen, das Standardmodell zu reparieren - um es schließlich mit der Schwerkraft zu kombinieren. Und diese Theorien beinhalten eine Änderung der Grundkonstanten im Laufe der Zeit.

ZusĂ€tzliche Untersuchungen zu diesem Thema wurden durchgefĂŒhrt.Astrophysiker RF Carswell vom Institut fĂŒr Astronomie der UniversitĂ€t Cambridge und SM KotuĆĄ, MT Murphy vom Zentrum fĂŒr Astrophysik und Supercomputer-Computing der Swinburne University of Technology. Ihre Arbeit wird veröffentlicht 8. Oktober 2016 im Journal der den Monthly Notices, der Royal Astronomical Society (doi: 10.1093 / MNRAS / stw2543).

Wie ihre VorgĂ€nger haben sie auch die Feinstrukturen in den Spektrallinien eines entfernten Quasars gemessen. FĂŒr die Messung haben wir den Quasar (QSO) HE 0515–4414 gewĂ€hlt, von dem aus das Licht auf dem Weg zur zukĂŒnftigen Erde in der Raumzeit 8,5 Milliarden Lichtjahre von uns entfernt durch eine Galaxie hindurchging. Dies ist der hellste Quasar mit einer Rotverschiebung von mehr als z = 1 auf der sĂŒdlichen HemisphĂ€re des Sternenhimmels.

Messungen zeigten, dass die Feinstrukturkonstante in der Galaxie mit der Erde ĂŒbereinstimmt. Dies bedeutet, dass der Elektromagnetismus vor 8,5 Milliarden Jahren in unserem Universum ungefĂ€hr so ​​war wie heute.

Wissenschaftler glauben, dass die falschen Daten aus frĂŒheren Messungen des Quasarspektrums durch die Tatsache erklĂ€rt werden, dass andere Wissenschaftler nicht sehr genaue Methoden verwendeten, einschließlich des Ultraviolett- und visuellen Echelle-Spektrographen am Very Large Telescope (VLT) am European Southern Observatory. Die Autoren einer neuen Studie haben einen Weg gefunden, die Messwerte dieses Spektrographen mithilfe eines anderen Spektrographen anzupassen. Sie schlugen vor, dass das beobachtete Geschwindigkeitsdelta (Rotverschiebung - Verschiebung der Spektrallinien) genau durch den Unterschied in der physikalischen Geschwindigkeit von Objekten und nicht durch das TCP-Delta erklĂ€rt wird. Die Autoren sind sich sicher, dass sie in allen frĂŒheren Studien, die einen Unterschied in der TCP zeigten, einen systematischen Fehler beseitigt haben (es gibt ungefĂ€hr ein Dutzend dieser Studien).

Dieses Experiment widerspricht anderen experimentellen Daten, bestÀtigt jedoch das Standardmodell und erlaubt es immer noch nicht, die Schwerkraft mit anderen Arten von Wechselwirkungen im Rahmen einer einheitlichen Theorie zu kombinieren. Aber Wissenschaftler werden diese Versuche mit Sicherheit fortsetzen. Innerhalb weniger Jahre werden sie in der Lage sein, das Spektrum von Quasaren auf neuen Teleskopen mit genaueren Spektrographen genauer zu messen.

Unter der Annahme, dass das Standardmodell ĂŒberlebt hat, haben Wissenschaftler immer noch keine Antwort auf die Frage, warum vor 8,5 Milliarden Jahren die grundlegenden physikalischen Konstanten dieselben waren wie heute.

Source: https://habr.com/ru/post/de399311/

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