Один из наших подписчиков прислал нам следующий вопрос:
Здравствуйте. Расскажите почему скорость света равна именно 300 000 км/с? Почему не 400 000 и не 200 000?
Скорость света наравне с некоторыми другими константами является одной из т.н. фундаментальных констант. К примеру гравитационная постоянная G определяет силу гравитационных взаимодействий во всей вселенной. На малых масштабах постоянная Планка ħ повелевает квантовыми взаимодействиями, а заряд электрона е представляет собой мельчайшую единицу — квант электрического заряда. Численные значения этих констант известны с огромной точностью, к примеру ħ равна 6.626070040 × 10⁻³⁴ Дж·с, а скорость света с равна 299 792 458 м/с.
Но действительно ли эти значения этих констант постоянны? Что значит «фундаментальные»? Почему их значения таковы, а не иные?
Современная наука предполагает, что законы физики одинаковы везде во вселенной. Однако это лишь предположение, которое надлежит проверить, в особенности для гравитационной постоянной G и скорости света с, чтобы убедиться, что мы правильно интерпретируем то, что видим в далёких уголках вселенной.
Первым возможность того, что G может варьироваться с течением времени допустил нобелевский лауреат Поль Дирак. В 1937-м году размышляя о космологии он пришел к выводу, что G медленно уменьшается на одну стомиллионную процента в год. Был ли он прав? Вероятно нет. Астрономические наблюдения не показывают какого либо варьирования G в пространстве или времени. Аналогично нет никаких экспериментальных или наблюдательных данных, которые давали бы повод допустить, что в прошлом скорость света могла быть иной.
Являются ли эти константы фундаментальными? Что мы вообще имеем ввиду называя константу фундаментальной? Какой минимальный набор констант из которых можно вывести или получить все остальные? Единого ответа на этот вопрос нет, разные учёные включают в такой набор от 2 до 10 или даже больше констант.
По мнению некоторых физиков, например Майкла Даффа из Имперского колледжа в Лондоне только безразмерные константы являются по настоящему фундаментальными, так как не зависят от какой-либо системы измерений. Константы же обладающие размерностью являются лишь человеческими конструкциями чьи значения варьируются в зависимости от того какие единицы измерений мы выберем.
Примером безразмерной константы может служить отношение массы протона и электрона равное 1836.2, но пожалуй самая интригующая безразмерная константа это так называемая постоянная тонкой структуры α. Она была открыта в 1916-м году и представляет собой скорость электрона вращающегося вокруг ядра атома водорода делённую на скорость света. Значение этой константы составляет 0.00729735256 или почти точно 1/137.
В современной квантовой электродинамике α определяет силу электромагнитного взаимодействия и играет огромную роль в физике. Наряду с гравитацией, сильным и слабым взаимодействием электромагнитное взаимодействие определяет то, как работает вселенная, но никто пока не смог объяснить почему эта константа численно равна 1/137.
Именно эта видимая произвольность физических констант, от которых зависит то, как работает вселенная не даёт покоя учёным. Почему именно эти цифры? Могли ли они быть другими?
Наиболее простое объяснение заключается в так называемом антропном принципе: философской идее заключающейся в том, что то, какой мы видим вселенную обязано быть совместимо с тем фактом, что существуем мы — люди, способные смотреть на вселенную и задаваться такими вопросами.
Например немного другое значение постоянной тонкой структуры радикально изменило бы нашу вселенную. К примеру это сделало бы невозможной образование атомов углерода и как следствие возникновение жизни. По крайней мере в том виде, в каком её знаем мы. Т.е. если бы основополагающие свойства вселенной: постоянная тонкой структуры, постоянная планка, гравитационная постоянная, скорость света и т.п. были бы другими, то не было бы никаких нас, способных задаваться такими вопросами.
Вполне вероятно существуют иные вселенные с другими законами физики и фундаментальными константами, в которых жизнь и тем более разумная жизнь никогда не возникла и в них некому задаться вопросом о том, почему же скорость света в тех вселенных равна 100 метров в секунду или 500 тысяч километров в секунду, или какому-то другому значению.
Ставьте палец вверх если хотите видеть в своей ленте больше статей о космосе!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал в телеграме. Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос.
