СКІЛЬКИ константою є істинно фундаментальні?
Анотація
Головними фундаментальними константами зазвичай вважають гравітаційну константу ( G ), постійну Планка ( h ) і швидкість світла ( c ). Прийнято вважати, що ці константи є незалежними. Дослідження показали, що істинно фундаментальними виявилися не константи G, h, c, а зовсім інші константи [1, 2, 3, 4]. Їх виявилося п'ять. Це наступні константи:
Фундаментальний квант дії hu (hu = 7,69558071 (63) • 10-37 J s). Фундаментальна довжина lu (lu = 2,817940285 (31) • 10-15 m). Фундаментальний квант часу tu (tu = 0,939963701 (11) • 10-23 s). Постійна тонкої структури О± (О± = 7,297352533 (27) • 10-3 ) Число ПЂ (ПЂ = +3,141592653589).
Виявлено, що найважливіші фундаментальні фізичні константи є складовими константами і складаються з цих п'яти констант. Ці п'ять констант претендують на онтологічний статус, тому вони названі "уні версальная суперконстант" [1, 2, 3, 4].
1. Чи є найважливіші фізичні константи фундаментальними?
Головними фундаментальними константами зазвичай вважають гравітаційну константу ( G ), постійну Планка ( h ) і швидкість світла (і той факт, що у фундаментальній фізиці багато вчених застосовують таку систему одиниць, в якій вони рівні 1. Особливо велику значущість в очах вчених ця трійка констант набула після того, як М.Планк, шляхом їх комбінації, відкрив нові одиниці довжини маси і часу, які були названі "планковские одиниці ".
Константами G , h, c, в їх різних комбінаціях, оперують найбільш важливі фізичні теорії. Так, наприклад, теорія тяжіння Ньютона є G -теорією [11]. Загальна теорія відносності є класичною ( G, c )-теорією. Релятивістська квантова теорія поля є квантової ( h , c )-теорією [11]. Кожна з цих теорій оперує однією або двома розмірними константами. Відкриття планківських одиниць - планковской довжини, маси і часу породило у вчених надію на можливість створення нової квантової теорії на основі трьох констант G , h, c . Проте спроби створити єдину квантову теорію електромагнітних полів, частинок і гравітації на ос нове трьох розмірних констант - ( G, h, c )-теорію, закінчилися безрезультатно. Такий теорії досі немає, хоча на її створення покладалися дуже великі надії [11]. Чому так случілос ь? Очевидно тому, що трійка констант ( G, h, c ,) з якихось причин не може виступати в якості константного базису квантової теорії. У цьому зв'язку виникає правомірне запитання: м ожно Чи можна вважати ці константи первинними і незалежними? Труднощі у створенні ( G, h, c )-теорії вказують на протилежне. По всій видимості, існують абсолютно інші константи, які є і незалежними, і первинними і, відповідно, істинно фундаментальними. Очевидно від таких первинних констант повинні відбуватися всі основні фізичні константи, в тому числі і константи G, h, c . Оскільки первинний статус констант G, h, c довгий час був поза сумнівами, то, природно, завдання пошуку онтологічного базису фундаментальних фізичних конс танто гостро не стояла.
