ค่าคงที่ทางกายภาพเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:17

ค่าคงที่อย่างเป็นทางการมีการเปลี่ยนแปลงแม้ในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา แต่ถ้าการวัดแสดงความเบี่ยงเบนไปจากค่าคงที่ที่คาดไว้ ซึ่งหาได้ยากนัก ผลลัพธ์จะถือเป็นข้อผิดพลาดจากการทดลอง และมีเพียงนักวิทยาศาสตร์หายากเท่านั้นที่กล้าต่อต้านกระบวนทัศน์ทางวิทยาศาสตร์ที่จัดตั้งขึ้นและประกาศความแตกต่างของจักรวาล

ค่าคงที่โน้มถ่วง

ค่าคงที่โน้มถ่วง (G) ปรากฏครั้งแรกในสมการแรงโน้มถ่วงของนิวตัน โดยที่แรงปฏิสัมพันธ์ของแรงโน้มถ่วงของวัตถุทั้งสองมีค่าเท่ากับอัตราส่วนของผลิตภัณฑ์มวลของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กันเหล่านี้คูณด้วยกำลังสองของระยะห่างระหว่าง พวกเขา. ค่าของค่าคงที่นี้มีการวัดหลายครั้ง นับตั้งแต่มีการกำหนดครั้งแรกในการทดลองที่แม่นยำโดย Henry Cavendish ในปี ค.ศ. 1798

ในระยะเริ่มต้นของการวัด จะสังเกตพบการกระจายของผลลัพธ์ที่มีนัยสำคัญ จากนั้นสังเกตการลู่เข้าของข้อมูลที่ได้รับ อย่างไรก็ตาม แม้หลังจากปี 1970 ผลลัพธ์ที่ "ดีที่สุด" อยู่ในช่วง 6.6699 ถึง 6.6745 นั่นคือสเปรดคือ 0.07%

จากค่าคงที่พื้นฐานที่ทราบทั้งหมด ค่านี้เป็นค่าตัวเลขของค่าคงที่โน้มถ่วงที่กำหนดด้วยความแม่นยำน้อยที่สุด แม้ว่าความสำคัญของค่านี้จะประเมินค่าสูงไปได้ยากก็ตาม ความพยายามทั้งหมดในการชี้แจงความหมายที่แท้จริงของค่าคงที่นี้ไม่ประสบผลสำเร็จ และการวัดทั้งหมดยังคงอยู่ในช่วงค่าที่เป็นไปได้ที่มากเกินไป ความจริงที่ว่าความแม่นยำของค่าตัวเลขของค่าคงที่โน้มถ่วงยังคงไม่เกิน 1/5000 บรรณาธิการของวารสาร "Nature" กำหนดให้เป็น "จุดที่น่าละอายบนใบหน้าของฟิสิกส์"

ในช่วงต้นยุค 80 Frank Stacy และเพื่อนร่วมงานของเขาวัดค่าคงที่นี้ในเหมืองลึกและหลุมเจาะในออสเตรเลีย และมูลค่าที่เขาได้รับนั้นสูงกว่ามูลค่าอย่างเป็นทางการที่ยอมรับในปัจจุบันประมาณ 1%

ความเร็วแสงในสุญญากาศ

ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์ ความเร็วของแสงในสุญญากาศเป็นค่าคงที่สัมบูรณ์ ทฤษฎีทางกายภาพสมัยใหม่ส่วนใหญ่ตั้งอยู่บนสมมติฐานนี้ ดังนั้นจึงมีความลำเอียงทางทฤษฎีอย่างมากต่อการพิจารณาคำถามเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงความเร็วของแสงในสุญญากาศที่เป็นไปได้ อย่างไรก็ตาม คำถามนี้ถูกปิดอย่างเป็นทางการในขณะนี้ ตั้งแต่ปี 1972 ความเร็วของแสงในสุญญากาศได้รับการประกาศให้เป็นค่าคงที่ตามคำจำกัดความ และตอนนี้ถือว่าเท่ากับ 299792.458 ± 0.0012 k / s

