Israelul constante atomice fără dimensiuni. Constanta de interactiune. Constante în alte teorii

Ce lume neînchipuit de ciudată ar fi dacă constantele fizice s-ar putea schimba! De exemplu, așa-numita constantă de structură fină este de aproximativ 1/137. Dacă ar avea o mărime diferită, atunci s-ar putea să nu existe nicio diferență între materie și energie.

Sunt lucruri care nu se schimbă niciodată. Oamenii de știință le numesc constante fizice sau constante mondiale. Se crede că viteza luminii $c$, constanta gravitațională $G$, masa electronilor $m_e$ și alte cantități rămân mereu și pretutindeni neschimbate. Ele formează baza pe care se bazează teoriile fizice și determină structura Universului.

Fizicienii lucrează din greu pentru a măsura constantele lumii cu o precizie din ce în ce mai mare, dar nimeni nu a reușit încă să explice în vreun fel de ce valorile lor sunt așa cum sunt. În sistemul SI $c = 299792458$ m/s, $G = 6,673\cdot 10^(–11)Н\cdot$m$^2$/kg$^2$, $m_e = 9,10938188\cdot10^( – 31)$ kg sunt cantități complet neînrudite care au o singură proprietate comună: dacă se schimbă chiar și puțin, iar existența unor structuri atomice complexe, inclusiv a organismelor vii, va fi pusă sub semnul întrebării. Dorința de a fundamenta valorile constantelor a devenit unul dintre stimulentele pentru dezvoltarea unei teorii unificate care descrie pe deplin toate fenomenele existente. Cu ajutorul ei, oamenii de știință au sperat să arate că fiecare constantă mondială poate avea o singură valoare posibilă, determinată de mecanismele interne care determină arbitrariul înșelător al naturii.

Cel mai bun candidat pentru titlul unei teorii unificate este considerat a fi teoria M (o variantă a teoriei corzilor), care poate fi considerată valabilă dacă Universul nu are patru dimensiuni spațiu-timp, ci unsprezece. În consecință, constantele pe care le observăm pot să nu fie cu adevărat fundamentale. Adevăratele constante există în întreg spațiul multidimensional și vedem doar „siluetele” lor tridimensionale.

RECENZIE: CONSTANTE LUMII

1. În multe ecuații fizice există cantități care sunt considerate constante peste tot - în spațiu și timp.

2. Recent, oamenii de știință s-au îndoit de constanța constantelor lumii. Comparând rezultatele observațiilor quasarului și măsurătorilor de laborator, ei au ajuns la concluzia că elementele chimice din trecutul îndepărtat absorbeau lumina diferit decât în ​​prezent. Diferența poate fi explicată printr-o modificare de câteva ppm a constantei structurii fine.

3. Confirmarea chiar și a unei schimbări atât de mici ar fi o adevărată revoluție în știință. Constantele observate se pot dovedi a fi doar „siluete” ale constantelor adevărate existente în spațiu-timp multidimensional.

Între timp, fizicienii au ajuns la concluzia că valorile multor constante pot fi rezultatul unor evenimente aleatorii și al interacțiunilor dintre particulele elementare din primele etape ale istoriei Universului. Teoria corzilor permite existența unui număr mare ($10^(500)$) de lumi cu seturi diferite de legi și constante auto-consistente ( vezi „The Landscape of String Theory”, „In the World of Science”, nr. 12, 2004.). Deocamdată, oamenii de știință nu au idee de ce a fost selectată combinația noastră. Poate că, ca urmare a cercetărilor ulterioare, numărul de lumi posibile din punct de vedere logic se va reduce la una, dar este posibil ca Universul nostru să fie doar o mică secțiune a multiversului în care se realizează diverse soluții ale ecuațiilor unei teorii unificate, și pur și simplu observăm una dintre variantele legilor naturii ( vezi „Universuri paralele”, „În lumea științei”, nr. 8, 2003.În acest caz, nu există o explicație pentru multe constante ale lumii, cu excepția faptului că ele constituie o combinație rară care permite dezvoltarea conștiinței. Poate că Universul pe care îl observăm a devenit una dintre multele oaze izolate înconjurate de infinitul spațiului fără viață - un loc suprarealist în care domină forțe complet extraterestre ale naturii, iar particule precum electronii și structurile precum atomii de carbon și moleculele de ADN sunt pur și simplu imposibile. O încercare de a ajunge acolo ar avea ca rezultat o moarte inevitabilă.

Teoria corzilor a fost dezvoltată parțial pentru a explica arbitraritatea aparentă a constantelor fizice, astfel încât ecuațiile sale de bază conțin doar câțiva parametri arbitrari. Dar până acum nu explică valorile observate ale constantelor.

Riglă de încredere

De fapt, utilizarea cuvântului „constant” nu este în întregime legală. Constantele noastre s-ar putea schimba în timp și spațiu. Dacă dimensiunile spațiale suplimentare s-ar schimba în dimensiune, constantele din lumea noastră tridimensională s-ar schimba odată cu ele. Și dacă ne-am uita suficient de departe în spațiu, am putea vedea zone în care constantele au luat valori diferite. Din anii 1930. Oamenii de știință au speculat că constantele ar putea să nu fie constante. Teoria corzilor conferă acestei idei o plauzibilitate teoretică și face căutarea impermanenței cu atât mai importantă.

Prima problemă este că configurația laboratorului în sine poate fi sensibilă la modificările constantelor. Dimensiunile tuturor atomilor ar putea crește, dar dacă rigla folosită pentru măsurători ar deveni și mai lungă, nu s-ar putea spune nimic despre schimbarea dimensiunilor atomilor. Experimentatorii presupun de obicei că standardele cantităților (rigle, greutăți, ceasuri) sunt constante, dar acest lucru nu poate fi atins atunci când se testează constante. Cercetătorii ar trebui să acorde atenție constantelor fără dimensiuni - pur și simplu numere care nu depind de sistemul de unități de măsură, de exemplu, raportul dintre masa unui proton și masa unui electron.

Se schimbă structura internă a universului?

Un interes deosebit este cantitatea $\alpha = e^2/2\epsilon_0 h c$, care combină viteza luminii $c$, sarcina electrică a electronului $e$, constanta lui Planck $h$ și așa-numita constanta dielectrică a vidului $\epsilon_0$. Se numește constantă de structură fină. A fost introdus pentru prima dată în 1916 de Arnold Sommerfeld, care a fost unul dintre primii care a încercat să aplice mecanica cuantică electromagnetismului: $\alpha$ conectează caracteristicile relativiste (c) și cuantice (h) ale interacțiunilor electromagnetice (e) care implică particule încărcate. în spațiul gol ($\epsilon_0$). Măsurătorile au arătat că această valoare este egală cu 1/137,03599976 (aproximativ 1/137).

Dacă $\alpha $ ar avea un alt sens, atunci întreaga lume din jurul nostru s-ar schimba. Dacă ar fi mai mică, densitatea unei substanțe solide formată din atomi ar scădea (proporțional cu $\alpha^3 $), legăturile moleculare s-ar rupe la temperaturi mai scăzute ($\alpha^2 $), iar numărul de elemente stabile. în tabelul periodic ar putea crește ($1/\alpha $). Dacă $\alpha $ ar fi prea mari, nucleele atomice mici nu ar putea exista, deoarece forțele nucleare care le leagă nu ar fi capabile să împiedice respingerea reciprocă a protonilor. La $\alpha >0,1 $ carbon nu ar putea exista.

Reacțiile nucleare din stele sunt deosebit de sensibile la valoarea $\alpha $. Pentru ca fuziunea nucleară să aibă loc, gravitația stelei trebuie să creeze o temperatură suficient de ridicată pentru a face ca nucleele să se apropie, în ciuda tendinței lor de a se respinge unul pe altul. Dacă $\alpha $ ar depăși 0,1, atunci sinteza ar fi imposibilă (dacă, desigur, alți parametri, de exemplu, raportul dintre masele electronilor și protonilor, ar rămâne neschimbați). O modificare a $\alpha$ de doar 4% ar afecta nivelurile de energie din miezul de carbon într-o asemenea măsură încât crearea sa în stele ar înceta pur și simplu.

Introducerea tehnicilor nucleare

O a doua problemă experimentală, mai serioasă, este că măsurarea modificărilor constantelor necesită echipamente foarte precise, care trebuie să fie extrem de stabile. Chiar și cu ajutorul ceasurilor atomice, deriva constantei structurii fine poate fi monitorizată pe parcursul a doar câțiva ani. Dacă $\alpha $ s-ar schimba cu mai mult de 4 $\cdot$ $10^(–15)$ în trei ani, ceasurile cele mai precise ar detecta acest lucru. Cu toate acestea, nimic de genul acesta nu a fost încă înregistrat. S-ar părea, de ce să nu confirmi constanța? Dar trei ani este un moment în spațiu. Schimbările lente, dar semnificative de-a lungul istoriei Universului pot trece neobservate.

LUMINĂ ȘI STRUCTURA FINE CONSTANTĂ

Din fericire, fizicienii au găsit alte modalități de a testa. În anii 1970 Oamenii de știință de la Comisia Franceză pentru Energie Nucleară au observat unele particularități în compoziția izotopică a minereului din mina de uraniu Oklo din Gabon (Africa de Vest): semăna cu deșeurile din reactorul nuclear. Se pare că în urmă cu aproximativ 2 miliarde de ani s-a format în Oklo un reactor nuclear natural ( vezi „Reactor divin”, „În lumea științei”, nr. 1, 2004).

În 1976, Alexander Shlyakhter de la Institutul de Fizică Nucleară din Leningrad a remarcat că performanța reactoarelor naturale depinde în mod critic de energia precisă a stării specifice a nucleului de samariu care asigură captarea neutronilor. Și energia în sine este strâns legată de valoarea $\alpha $. Deci, dacă constanta structurii fine ar fi fost ușor diferită, nu ar fi avut loc nicio reacție în lanț. Dar s-a întâmplat cu adevărat, ceea ce înseamnă că în ultimii 2 miliarde de ani constanta nu s-a schimbat cu mai mult de 1 $\cdot$ $10^(–8)$. (Fizicienii continuă să dezbată rezultatele cantitative exacte din cauza incertitudinii inevitabile cu privire la condițiile dintr-un reactor natural.)

