Konstanta jemné struktury se nemění v čase, ale v prostoru možná ano  
Základní fyzikální konstanty provokují svou neměnností. Vědci je rádi vyzývají a prověřují jejich neměnnost za různých podmínek. Nová měření záření z hlubokého vesmíru ukazují, že konstanta jemné struktury, která vyjadřuje sílu elektromagnetické interakce, je konstantní v čase, ale zároveň by se mohla měnit v prostoru, podle jedné zvláštní osy vesmíru.
Velmi vzdálený kvasar. Kredit: NASA, ESA and X. Fan (University of Arizona).
Velmi vzdálený kvasar. Kredit: NASA, ESA and X. Fan (University of Arizona).

Základní fyzikální konstanty jsou jednou ze záhad dnešní fyziky. Nejsou předpovězené teoriemi. Jsou prostě naměřené a pak dosazované do rovnic, které drží pohromadě celý vesmír. Fyziky velmi dráždí a mnozí se jim snaží dostat na kobylku tím, že zbourají jejich konstantnost. Obvykle se to příliš nedaří a základní fyzikální konstanty zůstávají … konstantní.

 

 

John Webb. Kredit: University of New South Wales.
John Webb. Kredit: University of New South Wales.

 

Jednou z výjimek by se mohla stát konstanta jemné struktury (Fine structure constant), též známá jako Sommerfeldova konstanta, která bývá označována řeckým písmenem alfa. Jde o základní fyzikální konstantu, která popisuje sílu elektromagnetické interakce, jednu ze čtyřech základních fyzikálních sil. Je to bezrozměrná veličina, která v sobě zahrnuje další čtyři základní fyzikální konstanty – rychlost světla, elementární náboj (čili náboj elektronu), Planckovu konstantu a permitivitu vakua. Konstanta jemné struktury je jedním ze 20 parametrů, které se dosazují do Standardního modelu částicové fyziky.

 

Konstanta jemné struktury je zároveň vhodná pro přesná měření, protože částečně určuje emisní a absorpční vlastnosti atomů. Lze ji měřit nejen v laboratoři, ale i v astrofyzikálních datech, která pocházejí z velmi vzdáleného vesmíru. Právě taková měření uskutečnil tým, který vedl John Webb z australské University of New South Wales. Použili k tomu velmi vzdálený kvasar J1120+0641, který pozorujeme ve vesmíru, jemuž tehdy bylo pouhých 750 milionů let.

 

Spektrograf ESPRESSO v akci. Kredit: ESO/L. Calçada.
Spektrograf ESPRESSO v akci. Kredit: ESO/L. Calçada.

 

Mezi tímto kvasarem a námi objevili tři mračna plynu, která jsou ve vesmíru o stáří asi 1 miliardy let. Aby Webbův tým změřil příslušné hodnoty konstanty jemné struktury, tak při analýze spekter použil genetický algoritmus, který v sérii opakovaných kroků odstranil fyzikálně nereálná řešení a zohlednil interference záření z dalších zdrojů.

 

Webb a spol. nakonec dospěli k závěru, že pokud jde o čas, tak konstanta jemné strukturu je v průběhu větší části historie vesmíru, kterou zahrnovala jejich měření, konstantní. Zároveň ale také potvrdili nedávná měření jiné studie, podle nichž se tato konstanta nepatrně mění v prostoru a to velmi zvláštním způsobem. V jednom směru. Jakoby ve vesmíru existovala specifická osa, které badatelé říkají dipólová.

 

Jsou to pozoruhodné výsledky. Fyzici je ale zatím přijímají rezervovaně. Jedním z důvodů je, že obě studie, o nichž je řeč, jsou vlastně dílem jedné a té samé výzkumné skupiny a někteří jejich autoři jsou shodní. To by samo o sobě nemuselo úplně vadit, ale snižuje to nezávislost takového potvrzení. Celou záležitost by mohla osvětlit budoucí pozorování a měření. Slibný je v tomto směru především pokročilý spektrograf ESPRESSO (Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanet- and Stable Spectroscopic Observations), který pracuje na soustavě teleskopů Very Large Telescope (VLT) Evropské jižní observatoře v Chile.

