Харилцааны тогтмол

Оросын "Уламжлал" үнэгүй нэвтэрхий толь бичгийн материал

Харилцааны тогтмол(заримдаа энэ нэр томъёог ашигладаг холболтын тогтмол) нь тоосонцор эсвэл талбайн аливаа харилцан үйлчлэлийн харьцангуй хүчийг тодорхойлдог талбайн онолын параметр юм. Квантын талбайн онолд харилцан үйлчлэлийн тогтмолууд нь харгалзах харилцан үйлчлэлийн диаграмм дээрх оройтой холбоотой байдаг. Хэмжээгүй параметрүүд болон харилцан үйлчлэлийг тодорхойлдог, хэмжээстэй холбогдох хэмжигдэхүүнүүдийг харилцан үйлчлэлийн тогтмол болгон ашигладаг. Жишээ нь хэмжээсгүй цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл ба цахилгаан харилцан үйлчлэлийг C хэлээр хэмждэг.

Харилцааны харьцуулалт

Хэрэв та бүх дөрвөн үндсэн харилцан үйлчлэлд оролцдог объектыг сонговол ерөнхий дүрмийн дагуу олдсон энэ объектын хэмжээсгүй харилцан үйлчлэлийн тогтмолуудын утгууд нь эдгээр харилцан үйлчлэлийн харьцангуй хүчийг харуулах болно. Протоныг ихэвчлэн энгийн бөөмсийн түвшинд ийм объект болгон ашигладаг. Харилцан хамаарлыг харьцуулах үндсэн энерги нь фотоны цахилгаан соронзон энерги бөгөөд тодорхойлолтоор бол дараахтай тэнцүү байна.

Энд - , гэрлийн хурд, фотоны долгионы урт. Орчин үеийн шинжлэх ухаан нь цахилгаан соронзон долгион дээр суурилсан долгионы үзэл баримтлалд тулгуурладаг тул фотоны энергийг сонгох нь санамсаргүй зүйл биш юм. Тэдгээрийн тусламжтайгаар бүх үндсэн хэмжилтийг хийдэг - урт, цаг хугацаа, эрчим хүч зэрэг.

Таталцлын харилцан үйлчлэл

Сул харилцан үйлчлэл

Сул харилцан үйлчлэлтэй холбоотой энергийг дараах байдлаар илэрхийлж болно.

сул харилцан үйлчлэлийн үр дүнтэй цэнэг хаана байна, сул харилцан үйлчлэлийн тээвэрлэгч гэж тооцогддог виртуал бөөмсийн масс (W ба Z-бозонууд).

Протоны үр дүнтэй сул харилцан үйлчлэлийн цэнэгийн квадратыг Ферми тогтмол J m3 ба протоны массаар илэрхийлнэ.

Хангалттай бага зайд харилцан үйлчлэлийн сул энерги дэх экспоненциалыг үл тоомсорлож болно. Энэ тохиолдолд хэмжээсгүй сул харилцан үйлчлэлийн тогтмолыг дараах байдлаар тодорхойлно.

Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл

Хоёр суурин протоны цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийг цахилгаан статик эрчим хүчээр дүрсэлдэг.

Хаана - , - .

Энэ энергийн фотоны энергийн харьцаа нь цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн тогтмолыг тодорхойлдог бөгөөд үүнийг:

Хүчтэй харилцан үйлчлэл

Адроны түвшинд бөөмийн физикийн стандарт загварыг адронд багтсан "үлдэгдэл" харилцан үйлчлэл гэж үздэг. Глюонууд нь хүчтэй харилцан үйлчлэлийн тээгч болохын хувьд адрон хоорондын зайд виртуал мезон үүсгэдэг гэж үздэг. Юкава пион-нуклонон загварт нуклонуудын хоорондох цөмийн хүчийг виртуал пионуудын солилцооны үр дүнд тайлбарладаг бөгөөд харилцан үйлчлэлийн энерги нь дараах хэлбэртэй байна.

псевдоскаляр пион-нуклон харилцан үйлчлэлийн үр дүнтэй цэнэг хаана байна, ба пионы масс.

Хэмжээгүй хүчтэй харилцан үйлчлэлийн тогтмол нь:

Квантын талбайн онол дахь тогтмолууд

Талбайн онол дахь харилцан үйлчлэлийн үр нөлөөг ихэвчлэн цочролын онолыг ашиглан тодорхойлдог бөгөөд тэгшитгэл дэх функцуудыг харилцан үйлчлэлийн тогтмолын хүчээр өргөжүүлдэг. Ерөнхийдөө, хүчтэй харилцан үйлчлээс бусад бүх харилцан үйлчлэлийн хувьд харилцан үйлчлэлийн тогтмол нь нэгдмэл байдлаас хамаагүй бага байдаг. Энэ нь түгшүүрийн онолын хэрэглээг үр дүнтэй болгодог, учир нь өргөтгөлийн тэргүүлэх нөхцлүүдийн хувь нэмэр хурдан буурч, тэдгээрийг тооцоолох шаардлагагүй болно. Хүчтэй харилцан үйлчлэлийн үед цочролын онол тохиромжгүй болж, бусад тооцооллын аргууд шаардлагатай болно.

Квантын талбайн онолын таамаглалуудын нэг нь "хөвөгч тогтмол" гэж нэрлэгддэг эффект бөгөөд үүний дагуу бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн явцад дамжуулагдсан энерги нэмэгдэхийн хэрээр харилцан үйлчлэлийн тогтмолууд аажмаар өөрчлөгддөг. Тиймээс цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн тогтмол нь нэмэгдэж, хүчтэй харилцан үйлчлэлийн тогтмол нь энерги нэмэгдэх тусам буурдаг. Квантын хромодинамик дахь кваркуудын хувьд тэдгээрийн хүчтэй харилцан үйлчлэлийн тогтмолыг танилцуулна.

Өөр кварктай харилцан үйлчлэх виртуал глюон ялгаруулдаг кваркийн үр дүнтэй өнгөний цэнэг хаана байна. Өндөр энергитэй бөөмсийн мөргөлдөөнд хүрсэн кваркуудын хоорондох зай багасах тусам логарифмын бууралт, хүчтэй харилцан үйлчлэл сулрах төлөвтэй байна (кваркуудын асимптот эрх чөлөөний нөлөө). Z-бозоны масс-энергийн дарааллын шилжүүлсэн энергийн масштабаар (91.19 ГэВ) энэ нь тогтоогдсон. Эрчим хүчний ижил масштабаар цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн тогтмол нь бага энергитэй үед ≈1/137 биш харин 1/127 дарааллын утга хүртэл нэмэгддэг. Бүр өндөр энергитэй үед 10 18 ГэВ-ийн дарааллаар бөөмсийн таталцлын, сул, цахилгаан соронзон, хүчтэй харилцан үйлчлэлийн тогтмолуудын утгууд нийлж, бүр хоорондоо тэнцүү болж магадгүй гэж үздэг.

Бусад онол дахь тогтмолууд

Мөрний онол

Мөрний онолд харилцан үйлчлэлийн тогтмолыг тогтмол хэмжигдэхүүн гэж үздэггүй, харин динамик шинж чанартай байдаг. Ялангуяа бага энергитэй үед утаснууд арван хэмжээст, өндөр энергитэй үед арван нэгэн хэмжээстээр хөдөлдөгтэй адил онол харагдаж байна. Хэмжээний тооны өөрчлөлт нь харилцан үйлчлэлийн тогтмолуудын өөрчлөлт дагалддаг.

Хүчтэй таталцал

Цахилгаан соронзон хүчнүүдтэй хамт хүчтэй харилцан үйлчлэлийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг гэж тооцогддог. Энэ загварт кварк ба глюонуудын харилцан үйлчлэлийг авч үзэхийн оронд зөвхөн хоёр үндсэн талбарыг харгалзан үздэг - таталцлын болон цахилгаан соронзон, тэдгээр нь энгийн бөөмсийн цэнэгтэй, масстай бодис, түүнчлэн тэдгээрийн хоорондын зайд ажилладаг. Энэ тохиолдолд кварк ба глюонууд нь бодит бөөмс биш, харин адрон бодист хамаарах квант шинж чанар, тэгш хэмийг тусгасан квази бөөм гэж үздэг. Энэ арга нь дор хаяж 19 ийм параметртэй бөөмийн физикийн стандарт загварт бараг үндэслэлгүй боловч үнэлэгдсэн чөлөөт параметрүүдийн физик онолын дээд амжилтыг эрс багасгадаг.

