ثوابتی که دگرگون شدند

Rachel Courtland
برگردان: احسان سنایی

ثوابت بنیادین طبیعت همچون ثابت پلانک، ثابت بولتزمن و یا نسبت بار به جرم یک الکترون، بی‌سبب «ثابت» خوانده نمی‌شوند. بلکه گمان می‌رود (یا احتمالاً؛ می‌رفت) که فیزیک و قوانین گوناگون‌اش در گستره‌ی بیکران کیهان و سیر زمان، رفتاری مشابه از خود بروز دهد؛ اما محاسبات جدید صورت‌پذیرفته بر طیف رادیویی یک ابر گازی دوردست، اشاره بر بی‌ثباتی برخی کمیات بنیادین طبیعت، و در نتیجه رشد احتمال نیازمان به بازنگاهی ریشه‌ای در مدل استاندارد ذرات بنیادین دارند؛ مدلی که پذیرفته‌ترین قوانین حاکم بر جهان ریز ذرات زیراتمی را در هم‌اکنون ائتلافی واحد، گرد هم آورده است.

در صورتی‌که صحت کشف اخیر ستاره‌شناسان به اثبات رسد؛ فیزیک ذرات بنیادی، خود نیازمند تحولی بنیادی است / طرح از Adam Niklewicz

مدارک این ادعا، با مشاهدات پیوسته‌ی ابری متراکم از گاز، واقع در ۲.۹ میلیارد سال نوری آن‌‌طرف‌تر به‌دست آمده؛ ابری که چون پرده‌ای میان ما و یک چشمه‌ی فعال تابش رادیویی، یعنی ابرسیاهچاله‌ی PKS ۱۴۱۳+۱۳۵ عمل می‌کند.

مولکول‌های رادیکال هیدروکسیل (OH) که در اینجا (زمین) ایجادشان با آماج هجوم ترکیبات مولکولی پیرامون و تبدیلی ناگزیر به یک ترکیب باثبات همراه است؛ در جایی چون ابر گازی نام‌برده، از جوشش مدام امواج پرانرژی پیرامون عملاً پایدار مانده‌اند و با جذب و بازنشر قسمت‌های خاصی از طیف رادیویی پرقدرت گسیلی از ابرسیاهچاله‌‌ای که در همان نزدیکی است، آزمایشگاهی بی‌مانند را برای فیزیکدانان زمین به‌منظور ارزیابی دانسته‌‌های دیرین‌شان شکل داده‌اند. این جذب و دفع توأمان، «عارضه‌های مزدوج»ی را در نمودار شدت انرژی طیف رادیویی ابر گازی ایجاد می‌کند که شامل یک افت شدید؛ حاصل از جذب انرژی، و خیزی به همان شدت؛ حاصل از گسیل‌ مجدد پرتو رادیویی می‌شود.

شکل افت و خیزهای نمودار شدت انرژی، مشابه است و این خود نمایان‌گر نشأت‌گرفتن‌شان از منبع گازی مشابهی است. اما دکتر «نیسیم کانه‌کار» از مرکز ملی اخترفیزیک رادیویی پیون در هند و همکاران‌اش، به‌تازگی یافته‌اند که اختلاف فرکانس مابین این دو عارضه‌، کمتر از آن چیزی است که از خواص هیدروکسیل رادیکال انتظار می‌رود.

این اختلاف اساساً به سه ثابت بنیادین دنیای فیزیک وابسته است: ۱- نسبت جرم پروتون به الکترون؛ ۲- نسبتی که معرف میزان واکنش‌پذیری یک پروتون با حضور در یک میدان مغناطیسی است؛ و نهایتاً ۳- «ثابت آلفا» که قدرت نیروی الکترومغناطیس را تعیین می‌کند.

از این‌رو به‌گفته‌ی کانه‌کار، ناهمخوانی فرکانس‌های دیده‌شده در هر افت و خیز متوالی با آنچه تاکنون می‌دانسته‌ایم؛ شاهدی تجربی بر این حقیقت است که یک یا چند مورد از این ثوایت در آن نقطه از فضا (و نتیجتاً در آن نقطه از زمان) بایستی که متفاوت از امروز و اینجا‌ بوده باشند.

دگرگونی این ثوابت اگر حقیقت داشته باشد، بسیار اندک است. مثلاً اگر تغییر ثابت آلفا موجبات چنین مشاهدات متناقضی را فراهم آورده باشد؛ طبق محاسبات صورت‌گرفته، در ۳ میلیارد سال پیش این عدد تنها ۰.۰۰۰۳۱ درصد کمتر از میزان کنونی‌‌اش بوده است. اما حتی چنین تأثیر ناچیزی هم نیازمند فرضیه‌ای جدید و فراگیرتر در توصیف رفتار ذرات بنیادی‌ست. این را دکتر «مایکل مورفی» از دانشگاه صنعتی سوئین‌برن استرالیا می‌گوید.

