09 август 2020
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Откритие: Вселената има ос "север-юг", а природните закони не са толкова постоянни

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 30 април 2020 в 09:16 133130
Представа на художник за квазар. Кредит: Wikimedia Commons

Една универсална константа изглежда досадно непостоянна във външните граници на Вселената. И не  само това - тя се променя само в едно направление, което е много странно.

Цялата съвременна физика се основава на твърдението, че във Вселената няма привилигировани направления: всички физически закони са еднакви, независимо от коя посока ги гледаме. Освен това не се променят с времето.

Но сега нови данни карат астрофизиците да се съмняват и в тези две симетрии - на пространството и на времето. Ако откритието бъде потвърдено, то ще се превърне в истинска революция в науката.

В документ, публикуван в Science Advances, учени от Университета UNSW в Сидни съобщават, че четири нови измервания на светлината, излъчена от квазар на 13 милиарда светлинни години, откриват малки изменения в константата на фината структура, обозначавана с α.

Професорът на UNSW Science Джон Уеб (John Webb) разказва, че константата на фината структура е мярка за електромагнетизма - една от четирите фундаментални сили в природата (другите са гравитация, слаба ядрена сила и силна ядрена сила).

"Константата на фината структура е количествената мярка, което физиците използват характеризиране на силата на електромагнитното взаимодействие", обяснява професор Уеб.

Тази фундаментална физическа константа определя силата, с която два заряда се привличат един към друг (или се отблъскват един от друг) на дадено разстояние. Тя се основава на такива солидни константи като зарядът на електрона, скоростта на светлината във вакуум, константата на Планк и електрическата константа.

Именно електромагнитни сили задържат електроните, носещи се около ядрото ​​на всеки атом във Вселената. Ако константата на фината структура се промени само два - три пъти, електроните щяха или да паднат върху ядрото, или завинаги да се откъснат от него. И в двата случая няма да има атоми, химически вещества и самият живот. Не е изненадващо, че учените се интересуват защо тази константа има точно такава стойност и дали може да има друга.

Доскоро се смяташе, че е постоянна във времето и пространството сила. Но през последните две десетилетия професор Уеб забеляза аномалии в константата на фината структура, при която електромагнитната сила, измерена в една конкретна посока на Вселената, изглежда малко по-различна.

„Открихме намек, че стойността на константата на фината структура е различна в определени региони на Вселената. Не само като функция на времето, но всъщност и в зависимост от посоката във Вселената, което наистина е доста странно, ако е правилно ... но това открихме“.

В търсене на улики

Тази фундаментална константа може да бъде измерена чрез анализ на спектрите на далечни небесни тела.

Астрономите използват най-големия в света оптичен телескоп VLT (Very Large Telescope). С негова помощ те наблюдават светлината на квазара J1120 + 0641, която е излъчена от него, когато са минали само 800 милиона години от Големия взрив (преди 13,7 милиарда години). Физиците никога не са измервали константата на фината структура в толкова млада вселена.

"Това са най-отдалечените директни измервания към днешна дата и първите измервания с помощта на близък инфрачервен спектрограф", пищат авторите на новото изследване..

Специалистите извършват четири измерения и въвеждат изкуствен интелект, за да обработят информацията. Те комбинират резултатите си с получените по-рано данни за десетки и стотици други квазари, получени по други методи, тоест авторите се използват независимите резултати на свои колеги.

Общо 323 измервания влизат в крайната проба. Светлината на изследваните квазари е излъчено преди 2,4-12,9 милиарда години.

Панорамна гледка към цялото близко инфрачервено небе. Kredit: IPAC/Caltech.

Странна Вселена: може би има нещо като вселенска ос север-юг

Оказа се, че новите данни потвърждават това, което Уеб и неговата група са установили по-рано, но с по-малка точност.

"Това изглежда подкрепя идеята, че във Вселената може да има насоченост, което наистина е много странно", казва професор Уеби продължава: "Така че Вселената може да не е изотропна в законите на физиката - тоест да е еднаква, статистически във всички посоки. Всъщност във Вселената може да има някаква предпочитана посока, където законите на физиката се променят, но не както в перпендикулярна посока. С други думи, Вселената в някакъв смисъл има диполна структура".

"При комбиниране на пробите се появява очевидна промяна на α в небето, която е добре представена от ъглов диполен модел, насочен в направление RA = 17,3 ± 1,0 h и деклинация = −61 ° ± 10 °", обобщават авторите.

Ако погледнете в тази посока, силата на взаимодействие между електрическите заряди бавно нараства с разстоянието от Земята (тоест, когато се вглеждате във все по-ранната Вселена). В обратната посока, напротив, тази сила намалява с разстоянието от наблюдателя. Изглежда във Вселената има нещо като глобалната ос север-юг. В други посоки константата не се променя.

