Sygnały świetlne dobiegające do nas z odległych kwazarów sugerują, że siły wiązań pomiędzy elektronami i protonami były we wczesnym Wszechświecie mniejsze niż obecnie.

W dobie zaskakujących odkryć i teorii naukowych dwóch badaczy z Northeastern University wysunęło hipotezę, mówiącą że nawet najbardzje fundamentalne stałe w fizyce wcale nie muszą być stałe. Naukowcy ci twierdzą, że wielkość znana kosmologom jako stała struktury subtelnej a oznaczana grecką literą alfa mogła być dziesięć miliardów lat temu 200 000 razy mniejsza niż obecnie. Rzekome zmiany wartości alfy w czasie są od niedawna przedmiotem gorącej dyskusji wśród astronomów. Kontrowersje budzi fakt, że te rewelacje są sprzeczne z obowiązującym w fizyce Modelem Standardowym. Z drugiej strony, mogą być cenną wskazówką dla badaczy zajmujących się teorią strun – współczesną “Teorią Wszystkiego”, która ma zunifikować opis wszystich sił we Wszechświecie.

Stała struktury subtelnej, czyli alfa to wielkość wiążąca se sobą trzy podstawowe stałe fizyczne – ładunek elektronu, prędkość światła w próżni i stałą Plancka. Mniejsza wartość alfy oznacza, że elementarny ładunek elektryczny, to jest ładunek elektronu, był mniejszy, a co za tym idzie oddziaływanie pomiędzy elektronami a protonami – słabsze.

Według dr Luisa Anchordoqui i dr Haima Goldberga z Wydziału Fizyki Northeastern University, obserwowane niewielkie zmiany alfy odzwierciedlają zmianę tempa rozszerzania się Wszechświata. Wygląda na to, że elektrony i protony tym silniej są związane, im szybciej Wszechświat pęcznieje. Informacje na ten temat można znależć w artykule opublikowanym w tomie 68 Physical Review D.

“Zmiany stałej struktury subtelnej są dla nas trudne do zaakceptowania, ponieważ zaprzeczają standardowej teorii pola, którą stosuje się z powodzeniem do wszystkich obliczeń w fizyce jądrowej” – mówi Anchordoqui. – “Z drugiej strony okazuje się, że przyjęcie zmiennej wartości alfy jest zgodne z różnymi innymi wynikami doświadczalnymi“. Wiele niezależnie przeprowadzonych eksperymentów potwierdza jego słowa. Przykładem mogą być problemy obserwatorów z Manua Kea, o których Zmienność stałych fizycznych?“>informowaliśmy

Hipotezy zmienności alfy próbowano potwierdzić badając złoża uranu w Gabon, w Afryce Zachodniej. Rejon ten jest o unikatowy ze względu na skład izotopowy znajdującego się tam uranu. Wedle wszelkiego prawdopodobieństwa dwa miliardy lat temu zachodziły tam samoistnie reakcje, które dziś są wykorzystywane w reaktorach atomowych. Niestety, dane otrzymane w Gabon wskazują, że ówczesna wartość alfy jest zgodna z dzisiejszą do siódmego miejsca po przecinku. Jeżeli stała struktury subtelnej zmienia się, to nie jest to proces równo rozłożony w czasie. Anchordoqui i Goldberg starają się wyjaśnić tą rozbieżność.

Sugerują oni, że zmiana alfy jest związana z “kwintesencją”. Kwintesencją w kosmologii określa się siłę działającą przeciwnie do siły grawitacji. Siła ta, kiedyś nieznaczna, według niektórych naukowców ma dzisiaj przeważać nad grawitacją i powodować zwiększanie się tempa rozszerzania się Wszechświata. Anchordoqui i Goldberg brali pod uwagę teorię kwintesencji opracowaną przez dr Andreasa Albrechta i dr Constantinosa Skordisa z University of California w 2000 roku. W połączeniu ze hipotezami Anchordoquiego i Goldberga teoria Albrechta i Skordisa wprowadza zgodność pomiędzy danymi z Gabon i tymi otrzymywanymi z obserwacji odległych kwazarów.

Badacze ci zakładają, że alfa była znacząco mniejsza dziesięć miliardów lat temu, lecz około ośmiu miliardów lat temu kwintesencja zaczęła przeważać nad grawitacją i więzi pomiędzy elektronami i protonami wzmocniły się i ustabilizowały. Dlatego różnice w wartości alfy obecnie i dwa miliardy lat temu są praktycznie niemierzalne. Wyjaśnia to rezultaty pomiarów z Gabon.

Powodów takiego zachowania się alfy Anchordoqui i Goldberg upatrują w specyficznym zachowaniu się pola kwintesencji w modelu Albrechta-Skordisa. Według tego modelu kwintesencja początkowa fluktuowała, a jej wartość ustaliła się dopiero po pewnym czasie. Przypuszczenia te potwierdziła sonda NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, która badała fundamentalne wielkości Wszechświata, takie jak wiek czy krzywizna. Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. Anchordoqui i Goldberg twierdzą, że obserwacje coraz odleglejszych kwazarów wykażą powolny spadek wartości alfy.

Co więcej, zdaniem obu naukowców dziesięciokrotne zwiększenie czułości naszych instrumentów pomiarowych pozwoli na jednoznaczne potwierdzenie słuszności ich teorii. Dwie planowane misje kosmiczne mają być wyposażone w urządzenia o tej rozdzielczości. Są to misja MICROSCOPE francuskiego Centre National d’Etudes Spatiales (planowany start w 2005) i Satellite Test of the Equivalence Principle (STEP), wspólne przedsięwzięcie NASA i ESA. “Możemy sprawdzić koncepcję zmiennej wartości alfy za już kilka lat, gdy dostępne bedą satelity o odpowiednio czułych urządzeniach” – mówi Goldberg. – “Możemy też badać wartość alfy w laboratoriach i czekać następne kilka miliardów lat na mierzalne zmiany. Stawiałbym raczej na satelity“.