A természetes állandók örökké változatlanok-e a VILÁG?
A természetes állandók örökké változatlanok-e?
A fizikai törvények és képletek sűrűjében kilenc rögzített mennyiség van. A fizika teljes szerkezete ezeken az úgynevezett alapvető állandókon nyugszik, ezek meghatározzák az anyag és az erők tulajdonságait. De a kifejezés két kérdést von maga után: Mennyire alapvetőek ezek a mennyiségek, sőt állandóak? Az elméleti szakemberek aggódnak emiatt, a kísérletezők mérési technológián keresztül keresik a válaszokat. Mi teszi a fizikai mennyiséget alapvető konstanssá?
A mai felfogás szerint nem szabad más mennyiségekre visszavezetni, és mindig ugyanazzal az értékkel kell rendelkeznie az univerzum minden helyén és mindenkor. Amennyire ismert, ezeknek a tulajdonságoknak kilenc méret felel meg. A legismertebbek a gravitációs állandó és az elektron elemi töltése.
Azt azonban nem lehet pontosan bizonyítani, hogy ezek az állandók valóban mindig és mindenhol változatlanok voltak. A modern elméletek, amelyekben a négy ismert természeti erőt egy elemi erővé kívánja egyesíteni, néha még a természetes állandók időbeli változását is megjósolják, vagy legalábbis lehetővé teszik. Ez magában foglalja az úgynevezett szuperhúr elméletet, amelyben az elemi részecskék rezgő szálaknak tűnnek. Ez arra ösztönzi a fizikusokat, hogy keressék a változásokat a természetes állandókban.
Ilyen szempontok először 1937-ben jelentek meg először. Abban az időben Paul Dirac brit teoretikus kifejlesztett egy elméletet, amelyben a gravitációs állandó és így a gravitációs erő csökkent az Nagy Bumm óta. Ezt a hipotézist régóta cáfolták. De az időváltoztató gravitációs állandó gondolata megmaradt. Bizonyos fokú pontossággal ellenőrizhető. Ha csökken a gravitáció, akkor a bolygóknak egyre távolabb kellene költözniük a naptól, a hold pedig a földtől. Azonban a milliméter pontosságú távolság a Holdhoz az évek során még nem mutatott ki változást a gravitációs állandóban.
Michael Murphy és munkatársai a Sydney-i Új-Dél-Wales-i Egyetemről azonban nemrégiben felkavarást váltottak ki. Azt állítják, hogy az úgynevezett finom szerkezeti állandó az ősrobbanás óta megváltozott. Meghatározó az atomok szerkezete és így az általuk kibocsátott fény hullámhossza szempontjából is. A csillagászok összesen 150 kvazár fényét elemezték, különböző távolságokra. Mivel ezeknek az égitestekről a földre jutáshoz különböző idők kellettek, a csillagászok visszatekintenek az űr múltjára. Ez megnyitja annak lehetőségét, hogy a finomszerkezet állandó értékét különböző időpontokban mérjék. Eredmény: A finomszerkezeti állandó értéke ezrelék századdal nőtt. Ha helyes lenne, ez a variáció rendkívül kicsi lenne. De a változhatatlanságtól való legkisebb eltérés is szenzáció lenne.
Vannak azonban más mérések, amelyek szerint a finom szerkezeti állandó nem változott bizonyíthatóan, legalábbis az elmúlt két milliárd évben.
Szigorúan véve a finom szerkezeti állandó nem tartozik a fizika alapvető mennyiségei közé, mert három másik természetes konstans kombinációja. Ha a múltban megváltozott, akkor a benne lévő állandók közül legalább az egyiknek is változtathatónak kell lennie.
