ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સતત

મફત રશિયન જ્ઞાનકોશ "પરંપરા" માંથી સામગ્રી

ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સતત(ક્યારેક શબ્દનો ઉપયોગ થાય છે જોડાણ સતત) ક્ષેત્ર સિદ્ધાંતમાં એક પરિમાણ છે જે કણો અથવા ક્ષેત્રોની કોઈપણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની સંબંધિત શક્તિ નક્કી કરે છે. ક્વોન્ટમ ફિલ્ડ થિયરીમાં, ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્થિરાંકો અનુરૂપ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા આકૃતિઓ પર શિરોબિંદુઓ સાથે સંકળાયેલા છે. બંને પરિમાણહીન પરિમાણો અને સંકળાયેલ જથ્થાઓ કે જે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને લાક્ષણિકતા આપે છે અને પરિમાણ ધરાવે છે તેનો ઉપયોગ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્થિરાંકો તરીકે થાય છે. ઉદાહરણો પરિમાણહીન ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા અને વિદ્યુત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા છે, જે C માં માપવામાં આવે છે.

ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની તુલના

જો તમે કોઈ ઑબ્જેક્ટ પસંદ કરો છો જે ચારેય મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લે છે, તો આ ઑબ્જેક્ટના પરિમાણહીન ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્થિરાંકોના મૂલ્યો, સામાન્ય નિયમ અનુસાર જોવા મળે છે, આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની સંબંધિત શક્તિ બતાવશે. પ્રોટોન મોટાભાગે પ્રાથમિક કણોના સ્તરે આવા પદાર્થ તરીકે ઉપયોગમાં લેવાય છે. ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની તુલના કરવા માટેની મૂળ ઉર્જા એ ફોટોનની ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જા છે, જે વ્યાખ્યા દ્વારા સમાન છે:

જ્યાં - , પ્રકાશની ગતિ છે, ફોટોનની તરંગલંબાઇ છે. ફોટોન ઊર્જાની પસંદગી આકસ્મિક નથી, કારણ કે આધુનિક વિજ્ઞાન ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો પર આધારિત તરંગ ખ્યાલ પર આધારિત છે. તેમની સહાયથી, તમામ મૂળભૂત માપન કરવામાં આવે છે - લંબાઈ, સમય અને ઊર્જા સહિત.

ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા

નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા

નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સાથે સંકળાયેલ ઊર્જાને નીચે પ્રમાણે રજૂ કરી શકાય છે:

નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો અસરકારક ચાર્જ ક્યાં છે, તે નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના વાહક તરીકે ગણવામાં આવતા વર્ચ્યુઅલ કણોનો સમૂહ છે (W- અને Z-બોસોન્સ).

પ્રોટોન માટે અસરકારક નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ચાર્જનો વર્ગ ફર્મી સ્થિરાંક J m3 અને પ્રોટોન સમૂહની દ્રષ્ટિએ દર્શાવવામાં આવે છે:

પૂરતા પ્રમાણમાં નાના અંતરે, નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઊર્જામાં ઘાતાંકીયની અવગણના કરી શકાય છે. આ કિસ્સામાં, પરિમાણહીન નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્થિરાંક નીચે પ્રમાણે વ્યાખ્યાયિત થયેલ છે:

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા

બે સ્થિર પ્રોટોનની ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક ઊર્જા દ્વારા વર્ણવવામાં આવે છે:

ક્યાં - , - .

ફોટોન ઊર્જા સાથે આ ઊર્જાનો ગુણોત્તર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્થિરાંક નક્કી કરે છે, જે તરીકે ઓળખાય છે:

મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા

હેડ્રોન સ્તરે, કણ ભૌતિકશાસ્ત્રના પ્રમાણભૂત મોડેલને હેડ્રોનમાં સમાવિષ્ટ "અવશેષ" ક્રિયાપ્રતિક્રિયા તરીકે ગણવામાં આવે છે. એવું માનવામાં આવે છે કે ગ્લુઓન્સ, મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના વાહક તરીકે, હેડ્રોન વચ્ચેની જગ્યામાં વર્ચ્યુઅલ મેસોન્સ ઉત્પન્ન કરે છે. યુકાવા પિયોન-ન્યુક્લિયન મોડેલમાં, ન્યુક્લિયન્સ વચ્ચેના પરમાણુ દળોને વર્ચ્યુઅલ પિયોન્સના વિનિમયના પરિણામે સમજાવવામાં આવે છે, અને ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ઊર્જા નીચેના સ્વરૂપ ધરાવે છે:

સ્યુડોસ્કેલર pion-nucleon ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો અસરકારક ચાર્જ ક્યાં છે અને pion સમૂહ છે.

પરિમાણહીન મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્થિરાંક છે:

ક્વોન્ટમ ફિલ્ડ થિયરીમાં સ્થિરાંકો

ફિલ્ડ થિયરીમાં ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની અસરો ઘણીવાર વિક્ષેપ થિયરીનો ઉપયોગ કરીને નક્કી કરવામાં આવે છે, જેમાં સમીકરણોમાંના કાર્યો ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્થિરતાની શક્તિઓમાં વિસ્તૃત થાય છે. સામાન્ય રીતે, મજબૂત સિવાયની તમામ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ માટે, ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્થિરતા એકતા કરતા નોંધપાત્ર રીતે ઓછી હોય છે. આ વિક્ષેપ સિદ્ધાંતનો ઉપયોગ અસરકારક બનાવે છે, કારણ કે વિસ્તરણની અગ્રણી શરતોમાંથી યોગદાન ઝડપથી ઘટે છે અને તેમની ગણતરી બિનજરૂરી બની જાય છે. મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના કિસ્સામાં, વિક્ષેપ સિદ્ધાંત અયોગ્ય બની જાય છે અને અન્ય ગણતરી પદ્ધતિઓ જરૂરી છે.

ક્વોન્ટમ ફિલ્ડ થિયરીની આગાહીઓમાંની એક કહેવાતી "ફ્લોટિંગ કોન્સ્ટન્ટ્સ" અસર છે, જે મુજબ કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દરમિયાન વધતી ઊર્જા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્થિરાંકો ધીમે ધીમે બદલાય છે. આમ, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સતત વધે છે, અને મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સતત વધતી ઊર્જા સાથે ઘટે છે. ક્વોન્ટમ ક્રોમોડાયનેમિક્સમાં ક્વાર્ક માટે, તેમની પોતાની મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્થિરાંક રજૂ કરવામાં આવે છે:

બીજા ક્વાર્ક સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરવા માટે વર્ચ્યુઅલ ગ્લુઅન્સ ઉત્સર્જન કરતા ક્વાર્કનો અસરકારક રંગ ચાર્જ ક્યાં છે. જેમ જેમ ક્વાર્ક વચ્ચેનું અંતર ઘટતું જાય છે, ઉચ્ચ-ઉર્જા કણોની અથડામણમાં પ્રાપ્ત થાય છે, તેમ લઘુગણકમાં ઘટાડો અને મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં નબળાઈની અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે (ક્વાર્કની એસિમ્પ્ટોટિક સ્વતંત્રતાની અસર). Z-બોસોન માસ-એનર્જી (91.19 GeV) ના ક્રમની ટ્રાન્સફર કરેલ ઊર્જાના સ્કેલ પર તે જોવા મળે છે કે સમાન ઉર્જા સ્કેલ પર, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્થિરતા ઓછી ઉર્જા પર ≈1/137 ને બદલે 1/127 ના ક્રમના મૂલ્ય સુધી વધે છે. એવું માનવામાં આવે છે કે તેનાથી પણ વધુ ઉર્જા પર, 10 18 GeV ના ક્રમમાં, કણોની ગુરુત્વાકર્ષણ, નબળા, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક અને મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના સ્થિરાંકોના મૂલ્યો એકરૂપ થશે અને એકબીજાની લગભગ સમાન પણ બની શકે છે.

અન્ય સિદ્ધાંતોમાં સ્થિરાંકો

સ્ટ્રિંગ થિયરી

સ્ટ્રિંગ થિયરીમાં, ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના સ્થિરાંકોને સતત જથ્થા તરીકે ગણવામાં આવતા નથી, પરંતુ પ્રકૃતિમાં ગતિશીલ છે. ખાસ કરીને, ઓછી ઉર્જા પર સમાન સિદ્ધાંત એવું લાગે છે કે તાર દસ પરિમાણમાં ફરે છે, અને ઉચ્ચ ઊર્જા પર - અગિયારમાં. પરિમાણોની સંખ્યામાં ફેરફાર સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના સ્થિરાંકોમાં ફેરફાર થાય છે.

મજબૂત ગુરુત્વાકર્ષણ

માં મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના મુખ્ય ઘટકો સાથે અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક દળોને એકસાથે ગણવામાં આવે છે. આ મોડેલમાં, ક્વાર્ક અને ગ્લુઓનની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને ધ્યાનમાં લેવાને બદલે, ફક્ત બે મૂળભૂત ક્ષેત્રોને ધ્યાનમાં લેવામાં આવે છે - ગુરુત્વાકર્ષણ અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક, જે પ્રાથમિક કણોના ચાર્જ અને માસવાળા પદાર્થ તેમજ તેમની વચ્ચેની જગ્યામાં કાર્ય કરે છે. આ કિસ્સામાં, ક્વાર્ક અને ગ્લુઓન્સ વાસ્તવિક કણો નથી, પરંતુ હેડ્રોનિક દ્રવ્યમાં રહેલા ક્વોન્ટમ ગુણધર્મો અને સમપ્રમાણતાને પ્રતિબિંબિત કરતા ક્વાસિપાર્ટિકલ્સ હોવાનું માનવામાં આવે છે. આ અભિગમ પાર્ટિકલ ફિઝિક્સના સ્ટાન્ડર્ડ મોડલમાં વર્ચ્યુઅલ રૂપે પાયા વગરના પરંતુ પોસ્ટ્યુલેટેડ ફ્રી પેરામીટર્સના ભૌતિક સિદ્ધાંતોની રેકોર્ડ સંખ્યાને તીવ્રપણે ઘટાડે છે, જેમાં ઓછામાં ઓછા 19 આવા પરિમાણો છે.

