Новые наблюдения за далеким квазаром в очередной раз подтвердили предположение о неодинаковости законов физики во Вселенной.
Вещество состоит из крошечных кирпичиков — атомов. В центре атома расположено положительно заряженное ядро, вокруг которого летают отрицательно заряженные частицы — электроны. Электроны взаимодействуют с другими электронами не напрямую, а через «почтовых голубей». Физические законы не позволяют заряженным частицам подойти близко друг к другу, обняться в знак приветствия и начать диалог. Потому они обмениваются «письмами», переносимыми другими частицами — фотонами, которые так и называются — переносчики электромагнитного взаимодействия. У частиц одного знака «письма» друг другу содержат краткий, но емкий посыл: «Не приближайся! Оттолкну!»
Электромагнитное взаимодействие является одним из четырех фундаментальных взаимодействий в природе: сильного, электромагнитного, слабого и гравитационного. Первое, сильное, происходит между частицами в ядрах атомов и не связано с электрическим зарядом. Оно намертво скрепляет нейтроны и протоны в ядре. Разрушить ядерные силы можно, если потратить много энергии. Например, нагреть вещество до температуры Солнца — миллионов градусов. Электромагнитное взаимодействие всего лишь в 100 раз слабее сильного. Оно отвечает за то, что мы не проваливаемся через пол в квартиру соседа снизу, так как одинаково заряженные электроны в атомах на границах веществ с остервенением отталкивают друг друга.
Мерой электромагнитного взаимодействия служит постоянная тонкой структуры. Фундаментальная константа определяется через другие известные постоянные: скорость света, с которой летают фотоны, заряд электрона и постоянную Планка. Выбор констант неслучайный. Постоянная тонкой структуры характеризует взаимодействие атомных электронов между собой. Электроны в атоме постоянно обмениваются «почтовыми голубями"-фотонами, и те «взмахами своих крыльев» вносят некий сумбур, в виде дополнительных узких полос, в энергетические спектры атома. Полосы — так называемые тонкие структуры — и дали название константе. Долгое время ученые считали ее неизменной в пространстве и времени и равной 1/137.
Однако наблюдения за далекими квазарами не раз заставляли физиков чесать затылки. Измерения светимости этих космических объектов и раньше показывали, что постоянная тонкой структуры не такая уж постоянная. Квазары — ярчайшие объекты во Вселенной, их свет может дойти до нас из самых далеких уголков космоса. Чтобы преодолеть такие расстояния, свету с его конечной скоростью в 300 тысяч километров в секунду потребуются миллиарды лет. Поэтому свет далеких объектов — это своеобразная фотография прошлого Вселенной, когда она была юна и неопытна в свой «скромный» миллиард лет после начала всего — Большого взрыва. Тогда не было еще планет, а звезды были другими.
Четыре недавних измерения излучения от квазара, расположенного в 13 миллиардах световых лет от Земли, вновь показали отличия в значении постоянной тонкой структуры. Точность измерений исключает приборную ошибку. Результаты исследователей из UNSW Sydney, опубликованные в журнале Science Advances, говорят о том, что в прошлом электромагнитное взаимодействие было слабее, чем сейчас. Если бы оно осталось таким же, зарождение жизни на нашей планете было бы под большим вопросом.
Предположение ученых о дипольной модели Вселенной вновь подтвердились экспериментально. Данная модель подразумевает наличие двух «полюсов» Вселенной: «северного» и «южного». Это означает, что в пространственно-временном континууме есть направление развития фундаментальных сил. Значит, законы физики не одинаковы во всех направлениях, и Вселенная, ой мамочки, не изотропна! Фундаментальные научные концепции могут теперь пошатнуться.
«Стандартная модель космологии основана на принципе изотропной Вселенной, которая статистически одинакова во всех направлениях, — говорит Профессор Джон Уэбб, — Если такие фундаментальные принципы оказываются лишь хорошими приближениями, открываются двери для некоторых очень захватывающих новых идей в физике».
Ученые намерены еще не раз проверить свои результаты в других частях Вселенной. В распоряжении науки — крупнейшие телескопы, оснащенные современными точными детекторами и приборами, а также новейшие алгоритмы анализа данных с использованием искусственного интеллекта для автоматизации и ускорения процессов.