 

Video: Astronomical probes of varying constants - Part 1 (John Webb)

 

Literatura

Ars Technica 28. 4. 2020.

University of New South Wales 27. 4. 2020.

Science Advances 6: eaay9672.

Datum: 29.04.2020
Tisk článku

(K)lidová věda? - Krátká Lenka, Vaněk Miroslav, Markupová Jana Wohlmuth
 
 
cena původní: 180 Kč
cena: 151 Kč
(K)lidová věda?
Krátká Lenka, Vaněk Miroslav, Markupová Jana Wohlmuth
Související články:

Gravitační konstanta je zřejmě univerzálně konstantní     Autor: Stanislav Mihulka (10.08.2015)
Zahrává si temná hmota se základními fyzikálními konstantami?     Autor: Stanislav Mihulka (20.11.2015)
Nové měření osudové Hubbleovy konstanty gravitačními čočkami     Autor: Stanislav Mihulka (25.10.2019)



Diskuze:

Snizuje platnost potvrzeni?

Pavel Pelc,2020-05-01 13:05:33

Australané to ukázali na konstantě jemné struktury (velikosti vodíku), američané na rentgenovém pozadí, víme o stejné anomálii na mikrovlnném pozadí. Já myslím, že je konečně potřeba nalézt tu systematickou chybu v úvaze, protože na systematickou chybu konkrétního měření už to asi svádět nelze. A nebo teda potvrdit, že v daném směru má rychlost světla jinou hodnotu.

Odpovědět


Re: Snizuje platnost potvrzeni?

Pavel Hudecek,2020-05-01 14:52:37

Byly by nějaké linky na ty ostatní?

Proč zrovna velikost?

Odpovědět


Re: Re: Snizuje platnost potvrzeni?

Pavel Pelc,2020-05-01 19:38:47

Velikost vodíku, tedy hladina vaůlenční vrstvy, je závislá na hodnotě konstanty jemné struktury. Její hladina se pak odráží v absorbčních spektrálnbích čarách u vodíku na 21 cm. Takže když říkají že ověřovali konstantu jemné struktury, tak prakticky udělali to, že ověřili, že vodík i v dávné minulosti absorboval záření na 21 cm. Což nebylo jednoduché, podrobněji v lincích pod článkem.

Link na to rentgenové záření zde:
https://www.researchgate.net/publication/320920344_Anisotropy_of_the_galaxy_cluster_X-ray_luminosity-temperature_relation

Co se týče mikrovlného pozadí, tak je asi nejlepší do googlu zadat "anisotropy CMB", článků je spousta, těžko vybrat nějaký "nejlepší".

Odpovědět

Měňavá konstanta

Petr Nejedlý,2020-04-30 03:22:13

Vzhledem k tomu, že ona konstanta sama žádná vlastní čísla neobsahuje a je jen prostým poměrem jiných fyzikálních konstant, její "nekonstantnost" by nutně implikovala "nekonstantnost" nějaké její složky. Tak jak se cítíte, páni fyzikové, je to rychlost světla? Asi nee, co? Že by náboj elektronu? Do toho bych také nešel. Permitivita vakua? No slyšel jsem teď kolem toho nějaké novoty, ale vždy jsem vycházel z toho, že ji snadno spočtu jako 1/(c^2 * 4pi * 1E-7) (kde 4pi * 1E-7 je pro změnu permeabilita vakua) a tím jsme zpět u rychlosti světla. Nezbývá nám tedy než třásti konstantou Planckovou. Ach, to je život!

Odpovědět


Re: Měňavá konstanta

David Zoul,2020-05-04 14:10:17

Pokud máme jednoho dne dojít ke konzistentní kvantové teorii gravitace, pak nám asi nezbývá, než přijmout fakt, že samotný prostor je nějakým způsobem kvantován a má tedy cosi jako vnitřní krystalickou mřížku (velice jemnou). Pokud to tak skutečně je, potom bych určitou anizotropii (je fuk jestli c, h, nebo obojího) přirozeně očekával a to nejspíš i ve více, než jedné ose prostoru. Tak jsem docela zvědav, co přinesou další měření. Byl by to možná první observační důkaz, že alespoň některá z kvantových teorií gravitace míří správným směrem.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni




Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace