Es gibt eine Zahl im Universum, die wir Menschen Alpha nennen - oder die Feinstrukturkonstante. Wenn der Wert für Alpha noch ein bisschen anders wäre, würde das Universum, wie wir es kennen, nicht existieren - Sie, ich und alle auf der Erde wären nicht hier. Einige Physiker haben kürzlich berichtet, dass sich der Wert für Alpha seit dem Urknall langsam geändert hat. Andere, darunter Jeffrey Newman vom Lawrence Berkeley National Laboratory, haben gute Beweise dafür, dass Alpha seit mindestens 7 Milliarden Jahren unverändert geblieben ist.
Hören Sie sich das Interview an: Alpha, nach all den Jahren immer noch konstant (3,3 MB)
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Fraser Cain: Können Sie mir die Grundierung für Alpha geben?
Jeffery Newman: Alpha ist also eine der Konstanten, die die Stärke einer fundamentalen Kraft beschreibt. Es gibt 4 fundamentale Kräfte: Elektromagnetismus, schwache Kraft, starke Kraft und Schwerkraft, und Alpha bestimmt im Wesentlichen die Stärke der elektromagnetischen Kraft im Vergleich zu den anderen 4. Als solche ist es ein sehr grundlegender Teil der Quantentheorie, wie diese Kräfte wirken und wie sie mit der Energie skalieren (und) wie sie mit der Zeit im Universum skalieren.
Fraser: Was im Universum davon abhängt; Wie würde das Universum anders sein, wenn Alpha anders wäre?
Newman: Weil Alpha bestimmt, wie stark die elektromagnetische Kraft ist; das ist die Kraft, die Atome zusammenhält; Dies ist die Kraft, die bewirkt, dass Dinge mit Licht interagieren. Wenn die Kraft (Alpha) also eine unterschiedliche Stärke hätte, würden Atome nicht zusammenhalten, oder sie könnten zu stark zusammenhalten, um chemische Wechselwirkungen zu ermöglichen. Wenn Licht und Atome nicht sehr gut interagieren würden, wäre es zum Beispiel sehr schwer zu sehen, wie wir es tun. Es ist wichtig für unser Leben. Weil es so grundlegend ist, hat es überall Auswirkungen, von denen Sie nicht einmal erwarten würden, dass sie sich auf fast jede Interaktion eines Atoms oder auf die Struktur eines Atoms auswirken können.
Fraser: Woher kam die Vorhersage, dass Alpha seit dem Urknall konstant bleiben sollte? Warum war das überhaupt spekulativ?
Newman: Es wurde allgemein erwartet, dass es eine universelle Konstante des Universums ist. Es gab tatsächlich Vorhersagen, dass es nicht nur eine Konstante war, sondern eine sehr einfache Konstante, die eine ganze Zahl sein würde; was auch immer 136 oder was auch immer 137. Für eine Weile wurde angenommen, dass es der Wert ist; keine 137,1, sondern eine 137 gerade. Das stellte sich als Numerologie heraus; es stimmte nicht, aber es ist ein Wert, der aus dem Nichts kommt, aber ein grundlegender Bestandteil des Standardmodells der Teilchenphysik ist, und alle anderen Standardwerte der Teilchenphysik sind Dinge wie die Masse eines Elektrons, die sehr grundlegenden Ding. Wir würden erwarten, dass es Zahlen gibt, die das Universum als Ganzes beschreiben, und wenn sie das Universum als Ganzes beschreiben, sollten sie beschreiben, dass sie es zu jeder Zeit und an jedem Ort beschreiben sollten. Nur in den letzten 20 Jahren, als es Vereinigungstheorien gab, die viele zusätzliche Dimensionen vorhersagen; Es gibt Theorien, die auch vorhersagen, dass die Konstanten des Universums, wie wir sie wahrnehmen, durch das Vorhandensein dieser zusätzlichen Dimensionen beeinflusst werden. Im Laufe der Zeit oder über den Raum könnten sich die Werte dieser Konstanten aufgrund der zusätzlichen Freiheitsgrade, die diese bieten, tatsächlich ändern Maße. Dunkle Energietheorien können heute auch Veränderungen in Alpha im Laufe der Zeit vorhersagen.
Fraser: Jetzt hatte ich eine Woche vor der Veröffentlichung Ihrer Geschichte berichtet, dass einige australische Forscher festgestellt hatten, dass sich Alpha geändert hatte, was meiner Meinung nach eine ziemlich große Ankündigung war. Wissen Sie, welche Nachforschungen sie angestellt haben, um festzustellen, dass sich dies geändert hat?