Өөр нэг үр дагавар нь сул ба хүчтэй харилцан үйлчлэлийг бие даасан талбайн харилцан үйлчлэл гэж үзэхгүй. Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь таталцлын болон цахилгаан соронзон хүчний нэгдлээс үүсдэг бөгөөд үүнд харилцан үйлчлэлийн саатлын нөлөө (диполь ба тойрог замын мушгих талбар ба соронзон хүч) ихээхэн үүрэг гүйцэтгэдэг. Үүний дагуу хүчтэй харилцан үйлчлэлийн тогтмолыг таталцлын харилцан үйлчлэлийн тогтмолтай адилтгаж тодорхойлно.

Хэрэв физик тогтмолууд өөрчлөгдвөл төсөөлшгүй сонин ертөнц байх байсан! Жишээлбэл, нарийн бүтэц гэж нэрлэгддэг тогтмол нь ойролцоогоор 1/137 байна. Хэрэв энэ нь өөр хэмжээтэй байсан бол матери болон энергийн хооронд ямар ч ялгаа байхгүй байж магадгүй юм.

Хэзээ ч өөрчлөгддөггүй зүйлүүд байдаг. Эрдэмтэд тэдгээрийг физик тогтмол буюу дэлхийн тогтмол гэж нэрлэдэг. Гэрлийн хурд $c$, таталцлын тогтмол $G$, электроны масс $m_e$ болон бусад зарим хэмжигдэхүүнүүд үргэлж, хаа сайгүй өөрчлөгддөггүй гэж үздэг. Эдгээр нь физикийн онолын үндэс суурь болж, Орчлон ертөнцийн бүтцийг тодорхойлдог.

Физикчид дэлхийн тогтмол хэмжигдэхүүнийг улам бүр өсөн нэмэгдэж буй нарийвчлалтайгаар хэмжихийн тулд шаргуу ажиллаж байгаа боловч тэдний үнэ цэнэ яагаад ийм байдгийг хэн ч тайлбарлаж чадаагүй байна. SI системд $c = 299792458$ м/с, $G = 6.673\cdot 10^(–11)Н\cdot$m$^2$/kg$^2$, $m_e = 9.10938188\cdot10^( –) 31)$ кг нь огт хамааралгүй хэмжигдэхүүн бөгөөд зөвхөн нэг нийтлэг шинж чанартай байдаг: хэрэв тэдгээр нь бага зэрэг өөрчлөгдвөл атомын цогц бүтэц, түүний дотор амьд организмууд оршин тогтнох эсэх нь том асуудал болно. Тогтмолуудын утгыг нотлох хүсэл нь одоо байгаа бүх үзэгдлийг бүрэн дүрсэлсэн нэгдсэн онолыг хөгжүүлэх хөшүүрэг болсон юм. Түүний тусламжтайгаар эрдэмтэд дэлхийн тогтмол хэмжээ нь байгалийн хуурамч дур зоргуудыг тодорхойлдог дотоод механизмаар тодорхойлогддог цорын ганц боломжит утгатай болохыг харуулах болно гэж найдаж байв.

Нэгдсэн онолын нэрийн жагсаалтад хамгийн сайн нэр дэвшигч нь М-онол (мөрний онолын хувилбар) гэж тооцогддог бөгөөд хэрэв орчлон ертөнц дөрвөн орон зай-цаг хугацаа биш, харин арван нэгэн хэмжигдэхүүнтэй бол хүчинтэй гэж үзэж болно. Үүний үр дүнд бидний ажиглаж буй тогтмолууд нь үнэндээ үндсэн биш байж магадгүй юм. Жинхэнэ тогтмолууд нь бүрэн олон хэмжээст орон зайд байдаг бөгөөд бид зөвхөн тэдний гурван хэмжээст "силуэт"-ийг л хардаг.

ТОЙМ: ДЭЛХИЙН БАЙГУУЛЛАГУУД

1. Олон физик тэгшитгэлд орон зай, цаг хугацааны хувьд тогтмол гэж тооцогддог хэмжигдэхүүнүүд байдаг.

2. Сүүлийн үед эрдэмтэд дэлхийн тогтмолуудын тогтвортой байдалд эргэлзэж байна. Тэд квазарын ажиглалт, лабораторийн хэмжилтийн үр дүнг харьцуулж үзэхэд алс холын үеийн химийн элементүүд одоогийнхоос өөрөөр гэрлийг шингээж авдаг байсан гэж дүгнэжээ. Ялгаа нь нарийн бүтцийн тогтмол дахь хэдэн ppm-ийн өөрчлөлтөөр тайлбарлагдаж болно.

3. Ийм бага ч гэсэн өөрчлөлтийг батлах нь шинжлэх ухаанд жинхэнэ хувьсгал болно. Ажиглагдсан тогтмолууд нь зөвхөн олон хэмжээст орон зай-цаг хугацааны бодит тогтмолуудын "силуэт" болж хувирч магадгүй юм.

Үүний зэрэгцээ физикчид олон тогтмолуудын утгууд нь Орчлон ертөнцийн түүхийн эхний үе шатанд санамсаргүй үйл явдал, энгийн бөөмс хоорондын харилцан үйлчлэлийн үр дүн байж магадгүй гэсэн дүгнэлтэд хүрсэн байна. Мөрний онол нь өөр өөр өөртөө нийцсэн хууль, тогтмол багц бүхий асар олон тооны ($10^(500)$) ертөнц оршин тогтнох боломжийг олгодог. “The Landscape of String Theory”, “In World of Science”, 2004 оны №12-ыг үзнэ үү.). Эрдэмтэд яагаад бидний хослолыг сонгосныг одоогоор мэдэхгүй байна. Цаашдын судалгааны үр дүнд логикийн хувьд боломжтой ертөнцийн тоо нэг болж багасч магадгүй ч манай Орчлон ертөнц бол нэгдсэн онолын тэгшитгэлийн янз бүрийн шийдлүүд хэрэгждэг олон ертөнцийн өчүүхэн хэсэг байж магадгүй юм. мөн бид зүгээр л байгалийн хуулиудын нэг хувилбарыг ажиглаж байна ( "Зэрэгцээ орчлон ертөнцүүд", "Шинжлэх ухааны ертөнцөд", 2003 оны 8 дугаарыг үзнэ үү.Энэ тохиолдолд дэлхийн олон тооны тогтмолуудын талаар ямар ч тайлбар байхгүй, гэхдээ тэдгээр нь ухамсрын хөгжлийг зөвшөөрдөг ховор хослолыг бүрдүүлдэг. Магадгүй бидний ажиглаж буй орчлон ертөнц нь хязгааргүй амьгүй орон зайгаар хүрээлэгдсэн олон тусгаарлагдсан баянбүрдүүдийн нэг болсон байж болох юм - байгалийн огт харь хүчнүүд ноёрхож, электрон гэх мэт бөөмс, нүүрстөрөгчийн атом, ДНХ молекул зэрэг бүтэц нь ердөө л боломжгүй зүйл юм. Тэнд очих гэсэн оролдлого нь зайлшгүй үхэлд хүргэнэ.

Мөрний онол нь физик тогтмолуудын илэрхий дур зоргоороо байдгийг тайлбарлахын тулд хэсэгчлэн боловсруулсан тул түүний үндсэн тэгшитгэл нь зөвхөн цөөн тооны дурын параметрүүдийг агуулдаг. Гэхдээ өнөөг хүртэл энэ нь тогтмолуудын ажиглагдсан утгыг тайлбарлаагүй байна.

Найдвартай захирагч

Үнэн хэрэгтээ "тогтмол" гэдэг үгийг ашиглах нь бүхэлдээ хууль ёсны биш юм. Бидний тогтмолууд цаг хугацаа, орон зайд өөрчлөгдөж болно. Хэрэв нэмэлт орон зайн хэмжээсүүд хэмжээ нь өөрчлөгдвөл бидний гурван хэмжээст ертөнц дэх тогтмолууд тэдгээрийг дагаж өөрчлөгдөх болно. Хэрэв бид сансар огторгуйг хангалттай харвал тогтмолууд өөр өөр утгыг авч байсан хэсгүүдийг харж болно. 1930-аад оноос хойш. Тогтмолууд тогтмол биш байж магадгүй гэж эрдэмтэд таамаглаж байна. Мөрний онол нь энэ санааг онолын хувьд үндэслэлтэй болгож, мөнх бус байдлын эрэл хайгуулыг улам чухал болгодог.