અન્ય પરિણામ એ છે કે નબળા અને મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને સ્વતંત્ર ક્ષેત્રની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ગણવામાં આવતી નથી. મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ગુરુત્વાકર્ષણ અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક દળોના સંયોજનો માટે નીચે આવે છે, જેમાં ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વિલંબની અસરો (દ્વિધ્રુવ અને ભ્રમણકક્ષાના ટોર્સિયન ક્ષેત્રો અને ચુંબકીય દળો) મોટી ભૂમિકા ભજવે છે. તદનુસાર, મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્થિરાંક ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્થિરાંક સાથે સામ્યતા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે:

જો ભૌતિક સ્થિરાંકો બદલાઈ શકે તો તે કેટલું અકલ્પનીય રીતે વિચિત્ર વિશ્વ હશે! ઉદાહરણ તરીકે, કહેવાતા ફાઇન સ્ટ્રક્ચર કોન્સ્ટન્ટ આશરે 1/137 છે. જો તેની તીવ્રતા અલગ હોય, તો પછી દ્રવ્ય અને ઊર્જા વચ્ચે કોઈ તફાવત ન હોત.

એવી વસ્તુઓ છે જે ક્યારેય બદલાતી નથી. વૈજ્ઞાનિકો તેમને ભૌતિક સ્થિરાંકો અથવા વિશ્વ સ્થિરાંકો કહે છે. એવું માનવામાં આવે છે કે પ્રકાશની ગતિ $c$, ગુરુત્વાકર્ષણીય સ્થિરાંક $G$, ઇલેક્ટ્રોન માસ $m_e$ અને કેટલાક અન્ય જથ્થા હંમેશા અને સર્વત્ર યથાવત રહે છે. તેઓ તે આધાર બનાવે છે જેના પર ભૌતિક સિદ્ધાંતો આધારિત છે અને બ્રહ્માંડની રચના નક્કી કરે છે.

ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ સતત વધતી જતી ચોકસાઇ સાથે વિશ્વના સ્થિરાંકોને માપવા માટે સખત મહેનત કરી રહ્યા છે, પરંતુ હજી સુધી કોઈ પણ કોઈપણ રીતે સમજાવી શક્યું નથી કે શા માટે તેમના મૂલ્યો તેઓ જેવા છે. SI સિસ્ટમમાં $c = 299792458$ m/s, $G = 6.673\cdot 10^(–11)Н\cdot$m$^2$/kg$^2$, $m_e = 9.10938188\cdot10^(– 31)$ kg એ સંપૂર્ણપણે અસંબંધિત જથ્થાઓ છે જેમાં માત્ર એક જ સામાન્ય ગુણધર્મ છે: જો તેમાં થોડો પણ ફેરફાર થાય, અને સજીવ સહિત જટિલ પરમાણુ માળખાના અસ્તિત્વ પર મોટો પ્રશ્ન ઊભો થશે. સ્થિરાંકોના મૂલ્યોને પ્રમાણિત કરવાની ઇચ્છા એ એકીકૃત સિદ્ધાંતના વિકાસ માટેના પ્રોત્સાહનોમાંનું એક બની ગયું છે જે તમામ હાલની ઘટનાઓનું સંપૂર્ણ વર્ણન કરે છે. તેની મદદથી, વૈજ્ઞાનિકો એ બતાવવાની આશા રાખતા હતા કે દરેક વિશ્વ સ્થિરતાનું માત્ર એક જ સંભવિત મૂલ્ય હોઈ શકે છે, જે આંતરિક પદ્ધતિઓ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે જે પ્રકૃતિની ભ્રામક મનસ્વીતાને નિર્ધારિત કરે છે.

એકીકૃત સિદ્ધાંતના શીર્ષક માટે શ્રેષ્ઠ ઉમેદવાર એમ-થિયરી (સ્ટ્રિંગ થિયરીનું એક પ્રકાર) માનવામાં આવે છે, જે માન્ય ગણી શકાય જો બ્રહ્માંડમાં ચાર અવકાશ-સમય પરિમાણ ન હોય, પરંતુ અગિયાર હોય. પરિણામે, આપણે જે સ્થિરાંકોનું અવલોકન કરીએ છીએ તે હકીકતમાં ખરેખર મૂળભૂત ન હોઈ શકે. સાચા સ્થિરાંકો સંપૂર્ણ બહુપરિમાણીય અવકાશમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે, અને આપણે ફક્ત તેમના ત્રિ-પરિમાણીય "સિલુએટ્સ" જોઈએ છીએ.

સમીક્ષા: વિશ્વ સ્થિરાંકો

1. ઘણા ભૌતિક સમીકરણોમાં એવા જથ્થાઓ છે જે દરેક જગ્યાએ સ્થિર માનવામાં આવે છે - અવકાશ અને સમયમાં.

2. તાજેતરમાં, વૈજ્ઞાનિકોએ વિશ્વના સ્થિરાંકોની સ્થિરતા પર શંકા કરી છે. ક્વાસાર અવલોકનો અને પ્રયોગશાળાના માપનના પરિણામોની સરખામણી કરીને, તેઓ તારણ કાઢે છે કે દૂરના ભૂતકાળમાં રાસાયણિક તત્વો પ્રકાશને તેઓ આજે કરતા અલગ રીતે શોષતા હતા. ફાઇન સ્ટ્રક્ચર કોન્સ્ટન્ટમાં થોડા પીપીએમના ફેરફાર દ્વારા તફાવત સમજાવી શકાય છે.

3. આટલા નાના પરિવર્તનની પુષ્ટિ એ વિજ્ઞાનમાં એક વાસ્તવિક ક્રાંતિ હશે. અવલોકન કરેલ સ્થિરાંકો બહુપરિમાણીય અવકાશ-સમયમાં અસ્તિત્વમાં રહેલા સાચા સ્થિરાંકોના માત્ર "સિલુએટ" હોઈ શકે છે.

દરમિયાન, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ નિષ્કર્ષ પર આવ્યા છે કે ઘણા સ્થિરાંકોના મૂલ્યો બ્રહ્માંડના ઇતિહાસના પ્રારંભિક તબક્કામાં અવ્યવસ્થિત ઘટનાઓ અને પ્રાથમિક કણો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનું પરિણામ હોઈ શકે છે. સ્ટ્રિંગ થિયરી વિશ્વની વિશાળ સંખ્યા ($10^(500)$) ના અસ્તિત્વ માટે પરવાનગી આપે છે, જેમાં વિવિધ સ્વ-સતત નિયમો અને સ્થિરાંકો ( જુઓ "ધ લેન્ડસ્કેપ ઓફ સ્ટ્રિંગ થિયરી," "વિજ્ઞાનની દુનિયામાં," નંબર 12, 2004.). હમણાં માટે, વૈજ્ઞાનિકોને કોઈ ખ્યાલ નથી કે શા માટે અમારું સંયોજન પસંદ કરવામાં આવ્યું હતું. કદાચ, વધુ સંશોધનના પરિણામે, તાર્કિક રીતે શક્ય વિશ્વોની સંખ્યા ઘટાડીને એક કરવામાં આવશે, પરંતુ શક્ય છે કે આપણું બ્રહ્માંડ મલ્ટિવર્સનો માત્ર એક નાનો વિભાગ છે જેમાં એકીકૃત સિદ્ધાંતના સમીકરણોના વિવિધ ઉકેલો સાકાર થાય છે, અને આપણે ફક્ત પ્રકૃતિના નિયમોના એક પ્રકારનું અવલોકન કરીએ છીએ ( જુઓ “સમાંતર બ્રહ્માંડ”, “વિજ્ઞાનની દુનિયામાં”, નંબર 8, 2003.આ કિસ્સામાં, ઘણા વિશ્વ સ્થિરાંકો માટે કોઈ સમજૂતી નથી, સિવાય કે તેઓ એક દુર્લભ સંયોજન બનાવે છે જે ચેતનાના વિકાસને મંજૂરી આપે છે. કદાચ આપણે જે બ્રહ્માંડનું અવલોકન કરીએ છીએ તે નિર્જીવ અવકાશની અનંતતાથી ઘેરાયેલા ઘણા એકલતામાંનું એક બની ગયું છે - એક અતિવાસ્તવ સ્થળ જ્યાં કુદરતની સંપૂર્ણ પરાયું શક્તિઓ પ્રભુત્વ ધરાવે છે, અને ઇલેક્ટ્રોન જેવા કણો અને કાર્બન અણુઓ અને ડીએનએ પરમાણુઓ જેવા બંધારણો ફક્ત અશક્ય છે. ત્યાં પહોંચવાનો પ્રયાસ અનિવાર્ય મૃત્યુમાં પરિણમશે.

ભૌતિક સ્થિરાંકોની સ્પષ્ટ મનસ્વીતાને સમજાવવા અંશતઃ સ્ટ્રિંગ થિયરી વિકસાવવામાં આવી હતી, તેથી તેના મૂળભૂત સમીકરણોમાં માત્ર થોડાક મનસ્વી પરિમાણો છે. પરંતુ અત્યાર સુધી તે સ્થિરાંકોના અવલોકન કરેલ મૂલ્યોને સમજાવતું નથી.

વિશ્વસનીય શાસક

હકીકતમાં, "સતત" શબ્દનો ઉપયોગ સંપૂર્ણપણે કાયદેસર નથી. સમય અને અવકાશમાં આપણા સ્થિરાંકો બદલાઈ શકે છે. જો વધારાના અવકાશી પરિમાણો કદમાં બદલાય છે, તો આપણા ત્રિ-પરિમાણીય વિશ્વમાં સ્થિરાંકો તેમની સાથે બદલાશે. અને જો આપણે અવકાશમાં પૂરતા પ્રમાણમાં નજર કરીએ, તો આપણે એવા વિસ્તારો જોઈ શકીએ જ્યાં સ્થિરાંકોએ વિવિધ મૂલ્યો લીધા. 1930 થી. વૈજ્ઞાનિકોએ અનુમાન કર્યું છે કે સ્થિરાંકો સ્થિર ન પણ હોઈ શકે. સ્ટ્રિંગ થિયરી આ વિચારને સૈદ્ધાંતિક બુદ્ધિગમ્યતા આપે છે અને અસ્થાયીતાની શોધને વધુ મહત્વપૂર્ણ બનાવે છે.

પ્રથમ સમસ્યા એ છે કે લેબોરેટરી સેટઅપ પોતે જ સ્થિરાંકોમાં થતા ફેરફારો પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોઈ શકે છે. બધા અણુઓના કદમાં વધારો થઈ શકે છે, પરંતુ જો માપન માટે વપરાતો શાસક પણ લાંબો થઈ જાય, તો અણુઓના કદમાં ફેરફાર વિશે કંઈ કહી શકાય નહીં. પ્રયોગકર્તાઓ સામાન્ય રીતે ધારે છે કે જથ્થાના ધોરણો (શાસકો, વજન, ઘડિયાળો) સ્થિર છે, પરંતુ સ્થિરાંકોનું પરીક્ષણ કરતી વખતે આ પ્રાપ્ત કરી શકાતું નથી. સંશોધકોએ પરિમાણહીન સ્થિરાંકો પર ધ્યાન આપવું જોઈએ - ફક્ત સંખ્યાઓ કે જે માપનના એકમોની સિસ્ટમ પર આધારિત નથી, ઉદાહરણ તરીકે, પ્રોટોનના સમૂહ અને ઇલેક્ટ્રોનના સમૂહનો ગુણોત્તર.