În 1962, P. James E. Peebles și Robert Dicke de la Universitatea Princeton au fost primii care au aplicat o astfel de analiză meteoriților antici: abundența relativă a izotopilor rezultată din dezintegrarea lor radioactivă depinde de $\alpha$. Cea mai sensibilă limitare este asociată cu degradarea beta în timpul conversiei reniului în osmiu. Conform lucrărilor recente ale lui Keith Olive de la Universitatea din Minnesota și Maxim Pospelov de la Universitatea Victoria din Columbia Britanică, în momentul în care meteoriții s-au format, $\alpha$ diferea de valoarea sa actuală cu 2 $\cdot$ $10^ (– 6)$. Acest rezultat este mai puțin precis decât datele Oklo, dar merge mai departe în timp, până la apariția Sistemului Solar cu 4,6 miliarde de ani în urmă.

Pentru a explora posibilele schimbări pe perioade de timp chiar mai lungi, cercetătorii trebuie să privească spre cer. Lumina de la obiecte astronomice îndepărtate durează miliarde de ani pentru a ajunge la telescoapele noastre și poartă amprenta legilor și constantelor lumii din acele vremuri când tocmai și-a început călătoria și interacțiunea cu materia.

Liniile spectrale

Astronomii s-au implicat în povestea constantelor la scurt timp după descoperirea quasarelor în 1965, care tocmai fuseseră descoperite și identificate ca surse strălucitoare de lumină situate la distanțe mari de Pământ. Deoarece calea luminii de la quasar la noi este atât de lungă, ea traversează inevitabil cartierele gazoase ale galaxiilor tinere. Gazul absoarbe lumina quasarului la frecvențe specifice, imprimând un cod de bare de linii înguste pe spectrul său (vezi caseta de mai jos).

CĂUTAREA MODIFICĂRII RADIAȚIEI QUASAR

Atunci când un gaz absoarbe lumină, electronii conținuti în atomi sar de la niveluri scăzute de energie la niveluri superioare. Nivelurile de energie sunt determinate de cât de strâns nucleul atomic ține electronii, ceea ce depinde de puterea interacțiunii electromagnetice dintre ei și, prin urmare, de constanta structurii fine. Dacă era diferit în momentul în care lumina a fost absorbită sau într-o regiune specifică a Universului unde s-a întâmplat acest lucru, atunci energia necesară pentru tranziția unui electron la un nou nivel și lungimile de undă ale tranzițiilor observate în spectrele, ar trebui să difere de cele observate astăzi în experimentele de laborator. Natura modificării lungimilor de undă depinde în mod critic de distribuția electronilor pe orbitele atomice. Pentru o modificare dată în $\alpha$, unele lungimi de undă scad, iar altele cresc. Modelul complex de efecte este greu de confundat cu erorile de calibrare a datelor, făcând un astfel de experiment extrem de util.

Când am început să lucrăm acum șapte ani, ne-am confruntat cu două probleme. În primul rând, lungimile de undă ale multor linii spectrale nu au fost măsurate cu suficientă precizie. În mod ciudat, oamenii de știință știau mult mai multe despre spectrele quasarelor aflate la miliarde de ani lumină distanță decât despre spectrele probelor terestre. Aveam nevoie de măsurători de laborator de înaltă precizie pentru a compara spectrele quasarelor și i-am convins pe experimentatori să facă măsurători adecvate. Acestea au fost efectuate de Anne Thorne și Juliet Pickering de la Imperial College London, urmate de echipe conduse de Sveneric Johansson de la Observatorul Lund din Suedia și de Ulf Griesmann și Rayner Rainer Kling de la Institutul Național de Standarde și Tehnologie din Maryland.

A doua problemă a fost că observatorii anteriori au folosit așa-numitele dublete alcaline - perechi de linii de absorbție care apar în gazele atomice de carbon sau siliciu. Ei au comparat intervalele dintre aceste linii din spectrele quasarului cu măsurătorile de laborator. Cu toate acestea, această metodă nu a permis utilizarea unui fenomen specific: variațiile în $\alpha $ determină nu numai o modificare a intervalului dintre nivelurile de energie ale unui atom față de nivelul cu cea mai scăzută energie (starea fundamentală), dar de asemenea, o schimbare a poziţiei stării fundamentale în sine. De fapt, al doilea efect este chiar mai puternic decât primul. Ca rezultat, acuratețea observațiilor a fost de numai 1 $\cdot$ $10^(–4)$.

În 1999, unul dintre autorii lucrării (Web) și Victor V. Flambaum de la Universitatea din New South Wales din Australia au dezvoltat o tehnică care să țină cont de ambele efecte. Ca urmare, sensibilitatea a fost crescută de 10 ori. În plus, a devenit posibilă compararea diferitelor tipuri de atomi (de exemplu, magneziu și fier) ​​și efectuarea unor verificări încrucișate suplimentare. Au trebuit efectuate calcule complexe pentru a determina exact modul în care lungimile de undă observate au variat în diferite tipuri de atomi. Înarmați cu telescoape și senzori moderni, am decis să testăm constanța lui $\alpha $ cu o precizie fără precedent, folosind o nouă metodă de mai mulți multipleți.

Reconsiderarea punctelor de vedere

Când am început experimentele, am vrut pur și simplu să stabilim cu o mai mare acuratețe că valoarea constantei structurii fine în antichitate era aceeași ca și astăzi. Spre surprinderea noastră, rezultatele obținute în 1999 au arătat diferențe mici, dar semnificative statistic, care au fost confirmate ulterior. Folosind date de la 128 de linii de absorbție de quasar, am înregistrat o creștere a $\alpha$ de 6 $\cdot$ $10^(–6)$ în ultimii 6–12 miliarde de ani.

Rezultatele măsurătorilor constantei structurii fine nu ne permit să tragem concluzii definitive. Unii dintre ei indică faptul că era cândva mai mic decât este acum, iar alții nu sunt. Poate că α sa schimbat în trecutul îndepărtat, dar acum a devenit constantă. (Dreptunghiurile reprezintă intervalul de modificări ale datelor.)

Afirmațiile îndrăznețe necesită dovezi substanțiale, așa că primul nostru pas a fost să revizuim temeinic metodele noastre de colectare și analiză a datelor. Erorile de măsurare pot fi împărțite în două tipuri: sistematice și aleatorii. Cu inexactități aleatorii, totul este simplu. În fiecare măsurătoare individuală, aceștia iau valori diferite, care, cu un număr mare de măsurători, sunt mediate și tind spre zero. Erorile sistematice care nu sunt mediate sunt mai dificil de combatet. În astronomie, incertitudini de acest fel sunt întâlnite la fiecare pas. În experimentele de laborator, setările instrumentelor pot fi ajustate pentru a minimiza erorile, dar astronomii nu pot „ajusta” universul și trebuie să accepte că toate metodele lor de culegere a datelor conțin părtiniri inevitabile. De exemplu, distribuția spațială observată a galaxiilor este vizibil părtinitoare către galaxii luminoase, deoarece acestea sunt mai ușor de observat. Identificarea și neutralizarea unor astfel de părtiniri reprezintă o provocare constantă pentru observatori.

Am observat mai întâi o posibilă distorsiune în scara lungimii de undă în raport cu care au fost măsurate liniile spectrale ale quasarului. Ar putea apărea, de exemplu, în timpul procesării rezultatelor „brute” ale observării quasarelor într-un spectru calibrat. Deși o simplă întindere sau micșorare liniară a scalei lungimii de undă nu ar putea simula exact schimbarea în $\alpha$, chiar și o asemănare aproximativă ar fi suficientă pentru a explica rezultatele. Am eliminat treptat erorile simple asociate cu distorsiunile prin înlocuirea datelor de calibrare în locul rezultatelor observației quasarului.

Am petrecut mai mult de doi ani analizând diverse cauze ale părtinirii pentru a ne asigura că impactul lor este neglijabil. Am găsit o singură sursă potențială de erori grave. Vorbim despre liniile de absorbție a magneziului. Fiecare dintre cei trei izotopi stabili ai săi absoarbe lumina cu lungimi de undă diferite, care sunt foarte aproape unele de altele și sunt vizibile ca o singură linie în spectrele quasarului. Pe baza măsurătorilor de laborator ale abundenței relative a izotopilor, cercetătorii judecă contribuția fiecăruia dintre ei. Distribuția lor în tânărul Univers ar putea fi semnificativ diferită de cea de astăzi, dacă stelele care au emis magneziu ar fi, în medie, mai grele decât omologii lor de astăzi. Astfel de diferențe ar putea imita schimbări în $\alpha$. Dar rezultatele unui studiu publicat anul acesta indică faptul că faptele observate nu sunt atât de ușor de explicat. Yeshe Fenner și Brad K. Gibson de la Universitatea de Tehnologie Swinburne din Australia și Michael T. Murphy de la Universitatea din Cambridge au concluzionat că abundența izotopilor necesară pentru a simula variația $\alpha$ ar duce, de asemenea, la sinteza excesului de azot în Universul timpuriu, ceea ce este complet incompatibil cu observațiile. Deci trebuie să acceptăm posibilitatea ca $\alpha $ să se fi schimbat.

CATEORI SE SCHIMBA, CATEORI NU

Conform ipotezei prezentate de autorii articolului, în unele perioade ale istoriei cosmice constanta structurii fine a rămas neschimbată, iar în altele a crescut. Datele experimentale (a se vedea caseta anterioară) sunt în concordanță cu această ipoteză.

Comunitatea științifică a apreciat imediat importanța rezultatelor noastre. Cercetătorii spectrului quasar din întreaga lume au început imediat să facă măsurători. În 2003, grupurile de cercetare ale lui Serghei Levshakov de la Institutul de Fizică și Tehnologie din Sankt Petersburg au numit după. Ioffe și Ralf Quast de la Universitatea din Hamburg au studiat trei sisteme quasar noi. Anul trecut, Hum Chand și Raghunathan Srianand de la Centrul Interuniversitar pentru Astronomie și Astrofizică din India, Patrick Petitjean de la Institutul de Astrofizică și Bastien Aracil de la LERMA din Paris au analizat alte 23 de cazuri. Niciun grup nu a găsit o modificare în $\alpha$. Chand susține că orice schimbare între 6 și 10 miliarde de ani în urmă trebuie să fi fost mai puțin de o parte dintr-un milion.