Эхний асуудал бол лабораторийн тохиргоо нь тогтмол хэмжигдэхүүнүүдийн өөрчлөлтөд мэдрэмтгий байж болох юм. Бүх атомын хэмжээ нэмэгдэж болох боловч хэмжилтэнд ашигласан захирагч нь урт болвол атомын хэмжээ өөрчлөгдөх талаар юу ч хэлж чадахгүй. Туршилтчид ихэвчлэн хэмжигдэхүүнүүдийн стандартыг (захирагч, жин, цаг) тогтмол гэж үздэг боловч тогтмол хэмжигдэхүүнийг турших үед үүнийг хийх боломжгүй юм. Судлаачид хэмжээсгүй тогтмолуудад анхаарлаа хандуулах хэрэгтэй - хэмжлийн нэгжийн системээс хамаардаггүй энгийн тоонууд, жишээлбэл, протоны массыг электрон масстай харьцуулсан харьцаа.

Орчлон ертөнцийн дотоод бүтэц өөрчлөгддөг үү?

Хамгийн сонирхолтой нь $\alpha = e^2/2\epsilon_0 h c$ бөгөөд гэрлийн хурд $c$, электроны цахилгаан цэнэг $e$, Планкийн тогтмол $h$ ба хэмжигдэхүүнийг нэгтгэсэн хэмжигдэхүүн юм. вакуум диэлектрик тогтмол $\epsilon_0$. Үүнийг нарийн бүтцийн тогтмол гэж нэрлэдэг. Үүнийг анх 1916 онд Арнольд Соммерфельд анх нэвтрүүлсэн бөгөөд тэрээр квант механикийг цахилгаан соронзонд хэрэглэхийг оролдсон анхны хүмүүсийн нэг юм: $\альфа $ нь цэнэгтэй бөөмстэй холбоотой цахилгаан соронзон (e) харилцан үйлчлэлийн харьцангуй (c) ба квант (h) шинж чанаруудыг холбодог. хоосон зайд ($\epsilon_0$). Хэмжилтээс харахад энэ утга 1/137.03599976 (ойролцоогоор 1/137) тэнцүү байна.

Хэрэв $\alpha $ өөр утгатай байсан бол бидний эргэн тойрон дахь ертөнц бүхэлдээ өөрчлөгдөх байсан. Хэрэв энэ нь бага байсан бол атомуудаас бүрдэх хатуу бодисын нягт багасах ($\альфа^3$-тай харьцуулахад), бага температурт молекулын холбоо тасрах ($\альфа^2$), тогтвортой элементүүдийн тоо буурах болно. үелэх системд нэмэгдэх боломжтой ($1/\альфа $). Хэрэв $\alpha $ хэт том байсан бол жижиг атомын цөмүүд оршин тогтнох боломжгүй, учир нь тэдгээрийг холбосон цөмийн хүчнүүд протонуудын харилцан түлхэлтээс сэргийлж чадахгүй. $\alpha >0.1 $ үед нүүрстөрөгч байх боломжгүй.

Одод дахь цөмийн урвалууд нь ялангуяа $\альфа $-ын үнэ цэнийг мэдэрдэг. Цөмийн нэгдэл үүсэхийн тулд одны таталцлын нөлөөгөөр бөөмүүд бие биенээ няцаах хандлагатай ч ойртоход хангалттай өндөр температурыг бий болгох ёстой. Хэрэв $\alpha $ 0.1-ээс хэтэрсэн бол синтез хийх боломжгүй болно (мэдээжийн хэрэг бусад үзүүлэлтүүд, жишээ нь электрон ба протоны массын харьцаа ижил хэвээр байвал). $\alpha$-ийн ердөө 4%-ийн өөрчлөлт нь нүүрстөрөгчийн цөм дэх энергийн түвшинд тийм хэмжээгээр нөлөөлж, одод үүсэх нь зүгээр л зогсох болно.

Цөмийн техникийг нэвтрүүлэх

Хоёрдахь, илүү ноцтой туршилтын асуудал бол тогтмолуудын өөрчлөлтийг хэмжихэд маш тогтвортой байх ёстой өндөр нарийвчлалтай төхөөрөмж шаардлагатай байдаг. Атомын цагны тусламжтайгаар ч гэсэн нарийн бүтцийн тогтмолын шилжилтийг хэдхэн жилийн дотор хянах боломжтой. Хэрэв $\alpha $ гурван жилийн дотор 4 $\cdot$ $10^(–15)$-с илүү өөрчлөгдвөл хамгийн нарийвчлалтай цагнууд үүнийг илрүүлэх болно. Гэсэн хэдий ч одоогоор ийм зүйл бүртгэгдээгүй байна. Тогтвортой байдлыг яагаад баталж болохгүй гэж? Гэхдээ гурван жил бол сансар огторгуйд нэгэн хором юм. Орчлон ертөнцийн түүхэн дэх удаан боловч мэдэгдэхүйц өөрчлөлтүүд анзаарагдахгүй байж магадгүй юм.

ХӨНГӨН БА НАРИЙН БҮТЭЦ ТОГТНО

Аз болоход физикчид туршилт хийх өөр аргыг олсон байна. 1970-аад онд Францын Цөмийн энергийн комиссын эрдэмтэд Габон (Баруун Африк) дахь Окло ураны уурхайн хүдрийн изотопын найрлага дахь зарим онцлог шинж чанарыг анзаарсан: энэ нь цөмийн реакторын хаягдалтай төстэй байв. Ойролцоогоор 2 тэрбум жилийн өмнө Окло хотод байгалийн цөмийн реактор үүссэн бололтой. "Тэнгэрлэг реактор", "Шинжлэх ухааны ертөнцөд", 2004 оны №1-ийг үзнэ үү).

1976 онд Ленинградын Цөмийн физикийн хүрээлэнгийн ажилтан Александр Шляхтер байгалийн реакторын гүйцэтгэл нь нейтроныг барьж авах самариумын цөмийн тодорхой төлөвийн нарийн энергиээс ихээхэн хамаардаг болохыг тэмдэглэжээ. Мөн энерги нь өөрөө $\alpha $-ын утгатай хүчтэй холбоотой. Тэгэхээр, хэрэв нарийн бүтцийн тогтмол нь бага зэрэг өөр байсан бол гинжин урвал үүсэхгүй байж магадгүй юм. Гэвч энэ нь үнэхээр болсон бөгөөд энэ нь сүүлийн 2 тэрбум жилийн хугацаанд тогтмол нь 1 $\cdot$ $10^(–8)$-аас илүү өөрчлөгдөөгүй гэсэн үг юм. (Байгалийн реакторын нөхцөл байдлын талаар зайлшгүй тодорхойгүй байдлаас болж физикчид яг тоон үр дүнгийн талаар үргэлжлүүлэн маргаж байна.)

1962 онд Принстоны Их Сургуулийн П.Жеймс Э.Пийблс, Роберт Дик нар эртний солируудад ийм шинжилгээг анх хэрэглэсэн: цацраг идэвхт задралын үр дүнд үүссэн изотопуудын харьцангуй элбэг байдал нь $\альфа $-оос хамаардаг. Хамгийн мэдрэмтгий хязгаарлалт нь рениийг осми болгон хувиргах явцад бета задралтай холбоотой байдаг. Миннесотагийн их сургуулийн Кейт Олив, Бритиш Колумбын Викториягийн их сургуулийн Максим Поспелов нарын саяхан хийсэн судалгаагаар солирууд үүсэх үед $\альфа $ одоогийн үнэ цэнээсээ 2 $\cdot$$10^ (-)-ээр ялгаатай байжээ. 6) доллар. Энэ үр дүн нь Оклогийн өгөгдлөөс бага нарийвчлалтай боловч 4.6 тэрбум жилийн өмнө Нарны аймаг бий болсон цаг үе рүү шилждэг.

Илүү урт хугацааны өөрчлөлтийг судлахын тулд судлаачид тэнгэр рүү харах ёстой. Алс холын одон орны биетүүдээс ирж буй гэрэл нь бидний дуранд хүрэхийн тулд хэдэн тэрбум жил шаардагддаг бөгөөд тэр үеийн хууль тогтоомж, дэлхийн тогтмолуудын ул мөрийг үлдээдэг.