ในกรณีของค่าคงที่โน้มถ่วง การวัดค่าคงที่ก่อนหน้านี้แตกต่างอย่างมากจากค่าที่ทันสมัยและเป็นที่ยอมรับอย่างเป็นทางการ ตัวอย่างเช่น ในปี 1676 Roemer อนุมานค่าที่ต่ำกว่าปัจจุบัน 30% และผลลัพธ์ของ Fizeau ที่ได้รับในปี 1849 นั้นสูงขึ้น 5%

ตั้งแต่ พ.ศ. 2471 ถึง พ.ศ. 2488 ความเร็วของแสงในสุญญากาศเมื่อปรากฏว่าน้อยกว่าก่อนและหลังช่วงเวลานี้ 20 กม. / วินาที

ในช่วงปลายยุค 40 ค่าคงที่นี้เริ่มเพิ่มขึ้นอีกครั้ง ไม่น่าแปลกใจที่เมื่อการวัดใหม่เริ่มให้ค่าคงที่นี้สูงขึ้น นักวิทยาศาสตร์ก็เริ่มสับสนในตอนแรก ค่าใหม่กลับกลายเป็นว่าสูงกว่าค่าก่อนหน้าประมาณ 20 กม. / วินาทีนั่นคือค่อนข้างใกล้เคียงกับค่าที่ตั้งขึ้นในปี 2470 ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2493 ผลลัพธ์ของการวัดค่าคงที่ทั้งหมดนี้กลับกลายเป็นว่าใกล้เคียงกันมาก อื่นๆ (รูปที่ 15) ยังคงเป็นเพียงการคาดเดาว่าผลลัพธ์จะคงความสม่ำเสมอไว้นานแค่ไหนหากการวัดยังดำเนินต่อไป แต่ในทางปฏิบัติในปี 1972 มีการใช้ค่าอย่างเป็นทางการของความเร็วแสงในสุญญากาศและการวิจัยเพิ่มเติมก็หยุดลง

ในการทดลองโดยดร. Lijun Wang ที่สถาบันวิจัย NEC ในพรินซ์ตัน ได้ผลลัพธ์ที่น่าประหลาดใจ การทดลองประกอบด้วยการส่งพัลส์แสงผ่านภาชนะที่บรรจุก๊าซซีเซียมที่ผ่านการบำบัดพิเศษ ผลการทดลองกลายเป็นปรากฎการณ์ - ความเร็วของพัลส์แสงกลายเป็น 300 (สามร้อย) ครั้ง มากกว่าความเร็วที่อนุญาตจากการแปลงแบบลอเรนซ์ (2000)!

ในอิตาลี นักฟิสิกส์อีกกลุ่มหนึ่งจากสภาวิจัยแห่งชาติอิตาลี ในการทดลองด้วยไมโครเวฟ (2000) ได้รับความเร็วของการแพร่กระจายไปยัง 25% มากกว่าความเร็วที่อนุญาตตาม A. Einstein …

ที่น่าสนใจที่สุดคือ Einshein ตระหนักถึงความผันผวนของความเร็วแสง:

จากหนังสือเรียนของโรงเรียน ทุกคนรู้เกี่ยวกับการยืนยันทฤษฎีของไอน์สไตน์โดยการทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์ แต่ในทางปฏิบัติแล้ว ไม่มีใครรู้ว่าในอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ ซึ่งใช้ในการทดลองของมิเชลสัน-มอร์ลีย์ แสงเดินทางโดยรวมเป็นระยะทาง 22 เมตร นอกจากนี้ การทดลองได้ดำเนินการในชั้นใต้ดินของอาคารหิน ในทางปฏิบัติที่ระดับน้ำทะเล นอกจากนี้ ได้ทำการทดลองเป็นเวลาสี่วัน (8, 9, 11 และ 12 กรกฎาคม) ในปี พ.ศ. 2430 ในช่วงเวลาเหล่านี้ ข้อมูลจากอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ใช้เวลานานถึง 6 ชั่วโมง และมีอุปกรณ์ครบ 36 รอบ และในฐานการทดลองนี้ เช่นเดียวกับวาฬสามตัว การยืนยัน "ความถูกต้อง" ของทั้งทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษและทฤษฎีทั่วไปของ A. Einstein ยังคงอยู่