De ce tehnicile similare folosite pentru a analiza diferite surse de date au condus la o discrepanță atât de radicală? Răspunsul este încă necunoscut. Rezultatele obținute de cercetătorii menționați sunt de o calitate excelentă, dar dimensiunea probelor lor și vârsta radiației analizate sunt semnificativ mai mici decât ale noastre. În plus, Chand a folosit o versiune simplificată a metodei multimultiplet și nu a evaluat pe deplin toate erorile experimentale și sistematice.

Renumitul astrofizician John Bahcall de la Princeton a criticat însăși metoda multimultipletului, dar problemele pe care le evidențiază se încadrează în categoria erorilor aleatorii, care sunt minimizate atunci când se folosesc eșantioane mari. Bacall, precum și Jeffrey Newman de la Laboratorul Național. Lawrence de la Berkeley sa uitat la liniile de emisie mai degrabă decât la liniile de absorbție. Abordarea lor este mult mai puțin precisă, deși se poate dovedi utilă în viitor.

Reforma legislativă

Dacă rezultatele noastre sunt corecte, implicațiile vor fi enorme. Până de curând, toate încercările de a estima ce s-ar întâmpla cu Universul dacă s-ar schimba constanta structurii fine au fost nesatisfăcătoare. Ei nu au mers mai departe decât să considere $\alpha$ ca o variabilă în aceleași formule care au fost obținute sub ipoteza că este constantă. De acord, o abordare foarte dubioasă. Dacă $\alpha $ se modifică, atunci energia și impulsul din efectele asociate cu acesta ar trebui conservate, ceea ce ar trebui să afecteze câmpul gravitațional din Univers. În 1982, Jacob D. Bekenstein de la Universitatea Ebraică din Ierusalim a fost primul care a generalizat legile electromagnetismului în cazul constantelor neconstante. În teoria sa $\alpha $ este considerată ca o componentă dinamică a naturii, i.e. ca un câmp scalar. Acum patru ani, unul dintre noi (Barrow), împreună cu Håvard Sandvik și João Magueijo de la Imperial College London, au extins teoria lui Bekenstein pentru a include gravitația.

Predicțiile teoriei generalizate sunt tentant de simple. Deoarece electromagnetismul la scară cosmică este mult mai slab decât gravitația, modificările în $\alpha$ cu câteva părți într-un milion nu au un efect vizibil asupra expansiunii Universului. Dar expansiunea afectează în mod semnificativ $\alpha $ datorită discrepanței dintre energiile câmpurilor electrice și magnetice. În primele zeci de mii de ani de istorie cosmică, radiația a dominat particulele încărcate și a menținut echilibrul dintre câmpurile electrice și magnetice. Pe măsură ce Universul s-a extins, radiațiile au devenit rarefiate, iar materia a devenit elementul dominant al spațiului. Energiile electrice și magnetice s-au dovedit a fi inegale și $\alpha $ au început să crească proporțional cu logaritmul timpului. Cu aproximativ 6 miliarde de ani în urmă, energia întunecată a început să domine, accelerând expansiunea, ceea ce face dificilă propagarea tuturor interacțiunilor fizice în spațiul liber. Ca rezultat, $\alpha$ a devenit din nou aproape constant.

Imaginea descrisă este în concordanță cu observațiile noastre. Liniile spectrale ale quasarului caracterizează acea perioadă a istoriei cosmice când materia domina și $\alpha$ a crescut. Rezultatele măsurătorilor și studiilor de laborator de la Oklo corespund unei perioade în care energia întunecată domină și $\alpha$ este constantă. Studiul suplimentar al influenței modificărilor $\alpha$ asupra elementelor radioactive din meteoriți este deosebit de interesant, deoarece ne permite să studiem tranziția dintre cele două perioade numite.

Alpha este doar începutul

Dacă constanta structurii fine se schimbă, atunci obiectele materiale ar trebui să cadă diferit. La un moment dat, Galileo a formulat un principiu slab al echivalenței, conform căruia corpurile în vid cad cu aceeași viteză, indiferent din ce sunt făcute. Dar modificările în $\alpha$ trebuie să genereze o forță care acționează asupra tuturor particulelor încărcate. Cu cât un atom conține mai mulți protoni în nucleul său, cu atât îl va simți mai puternic. Dacă concluziile desprinse din analiza rezultatelor observării quasarului sunt corecte, atunci accelerația căderii libere a corpurilor din diferite materiale ar trebui să difere cu aproximativ 1 $\cdot$ $10^(–14)$. Acesta este de 100 de ori mai mic decât poate fi măsurat în laborator, dar suficient de mare pentru a detecta diferențele în experimente precum STEP (Testing the Space Equivalence Principle).

În studiile anterioare $\alpha $, oamenii de știință au neglijat eterogenitatea Universului. Ca toate galaxiile, Calea Lactee este de aproximativ un milion de ori mai densă decât spațiul mediu, așa că nu se extinde odată cu Universul. În 2003, Barrow și David F. Mota de la Cambridge au calculat că $\alpha$ se poate comporta diferit în interiorul unei galaxii și în regiunile mai goale ale spațiului. De îndată ce o galaxie tânără devine mai densă și, relaxându-se, intră în echilibru gravitațional, $\alpha$ devine constantă în interiorul galaxiei, dar continuă să se schimbe în exterior. Astfel, experimentele de pe Pământ care testează constanța $\alpha$ suferă de selecția părtinitoare a condițiilor. Încă trebuie să ne dăm seama cum afectează acest lucru verificarea principiului echivalenței slabe. Nu au fost observate încă variații spațiale ale $\alpha$. Bazându-se pe omogenitatea CMB, Barrow a arătat recent că $\alpha $ nu variază cu mai mult de 1 $\cdot$ $10^(–8)$ între regiunile sferei cerești separate de $10^o$.

Nu putem decât să așteptăm să apară noi date și să fie efectuate noi studii care să confirme sau să infirme în cele din urmă ipoteza despre schimbarea în $\alpha $. Cercetătorii s-au concentrat pe această constantă pur și simplu pentru că efectele datorate variațiilor acesteia sunt mai ușor de observat. Dar dacă $\alpha $ este cu adevărat instabil, atunci și alte constante trebuie să se schimbe. În acest caz, va trebui să admitem că mecanismele interne ale naturii sunt mult mai complexe decât ne-am imaginat.

DESPRE AUTORI:
John D. Barrow și John K. Webb au început să cerceteze constantele fizice în 1996, în timpul unui an sabatic comun la Universitatea Sussex din Anglia. Apoi Barrow a explorat noi posibilități teoretice de schimbare a constantelor, iar Web a fost implicat în observarea quasarelor. Ambii autori scriu cărți non-ficțiune și apar adesea în programele de televiziune.

Cercetările au arătat că constantele fizice fundamentale utilizate în fizica modernă provin direct din constantele de vid enumerate mai jos.

h u= 7,69558071(63) 10 –37 J s.

G u

R u= 29,9792458 ohmi.

t u= 0,939963701(11)·10 –23 s.

lu= 2,817940285(31)·10 –15 m.

S-a stabilit că constantele fizice fundamentale moderne au un statut secundar în raport cu constantele găsite și reprezintă diferite combinații de constante. h u, t u, luși numerele π și α. Constantele incluse în h u-t u-lu-π-α-bază, este definit un statut special - sunt definite ca superconstante universale. Pe baza superconstantelor universale, s-a obținut o nouă valoare a constantei gravitaționale a lui Newton și a constantelor Planck și a fost găsită o formulă de forță universală. Noile constante fizice fundamentale oferă oportunități ample pentru stabilirea de noi legi fizice și căutarea constantelor de interacțiune pentru diferite legi fizice.

Introducere

Fizica intră în secolul 21 cu o mare încurcătură de probleme nerezolvate. Dacă la sfârșitul secolului al XIX-lea totul era bine în fizică, cu excepția rezultatelor negative ale experimentului Michelson și a dependenței de neînțeles a radiației corpului negru de temperatură, atunci până la sfârșitul secolului al XX-lea fizica acumulase un număr fără precedent de probleme nerezolvate. Cele mai importante dintre ele se regăsesc în recent publicatul V.L. Lista Ginsburg 1999.

Dacă doar două probleme de la sfârșitul secolului al XIX-lea au condus la o schimbare radicală a situației în fizică, atunci încurcătura de probleme nerezolvate de la sfârșitul secolului al XX-lea poate duce la o revizuire masivă a înțelegerii structurii lumii, care poate fi urmată de o remodelare a imaginii științifice existente asupra lumii. Abundența încercărilor nereușite de a crea noi teorii fizice sugerează că direcția strategică corectă a cercetării nu a fost încă identificată. Dintre problemele fundamentale nerezolvate, cea mai importantă problemă nu a fost încă identificată, a cărei soluție va oferi cheia rezolvării altor probleme. Eforturile oamenilor de știință vizează atât cercetarea teoretică, cât și cea experimentală. Căutarea de noi abordări se desfășoară activ în domeniul cercetării noilor câmpuri fizice bazate pe conceptul de vid fizic. Pentru a descrie noi tipuri de câmpuri și interacțiuni noi, este necesar să căutați constante de interacțiune. Este foarte probabil ca acestea să fie noi constante încă necunoscute fizicii.

Această lucrare atinge o problemă care, în opinia mea, a căzut în mod nemeritat din vederea fizicienilor și nu a fost încă identificată printre cele mai importante probleme fundamentale. Mă refer la problema constantelor fizice fundamentale. Ar trebui să fie pe primul loc, deoarece conține cheia pentru rezolvarea altor probleme din fizică. După cum se va arăta mai jos cu câteva exemple, această problemă este într-adevăr una cheie, iar soluția ei deschide oportunități mari pentru căutarea de noi legi fizice și noi constante fizice.

1. Problema constantelor fizice fundamentale

Problema constantelor fizice fundamentale a apărut în mod natural pe baza unui număr mare de rezultate de cercetare acumulate în domeniul fizicii particulelor. Datorită acestei direcții de cercetare, au apărut un număr mare de noi constante fizice fundamentale, care au fost deja alocate unei clase separate - „constante atomice și nucleare”. Trebuie remarcat faptul că numărul lor depășește deja cu mult numărul tuturor celorlalte constante combinate. În total, sute de constante fizice sunt deja folosite în fizică. Lista constantelor fizice fundamentale recomandată de CODATA 1998 conține aproximativ 300 de constante fizice fundamentale. Faptul că numărul de constante a ajuns deja la câteva sute și toate sunt fundamentale, este în mod clar anormal. Dacă le abordăm ca fiind cu adevărat fundamentale, atunci sunt prea multe. Dacă presupunem că lumea se bazează pe o singură esență și că fenomenele mecanice, electrice și gravitaționale trebuie să aibă o singură natură, atunci nu este nevoie de un număr atât de mare de constante pentru a descrie toate fenomenele și legile fizice. Dacă abordăm conceptul de fundamentalitate în întregime, atunci un număr foarte minim de constante ar trebui să aibă fundamentalitate adevărată, și nu sute. Astfel, există o mare contradicție între numărul minim necesar de constante fundamentale și abundența lor reală.

Se poate presupune că constantele cunoscute astăzi sunt constante compozite și au statut de fundamentale doar datorită caracteristicilor istorice ale aspectului lor. Apoi apar întrebările: „din ce noi constante ireductibile pot consta și cum sunt legate între ele?” Dacă există astfel de constante primare, atunci ele ar putea pretinde a fi superconstante fizice fundamentale și ar putea înlocui constantele existente. Există astfel de superconstante care pot înlocui un număr atât de mare de constante fizice fundamentale atât de diferite și câte sunt? Nu există răspunsuri la aceste întrebări în cadrul cunoașterii moderne.

Cele mai importante teorii fizice moderne operează cu constante G, h, cîn diferitele lor combinaţii. Deci, de exemplu, teoria gravitației lui Newton poate fi numită condiționat G-teorie. Relativitatea generală este clasică ( G, c)-teorie. Teoria relativistică a câmpului cuantic este cuantică ( h, c)-teorie. Fiecare dintre aceste teorii operează cu una sau două constante dimensionale. Descoperirea unităților lui Planck de lungime, masă și timp a dat naștere la speranța că va fi posibilă crearea unei noi teorii cuantice bazată pe cele trei constante. Cu toate acestea, încercările de a crea o teorie unificată a câmpurilor electromagnetice, particulelor și gravitației bazată pe constante tridimensionale - ( G, c, h)-teoria s-a încheiat cu eșec. Nu există încă o astfel de teorie, deși s-au pus mari speranțe în apariția ei. Pe G-c-h-baza este încă sperată ca un triplet fundamental de constante pentru o teorie viitoare. Într-adevăr, există multe de sugerat că constantele tridimensionale ar trebui să fie suficiente pentru a crea o teorie unificată. La urma urmei, nu este fără motiv că numai din trei unități de bază - metrul, kilogramul și secunda - se pot obține toate unitățile derivate care sunt de natură mecanică. Cu toate acestea, nu este încă clar care trei constante ar trebui să formeze baza unei viitoare teorii consistente? Această sarcină s-a dovedit a fi foarte dificilă. Consider că motivele complexității stau în natura neclară a multor constante fundamentale și în originile neclare ale originii lor. Cercetările efectuate ne permit să spunem că numărul minim de constante primare care alcătuiesc constantele fizice fundamentale moderne există de fapt. În acest caz, baza constantă minimă include atât constante fizice deja cunoscute, cât și constante noi.

2. Constantele fizice ale vidului

La studierea proprietăților unui vid fizic, din relația pentru densitatea de energie, s-a obținut următoarea formulă pentru energia totală conținută într-un obiect dinamic în vid:

Această relație seamănă în aparență cu formula lui Planck E = h·ν. Numai rolul cuantumului de acțiune în ea este jucat nu de constanta lui Planck, ci de o nouă constantă:

Valoare constantă G u este egal cu:

G u= 2,56696941(21) 10 –45 N s 2 .

Constant R u numită cuantumul fundamental al rezistenţei. Valoarea sa este:

R u= 29,9792458 ohmi.

Aceste trei constante h u, G u, R u sunt constantele de bază ale vidului. Ceea ce este de remarcat este că acestea decurg direct din câmpul continuu al lui Maxwell.

Cu constanta de vid G u se asociază o nouă lege dinamică inerentă vidului fizic. Această lege arată astfel:

Unde: m e – masa electromagnetică, l– caracteristica metrică.

Din legea dinamică rezultă că masa electromagnetică ia valori de la o anumită valoare minimă la o anumită valoare limită:

Acest lucru duce la faptul că caracteristica metrică se schimbă de la o anumită valoare maximă la o anumită valoare limită:

Ecuația (5) este o lege dinamică care reflectă simetria dinamică a vidului. D-invarianța în vid este un nou tip de simetrie și reflectă cea mai fundamentală proprietate a Naturii. CU D-invarianța vidului este asociată cu cea mai importantă lege de conservare, care nu este încălcată în toate tipurile de interacțiuni.

D-invarianța în vid este o simetrie de ordin mai mare decât simetriile cunoscute astăzi. Încălcări de simetrie care se observă în Natură, până la neconservare C.P.-invarianta, nu afecteaza D-invarianta vidului. Frontieră D-invarianţele sunt constante fundamentale pe mineȘi lu, care reflectă legea dinamică a vidului. Astfel, simetria dinamică a vidului nu contrazice ideea de dezvoltare, deoarece D-invarianța se păstrează chiar și atunci când sunt încălcate alte tipuri de simetrie. În vid, se realizează un proces fizic real, care își datorează existența simetriei dinamice, care duce la apariția unor particule discrete dintr-un obiect fizic continuu, care în descrierea matematică este prezentată ca realizarea unor mărimi fizice ale lor limitative cuantificate. valorile.

Din relațiile (2) și (4) rezultă că:

În sistemul SGSE, relația pentru taxa elementară va lua forma:

Relațiile (7) și (8) sunt reprezentate de rădăcina pătrată. Din ele rezultă direct că sarcinile sunt binare, adică. că acuzațiile au două semne. Deoarece sarcinile sunt determinate numai de constante, din aceste relații rezultă și cuantizarea sarcinilor.

Având în vedere dinamica obiectelor imateriale în vid, este ușor de observat că prima valoare fixă ​​a energiei, care corespunde unui obiect fizic stabil, este energia unui electron sau pozitron. E e. Atunci valoarea frecvenței care corespunde acestei valori energetice va fi egală cu:

ν = E e/h u= 1,063870869·10 23 Hz.

Aceasta implică a patra constantă fizică a vidului - cuantumul fundamental al timpului:

t u= 0,939963701(11)·10 –23 s.

Folosind constanta vitezei luminii c, obținem a cincea constantă de vid - cuantumul fundamental al lungimii:

lu= 2,817940285(31)·10 –15 m.

Rețineți că valoarea acestei constante coincide exact cu raza clasică a electronilor. Toate cele cinci constante de vid h u, G u, R u, t u, lu obţinute pe baza unei noi abordări a înţelegerii esenţei fizice a structurilor câmpului. Studiile efectuate asupra acestor constante au arătat că constantele fizice fundamentale utilizate în fizica modernă provin direct din constantele fizice ale vidului. Constantele de vid de bază de mai sus ne permit să obținem un număr de constante secundare, care sunt constante derivate și se referă, de asemenea, la vidul fizic.

Constante metrice fundamentale t uȘi lu formează o nouă constantă b, numită accelerație fundamentală:

b = lu/t u 2 .

b= 3,189404629(36) 10 31 m/s 2 .

Această constantă ne-a permis să obținem o nouă lege a forței

F = m· b.

Această lege reflectă relația dintre forță și defectul de masă.

Studiile constantelor de vid au condus la concluzia că pentru obiectele dinamice în vid este posibil să se determine constanta momentului magnetic. Un astfel de moment magnetic a fost găsit în . Se numește magneton fundamental de vid. Prezentăm relația pentru magnetonul fundamental de vid:

μ u = lu (h u c) 1/2 /2π.

Valoarea acestei constante este:

μ u= 2,15418485(11)·10 –26 J/T.

Magneton fundamental μ uși magnetonul Bohr μ B sunt legate între ele prin următoarea relație:

μ u = μ B α/π.

3. Superconstante universale

S-au obţinut noi rezultate care arată că grupul constantelor de vid h u, t u, luîmpreună cu numerele π și α, are o caracteristică unică. Această caracteristică este că constantele fundamentale utilizate în fizică sunt diferite combinații ale constantelor enumerate. Astfel, constantele de vid numite au un statut primar și pot servi ca bază ontologică a constantelor fizice. Constante incluse în h u-t u-lu Baza -π-α sunt numite superconstante universale.

Semnificațiile lor sunt următoarele:

• cuantumul fundamental de acţiune h u= 7,69558071(63) 10 –37 J s;
• cuantumul fundamental al lungimii lu= 2,817940285(31)·10 –15 m;
• cuantumul fundamental de timp t u= 0,939963701(11)·10 –23 s;
• constantă de structură fină α = 7,297352533(27)·10 –3;
• numărul π = 3,141592653589...

Constantele acestui grup au făcut posibilă dezvăluirea unei interdependențe universale complet neașteptate și a unei conexiuni reciproce profunde a tuturor constantelor fizice fundamentale. Mai jos, ca exemplu, se arată cum unele constante fundamentale sunt legate de superconstantele universale. Pentru principalele constante, aceste dependențe funcționale s-au dovedit a fi după cum urmează:

• taxa elementara: e = f (h u, lu, t u);
• masa electronilor: pe mine = f (h u, lu, t u);
• constanta Rydberg: R ∞ = f (lu, α, π);
• constanta gravitationala: G = f (h u, lu, t u, α, π);
• raportul masei proton-electron: m p/pe mine = f (α, π);
• constanta Hubble: H = f (t u, α, π);
• masa Planck: m pl = f (h u, lu, t u, α, π);
• Lungime Planck: l pl = f (lu, α, π);
• Ora Planck: t pl = f (t u, α, π);
• cuantumul fluxului magnetic: F 0 = f (h u, lu, t u, α, π);
• Magneton Bohr: μ B = f (h u, lu, t u, α,).