Спектрийн шугамууд

Одон орон судлаачид 1965 онд дэлхийгээс асар хол зайд байрлах гэрлийн тод эх үүсвэр болохыг дөнгөж олж илрүүлсэн квазаруудыг нээсний дараахан тогтмолуудын түүхэнд оролцож эхэлсэн. Квазараас бидэнд хүрэх гэрлийн зам маш урт учраас залуу галактикуудын хийн хорооллуудыг дайран өнгөрдөг. Хий нь квазарын гэрлийг тодорхой давтамжтайгаар шингээж, түүний спектр дээр нарийн шугамын зураасан кодыг дардаг (доорх хайрцгийг харна уу).

КВАСАРЫН ЦАЦАРГИЙН ӨӨРЧЛӨЛТИЙГ ХАЙЖ БАЙНА

Хий гэрлийг шингээх үед атомуудад агуулагдах электронууд бага энергийн түвшнээс өндөр түвшинд үсэрдэг. Энергийн түвшин нь атомын цөм электронуудыг хэр нягт барьж байгаагаар тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь тэдгээрийн хоорондох цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн хүч, улмаар нарийн бүтцийн тогтмол байдлаас хамаардаг. Хэрэв энэ нь гэрлийг шингээж авах үед эсвэл Орчлон ертөнцийн зарим тодорхой бүс нутагт өөр байсан бол электроныг шинэ түвшинд шилжүүлэхэд шаардагдах энерги, шилжилтийн долгионы урт нь ажиглагдсан. спектрүүд нь өнөөдөр лабораторийн туршилтаар ажиглагдсанаас ялгаатай байх ёстой. Долгионы уртын өөрчлөлтийн шинж чанар нь атомын тойрог зам дахь электронуудын тархалтаас ихээхэн хамаардаг. $\alpha $-д өгөгдсөн өөрчлөлтийн хувьд зарим долгионы урт буурч, бусад нь нэмэгддэг. Эффектийн нарийн төвөгтэй загварыг өгөгдлийн тохируулгын алдаатай андуурахад хэцүү байдаг тул ийм туршилтыг маш ашигтай болгодог.

Бид долоон жилийн өмнө ажилдаа ороход хоёр асуудалтай тулгарсан. Нэгдүгээрт, олон спектрийн шугамын долгионы уртыг хангалттай нарийвчлалтайгаар хэмжээгүй байна. Хачирхалтай нь эрдэмтэд хуурай газрын дээжийн спектрээс илүү олон тэрбум гэрлийн жилийн зайд орших квазаруудын спектрийн талаар илүү ихийг мэддэг байсан. Бид квазар спектрийг харьцуулахын тулд өндөр нарийвчлалтай лабораторийн хэмжилт хийх шаардлагатай байсан бөгөөд бид туршилтыг зохих хэмжилт хийхийг ятгасан. Тэднийг Лондонгийн Империал коллежийн Энн Торн, Жульет Пикеринг нар гүйцэтгэсэн бол Шведийн Лунд ажиглалтын төвийн Свенерик Йоханссон, Мэрилэнд дэх Үндэсний Стандарт, Технологийн Хүрээлэнгийн Ульф Грисманн, Райнер Райнер Клинг нараар ахлуулсан багууд удаалжээ.

Хоёрдахь асуудал бол өмнөх ажиглагчид нүүрстөрөгч эсвэл цахиурын атомын хийд үүсдэг шүлтийн хос шугамыг ашигласан явдал байв. Тэд квазар спектрийн эдгээр шугамын хоорондох зайг лабораторийн хэмжилттэй харьцуулсан. Гэсэн хэдий ч энэ арга нь тодорхой нэг үзэгдлийг ашиглахыг зөвшөөрөөгүй: $ \ alpha $ -ийн хэлбэлзэл нь атомын энергийн түвшний хоорондын интервалыг хамгийн бага энергитэй (үндсэн төлөв) түвшинтэй харьцуулахад өөрчлөгдөхөд хүргэдэг. мөн үндсэн төлөвийн байрлалын өөрчлөлт. Үнэндээ хоёр дахь нөлөө нь эхнийхээс ч илүү хүчтэй байдаг. Үүний үр дүнд ажиглалтын нарийвчлал нь ердөө 1 $\cdot$ $10^(–4)$ байв.

1999 онд уг нийтлэлийн зохиогчдын нэг (Вэб) болон Австралийн Шинэ Өмнөд Уэльсийн их сургуулийн Виктор В.Фламбаум нар хоёр нөлөөг харгалзан үзэх арга техникийг боловсруулсан. Үүний үр дүнд мэдрэмтгий байдал 10 дахин нэмэгдсэн. Үүнээс гадна янз бүрийн төрлийн атомуудыг (жишээлбэл, магни, төмөр) харьцуулж, нэмэлт шалгалт хийх боломжтой болсон. Янз бүрийн төрлийн атомуудад ажиглагдсан долгионы урт хэрхэн өөрчлөгдөж байгааг тодорхойлохын тулд нарийн төвөгтэй тооцоолол хийх шаардлагатай байв. Орчин үеийн телескоп, мэдрэгчээр зэвсэглэсэн бид $\alpha $-ын тогтмол байдлыг олон тооны олон тооны шинэ аргыг ашиглан урьд өмнө хэзээ ч байгаагүй нарийвчлалтайгаар туршихаар шийдсэн.

Үзэл бодлыг дахин авч үзэх

Туршилтыг эхлүүлэхдээ бид зүгээр л эрт дээр үед нарийн бүтцийн тогтмолын утга одоогийнхтой ижил байсныг илүү нарийвчлалтай тогтоохыг хүссэн. Бидний гайхшралыг 1999 онд олж авсан үр дүн нь бага зэрэг боловч статистикийн хувьд мэдэгдэхүйц зөрүүтэй байсан нь хожим батлагдсан юм. 128 квазар шингээлтийн шугамын өгөгдлийг ашиглан бид сүүлийн 6-12 тэрбум жилийн хугацаанд $\alpha $ 6 $\cdot$ $10^(–6)$-оор нэмэгдсэнийг тэмдэглэв.

Нарийн бүтцийн тогтмол хэмжилтийн үр дүн нь тодорхой дүгнэлт гаргах боломжийг бидэнд олгодоггүй. Тэдний зарим нь одоогийнхоос жижиг байсныг илтгэж байхад зарим нь тийм биш юм. Магадгүй α алс холын үед өөрчлөгдөж байсан ч одоо тогтмол болсон. (Тэгш өнцөгт нь өгөгдлийн өөрчлөлтийн хүрээг илэрхийлнэ.)

Зоригтой мэдэгдлүүд нь ихээхэн нотлох баримт шаарддаг тул бидний эхний алхам бол өгөгдөл цуглуулах, дүн шинжилгээ хийх арга барилаа сайтар хянаж үзэх явдал байв. Хэмжилтийн алдааг системчилсэн ба санамсаргүй гэсэн хоёр төрөлд хувааж болно. Санамсаргүй алдаатай тохиолдолд бүх зүйл энгийн байдаг. Хувь хүний ​​хэмжилт бүрт тэд өөр өөр утгыг авдаг бөгөөд олон тооны хэмжилтийн үед дундаж утгыг авч, тэг рүү чиглэдэг. Дундаж тооцоогүй системчилсэн алдаатай тэмцэхэд илүү хэцүү байдаг. Одон орон судлалд энэ төрлийн тодорхойгүй байдал алхам тутамд тулгардаг. Лабораторийн туршилтуудад алдааг багасгахын тулд багажийн тохиргоог тохируулж болох боловч одон орон судлаачид орчлон ертөнцийг "нарийн тохируулж" чадахгүй бөгөөд тэдний мэдээлэл цуглуулах бүх аргууд нь зайлшгүй хэвийх шинж чанартай байдаг гэдгийг хүлээн зөвшөөрөх ёстой. Жишээлбэл, галактикуудын ажиглагдсан орон зайн тархалт нь тэдгээрийг ажиглахад хялбар байдаг тул тод галактикууд руу мэдэгдэхүйц хазайдаг. Ийм өрөөсгөл байдлыг олж тогтоох, саармагжуулах нь ажиглагчдын хувьд байнгын сорилт болдог.