Newman: Also verwenden sie - wieder eine astrophysikalische Methode; versuchen, Beobachtungen sehr weit entfernter Objekte tief in der Vergangenheit zu betrachten; im fernen Universum und versuchte, diese Beobachtungen zu nutzen, um Größen zu untersuchen, die von Alpha abhängen sollten; In ihrem Fall betrachten sie die Wellenlängen des Lichts, die von Gasen zwischen uns und Quasaren absorbiert werden, die sehr helle Objekte sind, sehr weit entfernt. Sie haben eine Methode, die versucht hat, viele verschiedene Arten von Elementen zu verwenden, die sich gegenseitig ausgleichen, um so viel Empfindlichkeit wie möglich für Alpha zu erreichen. Da es sich jedoch um eine komplizierte Methode handelt, sind viele komplizierte Berechnungen erforderlich. Es ist sicherlich eine kompliziertere Methode als die, die wir versucht haben. Wir haben versucht, die Dinge einfach zu halten. Es gibt also tatsächlich einige Gruppen, die dieselbe Methode angewendet haben, und einige von ihnen haben Änderungen in Alpha festgestellt, und einige von ihnen haben keine Änderung in Alpha bei der von der australischen Gruppe verwendeten Methode festgestellt.
Fraser: Was war die Methode, die Sie angewendet hatten?
Newman: Wir betrachten nicht Quasare, nicht die hellsten Objekte, sondern Galaxien, die häufiger vorkommen. So können wir eine größere Anzahl von Objekten betrachten. Und es stellt sich heraus, dass wir einen bestimmten einfachen Satz von Messungen betrachten, einen Satz von Wellenlängen; Übergänge in Atomen, mit denen wir Alpha messen können. Es hängt auf sehr einfache Weise vom Wert von Alpha im Laufe der Zeit ab. Durch eine ziemlich einfache Messung konnten wir eine Einschränkung für die Entwicklung von Alpha festlegen, ohne uns um viele Atomphysik- und Kernphysik kümmern zu müssen, aber nur das einfachste was wir tun können. Alpha heißt Feinstrukturkonstante, und wir haben tatsächlich die Stärke eines Feinstrukturübergangs in Sauerstoffatomen gemessen.
Fraser: Wie genau sind die Berechnungen, die Sie erstellen?
Newman: Die Genauigkeit wird hauptsächlich durch die Anzahl der Objekte begrenzt, die wir in der DEEPTWO Redshift Survey haben. den Datensatz, den wir dazu verwendet haben. Von 50.000 Objekten in der Umfrage haben wir jetzt ungefähr 500, die wir für diesen Test verwenden können. Das gibt uns eine Genauigkeit von ungefähr einem Teil von 30.000 auf den Wert von Alpha.
Fraser: Weil ich mich an die Australier erinnere, hatte sich (Alpha) in 1 zu 100.000 geändert oder so?
Newman: Ja, daher können wir ihre Messung noch nicht ausschließen. Es ist zu diesem Zeitpunkt leicht abweichend. Kein Wissenschaftler würde sich diese Werte ansehen und sagen, dass einer den anderen ausschließt, weil ihre nominelle Genauigkeit hoch ist. Die Frage ist, ob mit der Messung systematisch etwas nicht stimmt. Könnte es etwas geben, das mit dieser Technik schief geht? Angesichts der Tatsache, dass verschiedene Gruppen unterschiedliche Werte erhalten haben, ist es wahrscheinlich, dass mit der einen oder der anderen Gruppe etwas nicht stimmt. entweder die Gruppe, die eine Änderung in Alpha definiert, oder die Gruppe, die dies nicht tut. Wir können das noch nicht ausschließen, aber mit einer größeren Stichprobe können wir mit unserer einfachen Methode eine Bestimmung treffen.
Fraser: Was würde es dann brauchen, um zu einer schlüssigen Antwort zu kommen, die Sie beide haben? Die Wechsler und die statischen Leute kommen zu einer Einigung?
Newman: Ich denke, dass mehr Daten von uns sicherlich helfen würden, da wir derzeit zeigen können, dass wir nicht durch systematische Fehler oder systematische Unsicherheiten bei unseren Aktivitäten eingeschränkt sind. Wir sind nur durch zufällige Fehler und zufällige Fehler begrenzt. Sie können es besser machen, wenn Sie eine größere Stichprobe haben. Bei den anderen Techniken versuchen die anderen Gruppen ebenfalls, mehr Daten zu erhalten, um ihre Fehler zu reduzieren, und versuchen, Messungen verschiedener Typen durchzuführen, um festzustellen, ob sie konsistente Antworten erhalten können, nicht nur mit dieser komplexeren Version der Methode von Quasare betrachten, aber jetzt treten sie einen Schritt zurück und versuchen, auch eine etwas einfachere Methode zu verwenden. Hoffentlich konvergieren diese also und versuchen, eine gemeinsame Antwort zu finden, sobald ihre Datensätze eingehen.
Fraser: Richtig. Nehmen wir an, Sie liegen falsch und es (Alpha) hat sich im Laufe der Zeit geändert. Was könnte das für die Zukunft des Universums bedeuten? Wenn es weitergeht.
Newman: Die gefundenen Änderungen sind also relativ langsam. Selbst die Gruppen, die signifikante Änderungen finden, und die gefundenen Änderungen werden voraussichtlich im Laufe der Zeit immer langsamer. Die meisten Vorhersagen gehen davon aus, dass sich Alpha, wenn es sich ändert, hauptsächlich in den ersten Sekunden des Universums ändert. Danach wird es immer langsamer und langsamer. Ein sekundärer Effekt am Ende, wenn er sich sehr langsam ändert, brennen die Sterne aus, bevor er sich genug ändert, um die Chemie und Wechselwirkungen der Atome zu beeinflussen.
