Temel sabitlerin zamanla değişimi - Time-variation of fundamental constants

Fiziksel sabit terimi , deneyin zamanından veya konumundan bağımsız olan, deneysel ölçüme tabi olan fiziksel bir nicelik kavramını ifade eder . Herhangi bir "fiziksel sabitin" sabitliği (değişmezliği) bu nedenle deneysel doğrulamaya tabidir.

1937'de Paul Dirac , yerçekimi sabiti veya ince yapı sabiti gibi fiziksel sabitlerin , evrenin yaşıyla orantılı olarak zamanla değişebileceğini öne sürdü . O zamandan beri yapılan deneyler, zamana bağımlılıklarına üst sınırlar koydu. Bu, ince yapı sabiti , yerçekimi sabiti ve özellikle proton-elektron kütle oranı ile ilgilidir , bunların tümü için zamana bağımlılıkları üzerinde testleri geliştirmek için devam eden çabalar vardır.

Bu temel sabitlerin değişmezliği, şu anda bilindiği gibi fizik yasalarının önemli bir köşe taşıdır; fiziksel yasaların zamandan bağımsız olduğu varsayımı, enerjinin korunumuna ( Noether teoremi ) bağlıdır, böylece herhangi bir varyasyonun keşfi, daha önce bilinmeyen bir kuvvet yasasının keşfi anlamına gelir.

Daha felsefi bir bağlamda, bu niceliklerin sabit olduğu sonucu, " ince ayarlı bir evren " gibi görünen bir yerde neden belirli bir değere sahip oldukları sorusunu gündeme getirirken, değişken olmaları bilinen değerlerinin yalnızca olduğu anlamına gelir. onları ölçtüğümüz şimdiki zamanın bir kazası .

Boyutluluk

Tek boyutlu bir fiziksel sabitin önerilen değişim oranını (veya eksikliğini) tek başına tartışmak sorunludur . Bunun nedeni, bir birimler sistemi seçiminin , temel olarak herhangi bir fiziksel sabiti keyfi olarak seçebilmesi ve hangi sabitin değişmekte olduğu sorusunu, birimlerin seçiminde bir yapaylık haline getirebilmesidir.

Örneğin, SI birimlerinde ışık hızına 1983 yılında tanımlanmış bir değer verilmiştir . Bu nedenle, 1983'ten önce ışığın hızını SI birimlerinde deneysel olarak ölçmek anlamlıydı, ancak şimdi öyle değil. Fiziksel sabitlerin değişmezliği ile ilgili testler, bu problemden kurtulmak için boyutsuz niceliklere, yani benzer boyutlardaki nicelikler arasındaki oranlara bakar . Fiziksel sabitlerdeki değişiklikler, gözlemsel olarak ayırt edilemez bir evrenle sonuçlanıyorsa anlamlı değildir . Örneğin, ışık hızında bir "değişim" c , temel yüktür karşılık gelen bir "değişim" eşliğinde anlamsız olacaktır e oranı böylece e ² : C (ince yapı sabiti) değişmemiştir.

Doğal birimler , tamamen temel sabitlere dayalı birim sistemleridir. Bu gibi sistemlerde, herhangi bir spesifik miktarını ölçmek için anlamlıdır olmayan birimlerin tanımında kullanılan. Örneğin, Stoney birimleri , temel yüktür ayarlanır e = 1 ise indirgenmiş Planck sabiti ölçümüne konu olan ħ ≈ 137,03 , ve Planck birimleri , indirgenmiş Planck sabiti ayarlanır ħ = 1 , temel şarj ederken ölçüme tabidir, e ≈ (137.03) ^1/2 . SI temel birimleri 2019 yeniden tanımlanması tüm ifade temel SI birimleri etkili bir doğal birimlerinin bir sisteme SI sistemi dönüşürken, temel fiziksel sabitler açısından.

İnce yapı sabiti

1999'da, kuasarların gözlemine dayanan ince yapı sabitinin zaman değişkenliğine ilişkin kanıtlar açıklandı, ancak CH moleküllerine dayanan çok daha kesin bir çalışma herhangi bir değişiklik bulamadı. Laboratuar ölçümlerine dayanan zaman değişimi için yılda 10 ^−17'lik bir üst sınır 2008'de yayınlandı. Çok Büyük Teleskop'ta (VLT) kullanılan AI analiz yöntemiyle evrenin sadece 0,8 milyar yaşındaki bir kuasarının gözlemleri düzeyde varyasyon olmayan bir modele tercih edilen bir uzaysal varyasyon buldu . ${\ Displaystyle 3.9\sigma }$

İnce yapı sabitinin zaman değişimi , ışık hızı , Planck sabiti , vakum geçirgenliği ve temel yüklerden birinin veya daha fazlasının zaman değişimine eşdeğerdir , çünkü . ${\displaystyle \alpha ={\frac {e^{2}}{2\epsilon _{0}ch}}}$

Işık hızı

Yerçekimi sabiti

Yerçekimi sabiti G hassasiyetle ölçülmesi zordur ve 2000'lerde çakışan ölçümler 2015 yılında kağıt değerinin periyodik farklılaşması tartışmalı önerileri ilham vermiştir. Bununla birlikte, değeri kesin olarak bilinmemekle birlikte, evrenin uzak geçmişinde meydana gelen tip Ia süpernovaları gözlemleme olasılığı, bu olaylara dahil olan fiziğin evrensel olduğu varsayımıyla birleştiğinde, 10'dan daha az bir üst sınıra izin verir. Son dokuz milyar yıldaki yerçekimi sabiti için yılda ⁻¹⁰ .

