Тим, хто з нетерпінням чекає того дня, коли вчені створять Велику об'єднуючу теорію фізики, можливо, доведеться почекати трохи довше, оскільки астрофізики продовжують знаходити натяки на те, що одна з космологічних констант все-таки не така постійна.
У статті, опублікованій в журналі Science Advances, вчені з Сіднея повідомили, що чотири нові вимірювання світла, що випускається квазаром на відстані 13 мільярдів світлових років, підтверджують минулі дослідження, які виявили крихітні варіації Постійної тонкої структури.
Професор UNSW Science Джон Вебб каже, що Постійна тонкої структури є мірою електромагнетизму - однією з чотирьох фундаментальних сил в природі (інші - це гравітація, слабка ядерна взаємодія і сильна ядерна взаємодія).
«Константа тонкої структури - це величина, яку фізики використовують як міру сили електромагнітної сили», - каже професор Джон Вебб.
-Це безрозмірне число, і воно включає в себе швидкість світла, те, що називається постійною Планка і зарядом електрону, і співвідношення цих речей. І це число, яке фізики використовують для вимірювання електромагнітної сили.
Електромагнітна сила змушує електрони рухатися навколо ядра в кожному атомі всесвіту - без неї вся матерія розлетілася б на частини. Донедавна вважалося, що вона є незмінною силою в часі і просторі. Але за останні два десятиліття вчені помітили аномалії в Постійній тонкій структури, коли електромагнітна сила, виміряна в одному конкретному напрямку всесвіту, здається трохи іншою.
"Ми знайшли натяк на те, що число Постійної тонкої структури відрізняється в деяких областях Всесвіту. Не тільки як функція часу, але і як напрямок руху у Всесвіті, що дійсно досить дивно, якщо це вірно... але саме це ми і виявили.
У пошуках доказів
Коли професор Вебб вперше зіткнувся з цими ранніми ознаками трохи більш слабких і сильних вимірювань електромагнітної сили, він подумав, що це може бути помилка обладнання, або його розрахунки, або якась інша помилка, яка призвела до незвичайних показань.
Саме в той час, коли вчені розглядали деякі з найвіддаленіших квазарів - масивних небесних тіл, що випромінюють виключно високу енергію на краю Всесвіту, ці аномалії вперше були помічені за допомогою найпотужніших телескопів у світі.
«Найвіддаленіші квазари, про які ми знаємо, знаходяться приблизно в 12-13 мільярдах світлових років від нас», - каже професор Вебб.
- Отже, якщо ви можете детально вивчити світло від далеких квазарів, ви вивчаєте властивості Всесвіту, яким він був у дитинстві, всього лише мільярд років від народження. Тоді Всесвіт був зовсім іншим. Галактик не існувало, ранні зірки сформувалися, але, звичайно ж, не було тієї популяції зірок, яку ми бачимо сьогодні. І ніяких планет там не було.
Він каже, що в нинішньому дослідженні команда вчених вивчила один такий квазар, який дозволив їм досліджувати Всесвіт в ті часи, коли їй було всього лише мільярд років.
Вчені зробили чотири виміри Постійної тонкої структури вздовж однієї прямої видимості до цього квазара. Окремо ці чотири виміри не давали жодної переконливої відповіді щодо того, чи були помітні зміни в електромагнітній силі чи ні.
Однак у поєднанні з великою кількістю інших вимірювань між нами і далекими квазарами, зроблених іншими вченими і не пов'язаних з цим дослідженням, відмінності в Постійній тонкій структури стали очевидними.
Дивний всесвіт
«І це, здається, підтримує ідею про те, що у Всесвіті може бути спрямованість, що дійсно дуже дивно», - каже професор Джон Вебб.
- Значить, Всесвіт не може бути ізотропним за своїми законами фізики, які статистично однакові у всіх напрямках. Але насправді у Всесвіті може бути якийсь напрямок або кращий напрямок, де закони фізики змінюються, але не в перпендикулярному напрямку. Іншими словами, всесвіт у певному розумінні має дипольну структуру.