Бид эхлээд квазарын спектрийн шугамыг хэмжсэн долгионы уртын масштабын гажуудлыг анзаарсан. Энэ нь жишээлбэл, квазаруудыг ажиглах "түүхий" үр дүнг тохируулсан спектр болгон боловсруулах явцад үүсч болно. Хэдийгээр долгионы уртын хуваарийг энгийн шугаман сунгах эсвэл багасгах нь $\альфа $-ын өөрчлөлтийг яг таг дуурайж чадахгүй ч ойролцоогоор ижил төстэй байдал нь үр дүнг тайлбарлахад хангалттай байх болно. Бид квазарын ажиглалтын үр дүнгийн оронд шалгалт тохируулгын өгөгдлийг орлуулах замаар гажуудалтай холбоотой энгийн алдаануудыг аажмаар арилгасан.

Бид хоёр жил гаруйн хугацаанд нөлөөлөл нь өчүүхэн байхын тулд өрөөсгөл байдлын янз бүрийн шалтгааныг судалж үзсэн. Бид ноцтой алдааны нэг л эх сурвалжийг олсон. Бид магнийн шингээлтийн шугамын тухай ярьж байна. Түүний гурван тогтвортой изотоп тус бүр өөр өөр долгионы урттай гэрлийг шингээдэг бөгөөд тэдгээр нь хоорондоо маш ойрхон бөгөөд квазаруудын спектрт нэг шугам хэлбэрээр харагддаг. Изотопын харьцангуй элбэг дэлбэг байдлын лабораторийн хэмжилт дээр үндэслэн судлаачид тус бүрийн оруулсан хувь нэмрийг үнэлдэг. Хэрэв магни ялгаруулж буй одод одоогийнхоос дунджаар илүү жинтэй байсан бол залуу орчлонд тэдний тархалт өнөөдрийнхөөс эрс ялгаатай байж болох юм. Ийм ялгаа нь $\alpha$-ын өөрчлөлтийг дуурайж болох боловч энэ жил хэвлэгдсэн судалгааны үр дүн ажиглагдсан баримтуудыг тайлбарлахад тийм ч хялбар биш байгааг харуулж байна. Австралийн Суинберн Технологийн Их Сургуулийн Йеше Феннер, Брэд К.Гибсон, Кембрижийн Их Сургуулийн Майкл Т.Мөрфи нар $\альфа $-ын өөрчлөлтийг дуурайхад шаардлагатай изотопын элбэг дэлбэг байдал нь орчлон ертөнцийн эхэн үед азотын илүүдэл нийлэгжилтэд хүргэдэг гэж дүгнэжээ. Энэ нь ажиглалттай огт нийцэхгүй байна. Тиймээс бид $\alpha $ өөрчлөгдсөн байх боломжийг хүлээн зөвшөөрөх ёстой.

ЗАРИМДАА ӨӨРЧЛӨГДӨД БАЙДАГ ЗААВААД ӨӨРЧЛӨГГҮЙ

Өгүүллийн зохиогчдын дэвшүүлсэн таамаглалаар сансар огторгуйн түүхийн зарим үед нарийн бүтцийн тогтмол байдал өөрчлөгдөөгүй хэвээр байсан бол заримд нь нэмэгдсэн байна. Туршилтын өгөгдөл (өмнөх хайрцгийг харна уу) энэ таамаглалтай нийцэж байна.

Шинжлэх ухааны нийгэмлэг бидний үр дүнгийн ач холбогдлыг шууд үнэлэв. Дэлхий даяар квазар спектрийн судлаачид тэр даруй хэмжилт хийж эхлэв. 2003 онд нэрэмжит Санкт-Петербургийн Физик, технологийн хүрээлэнгийн Сергей Левшаковын судалгааны бүлгүүд. Гамбургийн их сургуулийн Иоффе, Ральф Куаст нар гурван шинэ квазар системийг судалжээ. Өнгөрсөн жил Энэтхэгийн Их сургууль хоорондын Одон орон, астрофизикийн төвийн ажилтан Хум Чанд, Рагхунатан Шриананд, Астрофизикийн хүрээлэнгийн Патрик Петижан, Парис дахь ЛЕРМА-гийн Бастиен Аракил нар нэмэлт 23 тохиолдлыг шинжилжээ. Аль ч бүлэг $\alpha$-д өөрчлөлт олсонгүй. Чанд 6-10 тэрбум жилийн өмнөх аливаа өөрчлөлт саяд нэгээс ч бага байх ёстой гэж үздэг.

Төрөл бүрийн эх сурвалжийн өгөгдөлд дүн шинжилгээ хийхэд ашигласан ижил төстэй арга техник яагаад ийм эрс зөрүүтэй байдалд хүргэсэн бэ? Хариулт нь тодорхойгүй хэвээр байна. Дээр дурдсан судлаачдын олж авсан үр дүн нь маш сайн чанартай боловч тэдгээрийн дээжийн хэмжээ, шинжилгээнд хамрагдсан цацрагийн нас нь манайхаас хамаагүй бага юм. Үүнээс гадна Чанд олон талт аргын хялбаршуулсан хувилбарыг ашигласан бөгөөд бүх туршилтын болон системчилсэн алдааг бүрэн үнэлээгүй.

Принстоны нэрт астрофизикч Жон Бахкалл олон талт аргыг өөрөө шүүмжилсэн боловч түүний онцолж буй асуудлууд нь санамсаргүй алдааны ангилалд багтдаг бөгөөд том дээж ашиглах үед үүнийг багасгадаг. Бэколл, түүнчлэн Үндэсний лабораторийн Жеффри Ньюман нар. Беркли дэх Лоуренс шингээлтийн шугамаас илүү ялгарах шугамыг авч үзсэн. Тэдний арга барил нь илүү нарийвчлалтай биш боловч ирээдүйд хэрэг болох юм.

Хууль тогтоомжийн шинэчлэл

Хэрэв бидний үр дүн зөв байвал үр дагавар нь асар их байх болно. Саяхныг хүртэл нарийн бүтцийн тогтмолыг өөрчилбөл Орчлон ертөнцөд юу тохиолдохыг тооцоолох бүх оролдлого хангалтгүй байсан. Тэд $\alpha$-ыг тогтмол гэсэн таамаглалаар олж авсан ижил томъёонд хувьсагч гэж үзэхээс цааш явсангүй. Зөвшөөрч байна, маш эргэлзээтэй арга. Хэрэв $\alpha $ өөрчлөгдвөл үүнтэй холбоотой нөлөөллийн энерги, импульс хадгалагдах ёстой бөгөөд энэ нь Орчлон ертөнц дэх таталцлын талбарт нөлөөлөх ёстой. 1982 онд Иерусалимын Еврей Их Сургуулийн Жейкоб Д.Бекенштейн анх удаа тогтмол бус тогтмолуудын тухайд цахилгаан соронзон хуулиудыг ерөнхийд нь гаргажээ. Түүний онолд $\alpha $-г байгалийн динамик бүрэлдэхүүн хэсэг гэж үздэг, өөрөөр хэлбэл. скаляр талбар шиг. Дөрвөн жилийн өмнө бидний нэг (Барроу) Лондонгийн Эзэн хааны коллежийн Хавард Сандвик, Жоао Магуэйжо нартай хамт Бекенштейн онолыг таталцлын хүчийг багтаасан.

Ерөнхий онолын таамаглал нь маш энгийн. Сансар огторгуйн хэмжээнд цахилгаан соронзон нь таталцлаас хамаагүй сул байдаг тул $\альфа $-ын саяд хэдэн хувиар өөрчлөгдөх нь орчлон ертөнцийн тэлэлтэд мэдэгдэхүйц нөлөө үзүүлэхгүй. Гэхдээ цахилгаан болон соронзон орны энерги хоорондын зөрүүгээс болж тэлэлт $\альфа $-д ихээхэн нөлөөлдөг. Сансар огторгуйн түүхийн эхний хэдэн арван мянган жилийн туршид цацраг нь цэнэгтэй бөөмсийг давамгайлж, цахилгаан ба соронзон орны тэнцвэрийг хадгалж байсан. Орчлон ертөнц тэлэхийн хэрээр цацраг туяа цөөрч, матери орон зайн зонхилох элемент болжээ. Цахилгаан болон соронзон энерги нь тэгш бус болж, $\альфа $ цаг хугацааны логарифмтай пропорциональ нэмэгдэж эхлэв. Ойролцоогоор 6 тэрбум жилийн өмнө харанхуй энерги давамгайлж эхэлсэн бөгөөд энэ нь тэлэлтийг хурдасгаж, бүх бие махбодийн харилцан үйлчлэл нь чөлөөт орон зайд тархахад хэцүү болгодог. Үүний үр дүнд $\alpha$ дахин бараг тогтмол болсон.