ข้อเท็จจริงเป็นเรื่องร้ายแรง ดังนั้น เรามาดูข้อเท็จจริงกัน นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน เดย์ตัน มิลเลอร์(พ.ศ. 2409-2484) ในปี พ.ศ. 2476 ตีพิมพ์ในวารสาร Reviews of Modern Physics ว่าด้วยผลการทดลองของเขาในเรื่องที่เรียกว่าอีเธอร์ลอยตัวเป็นระยะเวลานานกว่า ยี่สิบปี การวิจัย และในการทดลองทั้งหมดเหล่านี้ เขาได้รับผลในเชิงบวกในการยืนยันการมีอยู่ของลมอีเทอร์ เขาเริ่มการทดลองในปี พ.ศ. 2445 และเสร็จสิ้นในปี พ.ศ. 2469 สำหรับการทดลองเหล่านี้ เขาได้สร้างอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ที่มีเส้นทางลำแสงรวมของ 64 เมตร มันเป็นอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ที่สมบูรณ์แบบที่สุดในเวลานั้น โดยมีความไวอย่างน้อยสามเท่าของอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ที่ใช้ในการทดลองโดยเอ. มิเชลสันและอี. มอร์ลีย์ การวัดค่าอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ทำในช่วงเวลาต่างๆ ของวัน ในช่วงเวลาต่างๆ ของปี การอ่านค่าจากเครื่องมือนี้ใช้มากกว่า 200,000 พันครั้ง และทำการวัดอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์มากกว่า 12,000 รอบ เขายกอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ขึ้นสู่ยอดเขา Mount Wilson เป็นระยะ (6,000 ฟุตเหนือระดับน้ำทะเล - มากกว่า 2,000 เมตร) ซึ่งในขณะที่เขาสันนิษฐานไว้ ความเร็วลมอีเธอร์ก็สูงขึ้น

เดย์ตัน มิลเลอร์เขียนจดหมายถึงเอ. ไอน์สไตน์ ในจดหมายฉบับหนึ่งของเขา เขารายงานผลงานยี่สิบสี่ปีของเขา ยืนยันการมีอยู่ของลมอีเทอร์ A. Einstein ตอบกลับจดหมายฉบับนี้ด้วยความสงสัยและต้องการหลักฐานซึ่งถูกนำเสนอต่อเขา แล้ว … ไม่มีคำตอบ

ส่วนหนึ่งของบทความ The Theory of the Universe and Objective Reality

ไม้กระดานคงที่

ค่าคงที่ของพลังค์ (h) เป็นค่าคงที่พื้นฐานของฟิสิกส์ควอนตัมและสัมพันธ์กับความถี่การแผ่รังสี (υ) กับพลังงานควอนตัม (E) ตามสูตร E-hu มันมีมิติของการกระทำ (นั่นคือ ผลิตภัณฑ์ของพลังงานและเวลา)

เราได้รับแจ้งว่าทฤษฎีควอนตัมเป็นแบบอย่างของความสำเร็จที่ยอดเยี่ยมและความแม่นยำที่น่าทึ่ง: "กฎที่ค้นพบในการอธิบายโลกควอนตัม (…) เป็นเครื่องมือที่เที่ยงตรงและแม่นยำที่สุดเท่าที่เคยใช้เพื่ออธิบายและทำนายธรรมชาติได้สำเร็จ ในบางประเทศ กรณีความบังเอิญระหว่างการทำนายตามทฤษฎีกับผลลัพธ์ที่ได้จริงนั้นแม่นยำมากจนความคลาดเคลื่อนไม่เกินหนึ่งพันล้านส่วน"

ฉันเคยได้ยินและอ่านข้อความดังกล่าวบ่อยมากจนฉันคุ้นเคยกับการเชื่อว่าค่าคงที่ของพลังค์น่าจะรู้ได้ภายในตำแหน่งทศนิยมที่ไกลที่สุดดูเหมือนว่าเป็นเช่นนั้น: คุณเพียงแค่ต้องดูหนังสืออ้างอิงในหัวข้อนี้ อย่างไรก็ตาม ภาพมายาของความแม่นยำจะหายไปหากคุณเปิดคู่มือฉบับก่อนหน้าฉบับเดียวกัน ตลอดหลายปีที่ผ่านมา ค่านิยมที่เป็นที่ยอมรับอย่างเป็นทางการของ "ค่าคงที่พื้นฐาน" นี้ได้เปลี่ยนแปลงไป ซึ่งแสดงถึงแนวโน้มที่จะเพิ่มขึ้นทีละน้อย