După cum vedem, există o conexiune globală între constantele fizice la un nivel fundamental. Din dependențele date este clar că cele mai puțin complexe sunt constantele h, c, R ∞ , m p/pe mine. Aceasta indică faptul că aceste constante sunt cele mai apropiate de constantele primare, dar nu sunt constante primare în sine. După cum vedem, constantele care au în mod tradițional statutul de constante fundamentale nu sunt constante primare și independente. Numai superconstantele de vid pot fi clasificate ca primare și independente. Acest lucru a fost confirmat de faptul că utilizarea unei baze superconstante a făcut posibilă obținerea prin calcul a tuturor principalelor constante fizice fundamentale. Faptul că constantele fizice fundamentale cunoscute astăzi nu au statutul de constante primare și independente, dar pe baza lor au încercat să construiască teorii fizice, a fost cauza multor probleme în fizică. Teoriile fundamentale nu pot fi construite pe constante secundare.

Superconstante dimensionale h u, lu, t u determina proprietățile fizice ale spațiului-timp. Superconstantele π și α determină proprietățile geometrice ale spațiului-timp. Se confirmă astfel abordarea lui A. Poincaré, conform căreia se afirmă complementaritatea fizicii și geometriei. Conform acestei abordări, în experimentele reale observăm întotdeauna o anumită „sumă” a fizicii și geometriei. Grupul de superconstante universale confirmă acest lucru prin compoziția sa.

4. Noua valoare a constantei G

constantă de dependență G din superconstantele primare indică faptul că această constantă cea mai importantă poate fi obținută prin calcule matematice. După cum se știe, însăși forma legii lui Newton a gravitației universale - proporționalitatea directă a forței cu mase și proporționalitatea inversă cu pătratul distanței, a fost testată cu mult mai mare precizie decât precizia determinării constantei gravitaționale. G. Prin urmare, principala limitare a determinării exacte a forțelor gravitaționale este impusă de constantă G. În plus, încă de pe vremea lui Newton, întrebarea naturii gravitației și a esenței constantei gravitaționale în sine rămâne deschisă. G. Această constantă a fost determinată experimental. Știința nu știe încă dacă există o relație analitică pentru determinarea constantei gravitaționale. Nici știința nu cunoștea legătura dintre constantă Gși alte constante fizice fundamentale. În fizica teoretică, ei încearcă să folosească această constantă cea mai importantă împreună cu constanta lui Planck și viteza luminii pentru a crea o teorie cuantică a gravitației și pentru a dezvolta teorii unificate. Prin urmare, întrebări despre primatul și independența constantei G, precum și nevoia de a-i cunoaște sensul exact, ies în prim-plan.

Valoare numerică G a fost determinată pentru prima dată de fizicianul englez G. Cavendish în 1798 pe o balanță de torsiune prin măsurarea forței de atracție dintre două bile.

Sensul modern al constantei G, recomandat de CODATA 1998:

G= 6,673(10)·10 –11 m 3 kg –1 s –2.

Dintre toate constantele fizice universale, precizia determinării G este cel mai jos. Eroare pătratică medie pentru G este cu câteva ordine de mărime mai mare decât eroarea altor constante.

A fost complet neașteptat că G poate fi exprimat în termeni de constante electromagnetice. Acest lucru devine important, deoarece acuratețea constantelor electromagnetismului este mult mai mare decât acuratețea constantei. G.

Grupul deschis de superconstante universale cu statut primar și legătura globală identificată între constantele fundamentale au făcut posibilă obținerea de formule matematice pentru calcularea constantei gravitaționale. G. Au existat mai multe astfel de formule. Pentru a confirma acest lucru, mai jos sunt 9 formule echivalente:

Din formulele de mai sus este clar că constanta G se exprimă folosind alte constante fundamentale prin relații foarte compacte și frumoase. În același timp, toate formulele pentru constanta gravitațională păstrează coerența. Printre constantele fizice cu care este reprezentată constanta gravitațională se numără constante precum cuanta fundamentală h u, viteza luminii c, constanta de structură fină α, constanta lui Planck h, numărul π, metrica fundamentală a spațiu-timpului ( lu, t u), masa elementară pe mine, sarcina elementara e, număr mare de Dirac D 0, energia de repaus a electronilor E e, unități de lungime Planck l pl, mase m pl, timp t pl, constanta Hubble H, constanta Rydberg R ∞ . Aceasta indică esența unică a electromagnetismului și gravitației și prezența unității fundamentale în toate constantele fizice. Din formulele de mai sus reiese clar că legătura dintre electromagnetism și gravitație există cu adevărat și se manifestă chiar și la nivelul constantei gravitaționale. G.

Acum, la 200 de ani de la prima măsurare G, a devenit posibil, pe baza formulelor obținute, să se calculeze valoarea exactă a acesteia folosind constantele electromagnetismului. Deoarece acuratețea în determinarea constantelor electromagnetismului este mare, precizia constantei gravitaționale poate fi adusă mai aproape de acuratețea constantelor electromagnetice. Toate formulele de mai sus dau o nouă valoare G, care este cu aproape cinci ordine de mărime (!) mai precisă decât valoarea cunoscută în prezent. Sens nou Gîn loc de patru cifre, conține 9 cifre:

G= 6,67286742(94) 10 –11 m 3 kg –1 s –2.

Folosind superconstante universale, a fost posibil să se obțină noi formule pentru constantele Planck:

Pe baza acestor formule, s-au obținut noi valori ale constantelor Planck:

m pl= 2,17666772(25)·10 –8 kg.

l pl= 1,616081388(51)·10 –35 m.

t pl= 5,39066726(17)·10 –44 s.

Aceste noi valori ale constantelor Planck sunt cu aproape cinci ordine de mărime mai precise decât valorile cunoscute în prezent.

Superconstantele universale au făcut posibilă obținerea unei noi valori exacte pentru parametrul Hubble:

H= 53,98561(87) (km/s)/Mpc.

5. Constanta de forță fundamentală

Particularitățile constantelor fizice de vid au condus la concluzia că forțele de interacțiune ar trebui exprimate și în termeni de constante de vid. Să o arătăm. Din legea lui Coulomb pentru interacțiunea sarcinilor elementare rezultă:

F = e 2 /l 2 .

Pe baza formulei (8), prezentăm această relație după cum urmează:

F = h u c/l 2 = h uν 2 / c.

Sens h u/c luând în considerare formula (3) aceasta va fi egală cu G u. Pe baza acesteia, obținem relația pentru legea interacțiunii universale:

F = G u·ν2.

Pentru valoarea limită a metricii, din legea interacțiunii universale obținem următoarea relație pentru constanta de forță:

F u = h u/l u t u.

Această nouă constantă fizică se numește constantă de forță fundamentală. Valoarea sa este:

F u= 29,0535047(31) N.

Este o constantă de forță universală pentru toate tipurile de interacțiuni cunoscute astăzi. După cum se arată în, această constantă este prezentă nu numai în legea lui Coulomb, ci și în legile lui Newton, legea lui Galileo, legea lui Ampere și legea gravitației universale.

6. Formula de rezistență universală

Căutarea unei singure interacțiuni care să reunească cele patru interacțiuni fundamentale este una dintre cele mai dificile probleme nerezolvate din fizică. Încercările moderne de a combina interacțiunile puternice, slabe, electromagnetice și gravitaționale se bazează pe căutarea condițiilor în care constantele de interacțiune coincid în valorile lor. Se crede că, dacă există o astfel de constantă unică, atunci este posibilă unificarea interacțiunilor. Cu toate acestea, această abordare nu a condus încă la rezultate încurajatoare. Relația dintre cele patru interacțiuni fundamentale nu a fost dezvăluită, iar originile apariției lor nu sunt clare.

Consider că soluția la problema interacțiunii unificate trebuie căutată într-o altă direcție.

În loc să cauți condiții în care constantele de interacțiune pot coincide, este recomandabil să se investigheze geneza interacțiunilor fundamentale și să se caute noua constanta a interactiunii unificate. Există toate motivele să credem că o astfel de constantă există. Unitatea constantelor fizice fundamentale indică existența unității în forțele electromagnetice și gravitaționale. În special, clarificarea următoarei întrebări poate determina rezolvarea acestei probleme. De ce formulele legilor lui Coulomb și ale legilor gravitației universale ale lui Newton sunt atât de asemănătoare ca aspect? Interacțiuni atât de diferite s-au dovedit a fi atât de asemănătoare în reprezentarea matematică a formulei forței. Într-una sunt sarcini, în cealaltă sunt mase, dar formulele sunt aceleași. Ce se află în spatele acestei asemănări izbitoare? Există mai multe modalități de a rezolva această problemă. Prima modalitate este de a afla ce fel de relație există între masă și sarcină. În practică, aceasta înseamnă că este necesar să se caute un răspuns la întrebarea: există masa electromagnetică și ce este aceasta? A doua modalitate este de a clarifica esența constantei gravitaționale G. Este posibil ca legătura dintre electricitate și gravitație să fie ascunsă în ea. A treia cale se bazează pe presupunerea că atât legea lui Coulomb cât și legea lui Newton sunt fragmente ale unei legi fundamentale universale a forței. Dacă această asemănare nu este întâmplătoare, atunci trebuie să existe o singură lege a forței, care se manifestă doar pentru electricitate ca legea lui Coulomb și pentru gravitație ca legea lui Newton. După cum se arată în legea unificată a forței, există. Legea lui Coulomb și legile lui Newton sunt într-adevăr manifestările sale particulare. Folosind superconstante universale, am avut ocazia nu numai să identificăm asemănări în forma scrierii acestor legi, ci să stabilim legătura lor la un nivel fundamental. Pe baza superconstantelor, a fost posibil să se obțină o nouă formulă de forță, care se numește formula universală a puterii. Arata cam asa:

F = (h u/lu· t u)·( N 1 · N 2 /N 3 2).

Formula forței universale include superconstante h u, lu, t uși coeficienți adimensionali N 1 , N 2 , N 3. Cote N 1 și N 2 într-un mod unificat reprezintă fie raportul dintre masele care interacționează la masa elementară, fie raportul dintre sarcini și sarcinile elementare, fie raportul dintre curenți și curentul elementar. Coeficient N 3 reprezintă raportul dintre lungime și cuantumul fundamental al lungimii. Formula universală pentru putere se transformă într-o formulă F = ma la N 1 = m/pe mine, N 2 = 1/lu, N 3 = 1/lu:

F = (h u/lu t u) (N 1 · N 2 /N 3 2) = ma.

Formula forței universale se transformă în formula legii lui Coulomb când N 1 = q 1 /e, N 2 = q 2 /e, N 3 = 1/lu:

F = (h u/lu· t u) (N 1 · N 2 /N 3 2) = q 1 q 2 /l 2 .

În formula forței universale, primul factor reprezintă o nouă constantă fizică care are dimensiunea forței. Aceasta este constanta fundamentală a forței F u, obtinut mai sus.

Relația pentru această constantă este determinată numai de superconstantele dimensionale ale vidului.

La N 1 = m 1 /pe mine, N 2 = m 2 /pe mine, N 3 = 1/lu iar la înlocuirea cuantumului fundamental de acţiune h u la cuantumul gravitaţional al acţiunii h g = h u/D 0 formula forței universale se transformă în următoarea formulă:

F = (h g/lu· t u)(N 1 · N 2 /N 3 2) = (h u· lu/t u· pe mine 2 D 0)·( m 1 · m 2 /l 2).

Combinația de constante din primul factor din partea dreaptă a relației coincide exact cu formula de calcul a constantei gravitaționale G:

h u· lu/t u· pe mine 2 D 0 = G.

Astfel, formula universală a forței se transformă în formula legii gravitației universale:

F = (h g/lu· t u)·( N 1 · N 2 /N 3 2) = G· m 1 · m 2 /l 2 .

În această formulă, constanta fizică, care are dimensiunea forței, este definită în mod similar cu constanta fundamentală a forței. Relația pentru această constantă este:

Miros greu = h g /lu· t u.

Valoarea sa este 6,9731134 10 –42 N.

Faptul că legile mecanicii, legea gravitației și legea electrostaticii sunt exprimate printr-o singură formulă - formula universală a forței, indică natura unificată a tuturor interacțiunilor. În fig. Figura 1 prezintă schematic legătura dintre formula forței universale și legile fizice. O astfel de conexiune a fost identificată cu legea lui Newton, legea lui Galileo, legea lui Coulomb și chiar cu legea lui Ampere pentru interacțiunea conductorilor cu curentul.

Fig.1. Legătura dintre formula universală a forței și legile fizice.

Cercetările au arătat că din formula universală a forței decurg două legi noi:

F = mbȘi F = G uν 2 .

Formulă F = mb determină relaţia dintre forţa şi defectul de masă. Constanta din această formulă este accelerația fundamentală b= 3,189404629(36) 10 31 m/s 2 . Formulă F = G uν 2 reprezintă noua interacțiune universală. Constanta din această formulă este noua constantă fizică a vidului G u= 2,56696941(21) 10 –45 N s 2 . Se arată că legea lui Coulomb, legea gravitației universale a lui Newton și legea lui Ampere decurg direct din legea interacțiunii universale.

Conform conexiunii genetice, toate interacțiunile pot fi aranjate în următoarea succesiune: universală, electromagnetică, puternică, slabă, gravitațională. După cum vedem, rădăcinile tuturor interacțiunilor ar trebui căutate în interacțiunea universală. Această a cincea interacțiune este caracteristică vidului fizic și nu este asociată cu interacțiunea nici unei particule, inclusiv a particulelor de materie. În același timp, legile legate de interacțiunile particulelor decurg din aceasta.

Formula forței universale arată că valorile forțelor electrice, magnetice, mecanice și gravitaționale depind nu atât de valorile absolute ale maselor, sarcinilor, curenților și distanțelor, cât de relația lor cu constantele fundamentale - masa electronului, elementar. sarcină, curent elementar și cuantum fundamental de lungime. Acest lucru indică necesitatea unei noi abordări pentru înțelegerea esenței interacțiunilor fundamentale.

Astfel, motivul similitudinii izbitoare a formulelor din legile lui Coulomb și legile lui Newton ale gravitației universale provine din unitatea fundamentală a forțelor de inerție, gravitație și electromagnetism. Această unitate de forțe a fost stabilită pe baza unității fundamentale identificate a constantelor fizice și a noilor constante fizice găsite.

7. Concluzii

Noi constante fizice fundamentale obținute h u, G u, R u, t u, lu, legat de vidul fizic. A fost identificat un grup de constante care definesc statutul special al superconstantelor universale. Folosind superconstantele universale, care sunt constante de vid, se pot reprezenta toate legile și formulele fizicii clasice și cuantice, precum și toate constantele fundamentale, inclusiv constanta lui Planck hși constantă gravitațională G. Un grup format din cinci superconstante universale h u, t u, lu, π, α, ne permite să descriem legile fizice legate atât de câmp, cât și de materie. Constantele fizice fundamentale cunoscute astăzi au un statut secundar în raport cu superconstantele universale de vid găsite. Descoperirea unui grup de cinci superconstante universale independente, care sunt complet suficiente pentru a obține alte constante fizice, indică o interconectare profundă a constantelor de diferite naturi. Noile constante fundamentale găsite deschid o direcție promițătoare pentru identificarea de noi legi fizice și pentru căutarea de noi constante de interacțiune.

Literatură

1. Peter J. Mohr și Barry N. Taylor. „CODATA Valori recomandate ale constantelor fizice fundamentale: 1998”; Laboratorul de fizică NIST. Constante din categoria „Toate constantele”; Reviews of Modern Physics, (2000), v. 72, nr. 2.
2. DC. Cole și S.E. Puthoff, „Extragerea energiei și a căldurii din vid”, Phys. Rev. E, v. 48, nr. 2, 1993.
3. Yu.I. Manin. Matematică și fizică. M.: „Cunoașterea”, 1979.
4. V.L. Ginsburg. „Ce domenii ale fizicii și astrofizicii par importante și interesante.” UFN, nr. 4, vol. 169, 1999.
5. N.V. Kosinov. „Electrodinamica vidului fizic”. Vacuum fizic și natură, nr. 1, 1999.
6. N.V. Kosinov. „Vidul fizic și gravitația”. Vacuum fizic și natură, nr. 4, 2000.
7. N.V. Kosinov. „Legile teoriei unitron a vidului fizic și noi constante fizice fundamentale.” Vacuum fizic și natură, nr. 3, 2000.
8. N. Kosinov. „Cinci constante fundamentale ale vidului, care se află la baza tuturor legilor, constantelor și formulelor fizice”. Physical Vacuum and Nature, nr. 4, 2000.
9. N.V. Kosinov. „Cinci constante fizice universale care stau la baza tuturor constantelor, legilor și formulelor fundamentale ale fizicii.” A șasea conferință internațională „Probleme moderne ale științelor naturale”. Program și teze. Sankt Petersburg, august 2000
10. N.V. Kosinov. „Soluția la motivele similitudinii izbitoare dintre formulele legilor lui Coulomb și ale legilor gravitației universale ale lui Newton”. A șasea conferință internațională „Probleme moderne ale științelor naturale”. Program și teze. Sankt Petersburg, august 2000
11. N.V. Kosinov. „Emanarea materiei prin vid și problema genezei structurii.” Ideea, nr. 2, 1994.
12. N.V. Kosinov. „Energie de vid”. Energia secolului viitor, nr. 1, 1998.
13. N.V. Kosinov. „Superconstante fizice universale”.
14. N.V. Kosinov. „O nouă constantă fizică fundamentală care stă la baza constantei lui Planck”.
15. N.V. Kosinov, Z.N. Kosinova. „Legătura constantei gravitaționale” Gși Planck Constant h" Al 51-lea Congres Internațional de Astronautică 2...6 oct. 2000 / Rio de Janeiro, Brazilia.
16. A. Poincare. Știință și ipoteză. A. Poincare. Despre știință. M., 1983.
17. V.A. Firsov. „Analiza filozofică și metodologică a problemei unității fizicii în conceptul de câmpuri gauge”. Filosofia științei, nr. 1(3), 1997.

„Golden Fret” este o constantă, prin definiție! Autor A. A. Korneev 22.05.2007

© Alexey A. Korneev

„Golden Fret” este o constantă, prin definiție!

După cum se raportează pe site-ul „Academia Trinitarianismului” cu privire la articolul autorului publicat acolo, el a prezentat formula generală pentru dependența identificată (1) și o nouă constantă „L» :

(1: Nn) x Fm = L(1)

... Ca urmare, a fost determinată și calculată o fracție simplă corespunzătoare valorii inverse a parametrului „L”, care s-a propus a fi numit constanta „fret de aur”

„L” = 1/12,984705 = 1/13 (cu o precizie nu mai slabă de 1,52%).

În recenzii și comentarii (la acest articol) s-a exprimat îndoiala că ceea ce a fost derivat din formula (1)

număr "L" este o CONSTANTĂ.

Acest articol oferă un răspuns la îndoielile ridicate.

În formulă (1) avem de-a face cu o ecuație în care parametrii ei sunt definiți după cum urmează:

N – oricare dintre numerele din seria Fibonacci (cu excepția primului).

n– numărul de serie al unui număr din seria Fibonacci, începând de la primul număr.

m– un exponent numeric al numărului index (limită) al seriei Fibonacci.

L – o anumită valoare constantă pentru toate calculele conform formulei (1):L =1/13;

F– numărul index (limită) al seriei Fibonacci (Ф = 1,61803369...)

În formula (1), variabilele (care se schimbă în timpul calculelor!) sunt valorile unor cantități specifice” n» Și "m».

Prin urmare, este absolut legitim să scrieți formula (1) în forma sa cea mai generală, după cum urmează:

1: f(n) = f(m) * L (2)

Rezultă că:f(m) : f(n) = L = Const.

Mereu!