શું બ્રહ્માંડની આંતરિક રચના બદલાય છે?

ખાસ રસ એ છે $\alpha = e^2/2\epsilon_0 h c$, જે પ્રકાશની ઝડપ $c$, ઈલેક્ટ્રોન $e$નો ઈલેક્ટ્રિક ચાર્જ, પ્લાન્કનો સતત $h$ અને કહેવાતા શૂન્યાવકાશ $\epsilon_0$ નો ડાઇલેક્ટ્રિક સ્થિરાંક. તેને ફાઈન સ્ટ્રક્ચર કોન્સ્ટન્ટ કહેવામાં આવે છે. તે સૌપ્રથમ 1916 માં આર્નોલ્ડ સોમરફેલ્ડ દ્વારા રજૂ કરવામાં આવ્યું હતું, જે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિઝમ પર ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ લાગુ કરવાનો પ્રયાસ કરનારા પ્રથમ લોકોમાંના એક હતા: $\alpha$ ચાર્જ્ડ કણોને સંડોવતા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક (e) ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓની સાપેક્ષવાદી (c) અને ક્વોન્ટમ (h) લાક્ષણિકતાઓને જોડે છે. ખાલી જગ્યામાં ($\epsilon_0$). માપ દર્શાવે છે કે આ મૂલ્ય 1/137.03599976 (આશરે 1/137) ની બરાબર છે.

જો $\alpha $ નો અર્થ અલગ હોત, તો આપણી આસપાસની આખી દુનિયા બદલાઈ જશે. જો તે ઓછું હોત, તો અણુઓ ધરાવતા ઘન પદાર્થની ઘનતા ઘટશે ($\alpha^3 $ના પ્રમાણમાં), મોલેક્યુલર બોન્ડ નીચા તાપમાને તૂટી જશે ($\alpha^2$), અને સ્થિર તત્વોની સંખ્યા. સામયિક કોષ્ટકમાં વધારો થઈ શકે છે ($1/\alpha $). જો $\alpha $ ખૂબ મોટા હોત, તો નાના અણુ ન્યુક્લી અસ્તિત્વમાં ન હતા, કારણ કે તેમને બંધનકર્તા પરમાણુ દળો પ્રોટોનના પરસ્પર વિકારને અટકાવી શકશે નહીં. $\alpha >0.1 $ પર કાર્બન અસ્તિત્વમાં નથી.

તારાઓમાં પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓ ખાસ કરીને $\alpha $ ની કિંમત પ્રત્યે સંવેદનશીલ હોય છે. પરમાણુ સંમિશ્રણ થાય તે માટે, તારાના ગુરુત્વાકર્ષણે એક બીજાને ભગાડવાની વૃત્તિ હોવા છતાં, ન્યુક્લિયસ એકબીજાની નજીક જવા માટેનું કારણ બને તેટલું ઊંચું તાપમાન બનાવવું જોઈએ. જો $\alpha $ 0.1 થી વધી જાય, તો સંશ્લેષણ અશક્ય હશે (જો, અલબત્ત, અન્ય પરિમાણો, ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેક્ટ્રોન અને પ્રોટોન માસનો ગુણોત્તર, સમાન રહે). માત્ર 4% ના $\alpha$ માં ફેરફાર કાર્બન કોરમાં ઊર્જા સ્તરને એટલી હદે અસર કરશે કે તારાઓમાં તેનું સર્જન બંધ થઈ જશે.

પરમાણુ તકનીકોનો પરિચય

બીજી, વધુ ગંભીર પ્રાયોગિક સમસ્યા એ છે કે સ્થિરાંકોમાં ફેરફારને માપવા માટે અત્યંત સચોટ સાધનોની જરૂર પડે છે જે અત્યંત સ્થિર હોવા જોઈએ. અણુ ઘડિયાળોની મદદથી પણ, માત્ર થોડા વર્ષોમાં જ ફાઇન સ્ટ્રક્ચર કોન્સ્ટન્ટના ડ્રિફ્ટનું નિરીક્ષણ કરી શકાય છે. જો ત્રણ વર્ષમાં $\alpha $ 4 $\cdot$ $10^(–15)$ થી વધુ બદલાય, તો સૌથી સચોટ ઘડિયાળો આને શોધી કાઢશે. જો કે હજુ સુધી આવું કંઈ નોંધાયું નથી. એવું લાગે છે, શા માટે સ્થિરતાની પુષ્ટિ કરતા નથી? પરંતુ ત્રણ વર્ષ અવકાશમાં એક ક્ષણ છે. બ્રહ્માંડના ઈતિહાસ દરમિયાન ધીમી પરંતુ નોંધપાત્ર ફેરફારો કોઈનું ધ્યાન ન જાય.

લાઈટ અને ફાઈન સ્ટ્રક્ચર કોન્સ્ટન્ટ

સદનસીબે, ભૌતિકશાસ્ત્રીઓએ પરીક્ષણ કરવાની અન્ય રીતો શોધી કાઢી છે. 1970 માં ફ્રેન્ચ ન્યુક્લિયર એનર્જી કમિશનના વૈજ્ઞાનિકોએ ગેબોન (પશ્ચિમ આફ્રિકા)માં ઓકલો યુરેનિયમ ખાણમાંથી ઓરની આઇસોટોપિક રચનામાં કેટલીક વિશિષ્ટતાઓ જોયા: તે પરમાણુ રિએક્ટરના કચરા જેવું જ હતું. દેખીતી રીતે, લગભગ 2 અબજ વર્ષ પહેલાં ઓક્લોમાં કુદરતી પરમાણુ રિએક્ટર રચાયું હતું ( જુઓ “ડિવાઈન રિએક્ટર”, “ઈન ધ વર્લ્ડ ઓફ સાયન્સ”, નંબર 1, 2004).

1976 માં, લેનિનગ્રાડ ઇન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ ન્યુક્લિયર ફિઝિક્સના એલેક્ઝાન્ડર શ્લ્યાખ્તરે નોંધ્યું હતું કે પ્રાકૃતિક રિએક્ટરની કામગીરી વિવેચનાત્મક રીતે સમરિયમ ન્યુક્લિયસની ચોક્કસ સ્થિતિની ચોક્કસ ઊર્જા પર આધારિત છે જે ન્યુટ્રોન કેપ્ચરની ખાતરી કરે છે. અને ઊર્જા પોતે જ $\alpha $ ના મૂલ્ય સાથે મજબૂત રીતે સંબંધિત છે. તેથી, જો ફાઈન સ્ટ્રક્ચર કોન્સ્ટન્ટ સહેજ અલગ હોત, તો કોઈ સાંકળ પ્રતિક્રિયા આવી ન હોત. પરંતુ તે ખરેખર બન્યું છે, જેનો અર્થ છે કે છેલ્લા 2 અબજ વર્ષોમાં સ્થિરાંક 1 $\cdot$ $10^(–8)$થી વધુ બદલાયો નથી. (ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ કુદરતી રિએક્ટરમાં પરિસ્થિતિઓ વિશે અનિવાર્ય અનિશ્ચિતતાને કારણે ચોક્કસ જથ્થાત્મક પરિણામોની ચર્ચા કરવાનું ચાલુ રાખે છે.)

1962 માં, પ્રિન્સટન યુનિવર્સિટીના પી. જેમ્સ ઇ. પીબલ્સ અને રોબર્ટ ડિકે પ્રાચીન ઉલ્કાઓ પર આવું વિશ્લેષણ લાગુ કરનાર પ્રથમ વ્યક્તિ હતા: તેમના કિરણોત્સર્ગી સડોના પરિણામે આઇસોટોપ્સની સંબંધિત વિપુલતા $\alpha$ પર આધારિત છે. સૌથી સંવેદનશીલ મર્યાદા રેનિયમના ઓસ્મિયમમાં રૂપાંતર દરમિયાન બીટા સડો સાથે સંકળાયેલી છે. યુનિવર્સિટી ઓફ મિનેસોટાના કીથ ઓલિવ અને બ્રિટિશ કોલંબિયામાં યુનિવર્સિટી ઓફ વિક્ટોરિયાના મેક્સિમ પોસ્પેલોવના તાજેતરના કાર્ય અનુસાર, ઉલ્કાઓની રચના સમયે, $\alpha$ તેના વર્તમાન મૂલ્યથી 2 $\cdot$ $10^ (- 6)$. આ પરિણામ ઓકલો ડેટા કરતાં ઓછું સચોટ છે, પરંતુ તે 4.6 અબજ વર્ષો પહેલા સૂર્યમંડળના ઉદભવ સુધીના સમયની પાછળ જાય છે.

લાંબા સમય સુધી સંભવિત ફેરફારોનું અન્વેષણ કરવા માટે, સંશોધકોએ આકાશ તરફ જોવું જોઈએ. દૂરના ખગોળીય પદાર્થોમાંથી પ્રકાશને આપણા ટેલિસ્કોપ સુધી પહોંચવામાં અબજો વર્ષ લાગે છે અને તે સમયના નિયમો અને વિશ્વ સ્થિરાંકોની છાપ ધરાવે છે જ્યારે તેણે તેની મુસાફરી અને પદાર્થ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા શરૂ કરી હતી.

સ્પેક્ટ્રલ રેખાઓ

1965માં ક્વાસારની શોધ પછી તરત જ ખગોળશાસ્ત્રીઓ સ્થિર વાર્તામાં સામેલ થયા હતા, જે પૃથ્વીથી વિશાળ અંતરે સ્થિત પ્રકાશના તેજસ્વી સ્ત્રોત તરીકે હમણાં જ શોધાયા હતા અને ઓળખાયા હતા. કારણ કે ક્વાસારથી આપણા સુધીનો પ્રકાશનો માર્ગ એટલો લાંબો છે, તે અનિવાર્યપણે યુવાન તારાવિશ્વોના વાયુયુક્ત પડોશને પાર કરે છે. ગેસ ચોક્કસ ફ્રીક્વન્સીઝ પર ક્વાસારના પ્રકાશને શોષી લે છે, તેના સ્પેક્ટ્રમ પર સાંકડી રેખાઓનો બારકોડ છાપે છે (નીચેનું બૉક્સ જુઓ).

