Miljardeid aastaid tagasi oli elektromagnetilise interaktsiooni tugevus Universumi erinevates osades erinev. Sellisele järeldusele jõudsid Austraalia füüsikud uurides iidsetelt kvasaritelt tulevat valgust. Teadlased leidsid, et üks olulisimaid konstante, peenstruktuuri konstant α, on muutunud nii ajas kui ka ruumis Suurest Paugust alates.
Lõunataevas VLT kohal. Pilt: ESO/H H Heyer
,,Füüsika aasta uudiseks” nimetatud avastus viitab taaskord sellele, et α ei olegi siiski konstant. Kui uurimuse järeldus tõesti tõele vastab, rikub see Einsteini üldrelatiivsusteooria fundamentaalseid tõekspidamisi. α asümmeetria, mida nimetatakse ka ,,Austraalia dipooliks,” võib meid viia lähemale ka ühtse füüsikateooria loomisele ning heita valgust Universumi tõelisele olemusele, kirjutab physicsworld.com.
Muutuva väärtusega konstant?
Peenstruktuuri konstant, mille väärtus on ligikaudu 1/137, iseloomustab elektromagnetilise vastasmõju tugevust ning näitab mil viisil elektronid aatomites ja molekulides seotud on. See on dimensioonitu number, mis teeb sellest veelgi fundamentaalsema konstandi kui näiteks gravitatsiooni tugevus, valguse kiirus või elektronide laeng.
Kuigi seda nimetatakse konstandiks, leidub ka häid teoreetilisi põhjuseid, miks α peaks ajas või ruumis muutuma. Muutuva väärtusega α võiks näiteks aidata lahendada füüsika ühte suurimat müsteeriumit – kuidas koostada ühtne teooria, mis kirjeldaks kõiki nelja vastasmõju liiki: gravitatsiooni, elektromagnetismi ning nõrka ja tugevat vastasmõju. Hetke parim teooria nõuab näiteks ühte lisa ruumidimensiooni, mille järele α muutumisega ajas vajadus kaoks.
1998. aastal hakkasid John Webb ja Victor Flambaum New South Wales’i Ülikoolist otsima tõestust α muutumisele ajas, uurides kaugetelt kvasaritelt tulevat valgust. Kiirgus on neilt üliheledatelt kehadelt enne Maani jõudmist rännanud miljardeid aastaid ning läbinud teel iidseid gaasipilvi. Osa sellest valgusest on kindlatel lainepikkustel neeldunud, tänu millele saab kindlaks teha nende gaasipilvede keemilise koostise. Just sellest neeldumisspektrist saabki tuletada α väärtuse.
Siiani on teadlasterühm uurinud sadu põhjataeva kvasareid ning jõudnud järeldusele, et miljardeid aastaid tagasi oli α väärtus ligi 1/100000 võrra väiksem kui praegu. Tulemus on aga vastuoluline ning kõik füüsikud seda seetõttu ei aksepteeri.
Üllatus lõunataevas
Hiljuti uuris Webb koos kolleegida lisaks 153-e lõunataevas olevat kvasarit, kasutades selleks Tšiilis asuvat Väga Suurt Teleskoopi (VLT), ning jõudsid veelgi hämmastavamate järeldusteni. Leiti, et lõunataevas oli α väärtus 10 miljardi aasta eest 1/100000 võrra suurem kui praegu. Sellise asümmeetria juhuslikkuse tõenäosus on kõigest 1/15000-st.
α ruumiline erinevus tõestab taaskord, et elektromagnetiline vastasmõju rikub Einsteini ekvivalentsusprintsiipi – üht relatiivsuse nurgakivi, mille kohaselt α väärtus peab igal ajal ja igas kohas olema sama. See rikkumine on aga hea uudis neile, kes otsivad viisi ühtlustada kõiki nelja vastasmõju ühtseks kõike seletavaks teooriaks, sest mitmed praegused juhtivad teooriad on ka ekvivalentsusprintsiibi kehtivuse vastu.
Suur läbimurre?
Wim Ubachs Amsterdami Vabast Ülikoolist nimetas avastust ,,Füüsika aasta uudiseks” ning lisas, et see toetab ka varasemaid tulemusi ning annab probleemile uue dimensiooni.