Тайлбарласан зураг нь бидний ажиглалттай нийцэж байна. Квазарын спектрийн шугамууд нь матери ноёрхож, $\альфа $ нэмэгдэж байсан сансрын түүхийн үеийг тодорхойлдог. Окло дахь лабораторийн хэмжилт, судалгааны үр дүн нь хар энерги давамгайлж, $ \ альфа $ тогтмол байх үетэй тохирч байна. Солирын цацраг идэвхт элементүүдэд $\альфа $-ын өөрчлөлтийн нөлөөллийг цаашид судлах нь ялангуяа сонирхолтой бөгөөд учир нь энэ нь нэрлэсэн хоёр үе хоорондын шилжилтийг судлах боломжийг бидэнд олгодог.

Альфа бол зөвхөн эхлэл

Хэрэв нарийн бүтэц тогтмол өөрчлөгдвөл материаллаг объектууд өөр өөр унах ёстой. Нэгэн цагт Галилео эквивалентийн сул зарчмыг томъёолсон бөгөөд үүний дагуу вакуум дахь бие нь юунаас бүтсэнээс үл хамааран ижил хурдтайгаар унадаг. Гэхдээ $\alpha$-ийн өөрчлөлт нь бүх цэнэгтэй бөөмүүдэд үйлчлэх хүчийг бий болгох ёстой. Атомын цөмд хэдий чинээ их протон агуулагдах тусам түүнийг илүү хүчтэй мэдрэх болно. Хэрэв квазарыг ажигласны үр дүнд хийсэн дүн шинжилгээ нь зөв бол янз бүрийн материалаар хийгдсэн биетүүдийн чөлөөт уналтын хурдатгал нь ойролцоогоор 1 $\cdot$ $10^(–14)$ зөрүүтэй байх ёстой. Энэ нь лабораторид хэмжиж болох хэмжээнээс 100 дахин бага боловч STEP (Space Equivalence Principle Testing) гэх мэт туршилтуудын ялгааг илрүүлэхэд хангалттай том юм.

Өмнөх $\alpha $ судалгаанд эрдэмтэд орчлон ертөнцийн нэг төрлийн бус байдлыг үл тоомсорлосон. Бүх галактикуудын нэгэн адил манай Сүүн зам нь дундаж сансар огторгуйгаас нэг сая дахин нягт байдаг тул орчлон ертөнцтэй зэрэгцэн тэлэхгүй байна. 2003 онд Кембрижийн Барроу, Дэвид Ф.Мота нар $\альфа $ нь сансар огторгуйн хоосон бүс нутгуудаас өөр галактик дотор ажиллах боломжтой гэж тооцоолжээ. Залуу галактик нягт болж, тайвширч, таталцлын тэнцвэрт байдалд ормогц $\альфа $ галактикийн дотор тогтмол болж, гаднаасаа өөрчлөгдсөөр байна. Тиймээс дэлхий дээрх $\alpha $-ын тогтмол байдлыг шалгадаг туршилтууд нөхцөлийг нэг талыг барьсан сонголтоос болж зовж шаналж байна. Энэ нь сул эквивалент зарчмыг баталгаажуулахад хэрхэн нөлөөлж байгааг бид хараахан олж чадаагүй байна. $\альфа $-ын орон зайн өөрчлөлт хараахан ажиглагдаагүй байна. CMB-ийн нэгэн төрлийн байдалд тулгуурлан Барроу саяхан $\alpha $ нь селестиел бөмбөрцгийн $10^o$-аар тусгаарлагдсан бүс нутгуудын хооронд 1 $\cdot$ $10^(–8)$-аас илүү ялгаатай биш гэдгийг харуулсан.

Бид зөвхөн $\alpha $-ын өөрчлөлтийн талаарх таамаглалыг батлах эсвэл үгүйсгэх шинэ мэдээлэл гарч ирэх, шинэ судалгаа хийгдэхийг л хүлээх болно. Эрдэмтэд энэ тогтмол дээр анхаарлаа төвлөрүүлсэн бөгөөд учир нь түүний өөрчлөлтийн үр нөлөөг харахад хялбар байдаг. Гэхдээ $\alpha $ үнэхээр тогтворгүй бол бусад тогтмолууд ч өөрчлөгдөх ёстой. Энэ тохиолдолд байгалийн дотоод механизм нь бидний төсөөлж байснаас хамаагүй илүү төвөгтэй гэдгийг хүлээн зөвшөөрөх хэрэгтэй болно.

ЗОХИОГЧДЫН ТУХАЙ:
Жон Д.Барроу, Жон К.Уэбб нар 1996 онд Английн Сассексийн их сургуульд хамтарсан амралтын үеэр физик тогтмолуудын судалгаа хийж эхэлсэн. Дараа нь Барроу тогтмолыг өөрчлөх онолын шинэ боломжуудыг судалж, Вэб квазаруудын ажиглалтад оролцов. Хоёр зохиолч хоёулаа уран зохиолын бус ном бичдэг бөгөөд ихэвчлэн телевизийн нэвтрүүлэгт оролцдог.

“Зарим үр дүнг нэгтгэе. "Физик хэмжигдэхүүний хүснэгтүүд" лавлах ном (Москва: Atomizdat, 1976) нь 1005 хуудас текст, олон сая тоо агуулсан; тэднийг яаж ойлгох вэ?

Эдгээр хэмжигдэхүүнийг дор хаяж дөрвөн төрөлд хуваана.

a) Байгалийн хэмжилтийн нэгж, эсвэл спектрийн физикээр тэмдэглэгдсэн цэгүүд. Эдгээр нь тоо биш, харин G, c, h, m e, e (электрон цэнэг) зэрэг хэмжигдэхүүнүүд юм. Эдгээр нь өндөр нарийвчлалтайгаар олон удаа давтагдах боломжтой зарим үзэгдлийн хэмжээст шинж чанарууд юм. Энэ бол байгаль эхэн үеийн нөхцөл байдлыг асар том цувралд давтаж байдгийн тусгал юм. Орчлон ертөнцийн ийм барилгын блокуудын талаархи эргэцүүлэл нь заримдаа Бозе-Эйнштейн, Ферми-Дирак статистик зэрэг гүн гүнзгий физик санааг бий болгодог. Нэг электроны орооцолдсон ертөнцийн шугамын агшин зуурын хэсгүүдийг төлөөлдөг учраас бүх электронууд ижил байдаг гэсэн Вийлерийн гайхалтай санаа Фейнманквант талбайн онол дахь бүдүүвч тооцооллын техникийг гоёмсог хялбаршуулах.

b) Үнэн буюу хэмжээсгүй тогтмолууд. Эдгээр нь нэг хэмжээст хэмжигдэхүүний спектрийн хэд хэдэн тэмдэглэгдсэн цэгүүдийн харьцаа, жишээлбэл, цахилгаан бөөмсийн массын харьцаа юм: бид m p / m e-ийн талаар аль хэдийн дурдсан. Шинэ хуулийг харгалзан янз бүрийн хэмжигдэхүүнүүдийг тодорхойлох, өөрөөр хэлбэл хэмжээсийн бүлгийг багасгах нь урьд өмнө нь ялгаатай спектрүүдийг нэгтгэж, шинэ тоог тайлбарлах хэрэгцээг бий болгодог.

Жишээлбэл, m e, c ба h хэмжигдэхүүнүүд нь Ньютоны бүлгийг үүсгэдэг тул Планкийн нэгжтэй адил M, L, T хэмжээсийн байгалийн атомын нэгжүүдэд хүргэдэг. Тиймээс тэдний Планкийн нэгжүүдтэй харилцах харилцаа нь онолын тайлбарыг шаарддаг боловч бидний хэлсэнчлэн (G, c, h) онол байхгүй бол энэ нь боломжгүй юм. Гэсэн хэдий ч (m e, c, h) онолд - квант электродинамик - орчин үеийн квант электродинамик нь тодорхой утгаараа оршин тогтнох өртэй, хэмжээсгүй хэмжигдэхүүн байдаг. Хоёр электроныг h/ m e c зайд (электронын Комптон долгионы урт гэж нэрлэдэг) байрлуулж, тэдгээрийн электростатик түлхэлтийн энергийн m e c 2 энергийн харьцааг электроны амрах масстай тэнцэх харьцааг хэмжинэ. Үр дүн нь = 7.2972 x 10 -3 ≈ 1/137. Энэ бол алдартай нарийн бүтцийн тогтмол юм.