ક્વાસાર રેડિયેશનમાં ફેરફારો માટે શોધ કરી રહ્યાં છીએ

જ્યારે વાયુ પ્રકાશને શોષી લે છે, ત્યારે અણુઓમાં રહેલા ઈલેક્ટ્રોન નીચા ઉર્જા સ્તરોથી ઊંચા સ્તરો પર જાય છે. અણુ ન્યુક્લિયસ ઇલેક્ટ્રોનને કેટલી ચુસ્તપણે ધરાવે છે તેના આધારે ઊર્જા સ્તર નક્કી કરવામાં આવે છે, જે તેમની વચ્ચેની ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની મજબૂતાઈ અને તેથી ઝીણી રચના સ્થિરતા પર આધાર રાખે છે. જો તે ક્ષણે જ્યારે પ્રકાશ શોષાઈ ગયો હતો, અથવા બ્રહ્માંડના અમુક ચોક્કસ પ્રદેશમાં જ્યાં આ બન્યું હતું તે ક્ષણે અલગ હતું, તો પછી ઇલેક્ટ્રોનના નવા સ્તરે સંક્રમણ માટે જરૂરી ઊર્જા, અને સંક્રમણોની તરંગલંબાઇ સ્પેક્ટ્રા, પ્રયોગશાળા પ્રયોગોમાં આજના અવલોકન કરતા અલગ હોવા જોઈએ. તરંગલંબાઇમાં ફેરફારની પ્રકૃતિ અણુ ભ્રમણકક્ષામાં ઇલેક્ટ્રોનના વિતરણ પર નિર્ભર છે. $\alpha$ માં આપેલ ફેરફાર માટે, કેટલીક તરંગલંબાઇ ઘટે છે અને અન્ય વધે છે. અસરોની જટિલ પેટર્ન ડેટા કેલિબ્રેશન ભૂલો સાથે મૂંઝવણમાં મૂકવી મુશ્કેલ છે, જે આવા પ્રયોગને અત્યંત ઉપયોગી બનાવે છે.

સાત વર્ષ પહેલાં અમે કામ શરૂ કર્યું ત્યારે અમને બે સમસ્યાઓનો સામનો કરવો પડ્યો. પ્રથમ, ઘણી વર્ણપટ રેખાઓની તરંગલંબાઇને પૂરતી ચોકસાઈ સાથે માપવામાં આવી નથી. વિચિત્ર રીતે, વૈજ્ઞાનિકો પાર્થિવ નમૂનાઓના સ્પેક્ટ્રા કરતાં અબજો પ્રકાશ વર્ષો દૂર ક્વાસારના સ્પેક્ટ્રા વિશે વધુ જાણતા હતા. ક્વાસાર સ્પેક્ટ્રાની સાથે સરખામણી કરવા માટે અમને ઉચ્ચ-ચોકસાઇવાળા પ્રયોગશાળા માપનની જરૂર હતી, અને અમે પ્રયોગકર્તાઓને યોગ્ય માપન કરવા માટે સહમત કર્યા. તેઓ ઈમ્પિરિયલ કોલેજ લંડનના એન થોર્ન અને જુલિયટ પિકરિંગ દ્વારા હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા, ત્યારબાદ સ્વીડનમાં લંડ ઓબ્ઝર્વેટરીના સ્વેનેરિક જોહાન્સન અને મેરીલેન્ડમાં નેશનલ ઈન્સ્ટિટ્યૂટ ઓફ સ્ટાન્ડર્ડ્સ એન્ડ ટેક્નોલોજીના ઉલ્ફ ગ્રીસમેન અને રેનર રેનર ક્લીંગની આગેવાની હેઠળની ટીમો દ્વારા કરવામાં આવી હતી.

બીજી સમસ્યા એ હતી કે અગાઉના નિરીક્ષકોએ કાર્બન અથવા સિલિકોનના અણુ વાયુઓમાં ઉદભવતા શોષણ રેખાઓના કહેવાતા આલ્કલી ડબલટ્સનો ઉપયોગ કર્યો હતો. તેઓએ ક્વાસાર સ્પેક્ટ્રામાં આ રેખાઓ વચ્ચેના અંતરાલોને પ્રયોગશાળાના માપ સાથે સરખાવ્યા. જો કે, આ પદ્ધતિએ એક ચોક્કસ ઘટનાનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપી ન હતી: $\alpha $ માં ભિન્નતા માત્ર અણુના ઉર્જા સ્તરો વચ્ચેના અંતરાલમાં સૌથી નીચી ઉર્જા (ગ્રાઉન્ડ સ્ટેટ) સાથેના સ્તરની તુલનામાં ફેરફારનું કારણ બને છે. જમીન રાજ્યની સ્થિતિમાં પણ ફેરફાર. હકીકતમાં, બીજી અસર પ્રથમ કરતાં પણ વધુ શક્તિશાળી છે. પરિણામે, અવલોકનોની ચોકસાઈ માત્ર 1 $\cdot$ $10^(–4)$ હતી.

1999માં, પેપરના એક લેખક (વેબ) અને ઓસ્ટ્રેલિયામાં યુનિવર્સિટી ઓફ ન્યૂ સાઉથ વેલ્સના વિક્ટર વી. ફ્લેમ્બૌમે બંને અસરોને ધ્યાનમાં લેવા માટે એક ટેકનિક વિકસાવી. પરિણામે, સંવેદનશીલતા 10 ગણી વધી હતી. આ ઉપરાંત, વિવિધ પ્રકારના અણુઓ (ઉદાહરણ તરીકે, મેગ્નેશિયમ અને આયર્ન) ની સરખામણી કરવી અને વધારાની ક્રોસ-ચેક કરવાનું શક્ય બન્યું. વિવિધ પ્રકારના અણુઓમાં અવલોકન કરેલ તરંગલંબાઇઓ કેવી રીતે બદલાય છે તે બરાબર નક્કી કરવા માટે જટિલ ગણતરીઓ કરવાની હતી. આધુનિક ટેલિસ્કોપ અને સેન્સર્સથી સજ્જ, અમે ઘણા ગુણાંકોની નવી પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરીને અભૂતપૂર્વ ચોકસાઈ સાથે $\alpha $ ની સ્થિરતા ચકાસવાનું નક્કી કર્યું.

દૃશ્યો પર પુનર્વિચારણા

પ્રયોગો શરૂ કરતી વખતે, અમે ફક્ત ઉચ્ચ સચોટતા સાથે સ્થાપિત કરવા માંગીએ છીએ કે પ્રાચીન કાળમાં સ્થિર રચનાનું મૂલ્ય આજના જેવું જ હતું. અમારા આશ્ચર્ય માટે, 1999 માં મેળવેલા પરિણામોમાં નાના પરંતુ આંકડાકીય રીતે નોંધપાત્ર તફાવતો દર્શાવવામાં આવ્યા હતા, જેની પાછળથી પુષ્ટિ કરવામાં આવી હતી. 128 ક્વાસાર શોષણ રેખાઓમાંથી ડેટાનો ઉપયોગ કરીને, અમે છેલ્લા 6-12 અબજ વર્ષોમાં $\alpha$ 6 $\cdot$ $10^(–6)$ નો વધારો નોંધ્યો છે.

ફાઈન સ્ટ્રક્ચર કોન્સ્ટન્ટના માપનના પરિણામો આપણને ચોક્કસ તારણો કાઢવાની મંજૂરી આપતા નથી. તેમાંના કેટલાક સૂચવે છે કે તે એક સમયે તે હવે છે તેના કરતા નાનું હતું, અને તેમાંથી કેટલાક નથી. કદાચ α દૂરના ભૂતકાળમાં બદલાયો હતો, પરંતુ હવે સ્થિર બની ગયો છે. (લંબચોરસ ડેટા ફેરફારોની શ્રેણીનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.)

બોલ્ડ દાવાઓને નોંધપાત્ર પુરાવાની જરૂર હોય છે, તેથી અમારું પ્રથમ પગલું અમારી ડેટા સંગ્રહ અને વિશ્લેષણ પદ્ધતિઓની સંપૂર્ણ સમીક્ષા કરવાનું હતું. માપન ભૂલોને બે પ્રકારમાં વિભાજિત કરી શકાય છે: વ્યવસ્થિત અને રેન્ડમ. રેન્ડમ અચોક્કસતા સાથે બધું સરળ છે. દરેક વ્યક્તિગત માપમાં તેઓ અલગ-અલગ મૂલ્યો લે છે, જે મોટી સંખ્યામાં માપ સાથે સરેરાશ કરવામાં આવે છે અને શૂન્ય તરફ વલણ ધરાવે છે. વ્યવસ્થિત ભૂલો કે જે સરેરાશ બહાર નથી આવતી તેનો સામનો કરવો વધુ મુશ્કેલ છે. ખગોળશાસ્ત્રમાં, દરેક પગલે આ પ્રકારની અનિશ્ચિતતાઓનો સામનો કરવો પડે છે. પ્રયોગશાળાના પ્રયોગોમાં, ભૂલો ઘટાડવા માટે સાધન સેટિંગ્સને સમાયોજિત કરી શકાય છે, પરંતુ ખગોળશાસ્ત્રીઓ બ્રહ્માંડને "ફાઇન-ટ્યુન" કરી શકતા નથી, અને તેઓએ સ્વીકારવું જોઈએ કે તેમની તમામ ડેટા-એકત્રીકરણ પદ્ધતિઓ અનિવાર્ય પૂર્વગ્રહો ધરાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, તારાવિશ્વોનું અવલોકન કરાયેલ અવકાશી વિતરણ તેજસ્વી તારાવિશ્વો તરફ નોંધપાત્ર રીતે પૂર્વગ્રહયુક્ત છે કારણ કે તે અવલોકન કરવું વધુ સરળ છે. આવા પૂર્વગ્રહોને ઓળખવા અને નિષ્ક્રિય કરવા એ નિરીક્ષકો માટે સતત પડકાર છે.

અમે સૌપ્રથમ તરંગલંબાઇના સ્કેલમાં સંભવિત વિકૃતિની નોંધ લીધી જેના સંબંધમાં ક્વાસારની વર્ણપટ રેખાઓ માપવામાં આવી હતી. તે ઉદભવી શકે છે, ઉદાહરણ તરીકે, કેલિબ્રેટેડ સ્પેક્ટ્રમમાં ક્વાસારનું નિરીક્ષણ કરવાના "કાચા" પરિણામોની પ્રક્રિયા દરમિયાન. જો કે તરંગલંબાઈના સ્કેલનું એક સરળ રેખીય ખેંચાણ અથવા સંકોચન $\alpha$ માં ફેરફારનું બરાબર અનુકરણ કરી શકતું નથી, પણ અંદાજિત સમાનતા પણ પરિણામોને સમજાવવા માટે પૂરતી હશે. અમે ક્વાસર અવલોકન પરિણામોને બદલે કેલિબ્રેશન ડેટાને બદલીને વિકૃતિઓ સાથે સંકળાયેલી સરળ ભૂલોને ધીમે ધીમે દૂર કરી.