"В одному конкретному напрямку ми можемо озирнутися назад на 12 мільярдів світлових років і виміряти електромагнетизм, коли Всесвіт був дуже молодий. Якщо скласти всі ці дані разом, то здається, що електромагнетизм поступово збільшується в міру того, як ми дивимося далі, в той час як в протилежному напрямку він поступово зменшується. В інших напрямках космосу постійна тонкої структури залишається саме такою - постійною. Ці нові, дуже далекі вимірювання просунули наші спостереження далі, ніж коли-небудь раніше.
Іншими словами, в тому, що вважалося довільно випадковим розподілом галактик, квазарів, чорних дір, зірок, газових хмар і планет - з життям, процвітаючою принаймні в одній крихітній точці - Всесвіт раптово виявляється еквівалентною півночі і півдню.
Професор Вебб все ще схиляється до думки, що якимось чином ці вимірювання, зроблені на різних етапах з використанням різних технологій і з різних місць на Землі, насправді є масовим збігом.
"Це те, що сприймається дуже серйозно і сприймається, абсолютно правильно, зі скептицизмом, навіть мною, незважаючи на те, що я зробив першу роботу над цим зі своїми учнями. Але це те, що ви повинні перевірити, тому що цілком можливо, що ми дійсно живемо в дивному всесвіті.
Але на додаток до аргументу, який говорить, що ці відкриття - більше, ніж просто збіг, інша команда дослідників, що працює абсолютно незалежно і невідома професору Веббу, зробила спостереження про рентгенівські промені, які, здавалося б, узгоджуються з ідеєю про те, що Всесвіт має деяку спрямованість.
«Я нічого не знав про цю статтю, поки вона не з'явилася в літературі», - каже він.
- І вони не перевіряють закони фізики, вони перевіряють властивості, рентгенівські властивості галактик і скупчень галактик і космологічні відстані від Землі. Вони також виявили, що властивості Всесвіту в цьому сенсі не є ізотропними і є кращий напрямок. І ось, їх напрямок збігається з нашим ".
Життя, всесвіт і все інше
Все ще бажаючи побачити більш сувору перевірку ідей про те, що електромагнетизм може коливатися в певних областях Всесвіту, щоб надати їй форму спрямованості, професор Джон Вебб каже, що якщо ці висновки будуть продовжувати підтверджуватися, вони можуть допомогти пояснити, чому наш Всесвіт такий, який він є, і чому в ньому взагалі є життя.
"Довгий час вважалося, що закони природи здаються ідеально налаштованими, щоб створити умови для процвітання життя. Сила електромагнітної взаємодії - одна з таких величин. Якби вона була лише на кілька відсотків відмінна від тієї величини, яку ми вимірюємо на Землі, хімічна еволюція Всесвіту була б зовсім іншою, і життя, можливо, ніколи б не почалося. Виникає болісне питання: чи застосовна ця ситуація до варіанту "Златовласки", коли фундаментальні фізичні величини, такі як Постійна тонкої структури, є "правильними" для нашого існування, до всього Всесвіту? ".
Якщо у Всесвіті існує спрямованість, і якщо в деяких областях космосу електромагнетизм проявляється дуже слабо, то найбільш фундаментальні концепції, що лежать в основі більшої частини сучасної фізики, потребують перегляду.
«Наша стандартна космологічна модель заснована на ізотропному Всесвіті, який статистично однаковий у всіх напрямках».
"Сама ця стандартна модель побудована на теорії гравітації Ейнштейна, яка сама явно передбачає сталість законів природи. Якщо такі фундаментальні принципи виявляються тільки хорошими наближеннями, то відкриваються двері для деяких дуже цікавих, нових ідей у фізиці ".
Команда професора Вебба вважає, що зроблено перший крок до набагато більш масштабного дослідження, що вивчає багато напрямків у Всесвіті, використовуючи дані, що надходять від нових приладів на найбільших телескопах світу.
В даний час з'являються нові технології, що забезпечують більш високу якість даних, а нові методи аналізу штучного інтелекту допоможуть автоматизувати вимірювання і проводити їх більш швидко і з більшою точністю.