Sú prírodné konštanty navždy nezmeniteľný SVET
Sú prírodné konštanty navždy nezmeniteľné?
V húštine fyzikálnych zákonov a vzorcov je deväť pevných veličín. Celá štruktúra fyziky spočíva na týchto takzvaných základných konštantách; určujú vlastnosti hmoty a síl. Tento pojem si však kladie dve otázky: Aké zásadné sú tieto veličiny a či sú vôbec konštantné? Teoretici sa tým obávajú, experimentátori hľadajú odpovede pomocou technológie merania. Čo robí z fyzikálnej veličiny základnú konštantu?
Podľa dnešného chápania sa nesmie hľadať v iných veličinách a na každom mieste vo vesmíre by mal mať vždy rovnakú hodnotu. Pokiaľ je známe, tieto vlastnosti spĺňa deväť veľkostí. Najznámejšie sú gravitačná konštanta a elementárny náboj elektrónu.
Nedá sa však presne dokázať, že tieto konštanty boli skutočne vždy a všade nezmeniteľné. Moderné teórie, v ktorých by človek chcel spojiť štyri známe prírodné sily do jednej elementárnej sily, niekedy dokonca predpovedajú zmeny prírodných konštánt v priebehu času alebo ich aspoň umožňujú. Patrí sem takzvaná teória superstrún, v ktorej elementárne častice vyzerajú ako vibračné vlákna. Toto inšpiruje fyzikov, aby hľadali zmeny v prírodných konštantách.
Takéto úvahy sa prvýkrát objavili už v roku 1937. V tom čase britský teoretik Paul Dirac vyvinul teóriu, v ktorej sa od Veľkého tresku znížila gravitačná konštanta a tým aj gravitačná sila. Táto hypotéza bola dlho vyvrátená. Myšlienka časovo sa meniacej gravitačnej konštanty však zostala. Dá sa to skontrolovať do istej miery presnosti. Ak sa gravitácia zníži, planéty by sa museli čoraz viac vzďaľovať od slnka a mesiaca od Zeme. Avšak milimetrovo presné merania vzdialenosti od Mesiaca v priebehu rokov zatiaľ nepreukázali žiadnu zmenu gravitačnej konštanty.
Michael Murphy a kolegovia z University of New South Wales v Sydney však nedávno spôsobili rozruch. Tvrdia, že takzvaná konštanta jemnej štruktúry sa od Veľkého tresku zmenila. Je to rozhodujúce pre štruktúru atómov a teda aj pre vlnovú dĺžku svetla, ktoré emitujú. Astronómovia analyzovali svetlo z celkom 150 kvasarov na rôzne vzdialenosti. Pretože dostať sa z týchto nebeských telies na zem trvalo rôzne dlho, astronómovia sa pozreli späť do minulosti vesmíru. To otvára možnosť merania hodnoty konštanty jemnej štruktúry v rôznych časoch. Výsledok: Hodnota konštanty jemnej štruktúry sa zvýšila o stotinu z tisíciny. Keby bola správna, bola by táto variácia extrémne malá. Ale aj najmenšia odchýlka od nemennosti by bola senzáciou.
Existujú však aj ďalšie merania, podľa ktorých sa konštanta jemnej štruktúry preukázateľne nezmenila, prinajmenšom za posledné dve miliardy rokov.
Presne povedané, konštanta jemnej štruktúry nie je jednou zo základných veličín fyziky, pretože je kombináciou troch ďalších prírodných konštánt. Ak sa v minulosti zmenila, musí byť meniteľná aspoň jedna z jej konštánt.
Konštanta jemnej štruktúry má veľký význam aj pre atómovú fyziku. Ak sa zmení ich hodnota, začnú fyzikálne veličiny kolísať aj inde. Profesor Harald Fritzsch z mníchovskej univerzity skúmal tieto možné účinky. Zistil, že by sa tiež museli zmeniť masy elektrónov a protónov. Vo výsledku by sa vlnová dĺžka svetla emitovaného atómami časom zmenila.
Tento efekt by potom malo byť možné skontrolovať laboratórnymi meraniami.
Fritzsch preto navrhol svojmu kolegovi profesorovi Theodorovi Hänschovi z Inštitútu Maxa Plancka pre kvantovú optiku v Garchingu hľadať takéto „rozladenie svetla“. Vďaka tomu Hänschova skupina zostrojila takzvaný frekvenčný hrebeň, pomocou ktorého môžu s nebývalou presnosťou určiť vlnové dĺžky. Meranie je také presné, že Fritzschovu predpoveď zmeny vlnovej dĺžky v priebehu času je možné skontrolovať v priebehu niekoľkých mesiacov. Experiment sa práve skončil a teraz sa vyhodnocuje. Výsledok by mal byť k dispozícii o niekoľko týždňov. „Ak to nebude mať žiadny účinok, myslím si, že Murphyho merania sú nesprávne,“ tvrdí Fritzsch.
Fyzici na celom svete hľadajú variácie základných konštánt. Zatiaľ žiadny z týchto experimentov nepriniesol žiadny náznak zmeny v čase. Existuje veľa náznakov, že základné konštanty si uchovali svoje hodnoty od Veľkého tresku až dodnes. Týmto sa hneď od začiatku definoval rámec, v ktorom sa mohol vesmír rozvíjať.
Vyvstáva teda ďalšia otázka: Ako boli stanovené hodnoty? Bola to náhoda? Vedú hodnoty nevyhnutne k jednotnej teórii? „Táto otázka patrí do prvej desiatky nevyriešených problémov,“ hovorí Fritzsch. Je zaujímavé, že prírodné konštanty sú optimálne vybrané na vytvorenie sveta, v ktorom by sa mohli vyvíjať planéty a nakoniec aj život. Keby bol neutrón iba o jedno percento ľahší alebo ťažší, nebol by vo vesmíre žiadny vodík. A konštanta jemnej štruktúry opäť hrá ústrednú úlohu, najmä pri množstve uhlíka. Tento prvok, ktorý je pre vývoj života taký zásadný, nevznikol vo Veľkom tresku. Tvoril sa iba vo vnútri hviezd, ktoré vo svojej záverečnej fáze uvoľňujú uhlík do vesmíru. Tam je k dispozícii ako surovina pre hviezdy, planéty a život.
Hodnota konštanty jemnej štruktúry je optimálna na to, aby umožňoval produkciu uhlíka vo veľmi veľkých množstvách. Keby to bolo len o pol percenta inak, výroba by sa znížila stokrát. Základné stavebné bloky by potom neboli vo vesmíre dostatočne dostupné na to, aby mohli formovať život.
Existuje viac jemných vylepšení tohto druhu, vďaka ktorým sa vedci zamyslia. Niektorí z nich to vysvetľujú dosť triezvo: Keby sa hodnoty konštánt ukázali inak a vesmír by bol nepriateľský voči životu, my ľudia by sme neexistovali a nikto by sa nepýtal na prirodzené konštanty.
Mnoho kozmológov považuje túto interpretáciu za neuspokojivú. Veria, že náš vesmír je len jedným z mnohých paralelných vesmírov. V týchto svetoch by základné konštanty mali rôzne hodnoty.
V niektorých vesmíroch by to nebolo vôbec nič, v iných oveľa väčšia gravitačná konštanta zabezpečila, že sa priestor rozšíri iba na niekoľko sekúnd, minút alebo dokonca rokov, aby sa potom rýchlo zrútil. V iných vesmíroch môže byť naopak gravitácia taká slabá, že plyn nikdy nemôže kondenzovať na hviezdy a planéty. Iba pár vesmírov má správnu rovnováhu. Bývame v jednom z nich.