અમે પૂર્વગ્રહના વિવિધ કારણોને જોવામાં બે વર્ષથી વધુ સમય પસાર કર્યો છે તેની ખાતરી કરવા માટે કે તેમની અસર નજીવી છે. અમને ગંભીર ભૂલોનો માત્ર એક સંભવિત સ્ત્રોત મળ્યો. અમે મેગ્નેશિયમ શોષણ રેખાઓ વિશે વાત કરી રહ્યા છીએ. તેના દરેક ત્રણ સ્થિર આઇસોટોપ્સ વિવિધ તરંગલંબાઇ સાથે પ્રકાશને શોષી લે છે, જે એકબીજાની ખૂબ નજીક છે અને ક્વાસારના સ્પેક્ટ્રામાં એક રેખા તરીકે દેખાય છે. આઇસોટોપ્સની સંબંધિત વિપુલતાના પ્રયોગશાળા માપનના આધારે, સંશોધકો તેમાંના દરેકના યોગદાનનું મૂલ્યાંકન કરે છે. યુવા બ્રહ્માંડમાં તેમનું વિતરણ આજે કરતાં નોંધપાત્ર રીતે અલગ હોઈ શકે જો મેગ્નેશિયમ ઉત્સર્જિત કરનારા તારાઓ, સરેરાશ, તેમના આજના સમકક્ષો કરતાં ભારે હોય. આવા તફાવતો $\alpha$ માં ફેરફારોની નકલ કરી શકે છે પરંતુ આ વર્ષે પ્રકાશિત થયેલા અભ્યાસના પરિણામો દર્શાવે છે કે અવલોકન કરાયેલ હકીકતો સમજાવવા માટે એટલા સરળ નથી. ઓસ્ટ્રેલિયાની સ્વિનબર્ન યુનિવર્સિટી ઓફ ટેક્નોલોજીના યેશે ફેનર અને બ્રાડ કે. ગિબ્સન અને યુનિવર્સિટી ઓફ કેમ્બ્રિજના માઈકલ ટી. મર્ફીએ તારણ કાઢ્યું હતું કે $\alpha$ વિવિધતાનું અનુકરણ કરવા માટે જરૂરી આઇસોટોપ વિપુલતા પણ પ્રારંભિક બ્રહ્માંડમાં વધુ નાઈટ્રોજન સંશ્લેષણ તરફ દોરી જશે, જે અવલોકનો સાથે સંપૂર્ણપણે અસંગત છે. તેથી આપણે શક્યતા સ્વીકારવી પડશે કે $\alpha $ બદલાયું છે.

ક્યારેક તે બદલાય છે, ક્યારેક તે નથી કરતું

લેખના લેખકો દ્વારા આગળ મૂકવામાં આવેલી પૂર્વધારણા અનુસાર, બ્રહ્માંડના ઇતિહાસના કેટલાક સમયગાળામાં સુંદર માળખું સતત યથાવત રહ્યું, અને અન્યમાં તે વધ્યું. પ્રાયોગિક ડેટા (અગાઉનું બૉક્સ જુઓ) આ ધારણા સાથે સુસંગત છે.

વૈજ્ઞાનિક સમુદાયે તરત જ અમારા પરિણામોના મહત્વની પ્રશંસા કરી. વિશ્વભરના ક્વાસાર સ્પેક્ટ્રાના સંશોધકોએ તરત જ માપ લેવાનું શરૂ કર્યું. 2003 માં, સેન્ટ પીટર્સબર્ગ ઇન્સ્ટિટ્યુટ ઓફ ફિઝિક્સ એન્ડ ટેક્નોલોજીના સેરગેઈ લેવશાકોવના સંશોધન જૂથોનું નામ આપવામાં આવ્યું. હેમ્બર્ગ યુનિવર્સિટીના Ioffe અને Ralf Quast એ ત્રણ નવી ક્વાસર સિસ્ટમનો અભ્યાસ કર્યો. ગયા વર્ષે, ઈન્ટર-યુનિવર્સિટી સેન્ટર ફોર એસ્ટ્રોનોમી એન્ડ એસ્ટ્રોફિઝિક્સ ઇન ઈન્ડિયાના હમ ચંદ અને રઘુનાથન શ્રીઆનંદ, ઈન્સ્ટિટ્યૂટ ઑફ એસ્ટ્રોફિઝિક્સના પેટ્રિક પેટિટજેન અને પેરિસમાં LERMAના બેસ્ટિયન એરાસિલે વધુ 23 કેસોનું વિશ્લેષણ કર્યું હતું. કોઈપણ જૂથને $\alpha$ માં કોઈ ફેરફાર જોવા મળ્યો નથી. ચાંદ દલીલ કરે છે કે 6 થી 10 અબજ વર્ષો પહેલા વચ્ચેનો કોઈપણ ફેરફાર એક મિલિયનમાં એક ભાગ કરતા ઓછો હોવો જોઈએ.

જુદા જુદા સ્રોત ડેટાનું વિશ્લેષણ કરવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતી સમાન તકનીકો શા માટે આવી આમૂલ વિસંગતતા તરફ દોરી જાય છે? જવાબ હજુ અજ્ઞાત છે. ઉલ્લેખિત સંશોધકો દ્વારા પ્રાપ્ત પરિણામો ઉત્તમ ગુણવત્તાના છે, પરંતુ તેમના નમૂનાઓનું કદ અને વિશ્લેષિત રેડિયેશનની ઉંમર આપણા કરતા નોંધપાત્ર રીતે નાની છે. વધુમાં, ચાંદે મલ્ટિમલ્ટીપ્લેટ પદ્ધતિના સરળ સંસ્કરણનો ઉપયોગ કર્યો હતો અને તમામ પ્રાયોગિક અને પદ્ધતિસરની ભૂલોનું સંપૂર્ણ મૂલ્યાંકન કર્યું ન હતું.

પ્રિન્સટનના જાણીતા ખગોળશાસ્ત્રી જ્હોન બહકૉલે મલ્ટિમલ્ટીપ્લેટ પદ્ધતિની જ ટીકા કરી છે, પરંતુ તેમણે જે સમસ્યાઓ પ્રકાશિત કરી છે તે રેન્ડમ ભૂલોની શ્રેણીમાં આવે છે, જે મોટા નમૂનાઓનો ઉપયોગ કરવામાં આવે ત્યારે ઓછી કરવામાં આવે છે. બેકલ, તેમજ નેશનલ લેબોરેટરીમાંથી જેફરી ન્યુમેન. બર્કલે ખાતે લોરેન્સ શોષણ રેખાઓને બદલે ઉત્સર્જન રેખાઓ તરફ જોતા હતા. તેમનો અભિગમ ઘણો ઓછો ચોક્કસ છે, જો કે તે ભવિષ્યમાં ઉપયોગી સાબિત થઈ શકે છે.

કાયદાકીય સુધારણા

જો અમારા પરિણામો સાચા છે, તો અસરો પ્રચંડ હશે. તાજેતરમાં સુધી, બ્રહ્માંડનું શું થશે તે અનુમાન કરવાના તમામ પ્રયાસો જો ફાઈન સ્ટ્રક્ચર કોન્સ્ટન્ટને બદલવામાં આવે તો તે અસંતોષકારક હતા. તેઓ એ જ સૂત્રોમાં $\alpha$ ને ચલ તરીકે ધ્યાનમાં લેવા કરતાં વધુ આગળ વધ્યા નથી જે ધારણા હેઠળ મેળવવામાં આવ્યા હતા કે તે સ્થિર છે. સંમત થાઓ, ખૂબ જ શંકાસ્પદ અભિગમ. જો $\alpha $ બદલાય છે, તો તેની સાથે સંકળાયેલી અસરોમાં ઉર્જા અને વેગનું સંરક્ષણ થવું જોઈએ, જે બ્રહ્માંડમાં ગુરુત્વાકર્ષણ ક્ષેત્રને અસર કરે છે. 1982માં, જેરૂસલેમની હીબ્રુ યુનિવર્સિટીના જેકબ ડી. બેકનસ્ટેઈન બિન-અચલ સ્થિરાંકોના કિસ્સામાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિઝમના નિયમોનું સામાન્યીકરણ કરનાર પ્રથમ વ્યક્તિ હતા. તેમના સિદ્ધાંતમાં $\alpha $ ને પ્રકૃતિના ગતિશીલ ઘટક તરીકે ગણવામાં આવે છે, એટલે કે. સ્કેલર ક્ષેત્રની જેમ. ચાર વર્ષ પહેલાં, અમારામાંથી એક (બેરો), ઈમ્પીરીયલ કોલેજ લંડનના હાવર્ડ સેન્ડવિક અને જોઆઓ મેગ્યુઈજો સાથે, ગુરુત્વાકર્ષણને સમાવવા માટે બેકનસ્ટાઈનની થિયરીનો વિસ્તાર કર્યો.

સામાન્યકૃત સિદ્ધાંતની આગાહીઓ આકર્ષક રીતે સરળ છે. કોસ્મિક સ્કેલ પર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિઝમ ગુરુત્વાકર્ષણ કરતાં ઘણું નબળું હોવાથી, મિલિયનમાં થોડા ભાગો દ્વારા $\alpha$ માં ફેરફાર બ્રહ્માંડના વિસ્તરણ પર નોંધપાત્ર અસર કરતા નથી. પરંતુ વિદ્યુત અને ચુંબકીય ક્ષેત્રોની ઊર્જા વચ્ચેની વિસંગતતાને કારણે વિસ્તરણ $\alpha $ ને નોંધપાત્ર રીતે અસર કરે છે. કોસ્મિક ઇતિહાસના પ્રથમ હજારો વર્ષો દરમિયાન, રેડિયેશન ચાર્જ્ડ કણો પર પ્રભુત્વ ધરાવે છે અને ઇલેક્ટ્રિક અને ચુંબકીય ક્ષેત્રો વચ્ચે સંતુલન જાળવી રાખે છે. જેમ જેમ બ્રહ્માંડ વિસ્તરતું ગયું તેમ, રેડિયેશન દુર્લભ બન્યું અને દ્રવ્ય અવકાશનું પ્રબળ તત્વ બની ગયું. વિદ્યુત અને ચુંબકીય ઊર્જા અસમાન હોવાનું બહાર આવ્યું, અને $\alpha $ સમયના લઘુગણકના પ્રમાણમાં વધવા લાગ્યું. લગભગ 6 બિલિયન વર્ષ પહેલાં, શ્યામ ઊર્જાનું વર્ચસ્વ શરૂ થયું, વિસ્તરણને વેગ આપ્યો જે બધી ભૌતિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ માટે ખાલી જગ્યામાં પ્રચાર કરવાનું મુશ્કેલ બનાવે છે. પરિણામે, $\alpha$ ફરીથી લગભગ સ્થિર બની ગયું.

