C'è un numero nell'Universo che noi umani chiamiamo alfa - o la costante struttura fine. Se il valore per l'alfa fosse anche un po 'diverso, l'Universo come lo conosciamo non esisterebbe - tu, io e tutti sulla Terra non saremmo qui. Alcuni fisici hanno recentemente riferito che il valore per l'alfa è cambiato lentamente dal Big Bang. Altri, tra cui Jeffrey Newman del Lawrence Berkeley National Laboratory, hanno buone prove che l'alfa è rimasta invariata per almeno 7 miliardi di anni.
Ascolta l'intervista: Alpha, Still Constant After All These Years (3.3 MB)
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Fraser Cain: puoi darmi il primer su Alpha?
Jeffery Newman: Quindi Alpha è una delle costanti che descrive la forza di una forza fondamentale; ci sono 4 forze fondamentali: elettromagnetismo, forza debole, forza forte e gravità e Alpha determina fondamentalmente la forza della forza elettromagnetica rispetto alle altre 4. In quanto tale, è una parte molto basilare della teoria quantistica di come funzionano queste forze e come si adattano all'energia (e) come si adattano al tempo nell'universo.
Fraser: Ciò che nell'universo dipende da esso; come sarebbe diverso l'universo se Alpha fosse diverso?
Newman: Perché Alpha determina quanto è forte la forza elettromagnetica; questa è la forza che tiene insieme gli atomi; questa è la forza che fa interagire le cose con la luce, quindi se la forza (Alpha) avesse una forza diversa, gli atomi non si reggerebbero insieme, oppure potrebbero tenere insieme troppo forte per consentire interazioni chimiche. Inoltre, se la luce e gli atomi non interagiscono molto bene, sarebbe molto difficile vedere ad esempio, come facciamo noi. È essenziale per la nostra vita. Perché è così fondamentale, ha ramificazioni ovunque che non ti aspetteresti che possano avere effetti su quasi tutte le interazioni a cui un atomo viene sottoposto o su come un atomo è strutturato.
Fraser: Da dove viene la previsione che Alpha dovrebbe rimanere costante dal Big Bang? Perché questo era anche aperto alla speculazione?
Newman: generalmente ci si aspettava che fosse una costante universale dell'universo. In effetti c'erano delle previsioni, secondo cui non era solo una costante, ma una costante molto semplice che sarebbe stata un numero intero; qualunque cosa 136 o qualunque 137. Per un po 'si pensava che fosse il valore; non un 137.1, ma un 137 pari. Quella si rivelò essere numerologia; non era vero, ma è un valore che viene fuori dal nulla, ma è una parte fondamentale del modello standard della fisica delle particelle e tutti gli altri valori standard della fisica delle particelle sono cose come la massa di un elettrone, la base cosa. Ci aspetteremmo che ci sarebbero numeri che descrivono l'universo nel suo insieme e se descrivono l'universo nel suo insieme, dovrebbero descrivere che dovrebbero descriverlo in qualsiasi momento o luogo. Solo negli ultimi 20 anni circa, quando ci sono state teorie di unificazione, che prevedono molte dimensioni extra; ci sono teorie che prevedono anche che le costanti dell'universo quando le percepiamo sono influenzate dalla presenza di queste dimensioni extra e nel tempo o nello spazio, i valori di queste costanti potrebbero effettivamente cambiare a causa dei gradi extra di libertà forniti da questi dimensioni. Le teorie sull'energia oscura oggi possono anche prevedere i cambiamenti in Alpha nel tempo.
Fraser: Ora avevo riferito una settimana prima che la tua storia fosse uscita, secondo cui alcuni ricercatori australiani avevano scoperto che Alpha stava cambiando, immagino che fosse un annuncio piuttosto grande. Sai quali ricerche avevano fatto per determinare che era cambiato?
Newman: Quindi stanno usando - di nuovo un metodo astrofisico; cercando di guardare osservazioni di oggetti molto distanti, profonde nel passato; nell'universo distante, e ha cercato di usare quelle osservazioni per esaminare le quantità che dovrebbero dipendere da Alpha; nel loro caso, stanno guardando le lunghezze d'onda della luce che sono assorbite dai gas tra noi e i quasar che sono oggetti molto luminosi, molto lontani. Hanno un metodo che ha cercato di utilizzare molti diversi tipi di elementi controbilanciando l'un l'altro cercando di ottenere la massima sensibilità possibile ad Alpha, ma poiché è un metodo complicato, richiede molti calcoli complicati. È certamente un metodo più complicato di quello che abbiamo provato. Abbiamo cercato di semplificare le cose. Quindi in realtà ci sono alcuni gruppi che hanno usato lo stesso metodo e alcuni hanno trovato cambiamenti in Alpha e alcuni non hanno trovato cambiamenti in Alpha con il metodo utilizzato dal gruppo australiano.
