tajemnice kosmosu



stałe czy niestałe?




Wiadomo, iż fizyka rządzi się konkretnymi prawami i stałymi (np. prędkość światła w próżni, jako jedna z podstawowych fundamentalnych stałych fizycznych). Dzięki właśnie stałym fizycznym jesteśmy w stanie określić np. wiek Wszechświata, wiek ciał niebieskich i odległości pomiędzy nimi itp. Zdajemy sobie sprawę, iż np. obraz obserwowanych galaktyk odległych o miliardy lat świetlnych przedstawia ich stan właśnie sprzed tych miliardów lat. Dzięki temu jesteśmy w stanie praktycznie „zaglądać” w przeszłość Wszechświata. I robimy to, np. w 2010r. Zaobserwowano światło galaktyki wyemitowane zaledwie 600 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Jesteśmy w stanie zaobserwować również promieniowanie reliktowe, pochodzące z okresu sprzed 400 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu. Biorąc pod uwagę, iż Wszechświat liczy sobie ok. 13,7 miliarda lat, „dotykamy” nieomal jego narodzin, osobliwości, która jak dotąd stanowi granicę naszych zdolności spoglądania w historię, choć oczywiście od czasu do czasu naukowcy przedstawiają różne hipotezy związane ze stanem sprzed osobliwości.
Roger Penrose (uniwersytet w Oksfordzie) w roku 2010 przedstawił hipotezę, iż na podstawie mikrofalowego promieniowania tła można dostrzec echa historii sprzed Wielkiego Wybuchu. Wraz z Vahe Gurzadyanem (Instytut Fizyki w Erewaniu) przeanalizowali dane z satelity WMAP, sprawdzając 11 tysięcy obszarów w poszukiwaniu zderzających się olbrzymich galaktyk i łączących się ich supermasywnych czarnych dziur, co prowadzi do wyzwolenia niewiarygodnie dużych ilości energii. W celu wyeliminowania błędu, przeanalizowali również zestaw danych z eksperymentu BOOMERanG98. Zauważyli oni 12 miejsc okrążonych pierścieniami (do pięciu), z dziwnie małymi odchyleniami od średniej temperatury tła. Według Penrose, zjawisko to może potwierdzać hipotezę CCC o wielokrotności i powtarzalności Wielkiego Wybuchu. Inaczej rzecz ujmując, „nasz” Wielki Wybuch nie był pierwszym – w wyniku ewolucji Wszechświat zapada się w sobie do punktu krytycznego, eksplodując następnie w kolejny Wszechświat. Penrose uważa również, iż zgodnie z teorią kosmologicznej inflacji Wszechświata, wszelkie zaobserwowane regularności powinny zniknąć.
Powtórzenie dokonanych analiz przez zespół trzech krytykujących owe sensacje naukowców (A. Moss, D. Scott i J. Zibin) przyczyniło się do (teoretycznego oczywiście) obalenia odkryć Penrose`a. Wskazane przez niego struktury faktycznie odnaleźli, jednak uważają, że jest to jedynie potwierdzenie znanego faktu, iż mikrofalowe promieniowanie tła posiada struktury.
Tak więc możemy spoglądać w przeszłość jedynie do momentu po osobliwości, gdy istniały już czas, przestrzeń i materia, którymi rządzą prawa fizyki.
Do obliczania różnych wielkości stosujemy fundamentalne stałe fizyczne. Uważamy je za niezmienne, a różnice w eksperymentalnych pomiarach zrzucamy na karb błędów doświadczalnych (np. niedoskonałość przyrządów). Jednak jak to jest faktycznie z tymi stałymi? Różni naukowcy różnie podchodzą do tematu, tworząc w zasadzie trzy fronty:
1/ stałe fizyczne są zawsze niezmienne
2/ niektóre stałe mogą zmieniać się wraz z wiekiem Wszechświata, lub różnić się na bardzo dużych odległościach astronomicznych
3/ stałe fluktuują w granicach wokół średniej wartości
Nad wariantem 2 odnoszącym się do wieku Wszechświata zastanawiał się już w 1937r. Paul Dirac. Niestety, eksperymentalne obserwacje zależności dotyczą jedynie maksymalnie ostatnich kilkuset lat, co nie może nam nic powiedzieć, biorąc pod uwagę wiek Wszechświata liczony w miliardach lat.

Nad wariantem tym pochylają się również współcześni naukowcy, obserwując linie widmowe w bardzo odległych kwazarach. W 1981r. Barry Setterfield wysunął hipotezę, iż prędkość światła w próżni (c=299 792 458 ms -1) jest odwrotnie proporcjonalna do wieku Wszechświata – wraz z jego wiekiem maleje. Tezy tej próbowali dowieść A. Montgomery i L. Dolphin. Zebrali oni 193 pomiary prędkości światła z okresu od 1675 do 1983r., odrzucając dane z największymi błędami. Po przeanalizowaniu pozostałych pomiarów doszli do wniosku, że istnieje malejący trend prędkości światła w próżni. Swoje odkrycie opublikowali w „Galilean Electrodynamics” w 1993r. Krytycy tej teorii zarzucają niepoprawność wniosków twierdząc, że dawniejsze pomiary zawsze będą obarczone większym błędem niż najnowsze.
Inną stałą budzącą od lat kontrowersje – zmienna czy niezmienna – jest stała struktury subtelnej (dotyczy oddziaływań elektromagnetycznych). Jest ona wypadkową stałej Plancka, prędkości światła, ładunku elektronu i przenikalności elektrycznej próżni [?=7,2973525376(50)x10-3=1/137,035999679(94) (w nawiasach – niepewność dla ostatnich liczb po przecinki)].
W latach pięćdziesiątych ubiegłego wieku Lew Landau sugerował zależność ? od czasu, a w latach sześćdziesiątych George Gamow, iż jedna ze składowych (ładunek elektronu) może być zmienny, co w efekcie przekłada się na zmienność samej stałej struktury subtelnej.
Rozważaniom Landau zaprzeczył w 2004r. Zespół francuskich i indyjskich astronomów, który przy pomocy 18,2-metrowego teleskopu VLT zbadali 18 odległych kwazarów. W wyniku prac ustalili, iż w ciągu ostatnich 10 miliardów lat względna zmienna stałej ? sięgała do 0,6 milionowych. Ciekawostką z pewnością jest badanie ? przez australijskich astronomów. W roku 2004 obserwując niebo teleskopem Kecka doszli do wniosku, że wartość ? zmniejsza się wraz ze wzrostem odległości od kwazarów. Natomiast pomiary dokonane teleskopem VLT przez tych samych astronomów i zaprezentowane na konferencji naukowej w 2010r. Sugerują wynik zgoła odmienny – im dalszy kwazar, tym większa wartość stałej struktury subtelnej. Istnieje zatem duże prawdopodobieństwo, iż błędy są natury systematycznej i wynikają z różnicy instrumentów użytych do badań.
A zatem kwestia zmienności lub niezmienności stałej struktury subtelnej pozostaje w dalszym ciągu nierozstrzygnięta i jest jedną z tajemnic Wszechświata. Z pewnością naukowcy nie zarzucą badań nad kwestią zmienności lub niezmienności stałych (a jest ich więcej – np. stała spoczynkowa elektronu, masa spoczynkowa protonu, stała grawitacji, stała Boltzmanna i in.), co powinno nam pomóc lepiej zrozumieć Wszechświat i być może dalej spojrzeć w jego historię.





góra  strony...





Dorota Kuryło