محاسبات مورفی و همکاران‌اش از نور مرئی کوازار¹های دوردست که توسط گازهای بین راه جذب می‌شود نیز نشان داده که آلفا بایستی در گذشته از امروز کمتر بوده باشد؛ هرچند این پژوهش از یکی بودن مبدأ تمامی امواج دریافتی اطمینانی نداشته؛ حال‌آنکه به گفته‌ی مورفی «همین، فرض تعیین‌کننده‌ای [در محاسبات] است.»

دکتر «جفری نیومن» از دانشگاه پیتس‌بورگ پنسیلوانیا نیز می‌گوید: «هم‌اکنون محاسبات رادیویی، امیدبخش‌ترین راه ممکن در تشخیص قاطعانه‌ی تحولات جزئی یک ثابت فیزیکی است. با این‌‌حال، من این [کشفیات اخیر] را اشاره‌ای بیش به موضوع نمی‌دانم. این، نخستین مورد کاربری از روشی کاملاً جدید است.»

تناقض ناچیزی که توسط تیم کانه‌کار بدان پی برده شد، ممکن است که حاصل ناخالصی‌های نوری آمده از ابرهای گازی دیگر باشد. از این‌رو ماه گذشته این تیم، استفاده از رادیوتلسکوپ غول‌پیکر «آرسیبو» در جنگل‌های پورتوریکو را با هدف نامحتمل شمردن چنین فرضی آغاز کرد. آرسیبو، بزرگترین رادیوتلسکوپ تک‌بشقابی جهان، با بشقابی به قطر ۳۰۵ متر است. ‌با تمام این اوصاف، اما دقت محاسبات‌مان از میزان واقعی ثوابت فیزیکی را چه معیاری تعیین می‌کند که اینچنین، «فیزیک» را مسئول این تناقض می‌دانیم و نه خود را؟

ثوابت فیزیکی را می‌توان به ‌دقتی باورناپذیر با ساعت‌های اتمی محاسبه کرد. این ساعت‌ها، مطابق معمول با فرکانس نوری مورد نیاز الکترون‌ها برای گذار مابین سطوح مختلف انرژی حین گردش به‌دور هسته‌، کار می‌کنند.

محاسبه‌ی این فرکانس‌ها همچنین به تعیین فوق‌دقیق ثوابت فیزیکی کمک کرده و نشان می‌دهد هر تغییر ناچیزی در ثابت آلفا – که تعیین‌کننده‌ی قدرت برهم‌کنش‌های الکترومغناطیسی است – بیش‌تر از یک واحد در هر ۱۰ به توان ۱۷ سال رخ نمی‌دهد و این در حالی است که هنوز حتی ۱۰ به توان ۱۱ سال هم از عمر جهان‌مان نگذشته است! در نتیجه مقصر تناقضات ‌دیده‌شده در پهنه‌ی دوردست کیهان را نمی‌توان خطای انسانی دانست؛ بلکه به‌راستی در این میان، تغییرات بنیادینی رخ داده است.

«وید رلرجرت» از دانشگاه کالیفرنیا-لوس‌انجلس و همکاران‌اش معتقدند ساعتی‌ که از گذار انرژی الکترون‌های چرخنده به گرد هسته‌ی اتم توریوم-۲۲۹ بهره بَرد، استعداد بهبود یکصدبرابری توان کنونی‌ ساعت‌های اتمی را داراست! هسته‌ی توریوم—۲۲۹، برخلاف دیگر هسته‌های اتمی، مجهز به گذار انرژی ویژه‌ای است که می‌توان از آن منحصراً در کالیبراسیون ساعت‌های اتمی بهره برد. این گذار، حساسیت خاصی به هرگونه تغییر در ثوابت بنیادین از خود بروز می‌دهد و از این‌رو هرگونه تغییری در فرکانس‌اش، نه‌‌فقط آشکارکننده‌ی تغییرات ثوابتی چون آلفاست، که محدودیت‌های تند و تیزی را هم در بازه‌ی این دگرگونی‌ها اعمال می‌کند.

اعضای گروه، هم‌اکنون در حال کار بر ایجاد کریستال‌هایی از توریوم-۲۲۹ هستند که به یاری‌شان می‌توان محاسباتی هم‌زمان را با ۱۰ میلیارد هسته‌ی توریوم-۲۲۹ انجام داد. به‌عبارتی می‌توان گفت اینچنین، هر انحرافی در فرکانس نام‌برده در طول زمان قابل ردگیری است.

پانوشت:

۱- کوازارها، که به «اختروش» و «اخترنما» ترجمه شده‌اند؛ درخشان‌ترین اجسام کیهانی‌اند و هم‌اکنون هیچ نشانی از آن‌ها نیست؛ بلکه تماماً از میان رفته‌اند و فقط نور چندین میلیاردساله‌شان را از دوردست‌ها می‌توان دید؛ آنهم نه فقط با تلسکوپ‌های غول پیکر، بلکه به‌سبب درخشندگی‌ بالایشان، حتی با تلسکوپی آماتوری از حیاط پشت خانه هم می‌توان دیدشان! گمان می‌رود کوازارها؛ هسته‌های کهکشان‌های فعالی باشند که فوران‌شان در زاویه‌ی بسته‌ای نسبت به خط دید ما قرار گرفته است / مترجم