Промяната в константата на фината структура, измерена от Уеб и колегите, е само десетки от процента. Самата константа е равна (на Земята) на приблизително 7,3 × 10-3, а най-голямото открито отклонение е само 0,72 ± 0,16 × 10-5.

В този случай обаче една малка промяна има огромни последици. Ако резултатът бъде потвърден, физиците ще трябва да преразгледат почти всички основни теории.

С други думи, в това, което се смяташе за произволно разпространение на галактики, квазари, черни дупки, звезди, газови облаци и планети - с живот, процъфтяващ в поне една малка негова ниша - Вселената изведнъж изглежда, че има север и юг.

Професор Уеб все още е отворен за идеята, че по някакъв начин тези измервания, направени на различни етапи, използвайки различни технологии и от различни места на Земята, може да са съвпадение.

"Това е нещо, което се приема много сериозно и се разглежда съвсем коректно със скептицизъм, дори и от мен".

Интересно е, че наскоро друга научна група получи също толкова странен резултат. Астрономите установиха, че скоростта на разширяване на Вселената също зависи от посоката и учените са определили това по съвсем различен начин.

"Не знаех нищо за тази статия, докато не бе публикувана", подчертава Уеб. "И те не проверяват законите на физиката, те проверяват свойствата на рентгеновите галактики и галактически клъстери и космологичните разстояния от Земята. Те също откриха, че Вселената в този смисъл не е изотропна и има предпочитана посока. И тази посоката съвпада с нашата".

Модел на галактиките и квазарите, намерени от Sloan Digital Sky Survey - 250 000 галактики и 40 000 квазари.

Животът, Вселената и всичко останало

Въпреки че все пак е необходимо по-строга проверка на идеите, че електромагнетизмът може да се колебае в определени области на Вселената, което дава някаква форма на насоченост, професор Уеб заявява, че ако тези констатации продължат да се потвърждават, те могат да помогнат да се обясни защо нашата Вселена е такава, каквато е и защо въобще има живот в нея.

"Дълго време се смяташе, че природните закони изглеждат перфектно настроени, за да създадат условията за живот. Силата на електромагнитното взаимодействие е едно от тези условия. Ако е само с няколко процента по-различно от стойността, която измерваме на Земята, химическата еволюция на Вселената би била напълно различна и животът можеше да не се развие никога. Това повдига мъчителен въпрос: дали тази ситуация, при която фундаментални физични величини като константата на фината структура са "точно такива", за да благоприятстват нашето съществуване, се прилагат в цялата вселена? "

Ако във Вселената има насоченост, твърди професор Уеб и ако в някои региони на космоса електромагнетизмът е малко по-различен, най-фундаменталните концепции, които са в основата на голяма част от съвременната физика, ще се нуждаят от преразглеждане.

"Нашият стандартен модел на космологията се основава на изотропна вселена, такава, която е еднаква, статистически във всички посоки", казва той.

„Самият стандартен модел е изграден върху теорията за гравитацията на Айнщайн, която сама по себе си изрично предполага постоянството на законите на природата. Ако такива основни принципи се окажат само добри приближения, вратите са отворени за някои много вълнуващи, нови идеи във физиката. "

Екипът на професор Уеб вярва, че това е първата стъпка към далеч по-голямо проучване, изследващо много направления във Вселената, използвайки данни, идващи от нови инструменти на най-големите телескопи в света. Сега се появяват нови технологии за предоставяне на по-висококачествени данни, а новите методи за анализ на изкуствения интелект ще помогнат за автоматизиране на измерванията и извършването им по-бързо и с по-голяма точност

Но както казва Карл Сейгън, извънредните твърдения изискват извънредни доказателства.

Методите на авторите трябва да бъдат прецизно проверени от независими експерти, изчисленията им трябва да се повторят и измерванията да се направят отново. И само ако се установи, че методиката е била безупречна и наблюденията и изчисленията дават същия резултат, ще може да се мисли за прекрояване на физиката.

Справка: Michael R. Wilczynska et al. Four direct measurements of the fine-structure constant 13 billion years ago, Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.aay9672

K. Migkas et al. Probing cosmic isotropy with a new X-ray galaxy cluster sample through the LX–T scaling relation, Astronomy & Astrophysics (2020). DOI: 10.1051/0004-6361/201936602

Източник:

New findings suggest laws of nature not as constant as previously thought,  University of New South Wales


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Физика
Отговорът не е 42, а 1/137
10 ноември 2019 в 10:20
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.