Genom en mängd olika tester på jorden och av
universum har fysiker inte hittat några förändringar i tid eller rum utifrån
någon av naturens grundläggande konstanter.
Modern fysik vilar på två huvudpelare. Den ena är
Einsteins allmänna relativitetsteori som används för att förklara tyngdkraften.
Den andra standardmodellen handlar om de tre naturkrafterna: elektromagnetism, den
starka kärnkraften och den svaga kärnkraften. Med hjälp av dessa teorier kan
fysiker förklara stora delar av interaktionerna i hela universum.
Men teorierna förklarar inte allt. Framträdande
inom ekvationerna är grundläggande konstanter, siffror som vi måste mäta och ansluta för hand. Endast med dessa siffror på plats kan vi använda teorierna
och göra nya förutsägelser. Allmänna relativitets teorin är utarbetad av endast två konstanter: tyngdkraften (vanligtvis kallad G) och den kosmologiska konstanten
(vanligtvis betecknad Λ, som mäter mängden energi i rymdtidens
vakuum).Standardmodellen kräver 19 konstanter för att anslutas till
ekvationerna. Dessa inkluderar parametrar som massorna av nio fermioner (ex
elektronen och uppkvarken), styrkorna hos kärnkrafterna innefattar konstanter som styr
hur Higgs-bosonen interagerar med andra partiklar. Eftersom standardmodellen
inte automatiskt förutsäger neutrinernas massor måste till deras
dynamik läggas till ytterligare sju konstanter.
Det är sammanlagt 28 siffrorna bestämmer helt all fysik i det
kända universum. Många fysiker hävdar att det verkar lite artificiellt att behöva
alla dessa konstanter. Arbetet som forskare är att förklara så många olika
fenomen som möjligt med så få utgångspunkter som man kan komma undan med.
Fysiker tror att allmänna relativitetsteorin och standardmodellen inte är
slutet på fysiken eftersom dessa två teorier inte är kompatibla med varandra.
De misstänker att det finns någon djupare, mer grundläggande teori (sanning)
som förenar dessa två grenar.
Den mer grundläggande teorin kan ha hur många
grundläggande konstanter som helst associerade med den. Den kan ha samma
uppsättning av 28 siffror som vi ser idag. Den kan ha sina egna, oberoende
konstanter, med de 28 siffrorna som framträdande som dynamiska uttryck för
någon underliggande fysik. Den kan till och med inte ha några konstanter alls
utan istället vara en grundläggande teori som kan förklaras i sin helhet utan att något
behöver läggas till för hand.
Oavsett vad, om våra grundläggande konstanter inte
riktigt är konstanta - om de råkar variera över tid eller rum - skulle det vara
ett tecken på en fysik utöver vad vi för närvarande förstår. Och genom att mäta dessa
variationer kan vi få ledtrådar till en mer grundläggande teori om fysik.
Fysiker har utarbetat ett antal experiment för att
testa de 24 konstanterna. Ett test involverar precisa atomklockor.
Driften av en atomklocka beror på styrkan hos den elektromagnetiska
interaktionen, elektronens massa och protonens spinn. Att jämföra atomklockor
på olika platser eller observera samma atomklocka under långa perioder kan
avslöja om någon av dessa konstanter förändras beroende av tid och rum..
Ett annat test gäller från urangruvan Oklo i Gabon (i Västafrika). För
två miljarder år sedan fungerade platsen som en naturlig kärnreaktor under några miljoner år. Om någon av de grundläggande konstanterna var
annorlunda då skulle produkterna från den radioaktiva processen, som existerar
idag, vara annorlunda än förväntat. Testresultatet från detta om det är gjort har jag inte hittat (min anm.).
Om man ser i större skalor har astronomer studerat ljuset från kvasarer, ultraluminösa objekt och som drivs av svarta hål och som finns miljarder ljusår från oss. Ljuset från dessa kvasarer har färdats enormt långt innan det nått oss och passerat på sin väg genom otaliga gasmoln som absorberat en del av dess sken. Om grundläggande konstanter var olika på skilda platser i universum, skulle den absorptionen förändras och kvasarer i en riktning skulle se subtilt annorlunda ut än kvasarer i andra riktningar.
I de allra största
skalorna kan fysiker använda Big Bang själv som ett laboratorium. De kan
använda vår kunskap om kärnfysik för att förutsäga överflödet av väte och
helium som producerades under de första minuterna av Big Bang. Och de kan
använda plasmafysik för att förutsäga egenskaperna hos det ljus som avgavs när
vårt universum kyldes från ett plasmatillstånd till en neutral gas när universum var 380000
år gammalt. Om de grundläggande konstanterna var annorlunda för länge sedan,
skulle det visa sig som en obalans mellan teori och observation.
I dessa experiment med flera har ingen någonsin
observerat någon variation i de grundläggande konstanterna. Vi kan inte helt
utesluta det, men vi kan sätta otroligt stränga gränser för deras eventuella
förändringar. Vi vet till exempel att den fina strukturkonstanten, som mäter
styrkan i den elektromagnetiska interaktionen, är densamma i hela universum
till 1 del per miljard.
Medan fysiker fortsätter att söka efter en ny teori
för att ersätta standardmodellen och den allmänna relativitetsteorin, verkar
det som om konstanterna vi känner och använder är här för att stanna just nu. Tills vi förstår varför de behövs och visar.
Bild från https://news.azpm.org/
Bilden är tagen av James Webb teleskopet.
