Nye fund tyder på naturlove direkte underlige, ikke så konstant som tidligere antaget

Ikke alene virker en universalkonstant irriterende inkonsekvent i kosmos ydre udkant, det sker kun i én retning, hvilket er direkte mærkeligt.

Dem, der ser frem til en dag, hvor videnskabens store foreningsteori om alt kan bæres på en t-shirt, må muligvis vente lidt længere, da astrofysikere fortsat finder antydninger om, at en af ​​de kosmologiske konstanter trods alt ikke er så konstant.

I et papir udgivet i Videnskab fremskridt , forskere fra UNSW Sydney rapporterede, at fire nye målinger af lys, der udsendes fra en kvasar 13 milliarder lysår væk, bekræfter tidligere undersøgelser, der fandt små variationer i den fine struktur konstant.

UNSW Science's professor John Webb siger, at den fine strukturkonstant er et mål for elektromagnetisme - en af ​​de fire grundlæggende kræfter i naturen (de andre er tyngdekraften, svag atomkraft og stærk atomkraft).

"Den fine strukturkonstant er den mængde, som fysikere bruger som et mål for styrken af ​​den elektromagnetiske kraft, "Siger professor Webb.

"Det er et dimensionsløst tal, og det involverer lysets hastighed, noget der kaldes Plancks konstant og elektronladningen, og det er et forhold mellem disse ting. Og det er det tal, som fysikere bruger til at måle styrken af ​​den elektromagnetiske kraft. "

Den elektromagnetiske kraft holder elektroner susende omkring en kerne i hvert atom i universet - uden det, alt stof flyder fra hinanden. Indtil for nylig, det menes at være en uforanderlig kraft gennem tid og rum. Men i løbet af de sidste to årtier, Professor Webb har bemærket uregelmæssigheder i den fine strukturkonstant, hvorved elektromagnetisk kraft målt i en bestemt retning af universet virker så lidt anderledes.

"Vi fandt et tip om, at antallet af den fine strukturkonstant var forskelligt i visse områder af universet. Ikke bare som en funktion af tiden, men faktisk også i retning i universet, hvilket virkelig er ret mærkeligt, hvis det er korrekt ... men det er det, vi fandt. "

Leder efter spor

Nogensinde skeptikeren, da professor Webb første gang stødte på disse tidlige tegn på lidt svagere og stærkere målinger af den elektromagnetiske kraft, han troede, at det kunne være en fejl på udstyret, eller af hans beregninger eller en anden fejl, der havde ført til de usædvanlige aflæsninger. Det var mens man kiggede på nogle af de fjerneste kvasarer - massive himmellegemer, der udsender usædvanligt høj energi - ved kanterne af universet, at disse anomalier først blev observeret ved hjælp af verdens mest kraftfulde teleskoper.

"De fjerneste kvasarer, vi kender til, er omkring 12 til 13 milliarder lysår fra os, "Siger professor Webb.

"Så hvis du kan studere lyset i detaljer fra fjerne kvasarer, du studerer universets egenskaber, som det var, da det var i sin barndom, kun en milliard år gammel. Universet var dengang meget, meget anderledes. Der fandtes ingen galakser, de tidlige stjerner var dannet, men der var bestemt ikke den samme befolkning af stjerner, som vi ser i dag. Og der var ingen planeter. "

Han siger, at i den aktuelle undersøgelse, holdet kiggede på en sådan kvasar, der gjorde det muligt for dem at undersøge tilbage, da universet kun var en milliard år gammelt, hvilket aldrig var blevet gjort før. Holdet foretog fire målinger af den fine konstant langs den ene sigtelinje til denne kvasar. Individuelt, de fire målinger gav ikke noget afgørende svar på, om der var mærkbare ændringer i den elektromagnetiske kraft. Imidlertid, når det kombineres med masser af andre målinger mellem os og fjerne kvasarer foretaget af andre forskere og ikke er relateret til denne undersøgelse, forskellene i den fine struktur konstante blev tydelige.

Et underligt univers

"Og det ser ud til at understøtte denne idé om, at der kan være en retning i universet, hvilket faktisk er meget underligt, "Siger professor Webb.

