Kainatı təsvir edən tək sabit: Zaman?

Kainatın Sirri: Fundamental Konstantlar Yalnız Bir Vahidə Necə Sığır?

Kainatın necə işlədiyini heç düşünmüsünüzsə, yəqin ki, onun fundamental konstantlarından bəziləri ilə qarşılaşmısınız. Bunlar nəzəriyyə ilə əldə edilə bilməyən, yalnız təcrübələr nəticəsində ölçülərək müəyyən edilən fiziki kəmiyyətlərdir. İşıq sürəti, Plank sabiti və nazik quruluş sabiti kimi klassik nümunələr bu qəbildəndir. Kembric Universitetinin Kosmologiya və Astrofizika üzrə Fəxri Professoru Martin Risin izah etdiyi kimi, kainatın şərtləri cazibə sabiti (G) və ya işıq sürəti (C) kimi "fundamental konstantlar" vasitəsilə təsvir edilə bilər. Təxminən 30-a yaxın belə sabit mövcuddur ki, onlar hissəcik kütlələri, qüvvələr və ya kainatın genişlənməsi kimi parametrlərin ölçülərini və güclərini ifadə edir. Lakin nəzəriyyələrimiz bu sabitlərin dəyərlərini izah etmir; əvəzində, təbiəti dəqiq təsvir etmək üçün onları ölçüb tənliklərimizə daxil etməliyik.

CERN-də Başlayan Müzakirə: Ölçmə Standartlarına Baxış

Fiziklər bu fundamental konstantların dəqiq dəyərlərini və onların bir-biri ilə əlaqəsini təyin etmək üçün çalışıblar. Beynəlxalq Vahidlər Sistemi hazırda yeddi əsas vahiddən (saniyə, metr, kiloqram, amper, kelvin, mol və kandela) istifadə edir. Bəs kainatımızı təsvir etmək üçün bu sabitlərdən neçəsi lazımdır? Yeni bir tədqiqata görə, cavab yalnız birdir: zaman.

Bu fikir 1992-ci ildə CERN-dəki kafeteriyada baş verən bir müzakirədən qaynaqlanıb. Üç fizik – Maykl C. Daff, Lev B. Okun və Qabriele Veneziano – kainatı təsvir etmək üçün neçə sabitə ehtiyac olduğu barədə razılığa gələ bilməyiblər. Bu müzakirə 2002-ci ildə üç fərqli təkliflə – üç, iki və sıfır sabit – nəticələnən üç məqaləyə yol açıb. Okun uzunluq, kütlə və zamanın kainatın bütün fiziki kəmiyyətlərini ölçmək üçün üç əsas vahid olduğunu müdafiə edirdi. Veneziano iki vahidin – uzunluq və zamanın – kifayət etdiyini iddia edirdi, Daff isə sabitlərin sayının nəzəri modeldən asılı olduğunu düşünürdü.

Yeni tədqiqatın əsas müəllifi Corc Matsas bildirib: "Məqsəd fizikanın mümkün olan ən əsas təsvirini tapmaqdır. Okun, Daff və Venezianonun qaldırdığı sual heç də əhəmiyyətsiz deyil. Fiziklər olaraq, hər şeyi ölçmək üçün minimum ölçmə standartlarının nə olduğunu anlamalıyıq."

Yeni Tədqiqat: Zaman Hər Şeyi Ölçmə Standartları Olarak Kifayət Edir

Son araşdırmada, komanda iki fərqli fəza-zaman növünü təsvir etmək üçün neçə sabitin lazım olduğunu araşdırıb. Bunlar İsaak Nyuton tərəfindən istifadə edilən Qaliley versiyası və Eynşteyn tənliklərinin nisbi fəza-zaman həlli olan Minkovski fəza-zamanıdır.

Qaliley fəza-zamanında, fəza və zaman bir-birindən ayrıdır. Zaman mütləqdir və bütün müşahidəçilər tərəfindən qəbul edilir, məsafələr isə zamandan asılı deyil. Müəlliflər izah edirlər ki, kütlə kimi digər vahidlər yalnız bu iki sabitdən istifadə etməklə təyin oluna bilər. Lakin Minkowski fəza-zamanına baxdıqda, komanda uzunluğa ehtiyac belə olmadığını aşkar edib.

Matsas izah edib: "Qaliley fəza-zamanında bütün fiziki dəyişənləri ölçmək üçün xətkeşlərə və saatlara ehtiyacınız var. Rölativistik fəza-zamanında isə yalnız saatlar kifayətdir. Bunun səbəbi, nisbilik nəzəriyyəsində fəza və zamanın o qədər bir-biri ilə əlaqəli olmasıdır ki, bütün kəmiyyətləri təsvir etmək üçün tək bir vahid yetərlidir. Bu gün istifadə olunan atom saatları kimi yüksək dəqiqlikli saatlar bütün ölçmə ehtiyaclarını qarşılaya bilər."

Rölativistik Fəza-Zaman və Zaman Vahidinin Universal Gücü

Uzunluq anlayışını aradan qaldırmaq üçün komanda Kanadalı fizik Bill Unruh tərəfindən təklif edilən bir saat eksperimentindən istifadə edir. Minkowski fəza-zamanında fəza və zaman bir-birindən asılı deyil, yəni biri digərindən çıxarıla bilər. Üç saatlıq eksperimentdə, ölçmək istədiyiniz bir çubuğun iki fərqli ucuna iki müşahidəçi yerləşdirilir. Bir müşahidəçidə iki sinxronlaşdırılmış saat, digərində isə bir saat var. İki sinxronlaşdırılmış saatı olan müşahidəçi saatı çubuq boyunca ikinci müşahidəçiyə göndərir, o da saatı səyahətinin sonunda öz saatı ilə sinxronlaşdırır. Sonra o, saatı ilk müşahidəçiyə geri göndərir. Unutmayaq ki, rölativistik fəza-zamanında zaman sürətinizlə dəyişir. Bu zaman ölçülərindən istifadə edərək, uzunluğu heç bir başqa sabitə (məsələn, işıq sürətinə) istinad etmədən təyin etmək mümkündür.

Xülasə, komanda hər hansı bir vahidin əslində bir sabit, yəni saniyə ilə ölçülə biləcəyini irəli sürür. Saniyə hazırda "sezium-133 atomunun əsas halının iki hiperincə səviyyəsi arasındakı keçidə uyğun gələn radiasiyanın 9,192,631,770 dövrünün müddəti" olaraq təyin edilir.

Nəzəri Minimalizmdən Praktik Rahatlığa: Fundamental Konstantların Gələcəyi

Bu nəzəriyyə maraqlı olsa da, digər fundamental konstantların yox olacağını gözləmək lazım deyil, çünki onlar hələ də faydalı və istifadəsi rahatdır. San Karlosdakı Sao Paulo Universitetinin Fizika İnstitutundan Daniel Vanzella əlavə edib: "Tarixən, Fransa İnqilabı (1789-1799) zamanı qəbul edilmiş standartlaşdırma səyinə əsaslanaraq, kiloqram müəyyən bir təzyiq və temperaturda bir litr təmiz suyun kütləsi olaraq təyin edilmişdi. Praktik cəhətdən kütlə standartına sahib olmaq çox rahatdır, lakin fundamental nöqteyi-nəzərdən bu zəruri deyil. Bir cismin kütləsi, bir hissəciyin müəyyən bir məsafədə kütlədən cəzb olunduğu sürətlənmə ilə verilir."

Bu araşdırma Nature Scientific Reports jurnalında dərc edilib.

24 saat