Многие астрофизики неоднократно отмечали, что наблюдая Вселенную на сверхбольших (космологических) расстояниях мы можем не только судить о ее физическом состоянии в далеком прошлом, но и попытаться выявить изменение фундаментальных констант, если таковое имело место. Действительно, наблюдая, например, далекие квазары, мы видим свет, испущенный более десяти миллиардов лет назад, когда вселенная была гораздо моложе и физические законы в ней могли отличаться от современных. Одна из наиболее реальных возможностей – проверить, не изменилась ли с возрастом Вселенной постоянная тонкой структуры.

Постоянная тонкой структуры определяется как α = e²/hc ~ 1/137, где e – заряд электрона, h – постоянная Планка и с – скорость света. Она является фундаментальным числом, определяющим силу электромагнитных взаимодействий. Как следует из названия, постоянная тонкой структуры описывает расщепление атомных уровней на несколько близких подуровней (мультиплеты) за счет эффектов специальной теории относительности. Величина этого расщепления пропорциональна квадрату α.

Свет далеких квазаров по дороге пересекает облака газа, где частично поглощается, при этом мы видим атомные уровни резонансного поглощения вещества облаков – они выедают линии в непрерывном спектре квазаров. Система линий каждого облака из-за расширения Вселенной имеет свое красное смещение, z, меньшее чем z квазара, наблюдаемого сквозь облако, но все-же соответствующее космологическим расстояниям и временам, т.е. ранней Вселенной. Измеряя сразу несколько линий поглощения одного облака, можно определить и значение постоянной тонкой структуры в те времена.

Такие исследования проводились разными группами, в частности, одно из наиболее детальных исследований было проведено в Астрофизическом секторе Физико-технического института им. Иоффе. Иванчук, Потехин и Варшалович в работе, опубликованной в 1999 году приводят верхнее значение на изменение постоянной тонкой структуры: d(α)/α < 2.3*10^-4 на 95% процентном уровне достоверности. Никаких изменений постоянной тонкой структуры до последнего времени найдено не было.

Недавно появилась серия статей австрало-англо-американской группы авторов (двое из которых в прошлом работали в Новосибирске): J.K Webb, M.T. Murphy, V. V. Flambaum, V. A. Dzuba, J. D. Barrow, C. W. Churchill, J. X. Prochaska, and A. M. Wolfe, последняя статья имеется в astro-ph/0012539, где утверждается, что постоянная тонкой структуры в прошлом была немного меньше: d(α)/α = -0.72 +- 0.18*10^-5 для красных смещений в диапазоне 0.5 < z < 3.5. Измерялись линии поглощения различных многократно ионизованных элементов, таких как магний, железо, никель, хром, цинк, алюминий и кремний. Авторы заявляют, что их метод (который включает измерение частот линий поглощения разных элементов в большом количестве облаков, лабораторные измерения уровней и аккуратные вычисления зависимости положения линий от α) дает примерно 10-кратное превосходство в точности по сравнению с ранее использовавшимися методами.

На рисунке приведена зависимость величины изменения α от z, т.е. от времени. По вертикали – относительное изменение постоянной тонкой структуры, по верхней горизонтальной оси – красное смещение, по нижней горизонтальной оси – соответствующий возраст вселенной в отношении к ее современному возрасту (около 14 миллиардов лет). Как видно из рисунка, зависимость носит немонотонный характер. Черные кружки – измерения авторов, (каждый кружок соответствует сразу нескольким измерениям на близких красных смещениях, что уменьшает статистические ошибки, показанные вертикальными линиями). Открытые значки показывают результаты, полученные другими методами.

Конечно, преждевременно говорить о состоявшемся открытии изменения со временем одной из фундаментальнейших физических постоянных. Эти результаты должны быть тщательно проверены другими исследовательскми группами.

30.12.2001 23:28

Павел Иванов

Источник: http://www.astronet.ru/db/msg/1173917

Новые результаты наблюдений далеких астрономических объектов свидетельствуют о том, что фундаментальные космические константы – отношение масс электрона и протона и постоянная тонкой структуры – изменяются со временем.

Согласно современным научным представлениям, физические константы – такие, как скорость света, гравитационная постоянная, масса электрона и другие – являются фундаментальными постоянными Вселенной и не меняются ни во времени, ни в пространстве. Новые данные наблюдений, проведенных в Лундском университете, Швеция, поставили это утверждение под сомнение.

Существуют относительные (безразмерные) константы, не зависящие от единиц измерения. Одной из таких констант является отношение между массой электрона и массой протона. 21 апреля этого года, сообщает Physorg, в Physical Review Letters появилось сообщение о том, что эта «константа» изменяется со временем.

Измерения, выполненные в Лундской Обсерватории, Швеция, под руководством проф. Свенерика Йохансена (Sveneric Johansson) показали, что другая относительная постоянная, называемая константой тонкой структуры, также изменяется со временем.

Для изучения временных изменений этой константы, ученые использовали излучение квазаров – чрезвычайно мощных и ярких объектов, удаленных от Земли на миллиарды световых лет, и сравнили результаты с современными лабораторными данными. Когда свет квазара проходит через газовые туманности, в его спектре формируются характерные линии поглощения. Положение темных линий поглощения спектра определяется распределением химических элементов в туманностях. Исследования изменений линий, при сравнении с лабораторными спектрами тех же элементов, позволяет вычислить изменения в константе тонкой структуры.

«Предыдущие измерения базировались на спектрах относительно легких элементов, таких как магний, кремний и алюминий, – комментирует работу Свенерик Йохансен. – Однако по результатам этого исследования трудно было сделать определенные заключения. По предложению австралийских ученых во главе с Джоном Веббом (John K. Webb), мы использовали спектры магния и более тяжелых элементов: железа, титана, хрома и марганца. В результате точность экспериментов повысилась на порядок».

Изменения отношения масс электрона и протона, а также константы тонкой структуры оказались очень малы, тем не менее, они были измерены. Постоянная тонкой структуры изменяется на несколько миллионных долей в течение шести миллиардов лет.

Если результаты, полученные шведскими учеными, подтвердятся, встанет вопрос о кардинальном изменении существующей модели Вселенной. Именно поэтому Свенерик Йохансен считает, что результаты являются скорее обнадеживающими, чем настораживающими.

"Наши знания о Вселенной далеки от совершенства, – говорит он, – Более 90% всей существующей материи представляет для нас загадку – это так называемая «темная материя». Ученые также не могут прийти к единому мнению о том, что же случилось после Большого взрыва. Поэтому мы должны приветствовать любое новое знание, даже если оно не согласуется с существующей концепцией мироздания".

14 июня 2006, 22:44

Источник: http://www.cnews.ru/news/top/index.shtml?2006/06/14/203508