Fraser: Qual era il metodo che avevi usato?
Newman: Non stiamo guardando i quasar, non gli oggetti più luminosi, ma piuttosto le galassie che sono più abbondanti. Quindi possiamo guardare un numero maggiore di oggetti. E si scopre che stiamo osservando un particolare insieme semplice di misure, insieme di lunghezze d'onda; transizioni in atomi che possiamo usare per misurare Alpha. Dipende in modo molto semplice dal valore di Alpha nel tempo, quindi facendo una misurazione piuttosto semplice, siamo stati in grado di stabilire un vincolo su come Alpha potrebbe evolversi senza doversi preoccupare di molta fisica atomica e fisica nucleare, ma solo la cosa più semplice che possiamo fare. L'Alfa è chiamata Costante di Struttura Fine e in realtà stavamo misurando la forza di una transizione di Struttura Fine in atomi di ossigeno.
Fraser: Quanto sono precisi i calcoli che ti vengono in mente?
Newman: La precisione è per lo più limitata dal solo numero di oggetti che abbiamo nel DEEPTWO Redshift Survey; il set di dati che abbiamo usato per fare questo. Ora, su 50.000 oggetti nel sondaggio, ne abbiamo circa 500 che possiamo usare per questo test. Questo ci dà una precisione di circa una parte su 30.000 sul valore di Alpha.
Fraser: Perché ricordo gli australiani, esso (Alpha) era cambiato in 1 su 100.000 o qualcosa del genere?
Newman: Sì, quindi non possiamo ancora escludere la loro misurazione. È modestamente discrepante a questo punto. Nessuno scienziato osserverebbe questi valori e direbbe che uno esclude l'altro perché la loro precisione nominale è elevata. La domanda è: potrebbe esserci qualcosa di sistematicamente sbagliato nella misurazione; potrebbe esserci qualcosa che non va in quella tecnica? Dato che gruppi diversi hanno ottenuto valori diversi, è probabile che qualcosa non vada in uno dei gruppi o nell'altro; o il gruppo che definisce una modifica in Alpha o il gruppo che non lo fa. Non possiamo ancora escluderlo, ma con un campione più ampio, usando il nostro metodo semplice, possiamo prendere una decisione.
Fraser: Cosa ci vorrebbe allora per essere in grado di giungere a una risposta definitiva che entrambi; i cambiavalute e le persone statiche raggiungono un accordo?
Newman: Penso che un certo numero di dati provenienti da noi sarebbe sicuramente di aiuto, perché attualmente siamo in grado di dimostrare che non siamo limitati da alcun tipo di errore sistematico o incertezza sistematica in ciò che stiamo facendo. Siamo limitati solo da errori casuali ed errori casuali, puoi migliorare se hai un campione più grande. Le altre tecniche, gli altri gruppi stanno anche cercando di ottenere più dati per ridurre i loro errori e provare a fare misurazioni di un paio di tipi diversi per vedere se possono ottenere risposte coerenti, non solo con questa versione più complessa del metodo di guardando i quasar, ma ora stanno facendo un passo indietro e stanno provando a usare anche un metodo leggermente più semplice. Quindi, si spera che questi convergeranno e proveranno a trovare una risposta comune una volta entrati i loro set di dati.
Fraser: giusto. Supponiamo che tu abbia torto e che (Alpha) stia cambiando nel tempo, cosa potrebbe significare per il futuro dell'universo? Se continua.
Newman: Quindi i cambiamenti che si trovano sono relativamente lenti; anche i gruppi che trovano cambiamenti significativi e che i cambiamenti rilevati dovrebbero diventare sempre più lenti col passare del tempo. La maggior parte delle previsioni è che se Alpha cambia, sta cambiando principalmente nei primi secondi dell'universo. Dopodiché diventa sempre più lento e più lento. Quindi un effetto secondario alla fine, se sta cambiando molto lentamente, le stelle si esauriranno prima che cambi abbastanza da influenzare la chimica e le interazioni degli atomi.