વર્ણવેલ ચિત્ર અમારા અવલોકનો સાથે સુસંગત છે. ક્વાસારની વર્ણપટ રેખાઓ કોસ્મિક ઇતિહાસના તે સમયગાળાને દર્શાવે છે જ્યારે પદાર્થનું વર્ચસ્વ હતું અને $\alpha$ વધ્યું હતું. Oklo ખાતે પ્રયોગશાળાના માપન અને અભ્યાસોના પરિણામો એવા સમયગાળાને અનુરૂપ છે જ્યારે શ્યામ ઊર્જાનું વર્ચસ્વ હોય છે અને $\alpha$ સ્થિર હોય છે. ઉલ્કાના કિરણોત્સર્ગી તત્વો પર $\alpha$ માં થતા ફેરફારોના પ્રભાવનો વધુ અભ્યાસ ખાસ કરીને રસપ્રદ છે, કારણ કે તે અમને બે નામના સમયગાળા વચ્ચેના સંક્રમણનો અભ્યાસ કરવાની મંજૂરી આપે છે.

આલ્ફા માત્ર શરૂઆત છે

જો બારીક માળખું સતત બદલાય છે, તો ભૌતિક વસ્તુઓ અલગ રીતે પડવી જોઈએ. એક સમયે, ગેલિલિયોએ સમાનતાનો એક નબળો સિદ્ધાંત ઘડ્યો હતો, જે મુજબ શૂન્યાવકાશમાં શરીર ગમે તેમાંથી બનેલા હોય તે જ ઝડપે પડે છે. પરંતુ $\alpha$ માં ફેરફારો બધા ચાર્જ થયેલા કણો પર કાર્ય કરતું બળ પેદા કરે છે. એક અણુ તેના ન્યુક્લિયસમાં જેટલા વધુ પ્રોટોન ધરાવે છે, તે વધુ મજબૂત રીતે તેને અનુભવશે. જો ક્વાસારનું અવલોકન કરવાના પરિણામોના પૃથ્થકરણમાંથી કાઢવામાં આવેલા તારણો સાચા હોય, તો વિવિધ સામગ્રીમાંથી બનેલા શરીરના મુક્ત પતનનું પ્રવેગ આશરે 1 $\cdot$ $10^(–14)$થી અલગ હોવું જોઈએ. આ પ્રયોગશાળામાં માપી શકાય તે કરતાં 100 ગણું ઓછું છે, પરંતુ STEP (ટેસ્ટિંગ ધ સ્પેસ ઇક્વિવેલન્સ પ્રિન્સિપલ) જેવા પ્રયોગોમાં તફાવતો શોધવા માટે તેટલું મોટું છે.

અગાઉના $\alpha $ અભ્યાસોમાં, વૈજ્ઞાનિકોએ બ્રહ્માંડની વિવિધતાની અવગણના કરી હતી. તમામ તારાવિશ્વોની જેમ, આપણી આકાશગંગા સરેરાશ જગ્યા કરતાં લગભગ એક મિલિયન ગણી ગીચ છે, તેથી તે બ્રહ્માંડની સાથે વિસ્તરી રહી નથી. 2003 માં, કેમ્બ્રિજના બેરો અને ડેવિડ એફ. મોટાએ ગણતરી કરી કે $\alpha$ અવકાશના ખાલી પ્રદેશો કરતાં આકાશગંગામાં અલગ રીતે વર્તે છે. જલદી જ એક યુવાન ગેલેક્સી ગીચ બને છે અને આરામ કરે છે, ગુરુત્વાકર્ષણ સંતુલનમાં આવે છે, $\alpha$ આકાશગંગાની અંદર સ્થિર બને છે, પરંતુ બહાર બદલાતું રહે છે. આમ, પૃથ્વી પરના પ્રયોગો જે $\alpha$ ની સ્થિરતા ચકાસે છે તે પરિસ્થિતિઓની પક્ષપાતી પસંદગીથી પીડાય છે. નબળા સમકક્ષતા સિદ્ધાંતની ચકાસણીને આ કેવી રીતે અસર કરે છે તે આપણે હજુ સુધી આકૃતિ કરવાનું બાકી છે. $\alpha$ ની કોઈ અવકાશી ભિન્નતા હજુ સુધી જોવા મળી નથી. CMB ની એકરૂપતા પર આધાર રાખીને, બેરોએ તાજેતરમાં જ દર્શાવ્યું હતું કે $\alpha $ $10^o$ દ્વારા વિભાજિત અવકાશી ગોળાના પ્રદેશો વચ્ચે $\cdot$ $10^(–8)$ કરતાં વધુ બદલાતું નથી.

અમે ફક્ત નવા ડેટાના દેખાવાની રાહ જોઈ શકીએ છીએ અને નવા અભ્યાસો હાથ ધરવામાં આવે છે જે અંતે $\alpha $ માં ફેરફાર વિશેની પૂર્વધારણાની પુષ્ટિ અથવા ખંડન કરશે. સંશોધકોએ આ સતત પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું છે કારણ કે તેમાં વિવિધતાને કારણે અસરો જોવામાં સરળ છે. પરંતુ જો $\alpha $ ખરેખર અસ્થિર છે, તો અન્ય સ્થિરાંકો પણ બદલાવા જોઈએ. આ કિસ્સામાં, આપણે સ્વીકારવું પડશે કે પ્રકૃતિની આંતરિક પદ્ધતિઓ આપણે કલ્પના કરી હતી તેના કરતા વધુ જટિલ છે.

લેખકો વિશે:
જ્હોન ડી. બેરો અને જ્હોન કે. વેબે 1996 માં ઇંગ્લેન્ડની યુનિવર્સિટી ઓફ સસેક્સ ખાતે સંયુક્ત વિરામ દરમિયાન ભૌતિક સ્થિરાંકો પર સંશોધન કરવાનું શરૂ કર્યું. પછી બેરોએ સ્થિરાંકો બદલવાની નવી સૈદ્ધાંતિક શક્યતાઓની શોધ કરી, અને વેબ ક્વાસારના અવલોકનોમાં રોકાયેલું હતું. બંને લેખકો નોન-ફિક્શન પુસ્તકો લખે છે અને ઘણીવાર ટેલિવિઝન કાર્યક્રમોમાં દેખાય છે.

“ચાલો કેટલાક પરિણામોનો સરવાળો કરીએ. સંદર્ભ પુસ્તક "ભૌતિક જથ્થાના કોષ્ટકો" (મોસ્કો: એટોમિઝડટ, 1976) માં 1005 પૃષ્ઠ ટેક્સ્ટ અને લાખો સંખ્યાઓ છે; તેમને કેવી રીતે સમજવું?

આ જથ્થાઓને ઓછામાં ઓછા ચાર પ્રકારોમાં વિભાજિત કરવામાં આવે છે.

a) માપના કુદરતી એકમો, અથવા સ્પેક્ટ્રાના ભૌતિક રીતે ચિહ્નિત બિંદુઓ. આ સંખ્યાઓ નથી, પરંતુ જથ્થાઓ જેમ કે G, c, h, m e, e (ઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ). આ અમુક અસાધારણ ઘટનાઓની પરિમાણીય લાક્ષણિકતાઓ છે જે ઉચ્ચ સ્તરની ચોકસાઈ સાથે ઘણી વખત પુનઃઉત્પાદિત કરી શકાય છે. આ એ હકીકતનું પ્રતિબિંબ છે કે પ્રકૃતિ પ્રાથમિક પરિસ્થિતિઓને વિશાળ શ્રેણીમાં નકલ કરે છે. બ્રહ્માંડના આવા બિલ્ડીંગ બ્લોક્સની ઓળખ પરના પ્રતિબિંબ ક્યારેક બોઝ-આઈન્સ્ટાઈન અને ફર્મી-ડિરાક આંકડા જેવા ઊંડા ભૌતિક વિચારો તરફ દોરી જાય છે. વ્હીલરનો અદ્ભુત વિચાર કે બધા ઈલેક્ટ્રોન સરખા છે કારણ કે તેઓ એક ઈલેક્ટ્રોનની ગંઠાયેલ વિશ્વ રેખાના ત્વરિત વિભાગોનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. ફેનમેનક્વોન્ટમ ફિલ્ડ થિયરીમાં ડાયાગ્રામમેટિક કેલ્ક્યુલેશન ટેકનિકના ભવ્ય સરળીકરણ માટે.

b) સાચું, અથવા પરિમાણહીન, સ્થિરાંકો. આ એક પરિમાણના જથ્થાના સ્પેક્ટ્રમ પરના ઘણા ચિહ્નિત બિંદુઓના ગુણોત્તર છે, ઉદાહરણ તરીકે, વિદ્યુત કણોના સમૂહનો ગુણોત્તર: અમે પહેલેથી જ m p/m e નો ઉલ્લેખ કર્યો છે. નવા કાયદાને ધ્યાનમાં લેતી વખતે વિવિધ પરિમાણોની ઓળખ, એટલે કે પરિમાણોના જૂથમાં ઘટાડો, અગાઉના જુદા જુદા સ્પેક્ટ્રાના એકીકરણ તરફ દોરી જાય છે અને નવી સંખ્યાઓ સમજાવવાની જરૂરિયાત તરફ દોરી જાય છે.

ઉદાહરણ તરીકે, પરિમાણો m e , c અને h ન્યૂટન જૂથ બનાવે છે અને તેથી પ્લાન્ક એકમો જેવા પરિમાણો M, L, T સમાન કુદરતી અણુ એકમો તરફ દોરી જાય છે. તેથી, પ્લાન્ક એકમો સાથેના તેમના સંબંધને સૈદ્ધાંતિક સમજૂતીની જરૂર છે, પરંતુ, જેમ આપણે કહ્યું, ત્યાં સુધી (G, c, h) સિદ્ધાંત ન હોય ત્યાં સુધી આ અશક્ય છે. જો કે, (m e, c, h) થિયરીમાં - ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ - એક પરિમાણહીન જથ્થો છે, જેના મૂલ્ય માટે આધુનિક ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ, શબ્દના ચોક્કસ અર્થમાં, તેના અસ્તિત્વને આભારી છે. ચાલો બે ઈલેક્ટ્રોનને h/m e c (ઈલેક્ટ્રોનની કહેવાતી કોમ્પટન તરંગલંબાઈ)ના અંતરે મૂકીએ અને તેમના ઈલેક્ટ્રોસ્ટેટિક રિસ્પ્લેશનની ઊર્જા m e c 2 ની ઊર્જાના ગુણોત્તરને માપીએ, જે ઈલેક્ટ્રોનના બાકીના સમૂહની સમકક્ષ હોય છે. પરિણામ a = 7.2972 x 10 -3 ≈ 1/137 છે. આ પ્રખ્યાત ફાઈન સ્ટ્રક્ચર કોન્સ્ટન્ટ છે.