การเปลี่ยนแปลงสูงสุดของค่าคงที่ของพลังค์ถูกบันทึกไว้ตั้งแต่ปี 2472 ถึง 2484 เมื่อค่าของมันเพิ่มขึ้นมากกว่า 1% การเพิ่มขึ้นนี้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในประจุอิเล็กตรอนที่วัดได้จากการทดลอง กล่าวคือ การวัดค่าคงที่ของพลังค์ไม่ได้ให้ค่าโดยตรงของค่าคงที่นี้ เนื่องจากเมื่อพิจารณาแล้ว จำเป็นต้องทราบขนาดของ ประจุและมวลของอิเล็กตรอน หากค่าคงที่สุดท้ายอย่างน้อยหนึ่งค่าเปลี่ยนแปลงค่าของค่าคงที่ ค่าคงที่ของพลังค์ก็จะเปลี่ยนไปด้วย

ค่าคงที่ของโครงสร้างที่ดี

นักฟิสิกส์บางคนถือว่าค่าคงที่ของโครงสร้างที่ดีเป็นหนึ่งในจำนวนเอกภพหลักที่สามารถช่วยอธิบายทฤษฎีเอกภาพได้

การวัดที่หอดูดาวลุนด์ (สวีเดน) โดยศาสตราจารย์ Svenerik Johansson และนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Maria Aldenius ร่วมกับนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ Michael Murphy (เคมบริดจ์) ได้แสดงให้เห็นว่าค่าคงที่ไร้มิติอีกค่าหนึ่งที่เรียกว่าค่าคงที่ของโครงสร้างที่ดีก็เปลี่ยนแปลงเช่นกันเมื่อเวลาผ่านไป. ปริมาณนี้เกิดขึ้นจากการรวมกันของความเร็วของแสงในสุญญากาศ ประจุไฟฟ้าเบื้องต้นและค่าคงที่ของพลังค์ เป็นพารามิเตอร์สำคัญที่กำหนดลักษณะความแข็งแรงของปฏิกิริยาแม่เหล็กไฟฟ้าที่ยึดอนุภาคของอะตอมไว้ด้วยกัน

เพื่อทำความเข้าใจว่าค่าคงที่ของโครงสร้างที่ดีจะแปรผันตามช่วงเวลาหรือไม่ นักวิทยาศาสตร์ได้เปรียบเทียบแสงที่มาจากควาซาร์ที่อยู่ห่างไกล ซึ่งเป็นวัตถุที่สว่างมากซึ่งอยู่ห่างจากโลกหลายพันล้านปีแสงด้วยการวัดในห้องปฏิบัติการ เมื่อแสงที่ปล่อยออกมาจากควาซาร์ผ่านเมฆก๊าซคอสมิก สเปกตรัมต่อเนื่องจะถูกสร้างขึ้นด้วยเส้นสีดำที่แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบทางเคมีต่างๆ ที่ประกอบเป็นก๊าซดูดซับแสงอย่างไร หลังจากศึกษาการเปลี่ยนแปลงอย่างเป็นระบบในตำแหน่งของเส้นและเปรียบเทียบกับผลการทดลองในห้องปฏิบัติการ นักวิจัยสรุปได้ว่าค่าคงที่ที่ต้องการกำลังอยู่ระหว่างการเปลี่ยนแปลง สำหรับคนทั่วไปบนท้องถนน สิ่งเหล่านี้อาจดูไม่สำคัญนัก มีเพียงสองสามล้านเปอร์เซ็นต์ในระยะเวลา 6 พันล้านปี แต่ในวิทยาศาสตร์ที่แน่นอน อย่างที่คุณรู้ ไม่มีมโนสาเร่

"ความรู้ของเราเกี่ยวกับจักรวาลไม่สมบูรณ์ในหลาย ๆ ด้าน" ศาสตราจารย์ Johansson กล่าว "ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดว่า 90% ของสสารในจักรวาลทำมาจากอะไร - ที่เรียกว่า" สสารมืด "มีหลายทฤษฎีเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้น หลังบิ๊กแบง ดังนั้น ความรู้ใหม่มักจะมีประโยชน์เสมอแม้ว่าจะไม่สอดคล้องกับแนวคิดปัจจุบันของจักรวาลก็ตาม"