Các hằng số Vật lý có thể thay đổi theo không gian và thời gian

Các phương trình vật lý cơ bản đều chứa những hằng số như c - vận tốc ánh sáng. Từ trước đến nay, người ta vẫn cho rằng, các hằng số trong các phương trình vật lý là những đại lượng không thay đổi theo không gian và thời gian.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Các hằng số Vật lý có thể thay đổi theo không gian và thời gian Các hằng số Vật lý có thể thay đổi theo không gian và thời gian Các phương trình vật lý cơ bản đều chứa những hằng số như c - vận tốcánh sáng. Từ trước đến nay, người ta vẫn cho rằng, các hằng số trong cácphương trình vật lý là những đại lượng không thay đổi theo không gian vàthời gian. Tuy nhiên mới đây, trên Tạp chí Scientific American , các tác giảJohn D. Barrow, John K. Webb cùng cộng sự đã đặt vấn đề nghi ngờ điều này.Vấn đề các hằng số hiện nay đang trở thành một bài toán lớn của vật lý hiệnđại. Một số đại lượng được các nhà vật lý gọi là hằng số, (các trị số được chotrong hệ đơn vị SI) như: c - vận tốc ánh sáng (= 299.792.458) G - hằng số hấp dẫn Newton (= 6,6723 x 1-11) me - khối lượng electron (= 9,10938188 x 10-31)… Chúng làm thành cơ sở cấu trúc vật lý. Trước đây, người ta không quan tâmđến việc vì sao chúng lấy những trị số như trên, điều lo lắng duy nhất là nếu một sốhằng số có những trị số khác thì những tổ hợp cấu trúc nguyên tử, cũng như cácsinh thể có thể không cấu thành được và không tồn tại. Trong những năm gần đây, các nhà vật lý hy vọng chứng minh được rằng cáchằng số vật lý chỉ lấy những trị số logic khả dĩ. Mong muốn giải thích các hằng số vật lý làmột cố gắng để xây dựng một bức tranh hoànchỉnh của Lý thuyết của tất cả (Theory ofEverything - TOE). Vấn đề các hằng số trở nênphức tạp vì trong những lý thuyết như siêu dây, lýthuyết M thì ngoài các chiều không gian và thờigian phải xét đến những chiều dư (extradimensions), số chiều dư này có thể lên đến 7.Cho nên những hằng số mà chúng ta thường quan sát được chưa phải là nhữnghằng số thực, chúng chỉ là cái bóng ba chiều của những hằng số đích thực. Trong lý thuyết dây có khả năng tồn tại đến 10500 lời giải ứng với ngần ấy thếgiới khả dĩ. Thế giới của chúng ta chỉ là một thể hiện của tập thế giới đó, chỉ là mộtốc đảo bao quanh bởi nhiều thế giới không có sự sống, ở đó những cấu trúc nhưnguyên tử cacbon, các phân tử ADN không cấu thành được. Nếu chúng ta phiêu lưuđến những thể giới đó thì cuộc sống của chúng ta sẽ bị chấm dứt. Có thể danh từ hằng số không hoàn toàn thích hợp vì chúng có thể thay đổitheo không gian và thời gian. Để không phụ thuộc vào điều kiện đo đạc, chúng tahãy xét những hằng số vô thứ nguyên. Một hằng số như thế là: α = e2 / 2 e0 hc (trong đó e là điện tích electron, e0 - hằng số điện môi chân không, h - hằngsố Planck, c - vận tốc ánh sáng), đó là hằng số cấu trúc tinh tế, do ArnoldSommerfeld đưa vào trong lý thuyết điện từ, lần đầu tiên năm 1916. Hằng số α lượng hoá cường độ tương tác điện từ tương đối tính (c) của cáchạt mang điện tích trong chân không (e0) của lý thuyết lượng tử (h). Trị số của abằng số là: 1/137,03599976 hay xấp xỉ bằng 1/137. Nếu α nhỏ hơn trị số trên thì mật độ nguyên tử chất rắn sẽ giảm đi (theo α3),các mối liên kết phân tử sẽ bị cắt đứt ở một nhiệt độ thấp hơn (theo α2), số lượngcác nguyên tố bên trong bảng tuần hoàn sẽ tăng lên (theo 1/α). Nếu α lớn hơn trị số trên thì các hạt nhân nguyên tử nhỏ không thể tồn tại vì sức đẩy giữa điện tích các proton sẽ thắng lực hạt nhân vốn là lực liên kết các proton trong hạt nhân. Nếu α có trị số khoảng 0,1 thì nguyên tử cacbon sẽ bị bắn ra từng mảnh, nếu α lớn hơn 0,1 thì phản ứng tổng hợp nhiệt hạch cũng khó lòng xảy ra. Mức năng lượng của electron trong nguyên tử mô tả quá trình hấp thụ. Nănglượng của photon được chuyển cho electron, electron nhảy lên mức năng lượngcao hơn. Khoảng cách giữa các mức năng lượng phụ thuộc vào tương tác giữaelectron và hạt nhân, như vậy phụ thuộc vào hằng số α. Khi α nhỏ hơn 5% trị sốhiện nay (hình 1b) thì các mức năng lượng xích gần nhau hơn và photon sẽ cần ítnăng lượng hơn để kích electron lên mức năng lượng cao hơn. Làm thế nào để đo sự thay đổi của α ? Các quasar được phát hiện năm 1965, đó là những quasi-star (thiên thể tựasao) có độ sáng lớn hơn 100 tỷ sao, ở xa quả đất khoảng 3 tỷ năm ánh sáng. Ánhsáng từ quasar trên đường đi đến quả đất gặp phải những đám mây vật chất,những đám mây này hấp thụ một số bước sóng ánh sáng. Các nhà vật lý nghiên cứuphổ hấp thụ của ánh sáng từ các quasar đi qua các đám mây, từ đó suy ra trị số củaα tại những thời điểm sớm của vũ trụ. Ở hình số 2, từ trên xuống dưới ta thấy những quá trình sau: Từ quasar ánh sáng bắt đầu hành trình xuống trái đất với một phổ liên tục. Trên đường đi, ánh sáng đi qua những đám mây vật chất. Các đám mây nàychặn lại những bước sóng nhất định tạo nên những vạch đen trên phổ. Để nghiêncứu α, các nhà vật lý sử dụng ...