ક્વોન્ટમ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ, ખાસ કરીને, એવી પ્રક્રિયાઓનું વર્ણન કરે છે જેમાં કણોની સંખ્યા સાચવવામાં આવતી નથી: શૂન્યાવકાશ ઇલેક્ટ્રોન-પોઝિટ્રોન જોડીને જન્મ આપે છે, અને તેઓ નાશ પામે છે. હકીકત એ છે કે ઉત્પાદન ઊર્જા (2m e c 2 કરતાં ઓછી નહીં) લાક્ષણિક કુલોમ્બ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની ઊર્જા કરતાં સેંકડો ગણી વધારે છે (a ના મૂલ્યને કારણે), અસરકારક ગણતરી યોજના હાથ ધરવી શક્ય છે જેમાં આ કિરણોત્સર્ગી સુધારાઓ સંપૂર્ણપણે કાઢી નાખવામાં આવતા નથી, પરંતુ નિરાશાજનક રીતે સિદ્ધાંતવાદીના "જીવનને બગાડતા નથી".

α ના મૂલ્ય માટે કોઈ સૈદ્ધાંતિક સમજૂતી નથી. ગણિતશાસ્ત્રીઓ પાસે તેમના પોતાના અદ્ભુત સ્પેક્ટ્રા છે: અવિભાજ્ય રજૂઆતોમાં સરળ જૂઠ જૂથોના વિશિષ્ટ રેખીય ઓપરેટર-જનરેટર્સનો સ્પેક્ટ્રા, મૂળભૂત ડોમેન્સનો જથ્થો, હોમોલોજી અને કોહોમોલોજી સ્પેસના પરિમાણો, વગેરે. ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ, ખુલ્લું છે - તેના બદલે સિદ્ધાંતોની જરૂર છે, પસંદગીને મર્યાદિત કરીને. પરંતુ ચાલો સ્થિરાંકો પર પાછા આવીએ.

તેમાંથી આગળનો પ્રકાર, જે કોષ્ટકોમાં ઘણી જગ્યા લે છે, તે છે:

c) એક સ્કેલથી બીજા સ્કેલમાં રૂપાંતર પરિબળો, ઉદાહરણ તરીકે, અણુથી "માનવ" સુધી. આમાં શામેલ છે: પહેલેથી જ ઉલ્લેખિત નંબર એવોગાડ્રો N0 = 6.02 x 1023 - આવશ્યકપણે એક ગ્રામ "પ્રોટોન માસ" ના એકમોમાં વ્યક્ત થાય છે, જો કે પરંપરાગત વ્યાખ્યા થોડી અલગ છે, તેમજ કિલોમીટરમાં પ્રકાશ-વર્ષ જેવી વસ્તુઓ. અહીં ગણિતશાસ્ત્રી માટે સૌથી અણગમતી બાબત એ છે કે, અલબત્ત, એક ભૌતિક રીતે અર્થહીન એકમમાંથી બીજામાં સંક્રમણના ગુણાંક છે, સમાન અર્થહીન: હાથથી પગ સુધી અથવા રૌમુરથી ફેરનહીટ સુધી. માનવીય દ્રષ્ટિએ, આ કેટલીકવાર સૌથી મહત્વપૂર્ણ સંખ્યાઓ છે; જેમ કે વિન્ની ધ પૂહે સમજદારીપૂર્વક નોંધ્યું: "મને ખબર નથી કે તેમાં કેટલા લિટર, અને મીટર અને કિલોગ્રામ છે, પરંતુ વાઘ, જ્યારે તેઓ કૂદી પડે છે, ત્યારે તે અમને વિશાળ લાગે છે."

ડી) "ડિફ્યુઝ સ્પેક્ટ્રા". આ સામગ્રીની લાક્ષણિકતાઓ છે (તત્વો અથવા શુદ્ધ સંયોજનો નહીં, પરંતુ સ્ટીલ, એલ્યુમિનિયમ, તાંબાના સામાન્ય તકનીકી ગ્રેડ), ખગોળશાસ્ત્રીય ડેટા (સૂર્યનો સમૂહ, ગેલેક્સીનો વ્યાસ...) અને સમાન પ્રકારની ઘણી. કુદરત પત્થરો, ગ્રહો, તારાઓ અને તારાવિશ્વો ઉત્પન્ન કરે છે, ઇલેક્ટ્રોનથી વિપરીત, તેમની સમાનતાની કાળજી લેતા નથી, પરંતુ તેમ છતાં તેમની લાક્ષણિકતાઓ એકદમ ચોક્કસ મર્યાદામાં જ બદલાય છે. આ "પરમિશનવાળા ઝોન" ની સૈદ્ધાંતિક સમજૂતી, એકવાર જાણીતી થઈ જાય, તે નોંધપાત્ર રીતે રસપ્રદ અને ઉપદેશક હોઈ શકે છે.

મનિન યુ.આઈ., મેથેમેટિક્સ એઝ એ ​​મેટાફર, એમ., “MCNMO પબ્લિશિંગ હાઉસ”, 2010, પૃષ્ઠ. 177-179.

ચાલો પ્રાથમિક કણોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પ્રકૃતિને ધ્યાનમાં લઈએ. કણો બળ ક્ષેત્રોના ક્વોન્ટાનું વિનિમય કરીને એકબીજા સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, અને, જેમ કે આજ સુધી સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું છે, ચાર પ્રકારના બળો, ચાર મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ, પ્રકૃતિમાં જોવા મળે છે:

મજબૂત (રાસાયણિક તત્વોના ન્યુક્લીમાં અણુ, બંધનકર્તા પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોન);

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક

નબળા (પ્રમાણમાં ધીમા બીટા ક્ષીણ માટે જવાબદાર)

ગુરુત્વાકર્ષણ (ન્યુટનના સાર્વત્રિક ગુરુત્વાકર્ષણના નિયમ તરફ દોરી જાય છે). ગુરુત્વાકર્ષણ અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ ગુરુત્વાકર્ષણ અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રોમાં થતા દળોનો સંદર્ભ આપે છે. ન્યુટન દ્વારા જથ્થાત્મક રીતે સ્થાપિત ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પ્રકૃતિ હજુ પણ સંપૂર્ણપણે નિર્ધારિત નથી, અને તે સ્પષ્ટ નથી કે આ ક્રિયા અવકાશ દ્વારા કેવી રીતે પ્રસારિત થાય છે.

મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાથી સંબંધિત પરમાણુ દળો ન્યુક્લીમાં લગભગ 10-15 મીટરના અંતરે કાર્ય કરે છે અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રોના કુલોમ્બ દળોની પ્રતિકૂળ અસર પર પ્રવર્તતી તેમની સ્થિરતાને સુનિશ્ચિત કરે છે. તેથી, પરમાણુ દળો મુખ્યત્વે આકર્ષક દળો છે અને પ્રોટોન વચ્ચે કાર્ય કરે છે ( આર- આર) અને ન્યુટ્રોન ( n- n). પ્રોટોન-ન્યુટ્રોન ક્રિયાપ્રતિક્રિયા પણ છે ( પી- n). આ કણો ન્યુક્લિયનના એક જૂથમાં જોડાયેલા હોવાથી, આ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને ન્યુક્લિયન-ન્યુક્લિયન પણ કહેવામાં આવે છે.

નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ પરમાણુ સડોની પ્રક્રિયાઓમાં અથવા વધુ વ્યાપક રીતે, ઇલેક્ટ્રોન અને ન્યુટ્રિનો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાની પ્રક્રિયાઓમાં પોતાને પ્રગટ કરે છે (તે પ્રાથમિક કણોની કોઈપણ જોડી વચ્ચે પણ અસ્તિત્વમાં હોઈ શકે છે).

આપણે પહેલેથી જ જાણીએ છીએ તેમ, ગુરુત્વાકર્ષણ અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ 1/ તરીકે અંતર સાથે બદલાય છે આર 2 અને લાંબા અંતરની છે. પરમાણુ (મજબૂત) અને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ ટૂંકા અંતરની છે. તેમની તીવ્રતાના સંદર્ભમાં, મુખ્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ નીચેના ક્રમમાં ગોઠવાય છે: મજબૂત (પરમાણુ), વિદ્યુત, નબળા, ગુરુત્વાકર્ષણ.

એવું માનવામાં આવે છે કે ક્વોન્ટા - આ ચાર બળ ક્ષેત્રોના વાહકો અનુક્રમે છે: મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા માટે - માસ વિનાના ગ્લુઓન્સ (8); ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક માટે - માસ વિનાના ફોટોન (સ્પિન 1 સાથે પ્રકાશ ક્વોન્ટા); નબળા માટે - બોસોન (પ્રોટોન કરતા 90 ગણા ભારે ત્રણ કણો) અને ગુરુત્વાકર્ષણ માટે - સમૂહ વિનાના ગુરુત્વાકર્ષણ (સ્પિન 2 સાથે).

ગ્લુઓન્સ પ્રોટોન અને ન્યુક્લીની અંદર ક્વાર્કને ગુંદર કરે છે અને પકડી રાખે છે. આ તમામ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા ક્ષેત્રોના ક્વોન્ટામાં પૂર્ણાંક સ્પિન હોય છે અને તેથી તે બોસોન છે, કણો - ફર્મિઓન્સથી વિપરીત, જે 1/2 સ્પિન ધરાવે છે. ગ્લુઓન્સ અને ક્વાર્કમાં એક પ્રકારનો "ચાર્જ" હોય છે, જેને સામાન્ય રીતે "કલર ચાર્જ" અથવા ફક્ત "રંગ" કહેવામાં આવે છે. ક્વોન્ટમ ક્રોમોડાયનેમિક્સમાં, ફક્ત ત્રણ રંગો સ્વીકાર્ય માનવામાં આવે છે - લાલ, વાદળી અને લીલો. ગ્લુઅન્સ અને ક્વાર્ક હજુ સુધી પ્રત્યક્ષ રીતે જોવામાં આવ્યા નથી, અને એવું માનવામાં આવે છે કે રંગીન ક્વાર્કને ન્યુક્લિયસમાંથી બહાર ઉડવાનો "અધિકાર નથી", જેમ કે ફોનોન્સ - અણુઓની સ્ફટિક જાળીના થર્મલ સ્પંદનોનો ક્વોન્ટા - માત્ર નક્કર પદાર્થોની અંદર જ અસ્તિત્વ ધરાવે છે. . હેડ્રોનમાં ક્વાર્ક અને ગ્લુઅન્સને બંધનકર્તા અથવા બંધન કરવાની આ ગુણધર્મને બંધન કહેવામાં આવે છે. વિવિધ કણોની અથડામણ દરમિયાન પરમાણુ પ્રતિક્રિયાઓમાં ઉદ્ભવતા હેડ્રોન - બેરીયોન્સ અને મેસોન્સના રૂપમાં ક્વાર્કના માત્ર સફેદ ("રંગહીન") સંયોજનોને જ ન્યુક્લિયસમાંથી ઉડવાનો અને અવલોકન કરવાનો અધિકાર છે. તે વિચિત્ર છે કે એક જ ક્વાર્ક, જે કેટલીક પ્રક્રિયાઓના પરિણામે દેખાય છે, લગભગ તરત જ (10 -21 સેકંડની અંદર) પોતાને હેડ્રોનમાં "પૂર્ણ" કરે છે અને હવે હેડ્રોનમાંથી બહાર ઉડી શકતું નથી.