Boyutsal bir nicelik olarak, yerçekimi sabitinin değeri ve olası değişimi, birimlerin seçimine bağlı olacaktır; olarak Planck birimleri , örneğin, değeri sabittir G = 1 tanımı aracılığıyla tanımlanabilir. G'nin zaman değişimine ilişkin anlamlı bir test, boyutsuz bir miktar elde etmek için yerçekimi olmayan bir kuvvetle karşılaştırmayı gerektirir, örneğin, yerçekimi kuvvetinin iki elektron arasındaki elektrostatik kuvvete oranı yoluyla, bu da boyutsuz ince ile ilgilidir. -yapı sabiti .

Proton-elektron kütle oranı

Proton-elektron kütle oranındaki değişimin bir üst sınırı, uzak bir metanol gözlemine dayanan 2012 çalışmasında 7 milyar yıllık (veya yılda ^10-16 ) bir süre boyunca 10 ^−7'ye yerleştirildi. gökada.

kozmolojik sabit

Kozmolojik sabit bir ölçüsüdür enerji yoğunluğunun bir vakum . İlk olarak 1990'larda ölçüldü ve pozitif bir değere sahip olduğu bulundu. Şu anda (2015 itibariyle) Planck birimlerinde 10 ⁻¹²² olarak tahmin edilmektedir . Kozmolojik sabitin zaman veya uzay üzerindeki olası varyasyonları gözleme uygun değildir, ancak Planck birimlerinde ölçülen değerinin, evrenin yaşının karesi Λ ≈ T ⁻² ile anlamlı bir şekilde yakın olduğu kaydedilmiştir . Barrow ve Shaw, Λ'nin değeri evrenin tarihi boyunca Λ ~ T ⁻² kalacak şekilde gelişen bir alan olduğu değiştirilmiş bir teori önerdi .

Ayrıca bakınız

• Dirac büyük sayılar hipotezi

Referanslar

• Marciano, William J. (1984). "Temel "Sabitler"in Zaman Değişimi ve Kaluza-Klein Teorileri". Fizik Rev. Lett . 52 (7): 489-491. Bibcode : 1984PhRvL..52..489M . doi : 10.1103/physrevlett.52.489 .
• Varshalovich, DA; Levshakov, SA (1993). "Fiziksel sabitlerin zamana bağımlılığı üzerine". Pis'ma Zh. Eksp. Teor. Fis . 58 (4): 231–235. Bibcode : 1993JETPL..58..237V .
• Dzuba, VA; Flambaum, VV; Webb, JK (1999). "Atomlarda Fiziksel Sabitlerin Uzay-Zaman Değişimi ve Relativistik Düzeltmeler". Fizik Rev. Lett . 82 (5): 888. arXiv : fizik/9802029 . Bibcode : 1999PhRvL..82..888D . doi : 10.1103/physrevlett.82.888 . S2CID  18462448 .
• Dzuba, VA; Flambaum, VV; Webb, JK (1999). "Çok elektronlu atomlarda göreli etkilerin hesaplanması ve temel sabitlerin uzay-zaman varyasyonu". Fizik Rev. A . 59 (1): 230–237. arXiv : fizik/9808021 . Bibcode : 1999PhRvA..59..230D . doi : 10.1103/physreva.59.230 . S2CID  1427732 .
• Davies, Paul C .; Davis, TM; Lineweaver, CH (2002). "Kozmoloji: Kara Delikler Değişen Sabitleri Kısıtlıyor". Doğa . 418 (6898): 602–3. Bibcode : 2002Natur.418..602D . doi : 10.1038/418602a . PMID  12167848 . S2CID  1400235 .
• Dara Faroughy, "Yavaş yavaş gelişen erken evren ve zamana bağlı temel sabitler ve leptonik kütleler için fenomenolojik bir model" (2008), arXiv:0801.1935 .
• Jean-Philippe Uzan, "Değişen Sabitler, Yerçekimi ve Kozmoloji" , Living Rev. Relativ., 14.2 (2011).
• Chiba, Takeshi (2011). "Doğanın Sabitlerinin Sabitliği: Güncellemeler". Teorik Fiziğin Gelişimi . 126 (6): 993-1019. arXiv : 1111.0092 . Bibcode : 2011PThPh.126..993C . doi : 10.1143/ptp.126.993 . S2CID  59381699 .