Во Вселенной существует так называемая фундаментальная физическая постоянная, характеризующая силу электромагнитного взаимодействия. Иными словами, безразмерная величина, образованная комбинацией фундаментальных констант — это 1/137, или постоянная тонкой структуры (α). Именно эта величина в какой-т остепени определяет, будут ли гореть звезды, существовать атомы и возможна ли жизнь, а ее малейшее изменение сделало бы нашу Вселенную невозможной. Но что, если эта константа вовсе не постоянна? Споры о ее изменчивости длятся десятилетиями, а новые эксперименты могут навсегда изменить наши представления о реальности.
Постоянная тонкой структуры — безразмерная величина, примерно равная 1/137,035999206. Она объединяет фундаментальные константы: скорость света (c), заряд электрона (e), постоянную Планка (ħ) и диэлектрическую проницаемость вакуума (ε₀). Формула выглядит так:
α = e² / (4πε₀ħc). В системе СГС (сантиметр-грамм-секунда), где ε₀ = 1, ее записывают проще: α = e² / ħc.
Почему α так важна?
Химия и жизнь: Если бы α отличалась всего на 4%, углерод — основа органической химии — не смог бы образовываться в звездах.
Атомы: При α > 0,1 протоны в ядрах отталкивались бы так сильно, что легкие элементы (водород, гелий) не смогли бы существовать.
Звезды: Ядерный синтез в звездах зависит от баланса между электромагнитным отталкиванием и ядерным притяжением. Нарушение этого баланса остановило бы производство элементов.
Физик Ричард Фейнман называл α «величайшей тайной»: она приходит без объяснений, но диктует правила мироздания.
Физическая константа α — ключ к миру электромагнетизма. Впервые ее ввел Арнольд Зоммерфельд в 1916 году, чтобы объяснить спектральные линии атома водорода.
Альберт Эйнштейн считал, что световая скорость — абсолютная константа. Но α может оказаться подвижной. История таких идей ведет к письму Пола Дирака 1937 года, где он предположил: может ли α изменяться со временем или в пространстве.
В прошлом состоялся настоящий спор. В 1998 году Джон Уэбб и коллеги проанализировали спектры далеких квазаров и заявили: α выросла на 6 частей на миллион между 12 и 6 млрд лет назад . Однако эту гипотезу раскритиковали: ученые Мерфи и Витмор нашли ошибку в калибровке, объяснившую эффект.
Изменчивость α ломает привычную картину Вселенной. Если она варьируется, физики могут открыть новые фундаментальные взаимодействия или даже скрытые пространственные измерения . Теория струн, например, подразумевает дополнительные «скрученные» измерения, где постоянные в наших трех измерениях — лишь теневые отражения высшего порядка .
🔬 Архивные наблюдения
Ученые использовали спектры с Кека (Гавайи) и VLT (Чили). Анализ показал линейную зависимость вариации α с расстоянием: дальше — выше отклонение. Но статистика слабая, а систематика — сложная. Получить точные данные пока не возможно.
🧑🔬 Лабораторные испытания
На Земле α колеблется не более нескольких частей на 10 млрд — это значительно точнее, чем измерения гравитационной постоянной G . Особенно впечатляющие данные в 2025 году: команда Хольгера Мюллера из Berkeley установила точность лучше одной части на миллиард, наблюдая взаимодействие фотонов и атомов цезия — уже близко к пределу, который позволит проверять пост-стандартные модели.
Другие работы — Паркера, Ю, Мюллера — обеспечили значение α с точностью ~2×10⁻¹⁰ .
🛰 ESPRESSO: мечта спектроскописта
На VLT в Чили установлен суперспектрограф ESPRESSO — ультра-устойчивый прибор, запущенный в 2018 году и использующий все четыре телескопа одновременно. Это исследование быстрых движений звёзд и, самое главное — тончайших вариаций α.
Сейчас ESPRESSO нацелен на подтверждение или опровержение изменений α до конца десятилетия. Научная группа ожидает, что спектроскоп смогут доказать изменения с точностью до нескольких частей на миллион за космологические сроки — и тогда станет ясно, «жива» ли константа .
Константа α — не просто число, это фундамент, на котором держатся физика, химия и биология. Если она изменится — наше понимание Вселенной также изменится. Независимо от исхода, мы стоим перед порогом эпохального открытия — и это делает работу с "одним волшебным числом" ещё более захватывающей.
Post Scriptum
Сбой на краю Вселенной — это возможное изменение значения физической константы α (альфа), или постоянной тонкой структуры, в разных частях космоса.
Это намtки на то, что альфа — число, определяющее, как свет взаимодействует с материей — может быть не совсем постоянным. То есть оно может чуть-чуть меняться в зависимости от того, где и когда мы его измеряем во Вселенной.
Альфа участвует в квантовой электродинамике — теории, которая описывает, как электроны, протоны и фотоны взаимодействуют. Если альфа вдруг меняется, это значит, что сила электромагнитного взаимодействия — одна из четырtх фундаментальных сил природы — меняется тоже.
🌌 Где найден сбой?
Свет от далtких квазаров (объектов, находящихся в миллиардах световых лет от нас) проходит сквозь облака газа. По тому, как этот свет поглощается, можно "прочитать" значение альфа в прошлом.
Исследователь Джон Уэбб заметил: чем дальше от Земли, тем сильнее отличаются значения альфа. Причtм изменения идут примерно линейно — то есть на краю наблюдаемой Вселенной α может быть немного другой, чем у нас.
🔁 Чем это грозит физике?
Если это правда, то:
- Фундаментальные законы природы могут быть не универсальны — они могут зависеть от места и времени.
- Возможно, есть другие измерения или физические законы, о которых мы не знаем (например, в теории струн).
- Может потребоваться переписать или расширить Стандартную модель физики, которая считается базой современной науки.
💥 И главное:
Если альфа в других частях Вселенной достаточно сильно отличается, там может быть невозможна жизнь, материя или звtёзды в привычном виде. То есть наша Вселенная не такая уж однородная, как считалось.
-----
Смотрите нас на youtube. Еще больше интересных постов на научные темы в нашем Telegram.
Заходите на наш сайт, там мы публикуем новости и лонгриды на научные темы. Следите за новостями из мира науки и технологий на странице издания в Google Новости