ચાર મૂળભૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ ચાર વિશ્વ સ્થિરાંકોને અનુરૂપ છે. ભૌતિક સ્થિરાંકોની જબરજસ્ત સંખ્યામાં પરિમાણો હોય છે જે સંદર્ભ એકમોની સિસ્ટમ પર આધાર રાખે છે, ઉદાહરણ તરીકે, SI (એકમોની આંતરરાષ્ટ્રીય સિસ્ટમ - આંતરરાષ્ટ્રીય સિસ્ટમ) ચાર્જમાં ઇ=1.6 10 -19 સે, તેનું દળ t = 9.1 · 10 -31 કિગ્રા. વિવિધ સંદર્ભ પ્રણાલીઓમાં, મૂળભૂત એકમોમાં વિવિધ સંખ્યાત્મક મૂલ્યો અને પરિમાણો હોય છે. આ પરિસ્થિતિ વિજ્ઞાનને અનુરૂપ નથી, કારણ કે પ્રારંભિક એકમો અને સંદર્ભ પ્રણાલીઓની શરતી પસંદગી સાથે સંકળાયેલ ન હોય તેવા પરિમાણહીન સ્થિરાંકો રાખવા વધુ અનુકૂળ છે. વધુમાં, મૂળભૂત સ્થિરાંકો ભૌતિક સિદ્ધાંતોમાંથી મેળવવામાં આવતા નથી, પરંતુ પ્રાયોગિક રીતે નક્કી કરવામાં આવે છે. આ અર્થમાં, સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્રને પ્રકૃતિના ગુણધર્મો સમજાવવા માટે સ્વ-પર્યાપ્ત અને સંપૂર્ણ ગણી શકાય નહીં જ્યાં સુધી વિશ્વ સ્થિરાંકો સાથે સંકળાયેલ સમસ્યાને સમજી અને સમજાવવામાં ન આવે.

ભૌતિક સ્થિરાંકોના પરિમાણોનું વિશ્લેષણ એ સમજણ તરફ દોરી જાય છે કે તેઓ વ્યક્તિગત ભૌતિક સિદ્ધાંતોના નિર્માણમાં ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. જો કે, જો આપણે તમામ ભૌતિક પ્રક્રિયાઓનું એકીકૃત સૈદ્ધાંતિક વર્ણન બનાવવાનો પ્રયાસ કરીએ, એટલે કે, બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, સૂક્ષ્મથી મેક્રો સ્તર સુધી વિશ્વનું એકીકૃત વૈજ્ઞાનિક ચિત્ર ઘડવાનો, તો પછી મુખ્ય, નિર્ણાયક ભૂમિકા પરિમાણહીન દ્વારા ભજવવી જોઈએ. , એટલે કે "સાચું" વિશ્વસ્થિરાંકો આ મુખ્ય ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓના સ્થિરાંકો છે.

ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્થિર:

ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સ્થિર:

.

મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સતત:

,

જ્યાં - કલર ચાર્જ (અંગ્રેજી શબ્દ "સ્ટ્રોંગ" માંથી અનુક્રમણિકા "s" - મજબૂત.)

નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સતત:

,

જ્યાં g~ 1.4 10 -62 J m 3 - ફર્મી સતત.(અંગ્રેજી શબ્દ "નબળા" માંથી અનુક્રમણિકા "w" નબળો છે.) નોંધ કરો કે ગુરુત્વાકર્ષણ ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના પરિમાણીય સ્થિરાંક I. ન્યૂટને પોતે મેળવ્યા હતા: જી~ 6.67·10 -11 મીટર 3 · સે 2 · કિગ્રા -1.

તે જાણીતું છે કે સાર્વત્રિક ગુરુત્વાકર્ષણનો આ નિયમ અયોગ્ય છે, કારણ કે તે પ્રાયોગિક તથ્યોના સામાન્યીકરણ દ્વારા મેળવવામાં આવ્યો હતો. તદુપરાંત, જ્યાં સુધી ગુરુત્વાકર્ષણની પદ્ધતિ પોતે સ્પષ્ટ ન થાય ત્યાં સુધી તેના સંપૂર્ણ ન્યાયની ખાતરી આપી શકાતી નથી. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સતત એ જ કણોમાં ચાર્જ થયેલા કણોના રૂપાંતર માટે જવાબદાર છે, પરંતુ તેમની હિલચાલની ગતિમાં ફેરફાર અને વધારાના કણોના દેખાવ સાથે - ફોટોન. મજબૂત અને નબળા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ માઇક્રોવર્લ્ડની પ્રક્રિયાઓમાં પોતાને પ્રગટ કરે છે, જ્યાં કણોનું આંતર-રૂપાંતરણ શક્ય છે. તેથી, મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સતત બેરીઓન ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓને પ્રમાણિત કરે છે. નબળી ક્રિયાપ્રતિક્રિયા સતત ન્યુટ્રિનો અને એન્ટિન્યુટ્રિનોની ભાગીદારી સાથે પ્રાથમિક કણોના પરિવર્તનની તીવ્રતા સાથે સંકળાયેલ છે.

એવું માનવામાં આવે છે કે તમામ ચાર પ્રકારની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અને તેમના સ્થિરાંકો બ્રહ્માંડની વર્તમાન રચના અને અસ્તિત્વને નિર્ધારિત કરે છે. આમ, ગુરુત્વાકર્ષણ ગ્રહોને તેમની ભ્રમણકક્ષામાં અને પૃથ્વી પરના શરીરમાં ધરાવે છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક - અણુઓમાં ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે અને તેમને પરમાણુઓમાં જોડે છે, જેમાંથી આપણે પોતે જ બનેલા છીએ. નબળા - તારાઓ અને સૂર્યના લાંબા ગાળાના "બર્નિંગ" ને સુનિશ્ચિત કરે છે, જે પૃથ્વી પરની તમામ જીવન પ્રક્રિયાઓ માટે ઊર્જા પ્રદાન કરે છે. મજબૂત ક્રિયાપ્રતિક્રિયા મોટાભાગના અણુ ન્યુક્લીના સ્થિર અસ્તિત્વને સુનિશ્ચિત કરે છે. સૈદ્ધાંતિક ભૌતિકશાસ્ત્ર દર્શાવે છે કે આ અથવા અન્ય સ્થિરાંકોના આંકડાકીય મૂલ્યોમાં ફેરફાર બ્રહ્માંડના એક અથવા વધુ માળખાકીય તત્વોની સ્થિરતાના વિનાશ તરફ દોરી જાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, ઇલેક્ટ્રોન માસમાં વધારો m 0 થી ~ 0.5 MeV થી 0.9 MeV સૂર્ય ચક્રમાં ડ્યુટેરિયમ ઉત્પાદન પ્રતિક્રિયામાં ઊર્જા સંતુલનને વિક્ષેપિત કરશે અને સ્થિર અણુઓ અને આઇસોટોપ્સના અસ્થિરતા તરફ દોરી જશે. ડ્યુટેરિયમ એ હાઇડ્રોજન અણુ છે જેમાં પ્રોટોન અને ન્યુટ્રોનનો સમાવેશ થાય છે. આ A = 2 સાથે "ભારે" હાઇડ્રોજન છે (ટ્રિટિયમમાં A = 3 છે.) ઘટાડો માત્ર 40% ડ્યુટેરિયમ અસ્થિર છે. આ વધારો બાયપ્રોટોનને સ્થિર બનાવશે, જે બ્રહ્માંડના ઉત્ક્રાંતિના પ્રારંભિક તબક્કામાં હાઇડ્રોજનને બાળી નાખશે. સતત 1/170 ની અંદર બદલાય છે< < 1/80. Другие значения приводят к невозможности должного отталкивания протонов в ядрах, а это ведет к нестабильности атомов. Увеличение મુક્ત ન્યુટ્રોનના જીવનકાળમાં ઘટાડો તરફ દોરી જશે. આનો અર્થ એ થયો કે બ્રહ્માંડના પ્રારંભિક તબક્કે, હિલીયમનું નિર્માણ થયું ન હોત અને કાર્બન 3α ના સંશ્લેષણ દરમિયાન α કણોની કોઈ ફ્યુઝન પ્રતિક્રિયા ન હોત. -> 12C. પછી, આપણા કાર્બન બ્રહ્માંડને બદલે, એક હાઇડ્રોજન બ્રહ્માંડ હશે. ઘટાડો એ હકીકત તરફ દોરી જશે કે બધા પ્રોટોન α કણો (હિલીયમ બ્રહ્માંડ) માં બંધાયેલા હશે.

આધુનિક પ્રાકૃતિક વિજ્ઞાનમાં, એવું માનવામાં આવે છે કે વિશ્વના સ્થિરાંકો બ્રહ્માંડના જન્મની ક્ષણથી 10 -35 સેકંડથી શરૂ થઈને સ્થિર છે અને આ રીતે, આપણા બ્રહ્માંડમાં, એક ખૂબ જ ચોક્કસ "ગોઠવણ" છે. વિશ્વ સ્થિરાંકોના સંખ્યાત્મક મૂલ્યો કે જે ન્યુક્લી અને અણુઓ, તારાઓ અને તારાવિશ્વોના અસ્તિત્વ માટે જરૂરી મૂલ્યો નક્કી કરે છે. આવી પરિસ્થિતિની ઘટના અને અસ્તિત્વ સ્પષ્ટ નથી. આ "ગોઠવણ" (અચલો જે છે તે બરાબર છે!) માત્ર જટિલ અકાર્બનિક અને કાર્બનિક જ નહીં, પણ માનવો સહિત જીવંત સજીવોના અસ્તિત્વ માટે પરિસ્થિતિઓ બનાવે છે. પી. ડીરાકે મૂળભૂત સ્થિરાંકોના સમયમાં સંયુક્ત પરિવર્તનનો વિચાર વ્યક્ત કર્યો. સામાન્ય રીતે, આપણે માની શકીએ છીએ કે ભૌતિક વિશ્વની વિવિધતા અને એકતા, તેનો ક્રમ અને સંવાદિતા, અનુમાન અને પુનરાવર્તિતતા નાની સંખ્યામાં મૂળભૂત સ્થિરાંકોની સિસ્ટમ દ્વારા રચાય છે અને નિયંત્રિત થાય છે.