Lucrările de cercetare, și anume datele calculate din tabelul 1, au arătat că pentru formula (1) valorile numerice ale parametrilor variabili s-au dovedit a fi interconectate conform regulii: m = (n – 7 ).

Și acest raport numeric al parametrilor „m» Și "n» de asemenea, rămâne mereu neschimbat.

Ținând cont de acesta din urmă (sau fără a lua în considerare această conexiune a parametrilor „m» Și "n» ), dar ecuațiile (1) și (2) sunt (prin definiție) ecuații algebrice.

În aceste ecuații, conform tuturor regulilor de matematică existente (a se vedea mai jos pentru o copie a paginii 272 din „Manualul de matematică”), toate componentele unor astfel de ecuații au propriile lor nume neechivoce (interpretări ale conceptelor).

Mai jos, în Fig. 1 este o copie a paginii din „ Manual de matematică ».

Fig.1

Moscova. mai 2007

Despre constante (pentru referință)

/citate din diverse surse/

Constante matematice

<….Математическая константа - величина, значение которой не меняется; в этом она противоположна переменной. В отличие от физических констант, математические константы определены независимо от каких бы то ни было физических измерений…>.

<….Константа - величина, которая характеризуется постоянным значением, например 12 - числовая константа; "кот" - строковая константа.Изменить значение константы невозможно. Переменная - величина, значение которой может меняться, поэтому переменная всегда имеет имя (Для константы роль имени играет е значение). …>.

<….Данное свойство играет важную роль в решении дифференциальных уравнений. Так, например, единственным решением дифференциального уравнения f"(x) = f(x) является функция f(x) = c*exp(x)., где c - произвольная константа. …>.

<….Важную роль в математике и в других областях играют математические константы. В обычных языках программирования константы задаются с некоторой точностью, достаточной для решения задач численными методами.

Această abordare nu este aplicabilă matematicii simbolice. De exemplu, pentru a specifica identitatea matematică că logaritmul natural al constantei lui Euler e este exact egal cu 1, constanta trebuie să aibă precizie absolută. …>.

<….Математическую константу e иногда называют число Эйлера, а в большинстве случаев неперово число в соответствии с историей рождения константы. …>.

<….e - математическая константа, основание натурального логарифма, иррациональное и трансцендентное число. e = 2,718281828459045… Иногда число e называют числом Эйлера или неперовым числом. Играет важную роль в дифференциальном и интегральном исчислении. …>.

Constante mondiale

<….Мировые математические константы – это Мировые … факторы объектного многообразия. Речь пойдет об удивительной константе, применяемой в математике, но почему константе придается такая значимость, это обычно оказывается за пределами понимания обывателя. …>.

<….В этом смысле математические константы – только структурообразующие факторы, но не системообразующие. Их действие всегда локально. …>.

Constante fizice

<….Арнольд Зоммерфельд, добавивший эллиптические орбиты электронов к круговым орбитам Бора (атом Бора-Зоммерфельда); автор "формулы тонкой структуры", экспериментальное подтверждение которой, по словам Макса Борна, явилось "блестящим доказательством как принципа относительности Эйнштейна, так и Планковской теории квант". …>.

<….В этой формуле появляется "таинственное число 137" (Макс Борн) - безразмерная константа, которую Зоммерфельд назвал постоянной тонкой структуры, связывает между собой trei constante fizice fundamentale: viteza luminii, constanta lui Planck și sarcina electronului.

Valoarea constantei structurii fine este unul dintre fundamentele principiului antropic în fizică și filozofie: Universul este astfel încât să putem exista și să-l studiem. Numărul A împreună cu constanta de structură fină ± fac posibilă obținerea unor constante fundamentale adimensionale importante care nu ar putea fi obținute în alt mod. …>.

<….Показано, что константы А и ± являются константами одного класса. Постоянная тонкой структуры была введена в физику Зоммерфельдом в 1916 году при создании теории тонкой структуры энергии атома. Первоначально постоянная тонкой структуры (±) была определена как отношение скорости электрона на низшей боровской орбите к скорости света. С развитием квантовой теории стало понятно, что такое упрощенное представление не объясняет ее истинный смысл. До сих пор природа происхождения этой константы не раскрыта. …>.

<….Кроме тонкой структуры энергии атома эта константа проявляется в следующей комбинации фундаментальных физических констант: ± = ј0ce2/2h. По поводу того, что константа (±) появляется в соотношении, связывающем постоянную Планка, заряд и скорость света Дирак писал : "неизвестно почему это выражение имеет именно такое, а не иное значение. Физики выдвигали по этому поводу различные идеи, однако общепринятого объяснения до сих пор нет".…>.

<….Кроме постоянной тонкой структуры ± в физике существуют и другие безразмерные константы. К числу важных безразмерных констант относятся большие числа порядка 1039 -1044, которые часто встречаются в физических уравнениях. Считая совпадения больших чисел не случайными, П.Дирак сформулировал следующую гипотезу больших чисел : …>.

Constante medicale

<….Собственные исследования многоклеточного материала (1962-76), проводимые в организациях Минздрава Латвийской ССР, Академии Mедицинских Наук и Министерства Обороны СССР, совместно с доктором Борисом Каплан и профессором Исааком Маерович, привели к открытию признаков раннего распознавания опухоли, известных как "Константы Каплана". Являясь вероятностной мерой, эти признаки отражают ранние состояния озлокачествления. …>.

<….Сами по себе эти два признака были давно известны и раздельно хорошо изучены многочисленными исследователями, но нам удалось установить специфическое их сочетание на константах Каплана, как на аргументах, обладающее разделительными, по состоянию клетки, свойствами. Это стало крупным достижением онкологической науки, защищенным множеством патентов. …>.

NU CONSTANTE

<….Число «g» /ускорение силы тяжести/ …. Оно не является математической константой.

Este un număr aleatoriu, în funcție de mulți factori, de exemplu, de faptul că 1/40000 din meridian este luat ca metru. Dacă am lua un minut de arc, ar exista un număr diferit de accelerație din cauza gravitației.

În plus, acest număr este și diferit (în diferite părți ale globului sau pe altă planetă), adică nu este o constantă...>.

Să luăm în considerare natura interacțiunii particulelor elementare. Particulele interacționează între ele prin schimbul de quante de câmpuri de forță și, după cum a fost stabilit până în prezent, în natură se observă patru tipuri de forțe, patru interacțiuni fundamentale:

puternice (nucleare, leagă protoni și neutroni în nucleele elementelor chimice);

electromagnetic;

slab (responsabil pentru descompunerea beta relativ lentă)

gravitațională (care duce la legea gravitației universale a lui Newton). Interacțiunile gravitaționale și electromagnetice se referă la forțele care apar în câmpurile gravitaționale și electromagnetice. Natura interacțiunii gravitaționale, stabilită cantitativ de Newton, nu este încă pe deplin determinată și nu este clar cum se transmite această acțiune prin spațiu.

Forțele nucleare legate de interacțiuni puternice acționează la distanțe scurte, de aproximativ 10-15 m, în nuclee și asigură stabilitatea acestora, prevalând asupra efectului de respingere al forțelor coulombiene ale câmpurilor electromagnetice. Prin urmare, forțele nucleare sunt în principal forțe atractive și acționează între protoni ( R- R) și neutroni ( P- P). Există, de asemenea, o interacțiune proton-neutron ( p- P). Deoarece aceste particule sunt combinate într-un grup de nucleoni, această interacțiune se mai numește și nucleon-nucleon.

Interacțiunile slabe se manifestă în procesele de dezintegrare nucleară sau, mai larg, în procesele de interacțiune dintre un electron și un neutrin (poate exista și între orice pereche de particule elementare).

După cum știm deja, interacțiunile gravitaționale și electromagnetice se schimbă cu distanța ca 1/ r 2 și sunt la distanță lungă. Interacțiunile nucleare (puternice) și slabe sunt pe rază scurtă. În ceea ce privește amploarea lor, principalele interacțiuni sunt dispuse în următoarea ordine: puternice (nucleare), electrice, slabe, gravitaționale.

Se presupune că quanta - purtătorii acestor patru câmpuri de forță sunt, respectiv: pentru interacțiune puternică - gluoni fără masă (8); pentru electromagnetici - fotoni fără masă (quante de lumină cu spin 1); pentru cei slabi - bozoni (trei particule de 90 de ori mai grele decât un proton) și pentru gravitonii - gravitoni fără masă (cu spin 2).

Gluonii lipesc și rețin quarcii în interiorul protonilor și nucleelor. Cuantele tuturor acestor câmpuri de interacțiune au spini întregi și, prin urmare, sunt bozoni, spre deosebire de particulele - fermioni, care au un spin de 1/2. Gluonii și quarcii au un fel de „încărcare”, care se numește de obicei „încărcare de culoare” sau pur și simplu „culoare”. În cromodinamica cuantică, doar trei culori sunt considerate acceptabile - roșu, albastru și verde. Gluonii și quarcii nu au fost încă observați direct și se crede că quarcii colorați „nu au dreptul” să zboare din nuclee, la fel cum fononii - cuante de vibrații termice ale rețelei cristaline a atomilor - există numai în interiorul corpurilor solide. . Această proprietate de legare sau de limitare a quarcilor și gluonilor în hadroni se numește izolare. Numai combinațiile albe („incolore”) de quarci sub formă de hadron - barioni și mezoni, care apar în reacțiile nucleare în timpul ciocnirilor diferitelor particule, au dreptul să zboare din nuclee și să fie observate. Este curios că un singur quark, care apare ca urmare a unor procese, aproape instantaneu (în interval de 10 -21 s) „se completează” într-un hadron și nu mai poate zbura din hadron.

Cele patru interacțiuni fundamentale corespund celor patru constante ale lumii. Numărul covârșitor de constante fizice au dimensiuni care depind de sistemul de unități de referință, de exemplu, în sarcina SI (Sistemul Internațional de Unități - Sistemul Internațional) e=1,6 10 -19 C, masa sa t = 9,1 · 10 -31 kg. În diferite sisteme de referință, unitățile de bază au valori numerice și dimensiuni diferite. Această situație nu se potrivește științei, deoarece este mai convenabil să existe constante adimensionale care nu sunt asociate cu alegerea condiționată a unităților inițiale și a sistemelor de referință. În plus, constantele fundamentale nu sunt derivate din teorii fizice, ci sunt determinate experimental. În acest sens, fizica teoretică nu poate fi considerată autosuficientă și completă pentru explicarea proprietăților naturii până când problema asociată constantelor lumii nu este înțeleasă și explicată.