Квант электродинамик нь бөөмсийн тоо хадгалагдаагүй үйл явцыг тайлбарладаг: вакуум нь электрон-позитрон хосыг төрүүлж, тэдгээрийг устгадаг. Үйлдвэрлэлийн энерги (2м e c 2-аас багагүй) нь Кулоны харилцан үйлчлэлийн энергиэс хэдэн зуу дахин их байдаг тул (а утгын улмаас) үр дүнтэй тооцооллын схемийг хийх боломжтой. Эдгээр цацрагийн залруулга нь бүрмөсөн алга болоогүй ч онолчийн "амьдралыг сүйтгэх" найдваргүй юм.

α-ийн утгын талаар онолын тайлбар байхгүй байна. Математикчид өөрсдийн гэсэн гайхалтай спектртэй байдаг: бууруулж болшгүй дүрслэл дэх энгийн Ли бүлгүүдийн ялгагдах шугаман оператор-үүсгүүрийн спектрүүд, үндсэн домайнуудын эзэлхүүн, гомологи, когомологийн орон зайн хэмжээсүүд гэх мэт. Төсөөллийн цар хүрээ, математикчдын спектр, спектрийг тодорхойлох. Физикчид нээлттэй, харин сонголтыг хязгаарлах зарчим хэрэгтэй. Гэхдээ тогтмолууд руугаа буцъя.

Хүснэгтэнд маш их зай эзэлдэг дараагийн төрөл нь:

в) Нэг масштабаас нөгөө масштаб руу, жишээлбэл, атомаас "хүн" рүү хөрвүүлэх хүчин зүйлүүд. Үүнд: аль хэдийн дурдсан тоо Авогадро N0 = 6.02 x 1023 - үндсэндээ нэг грамм нь "протоны масс"-ын нэгжээр илэрхийлэгддэг боловч уламжлалт тодорхойлолт нь арай өөр, мөн гэрлийн жил гэх мэт зүйлсийг километрээр илэрхийлдэг. Энд математикчийн хувьд хамгийн жигшүүртэй зүйл бол физикийн хувьд утгагүй нэг нэгжээс нөгөөд шилжих коэффициентүүд, мөн адил утгагүй: тохойноос фут эсвэл Реаумураас Фаренгейт хүртэл. Хүний хувьд эдгээр нь заримдаа хамгийн чухал тоонууд байдаг; Винни Пух: "Түүнд хэдэн литр, метр, килограмм байдгийг би мэдэхгүй, гэхдээ барууд үсрэхдээ бидэнд асар том юм шиг санагддаг."

d) "Сарнисан спектр". Энэ нь материалын шинж чанар (элементүүд эсвэл цэвэр нэгдлүүд биш, харин ган, хөнгөн цагаан, зэсийн энгийн технологийн агуулга), одон орны мэдээлэл (Нарны масс, Галактикийн диаметр ...) болон ижил төрлийн олон шинж чанарууд юм. Байгаль нь электронуудаас ялгаатай нь чулуу, гариг, од, галактикийг үүсгэдэг бөгөөд тэдгээрийн ижил төстэй байдлыг үл тоомсорлодог боловч тэдгээрийн шинж чанар нь зөвхөн тодорхой хязгаарт өөрчлөгддөг. Эдгээр "зөвшөөрөгдсөн бүс"-ийн тухай онолын тайлбар нь нэгэнт мэдэгдэж байсан бол гайхалтай сонирхолтой бөгөөд сургамжтай байж болно."

Манин Ю.И., Математик зүйрлэл, М., “MCNMO Publishing House”, 2010, х. 177-179.

Энгийн бөөмсийн харилцан үйлчлэлийн мөн чанарыг авч үзье. Бөөмүүд хоорондоо харилцан үйлчилдэг квант хүчний талбаруудыг солилцдог бөгөөд өнөөг хүртэл тогтоогдсоноор байгальд дөрвөн төрлийн хүч, дөрвөн үндсэн харилцан үйлчлэл ажиглагдаж байна.

хүчтэй (химийн элементүүдийн цөм дэх цөмийн, протон ба нейтроныг холбодог);

цахилгаан соронзон;

сул (харьцангуй удаан бета задралыг хариуцдаг)

таталцлын (Ньютоны бүх нийтийн таталцлын хууль руу хөтөлдөг). Таталцлын болон цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь таталцлын болон цахилгаан соронзон орон дээр үүсэх хүчийг хэлнэ. Ньютоны тоон үзүүлэлтээр тогтоосон таталцлын харилцан үйлчлэлийн мөн чанар одоог хүртэл бүрэн тогтоогдоогүй байгаа бөгөөд энэ үйлдэл нь орон зайд хэрхэн дамждаг нь тодорхойгүй байна.

Хүчтэй харилцан үйлчлэлтэй холбоотой цөмийн хүч нь цөмд 10-15 м орчим зайд үйлчилж, цахилгаан соронзон орны Кулоны хүчний түлхэлтийн нөлөөг давамгайлж тогтвортой байдлыг хангадаг. Тиймээс цөмийн хүч нь голчлон татах хүч бөгөөд протонуудын хооронд үйлчилдэг ( r- r) ба нейтрон ( n- n). Мөн протон-нейтроны харилцан үйлчлэл байдаг ( х- n). Эдгээр бөөмс нь нэг бүлэг нуклонд нэгтгэгддэг тул энэхүү харилцан үйлчлэлийг мөн нуклон-нуклон гэж нэрлэдэг.

Сул харилцан үйлчлэл нь цөмийн задралын үйл явц эсвэл илүү өргөнөөр хэлбэл электрон ба нейтрино хоорондын харилцан үйлчлэлийн үйл явцад илэрдэг (энэ нь ямар ч хос энгийн бөөмсийн хооронд байж болно).

Бидний мэдэж байгаагаар таталцлын болон цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэл нь зайнаас 1/ зэрэг өөрчлөгддөг. r 2 ба холын зайн. Цөмийн (хүчтэй) болон сул харилцан үйлчлэл нь богино зайд байдаг. Тэдний цар хүрээний хувьд үндсэн харилцан үйлчлэлийг дараах дарааллаар байрлуулна: хүчтэй (цөмийн), цахилгаан, сул, таталцлын.

Эдгээр дөрвөн хүчний талбайн квантууд нь тус тусад нь: хүчтэй харилцан үйлчлэлийн хувьд - массгүй глюонууд (8); цахилгаан соронзон - массгүй фотонуудын хувьд (спин 1-тэй гэрлийн квантууд); сул дорой хүмүүсийн хувьд - бозонууд (протоноос 90 дахин хүнд гурван бөөмс), таталцлын хувьд - массгүй гравитонууд (2-р эргэлттэй).

Глюонууд протон болон цөм доторх кваркуудыг нааж, барьдаг. Эдгээр бүх харилцан үйлчлэлийн талбайн квантууд нь бүхэл тоон спинтэй байдаг тул 1/2 спинтэй бөөмс - фермионуудаас ялгаатай нь бозонууд юм. Глюон ба кваркууд нэг төрлийн "цэнэгтэй" байдаг бөгөөд үүнийг ихэвчлэн "өнгөт цэнэг" эсвэл зүгээр л "өнгө" гэж нэрлэдэг. Квантын хромодинамикийн хувьд улаан, цэнхэр, ногоон гэсэн гурван өнгийг л хүлээн зөвшөөрдөг. Глюон ба кваркууд хараахан шууд ажиглагдаагүй байгаа бөгөөд өнгөт кваркууд нь атомын болор торны дулааны чичиргээний кванта-фононууд нь зөвхөн хатуу биет дотор байдагтай адил өнгөт кваркууд цөмөөс гарах эрхгүй гэж үздэг. . Адрон дахь кварк ба глюонуудыг холбох буюу хязгаарлах энэ шинж чанарыг хязгаарлах гэж нэрлэдэг. Зөвхөн цагаан (өнгөгүй) кваркуудын адрон - барион ба мезон хэлбэрийн хослолууд нь янз бүрийн бөөмсийн мөргөлдөх үед цөмийн урвалын явцад үүсдэг бөгөөд тэдгээр нь цөмөөс нисч, ажиглагдах эрхтэй. Зарим үйл явцын үр дүнд гарч ирдэг ганц кварк нь бараг агшин зуур (10-21 секундын дотор) адрон болж "бүрэн" болж, адроноос цааш нисч чадахгүй байгаа нь сонин юм.

