Является ли Тонкая Структура постоянной постоянной?

Другая вещь, которую изменила бы изменяющаяся постоянная тонкой структуры, заключалась бы в том, что она изменила бы почти каждое явление, опосредованное электромагнитным полем. Все спектры атомов изменились бы. Что также изменится, так это температура, при которой атомы больше не смогут удерживать свои электроны, поскольку изменится сила притяжения между электронами и ядром. Тогда это изменит красное смещение, при котором Вселенная станет прозрачной. Конечным результатом будет то, что космическое фоновое излучение будет исходить из другого периода истории Вселенной, чем считалось ранее. Это имело бы последствия для значений космологических параметров.

Тем не менее, как только вы изменяете явления на этом этапе истории Вселенной, вы должны быть весьма осторожны, чтобы не разрушить текущие предсказания о том, сколько водорода, гелия и тяжелых элементов есть во Вселенной (в то время как создание ядер зависит в основном от сильных взаимодействия, электромагнетизм имеет какое-то отношение к определению конечных энергий ядер, и поэтому им нельзя полностью пренебречь — изменение постоянной тонкой структуры изменяет эти сечения). Текущая теория предсказывает эти вещи с большой точностью, и изменение вещей, особенно параметров физики элементарных частиц, которые определяют продолжительность эры нуклеосинтеза (которая совпадает с временем, когда Вселенная непрозрачна, но является подмножеством времени), потенциально делает эти наблюдения недействительными. согласен с теорией.

10 1 0 лет, если только это не механизм инфляции или что-то в этом роде.

Любош Мотл

Многие очень точные измерения, кажется, подразумевают, что постоянная тонкой структуры была полностью постоянной, в пределах погрешности, начиная с Большого взрыва. И те немногие эксперименты, которые предполагали обратное, имеют проблемы. Теоретически вполне вероятно, что постоянная тонкой структуры полностью постоянна.

Однако если представить, что постоянная тонкой структуры немного меняется, многое становится другим. Например, резко изменятся стабильность и время жизни нейтрона и ядра. Модифицированная постоянная тонкой структуры также повлияет на многие другие «константы», определяющие физику элементарных частиц, такие как отношения масс частиц, константы тонкой структуры для других сил, углы смешивания и другие, но вам придется описать, какие (безразмерные) параметры), которые вы хотите оставить фиксированными, пока вы изменяете постоянную тонкой структуры.

С «антропной» точки зрения важно отметить, что химия (минус ядерная физика, забота об изотопах и т. д.) осталась бы в значительной степени неизменной. Это потому, что атомы существуют в нерелятивистском пределе, а постоянная тонкой структуры определяет только (оценку порядка величины) скорость электронов в атомах. Поскольку постоянная тонкой структуры намного меньше единицы, электроны в атомах можно аппроксимировать нерелятивистской механикой. Это все равно было бы верно, если бы вы, например, удвоили постоянную тонкой структуры. Таким образом, отношения атомных частот и т. д. останутся в значительной степени неизменными, даже если вы удвоите альфа, вплоть до небольших поправок и расщеплений спектральных линий (которые не зря называются тонкой структурой).

Возможно даже, что такие сложные молекулы, как ДНК, могли бы продолжать работать без изменений, даже если бы альфа изменялась на многие проценты или десятки процентов, несмотря на то, что функционирование ДНК зависит от небольших детальных энергетических различий. Если бы единицы были правильно переопределены, мир биохимии практически не изменился бы. Но это потому, что квантовая электродинамика с электронами зависит только от одного размерного параметра - массы электрона - и одного безразмерного - постоянной тонкой структуры, что к тому же определяет иной скейлинг для пространства и времени в нерелятивистском пределе. Если вы рассмотрите поведение физики высоких энергий, в которой есть много других элементарных частиц, изменение альфа, несомненно, будет иметь значение.

С наилучшими пожеланиями Любош

пользователь346

Это чисто спекулятивная идея, но мне кажется, что «постоянная» тонкой структуры на самом деле является мерой сжимаемости вакуума. В теории квантовой гравитации структура вакуума (в которой определяются квантовые поля) и структура фоновой геометрии обязательно взаимосвязаны в том смысле, что вакуум можно рассматривать как конденсат квантово-геометрических возбуждений.

Если крупномасштабную геометрию Вселенной действительно можно описать в терминах такого конденсата, то материальные свойства конденсата будут флуктуировать на больших расстояниях. Одним из них может быть «вакуумная» сжимаемость или α .

Предостережение Эмптор: Есть несколько ключевых понятий, которые необходимо уточнить, прежде чем приведенный выше аргумент сможет стать самостоятельным. Эти:

1. Что такое «квантовый геометрический конденсат» и почему вакуум стандартной модели должен иметь такое описание?
2. Выяснение точного смысла , в котором можно думать о α как мера сжимаемости (или какой-либо другой «материальной» характеристики) основного состояния образующегося конденсата.

В первое предположение я твердо верю, не в последнюю очередь благодаря тому, что я узнал в ходе собственных исследований. Второе — это то, что я в настоящее время смутно понимаю, хотя у меня есть сильная интуиция, что такое описание существует и даже естественно.

Я понимаю, что в отсутствие более ясного объяснения этих двух вопросов я прошу читателя поверить в мои рассуждения, основанные больше на «интуитивном чувстве», чем на чем-либо другом. Кому-то это может быть слишком сложно переварить. Однако , если по какой-либо причине вы готовы отдать должное этой линии рассуждений, то космологическая вариация в α почти неизбежно.