Analiza dimensiunilor constantelor fizice duce la înțelegerea faptului că acestea joacă un rol foarte important în construirea teoriilor fizice individuale. Cu toate acestea, dacă încercăm să creăm o descriere teoretică unificată a tuturor proceselor fizice, adică, cu alte cuvinte, să formulăm o imagine științifică unificată a lumii de la nivel micro până la nivel macro, atunci rolul principal, determinant, ar trebui să fie jucat de cei adimensionali. , adică "Adevărat" lume, constante. Acestea sunt constantele principalelor interacțiuni.

Constanta interacțiunii gravitaționale:

Constanta interacțiunii electromagnetice:

.

Constantă de interacțiune puternică:

,

Unde - încărcare de culoare (index „s” din cuvântul englez „puternic” - puternic.)

Constantă slabă de interacțiune:

,

Unde g~ 1,4 10 -62 J m 3 - constanta Fermi.(Indexul „w” din cuvântul englezesc „slab” este slab.) Rețineți că constanta dimensională a interacțiunii gravitaționale a fost obținută de I. Newton însuși: G~ 6,67·10 -11 m 3 ·s 2 ·kg -1.

Se știe că această lege a gravitației universale este de nedemonstrat, deoarece a fost obținută prin generalizarea faptelor experimentale. Mai mult, justiția sa absolută nu poate fi garantată până când mecanismul gravitației însuși nu devine clar. Constanta de interacțiune electromagnetică este responsabilă pentru transformarea particulelor încărcate în aceleași particule, dar cu o schimbare a vitezei de mișcare a acestora și apariția unei particule suplimentare - un foton. Interacțiunile puternice și slabe se manifestă în procesele microlumii, unde interconversiile particulelor sunt posibile. Prin urmare, constanta de interacțiune puternică cuantifică interacțiunile barionului. Constantă de interacțiune slabă este asociat cu intensitatea transformărilor particulelor elementare cu participarea neutrinilor și antineutrinilor.

Se crede că toate cele patru tipuri de interacțiune și constantele lor determină structura și existența actuală a Universului. Astfel, gravitația ține planetele pe orbitele lor și corpurile de pe Pământ. Electromagnetic - reține electronii în atomi și îi conectează în molecule, din care suntem făcuți noi înșine. Slab - asigură „arderea” pe termen lung a stelelor și a Soarelui, care furnizează energie pentru toate procesele vieții de pe Pământ. Interacțiunea puternică asigură existența stabilă a majorității nucleelor ​​atomice. Fizica teoretică arată că modificarea valorilor numerice ale acestor sau altor constante duce la distrugerea stabilității unuia sau mai multor elemente structurale ale Universului. De exemplu, o creștere a masei electronilor m 0 din ~ 0,5 MeV până la 0,9 MeV vor perturba echilibrul energetic în reacția de producție de deuteriu în ciclul solar și vor duce la destabilizarea atomilor și izotopilor stabili. Deuteriul este un atom de hidrogen format dintr-un proton și un neutron. Acesta este hidrogen „greu” cu A = 2 (tritiul are A = 3.) Reducere doar 40% ar duce la instabilitatea deuteriului. Creșterea va face biprotonul stabil, ceea ce va duce la arderea hidrogenului în stadiile incipiente ale evoluției Universului. Constant variază în intervalul 1/170< < 1/80. Другие значения приводят к невозможности должного отталкивания протонов в ядрах, а это ведет к нестабильности атомов. Увеличение ar duce la o scădere a duratei de viață a neutronilor liberi. Aceasta înseamnă că în stadiul incipient al Universului, heliul nu s-ar fi format și nu ar fi existat nicio reacție de fuziune a particulelor α în timpul sintezei carbonului 3α. -> 12C. Apoi, în locul Universului nostru de carbon, ar exista un Univers cu hidrogen. Scădea ar duce la faptul că toți protonii ar fi legați în particule α (Universul de heliu).

În știința naturală modernă se presupune că constantele lumii sunt stabile începând de la un timp de 10 -35 s din momentul nașterii Universului și că, astfel, în Universul nostru există, parcă, un foarte precis „ ajustarea” valorilor numerice ale constantelor lumii care determină valorile necesare pentru existența nucleelor ​​și atomilor, stelelor și galaxiilor. Apariția și existența unei astfel de situații nu este clară. Această „ajustare” (constantele sunt exact ceea ce sunt!) creează condiții pentru existența nu numai a organismelor anorganice și organice complexe, ci și a organismelor vii, inclusiv a oamenilor. P. Dirac a exprimat ideea unei schimbări comune în timp a constantelor fundamentale. În general, putem presupune că diversitatea și unitatea lumii fizice, ordinea și armonia ei, predictibilitatea și repetabilitatea sunt formate și controlate de un sistem de un număr mic de constante fundamentale.

Ordin- prima lege a Raiului.

Alexandru Pop

Constantele fundamentale ale lumii sunt acele constante care oferă informații despre cele mai generale proprietăți fundamentale ale materiei. Acestea, de exemplu, includ G, c, e, h, m e etc. Ceea ce au în comun aceste constante este informația pe care o conțin. Astfel, constanta gravitațională G este o caracteristică cantitativă a interacțiunii universale inerentă tuturor obiectelor Universului - gravitația. Viteza luminii c este viteza maximă posibilă de propagare a oricăror interacțiuni din natură. Sarcina elementară e este valoarea minimă posibilă a sarcinii electrice care există în natură în stare liberă (cuarcii, care au sarcini electrice fracționate, se pare că există în stare liberă doar în plasma superdensă și fierbinte de quarc-gluon). Constant

Planck h determină modificarea minimă a unei mărimi fizice, numită acțiune, și joacă un rol fundamental în fizica microlumii. Masa în repaus m e a unui electron este o caracteristică a proprietăților inerțiale ale celei mai ușoare particule elementare încărcate stabile.

Numim o constantă a unei teorii o valoare care, în cadrul acestei teorii, este considerată întotdeauna neschimbată. Prezența constantelor în expresiile multor legi ale naturii reflectă imuabilitatea relativă a anumitor aspecte ale realității, manifestată în prezența tiparelor.

Constantele fundamentale în sine, c, h, e, G etc., sunt aceleași pentru toate părțile Metagalaxiei și nu se modifică în timp, din acest motiv sunt numite constante ale lumii. Unele combinații de constante ale lumii determină ceva important în structura obiectelor naturale și formează, de asemenea, caracterul unui număr de teorii fundamentale.

determină dimensiunea învelișului spațial pentru fenomenele atomice (aici m e este masa electronilor) și

Energii caracteristice acestor fenomene; cuantumul fluxului magnetic la scară mare în supraconductori este dat de cantitate

masa maximă a obiectelor astrofizice staționare este determinată de combinația:

unde m N este masa nucleonilor; 120

întregul aparat matematic al electrodinamicii cuantice se bazează pe faptul existenței unei mici cantități adimensionale

determinarea intensităţii interacţiunilor electromagnetice.

Analiza dimensiunilor constantelor fundamentale conduce la o nouă înțelegere a problemei în ansamblu. Constantele fundamentale dimensionale individuale, așa cum sa menționat mai sus, joacă un anumit rol în structura teoriilor fizice corespunzătoare. Când vine vorba de dezvoltarea unei descrieri teoretice unificate a tuturor proceselor fizice, formarea unei imagini științifice unificate a lumii, constantele fizice dimensionale dau loc unor constante fundamentale adimensionale, cum ar fi rolul acestora.

constantă în formarea structurii și proprietăților Universului este foarte mare. Constanta de structură fină este o caracteristică cantitativă a unuia dintre cele patru tipuri de interacțiuni fundamentale care există în natură - electromagnetice. Pe lângă interacțiunea electromagnetică, alte interacțiuni fundamentale sunt gravitaționale, puternice și slabe. Existența unei constante de interacțiune electromagnetică adimensională

Evident, presupune prezența unor constante adimensionale similare, care sunt caracteristici ale celorlalte trei tipuri de interacțiuni. Aceste constante sunt, de asemenea, caracterizate de următoarele constante fundamentale adimensionale - constanta de interacțiune puternică - constantă de interacțiune slabă:

unde cantitatea este constanta Fermi

pentru interacțiuni slabe;

constantă de interacțiune gravitațională:

Valorile numerice ale constantelor a determina

„puterea” relativă a acestor interacțiuni. Astfel, interacțiunea electromagnetică este de aproximativ 137 de ori mai slabă decât interacțiunea puternică. Cea mai slabă este interacțiunea gravitațională, care este cu 10 39 mai mică decât cea puternică. Constantele de interacțiune determină, de asemenea, cât de repede are loc transformarea unei particule în alta în diferite procese. Constanta de interacțiune electromagnetică descrie transformarea oricăror particule încărcate în aceleași particule, dar cu o schimbare a stării de mișcare plus un foton. Constanta de interacțiune puternică este o caracteristică cantitativă a transformărilor reciproce ale barionilor cu participarea mezonilor. Constanta de interacțiune slabă determină intensitatea transformărilor particulelor elementare în procesele care implică neutrini și antineutrini.

Este necesar să remarcăm încă o constantă fizică adimensională care determină dimensiunea spațiului fizic, pe care o notăm cu N. Este obișnuit pentru noi ca evenimentele fizice să aibă loc în spațiul tridimensional, adică N = 3, deși dezvoltarea fizicii a condus în mod repetat la apariția unor concepte care nu se încadrează în „bunul simț”, dar reflectă procese reale care există în natură.

Astfel, constantele fundamentale dimensionale „clasice” joacă un rol decisiv în structura teoriilor fizice corespunzătoare. Din ele se formează constantele fundamentale adimensionale ale teoriei unificate a interacțiunilor - Aceste constante și altele, precum și dimensiunea spațiului N, determină structura Universului și proprietățile sale.