Невдачі у створенні ( G, h, c )-теорії та велика кількість інших фундаментальних фізичних констант, серед яких важко віддати небудь константі перевагу, висувають на пе ший план завдання пошуку онтологічного базису фізичних констант. Сучасна фізика нагромадила вже близько 300 фундаментальних констант [6]. Сотні констант і всі фундаментальні! Чому така велика кількість констант вважаються фундаментальними? Якщо до них підходити як до істинно фундаментальним константам, то їх явно багато. Якщо виходити з того, що основу світу становить єдина матеріальна сутність і все фізичні явища повинні мати єдину природу, то кількість констант повинно бути набагато мень шим. Тут доречно згадати правило Оккама, відповідно до яким не слід без необхідності збільшувати кількість сутностей, а також думка Френеля про те, що "природа схильна до управління багатьом за допомогою малого "[5, 8]. Тому, якщо у до ачестве критерію істинної фундаментальності розглядати первинність і незалежність констант, то фундаментальністю повинні володіти зовсім мінімальну кількість констант, а ніяк не десятки і звичайно ж не сотні. Таким чином, існує глибоке про протиріч у тому, що не одиниці, а сотні констант наділені фундаментальним статусом. Належить з'ясувати, чи є серед цих сотень констант "істинно фундаментальні" константи? Якщо такі виявляться, то належить визначити скільки їх? Багато що ук азивает на те, що на роль істинно фундаментальних констант досить трьох розмірних констант. Адже неспроста тільки з трьох основних одиниць - метра, кілограма і секунди можна отримати всі похідні одиниці, що мають механічну природу. Однак все т е ж невдалі спроби в створенні ( G, h, c )-теорії вказують на те, що трьох констант явно недостатньо. Значить невідоме число JF, яке соотв
3
Принцип Оккама вказує на те, що правильну відповідь про кількість істинно фундаментальних констант треба шукати поблизу 3. З'явилася робота [12], де робиться висновок, що фундаментальних констант має бути 22 ( JF = 22 ). Нижче буде показано, що їх набагато менше. Належить з'ясувати, чи входять в число JF до онстанти G, h, c ? Належить також з'ясувати які безрозмірні константи можна віднести до істинно фундаментальним константам.
2. Проблема постійної тонкої структури (О±)
Числові значення розмірних фізичних констант залежать від обраної системи одиниць. Як зазначалося вище, вибором системи одиниць можна зробити так, що константи G, c , h стають рівними 1. У той же час, у фізиці існують найважливіші безрозмірні константи такі як, постійна тонкої структури (О± = 1/+137,03599976 (50) ) , відношення маси протона до маси електрона (mp/me = +1836,1526675 ( 39) ) та ін Їх значення інваріантні щодо вибору системи одиниць. Наука дуже мало знає про ці константах [11, 13, 14]. Вони залишаються загадкою для фізиків. Мабуть єдиним досягненням є те, що їх значення відомі з дуже великою точністю. Особливо таїнств енной і загадкової є постійна тонкої структури ( О± ).
Константа ( О± ) була введена в фізику Зоммерфельдом в 1916 році при створенні теорії тонкої структури енергії ато ма. Спочатку постійна тонкої структури ( О± ) була визначена як відношення швидкості електрона на нижчій борівської орбіті до швидкості світла. З розвитком квантової теорії стало зрозуміло, що таке спрощене уявлення не пояснює її істинний сенс. До цих пір природа походження цієї константи і її фізичний сенс не розкриті. Крім тонкої структури енергії атома ця константа проявляється в следующ їй комбінації фундаментальних фізичних констант: О± = Оњ0ce2/2h. Цікаве висловлення про число ( О± ) належить Фейнману [10]: "з тих пір як воно було відкрито ... воно було загадкою. Всіх спокушених фізиків-теоретиків це число ставило в безвихідь і тим самим викликав про неспокій. Безпосередньо вам хотілося б знати, звідки ця постійна зв'язку з'явилася: чи пов'язана вона з чіслоп ПЂ або може бути вона пов'язана з натуральними логарифмами? Ніхто не знає ". Щодо значення постійної тонкої структури автори Берклєєвський курс фізики пишуть [9]: "ми не володіємо теорією, яка передбачала б величину цієї постійної".
У той же час, така особливість постійної тонкої структури, а саме, інваріантність до вибору системи одиниць, дозволяє вважати її першим кандидатом на роль істинно фундаментальної константи. Фізики давно у Верени в тому, що постійна тонкої структури ( О± ) несе в собі щось дуже важливе як про мікросвіт, так і про макросвіті.
3. П'ять універсальних суперконстант
Як показали мої дослідження фундаментальних фізичних констант [1, 2, 3, 4] жодна з пе...