Дөрвөн үндсэн харилцан үйлчлэл нь дэлхийн дөрвөн тогтмолтой тохирч байна. Маш олон тооны физик тогтмолууд нь жишиг нэгжийн системээс хамаардаг хэмжигдэхүүнтэй байдаг, жишээлбэл, SI (Олон улсын нэгжийн систем - Олон улсын систем) хураамж д=1.6 10 -19 С, түүний масс t = 9.1 · 10 -31 кг. Өөр өөр лавлах системд үндсэн нэгжүүд өөр өөр тоон утга, хэмжээстэй байдаг. Энэ байдал нь шинжлэх ухаанд тохирохгүй, учир нь анхны нэгж, лавлагааны системийн нөхцөлт сонголттой холбоогүй хэмжээсгүй тогтмол байх нь илүү тохиромжтой байдаг. Түүнчлэн суурь тогтмолуудыг физикийн онолоос гаргаж авдаггүй, туршилтаар тогтоодог. Энэ утгаараа онолын физикийг дэлхийн тогтмолуудтай холбоотой асуудлыг ойлгож, тайлбарлах хүртэл байгалийн шинж чанарыг тайлбарлахын тулд бие даасан, бүрэн гүйцэд гэж үзэх боломжгүй юм.

Физик тогтмолуудын хэмжээсийн дүн шинжилгээ нь бие даасан физик онолыг бий болгоход маш чухал үүрэг гүйцэтгэдэг гэдгийг ойлгоход хүргэдэг. Гэсэн хэдий ч, хэрэв бид бүх физик үйл явцын онолын нэгдмэл тайлбарыг бий болгохыг хичээвэл, өөрөөр хэлбэл, микро түвшингээс макро түвшинд дэлхийн шинжлэх ухааны нэгдмэл дүр зургийг гаргах гэж оролдвол үндсэн, тодорхойлох үүргийг хэмжээсгүй байх ёстой. , өөрөөр хэлбэл "үнэн" ертөнц,тогтмолууд. Эдгээр нь үндсэн харилцан үйлчлэлийн тогтмолууд юм.

Таталцлын харилцан үйлчлэлийн тогтмол:

Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн тогтмол:

.

Хүчтэй харилцан үйлчлэлийн тогтмол:

,

Хаана - өнгөт цэнэг (Англи хэлний "хүчтэй" - хүчтэй гэсэн үгнээс "s" индекс.)

Сул харилцан үйлчлэлийн тогтмол:

,

Хаана g~ 1.4 10 -62 Ж м 3 - Ферми тогтмол.(Англи хэлний “сул” гэсэн үгийн “w” индекс сул байна.) Таталцлын харилцан үйлчлэлийн хэмжээст тогтмолыг И.Ньютон өөрөө олж авсан болохыг анхаарна уу: Г~ 6.67·10 -11 м 3 ·с 2 ·кг -1.

Бүх нийтийн таталцлын энэ хууль нь туршилтын баримтуудыг нэгтгэн олж авсан тул нотлох боломжгүй гэдгийг мэддэг. Түүнээс гадна таталцлын механизм өөрөө тодорхой болох хүртэл түүний үнэмлэхүй шударга ёсыг баталгаажуулах боломжгүй юм. Цахилгаан соронзон харилцан үйлчлэлийн тогтмол нь цэнэглэгдсэн хэсгүүдийг ижил бөөмс болгон хувиргах үүрэгтэй боловч хөдөлгөөний хурд өөрчлөгдөж, нэмэлт бөөмс болох фотон гарч ирдэг. Хүчтэй ба сул харилцан үйлчлэл нь бичил ертөнцийн үйл явцад илэрдэг бөгөөд энэ нь бөөмсийг харилцан хувиргах боломжтой байдаг. Тиймээс хүчтэй харилцан үйлчлэлийн тогтмол барионуудын харилцан үйлчлэлийн хэмжээг тодорхойлдог. Сул харилцан үйлчлэлийн тогтмол Энэ нь нейтрино ба антинейтриногийн оролцоотой энгийн бөөмсийн хувирлын эрч хүчтэй холбоотой юм.

Бүх дөрвөн төрлийн харилцан үйлчлэл ба тэдгээрийн тогтмолууд нь Орчлон ертөнцийн одоогийн бүтэц, оршин тогтнолыг тодорхойлдог гэж үздэг. Тиймээс таталцлын хүч нь гаригуудыг тойрог замд нь байлгаж, Дэлхий дээрх биетүүдийг барьж байдаг. Цахилгаан соронзон - атом дахь электронуудыг барьж, тэдгээрийг молекул болгон холбодог бөгөөд үүнийг бид өөрсдөө бий болгодог. Сул - Дэлхий дээрх бүх амьдралын үйл явцыг эрчим хүчээр хангадаг одод ба нарны урт хугацааны "шаталтыг" баталгаажуулдаг. Хүчтэй харилцан үйлчлэл нь ихэнх атомын цөмүүдийн тогтвортой оршин тогтнолыг баталгаажуулдаг. Онолын физик нь эдгээр эсвэл бусад тогтмолуудын тоон утгыг өөрчлөх нь Орчлон ертөнцийн нэг буюу хэд хэдэн бүтцийн элементүүдийн тогтвортой байдлыг устгахад хүргэдэг болохыг харуулж байна. Жишээлбэл, электрон массын өсөлт м-аас 0 ~ 0.5 МэВ-ээс 0.9 МэВ хүртэл нарны цикл дэх дейтерийн үйлдвэрлэлийн урвал дахь энергийн тэнцвэрийг алдагдуулж, тогтвортой атом, изотопын тогтворгүй байдалд хүргэнэ. Дейтерий бол протон ба нейтроноос бүрдэх устөрөгчийн атом юм. Энэ нь "хүнд" устөрөгч бөгөөд A = 2 (тритид A = 3 байна.) Буурах Зөвхөн 40% нь дейтерийг тогтворгүй болгоход хүргэдэг. Энэ өсөлт нь бипротоныг тогтвортой байлгах бөгөөд энэ нь орчлон ертөнцийн хувьслын эхний үе шатанд устөрөгчийг шатаахад хүргэнэ. Тогтмол 1/170 дотор хэлбэлздэг< < 1/80. Другие значения приводят к невозможности должного отталкивания протонов в ядрах, а это ведет к нестабильности атомов. Увеличение Энэ нь чөлөөт нейтронуудын амьдрах хугацааг багасгахад хүргэдэг. Энэ нь орчлон ертөнцийн эхэн үед гелий үүсэхгүй байсан бөгөөд нүүрстөрөгч 3α-ийн нийлэгжилтийн явцад α бөөмсийг нэгтгэх урвал явагдахгүй байсан гэсэн үг юм. -> 12С. Тэгвэл манай нүүрстөрөгчийн орчлонгийн оронд устөрөгчийн ертөнц бий болно. Бууруулах Энэ нь бүх протонууд α хэсгүүдэд (гелийн орчлон) холбогдоно.

Орчин үеийн байгалийн шинжлэх ухаанд орчлон ертөнц үүссэн цагаас хойш 10-35 секундын дараа дэлхийн тогтмолууд тогтвортой байдаг тул манай орчлонд маш нарийн "тохируулга" байдаг гэж үздэг. цөмийн болон атом, од, галактикийн оршин тогтноход шаардлагатай утгыг тодорхойлдог дэлхийн тогтмолуудын тоон утгууд. Ийм нөхцөл байдал үүссэн, оршин тогтнох нь тодорхойгүй байна. Энэхүү "тохируулга" нь (тогтмолууд нь яг ийм байна!) нь зөвхөн нарийн төвөгтэй органик бус, органик бус амьд организмууд, тэр дундаа хүн амьдрах нөхцөлийг бүрдүүлдэг. П.Дирак үндсэн тогтмолуудын цаг хугацааны хамтарсан өөрчлөлтийн санааг илэрхийлэв. Ерөнхийдөө физик ертөнцийн олон янз байдал, нэгдмэл байдал, түүний дэг журам, зохицол, урьдчилан таамаглах, давтагдах чадвар нь цөөн тооны үндсэн тогтмолуудын системээр бүрэлдэж, хянагддаг гэж бид үзэж болно.