A finom szerkezeti állandó az atomfizika szempontjából is nagy jelentőségű. Ha értékük megváltozik, a fizikai mennyiségek másutt is ingadozni kezdenek. Harald Fritzsch, a Müncheni Egyetem professzora megvizsgálta ezeket a lehetséges hatásokat. Megállapította, hogy az elektronok és protonok tömegének is meg kell változnia. Ennek eredményeként az atomok által kibocsátott fény hullámhossza idővel megváltozik.
Ezt a hatást ekkor még laboratóriumi mérésekkel is ellenőrizni kell.
Fritzsch ezért azt javasolta kollégájának, Theodor Hänschnek, a garchingi Max Planck Quantum Optics Intézetben, hogy keressen egy ilyen "könnyű hangolást". Ennek eredményeként Hänsch csoportja úgynevezett frekvenciafésűt épített, amellyel soha nem látott pontossággal tudják meghatározni a hullámhosszakat. A mérés olyan pontos, hogy Fritzsch előrejelzése a hullámhossz időbeli változásáról néhány hónapon belül ellenőrizhető. A kísérlet éppen befejeződött, és most értékelik. Az eredménynek néhány hét múlva elérhetőnek kell lennie. "Ha nincs hatás, akkor azt gondolom, hogy Murphy mérései helytelenek" - mondja Fritzsch.
A fizikusok szerte a világon az alapvető állandók variációit keresik. Mindeddig ezek a kísérletek egyike sem szolgáltatott jelzést az időbeli változásokra. Számos jel utal arra, hogy az ősrobbanástól napjainkig tartó alapvető konstansok megőrizték értékeiket. A kezdetektől fogva meghatározta azt a keretet, amelyen belül az univerzum fejlődhet.
Ezért felmerül a következő kérdés: Hogyan állították be az értékeket? Véletlen volt? Az értékek elkerülhetetlenül egységes elméletet eredményeznek? "Ez a kérdés az első tíz megoldatlan probléma közé tartozik" - mondja Fritzsch. Érdekes módon a természetes állandókat optimálisan választják meg egy olyan világ létrehozásához, amelyben bolygók és végső soron az élet fejlődhet. Ha a neutron csak egy százalékkal lenne könnyebb vagy nehezebb, akkor az űrben nem lenne hidrogén. És a finom szerkezeti állandó ismét központi szerepet játszik, különösen a rengeteg szénnel. Ez az elem, amely annyira döntő az élet fejlődése szempontjából, nem az ősrobbanásban merült fel. Csak a csillagok belsejében alakult ki, amelyek végső fázisukban felszabadítják a szenet az univerzumba. Ott nyersanyagként kapható csillagok, bolygók és élet számára.
A finomszerkezeti állandó értéke optimális ahhoz, hogy a szén nagyon nagy mennyiségben képződjön. Ha csak fél százalékkal különbözne, akkor a termelés százszorosára csökkenne. Az alapvető építőelemek ekkor nem lennének eléggé elérhetőek az űrben ahhoz, hogy életet alkothassanak.
Vannak finomabb efféle trükkök, amelyek elgondolkodtatják a kutatókat. Néhányan ezt elég józanul magyarázzák: Ha az állandók értékei másképp alakultak volna, és a világegyetem ellenséges volt volna az élettel, mi emberek nem léteznénk, és senki sem kérdezne a természetes állandókról.
Sok kozmológus szerint ez az értelmezés nem kielégítő. Úgy vélik, hogy univerzumunk csak egy a sok párhuzamos univerzum közül. Ezekben a világokban az alapvető állandóknak más értékei lennének.
Bizonyos univerzumokban egyáltalán nem lenne kérdés, másokban sokkal nagyobb gravitációs állandó biztosítaná, hogy a tér csak néhány másodpercig, percig vagy akár évig táguljon, hogy utána gyorsan összeomoljon. Más univerzumokban azonban a gravitáció olyan gyenge lehet, hogy a gáz soha nem tud csillagokká és bolygókká kondenzálódni. Csak néhány univerzumnak van megfelelő egyensúlya. Az egyikben élünk.