"Så universet er måske ikke isotropisk i dets fysiske love - et der er det samme, statistisk set i alle retninger. Men faktisk, der kunne være en eller anden retning eller foretrukken retning i universet, hvor fysikkens love ændres, men ikke i vinkelret retning. Med andre ord, universet på en eller anden måde, har en dipolstruktur til sig.

"I en bestemt retning, vi kan se 12 milliarder lysår tilbage og måle elektromagnetisme, da universet var meget ungt. Sætter alle data sammen, elektromagnetisme ser ud til gradvist at stige, jo længere vi ser, i modsat retning, det falder gradvist. I andre retninger i kosmos, den fine strukturkonstant forbliver netop det - konstant. Disse nye meget fjerne målinger har skubbet vores observationer længere end nogensinde er nået før. "

Med andre ord, i det man mente var en vilkårlig tilfældig spredning af galakser, kvasarer, sorte huller, stjerner, gasskyer og planeter - med liv, der blomstrer i mindst en lille niche af det - ser universet pludselig ud til at have et nord og et syd. Professor Webb er stadig åben for tanken om, at disse målinger på en eller anden måde foretaget på forskellige stadier ved hjælp af forskellige teknologier og fra forskellige steder på Jorden faktisk er en massiv tilfældighed.

"Dette er noget, der tages meget alvorligt og betragtes, helt korrekt med skepsis, selv af mig, selvom jeg lavede det første arbejde med det med mine elever. Men det er noget, du skal teste, fordi det er muligt, at vi lever i et underligt univers. "

Men tilføjelse til siden af ​​argumentet, der siger, at disse fund er mere end bare tilfældighed, et team i USA, der arbejder helt uafhængigt og ukendt for professor Webbs, foretaget observationer om røntgenstråler, der syntes at stemme overens med tanken om, at universet har en eller anden retning.

"Jeg vidste ikke noget om dette papir, før det stod i litteraturen, " han siger.

"Og de tester ikke fysikkens love, de tester ejendommene, røntgenegenskaberne ved galakser og klynger af galakser og kosmologiske afstande fra Jorden. De fandt også ud af, at universets egenskaber i denne forstand ikke er isotrope, og at der er en foretrukken retning. Og se og se, deres retning falder sammen med vores. "

Liv, universet og alt

Selvom vi stadig ønsker at se mere streng test af ideer om, at elektromagnetisme kan svinge i visse områder af universet for at give det en form for retningsbestemmelse, Professor Webb siger, at hvis disse fund fortsat bekræftes, de kan hjælpe med at forklare, hvorfor vores univers er, som det er, og hvorfor der overhovedet er liv i det.

"I lang tid, man har troet, at naturlovene virker perfekt afstemte til at sætte betingelserne for, at livet kan blomstre. Styrken af ​​den elektromagnetiske kraft er en af ​​disse størrelser. Hvis det kun var et par procent forskelligt fra den værdi, vi måler på Jorden, universets kemiske udvikling ville være helt anderledes, og livet er måske aldrig kommet i gang. Det rejser et fristende spørgsmål:gør denne "Guldlokssituation, hvor grundlæggende fysiske størrelser som den fine strukturkonstant er 'lige rigtige' for at favorisere vores eksistens, anvende i hele universet? "

Hvis der er en retning i universet, Professor Webb argumenterer, og hvis elektromagnetisme viser sig at være meget lidt forskellig i visse områder af kosmos, de mest grundlæggende begreber, der ligger til grund for meget af moderne fysik, skal revideres.

"Vores standardmodel for kosmologi er baseret på et isotropisk univers, en der er den samme, statistisk set i alle retninger, " han siger.

"Selve standardmodellen er bygget på Einsteins tyngdekraftsteori, som selv udtrykkeligt antager, at naturlovene er konstante. Hvis sådanne grundlæggende principper kun viser sig at være gode tilnærmelser, dørene er åbne for nogle meget spændende, nye ideer inden for fysik. "

Professor Webbs team mener, at dette er det første skridt mod en langt større undersøgelse, der undersøger mange retninger i universet, ved hjælp af data fra nye instrumenter på verdens største teleskoper. Nye teknologier opstår nu for at levere data af højere kvalitet, og nye analysemetoder til kunstig intelligens vil hjælpe med at automatisere målinger og udføre dem hurtigere og med større præcision.