Die Welt, die wir um uns herum sehen, scheint in wissenschaftlichen Gesetzen verwurzelt zu sein. Absolute und universelle Theorien und Gleichungen. Im Zentrum stehen dabei grundlegende physikalische Konstanten. Die Lichtgeschwindigkeit , die Masse eines Protons, die Konstante der Gravitationsanziehung. Aber sind diese Konstanten wirklich konstant? Was würde mit unseren Theorien passieren, wenn sie sich ändern würden?
Obwohl uns unsere physikalischen Theorien ein mächtiges Verständnis des Universums vermitteln, erklären sie keine physikalischen Konstanten. Wir wissen nicht, warum die Lichtgeschwindigkeit 299.792.458 Meter pro Sekunde beträgt. Das ist nur das Ergebnis, das wir erhalten, wenn wir die Lichtgeschwindigkeit messen. Das gleiche gilt für jede universelle Konstante. Sie bilden das Herzstück der Physik, doch wir können nur ihren Wert messen.
Das metrische System wird durch physikalische Konstanten definiert. Bildnachweis: Emilio Pisanty/Wikimedia
Da diese Konstanten in physikalischen Eigenschaften verwurzelt sind, wird allgemein angenommen, dass sie sich über Raum und Zeit nicht ändern können. Jedes Elektron hat zum Beispiel die gleiche Ladung. Sie sollten die gleiche Ladung haben, egal ob sie sich hier auf der Erde oder in einer Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie befinden. Die Ladung, die sie jetzt haben, sollte dieselbe Ladung sein, die sie zu Beginn der Zeit hatten.
Das macht zwar Sinn, ist aber nicht unbedingt wahr. Viele unserer „offensichtlichen“ Annahmen haben sich als falsch erwiesen, von der Idee, dass die Erde das Zentrum des Kosmos ist, bis hin zu der Idee, dass der Weltraum euklidisch ist. Es gab also viele wissenschaftliche Experimente, die versuchten zu beweisen, ob diese Annahme wahr ist.
Die meisten dieser Experimente sind astronomisch. Weil Licht Zeit braucht, um zu reisen, blicken wir tief in den Kosmos, wenn wir tief in die Vergangenheit blicken. Eine Milliarde Lichtjahre entfernte Galaxie erscheint uns so, wie sie vor einer Milliarde Jahren aussah. Wenn also die physikalischen Konstanten in fernen Galaxien dieselben sind wie hier, bedeutet dies, dass sie nicht nur räumlich, sondern auch zeitlich konstant sind. Und das ist was die meisten Experimente haben gezeigt. Eine aktuelle Studie legt jedoch nahe, dass dies zumindest bei einigen nicht der Fall sein könnte.
Messung von Spektren in verschiedenen Entfernungen. Bildnachweis: ESO
Diese neueste Studie befasste sich mit dem sogenannten Feinstrukturkonstante, alpha. Diese Konstante ist ein Verhältnis der Ladung eines Elektrons zur Lichtgeschwindigkeit und der Planckschen Konstanten der Quantentheorie. Sie wird als einheitenlose Konstante bezeichnet, da sich die Einheiten aufheben, sodass sie unabhängig von der verwendeten Maßeinheit denselben Wert hat. Es ist auch von zentraler Bedeutung für die Energieniveaus eines Atoms. Hätte sie einen anderen Wert, würden sich die Linienspektren von Atomen und Molekülen messbar verändern.
Das Team betrachtete Licht von einem Quasar namens J1120+0641. Das Licht verließ den Quasar, als das Universum erst 800 Millionen Jahre alt war, und passierte mehrere interstellare Gaswolken, bevor es uns erreichte. Sie maßen die Linienspektren des Lichts, das vier Regionen in unterschiedlichen Abständen durchquerte, und fanden keine Hinweise auf eine Alpha-Änderung, was bedeutet, dass es sich im Laufe der Zeit nicht zu ändern scheint. Aber der Wert von Alpha, den sie erhielten, unterscheidet sich geringfügig von dem Wert, der in ähnlichen Studien gefunden wurde. Dies würde darauf hindeuten, dass die Feinstrukturkonstante einen anderen Wert haben könnte, je nachdem, wo Sie sich im Raum befinden.
Dies hat dazu geführt, dass einige populäre Nachrichtenartikel erklären, dass sich physikalische Konstanten doch ändern, aber diese Schlussfolgerung ist unberechtigt. Zunächst ist die vom Team festgestellte Abweichung sehr gering und liegt weit unter einem als schlüssig geltenden Niveau. Das Team betrachtete auch nur Licht von einem Quasar. Das ist verständlich, wenn man bedenkt, dass diese Art von Studie schwierig sein kann, aber es bedeutet, dass es bei weitem nicht genügend Daten gibt, um radikale Schlussfolgerungen zu ziehen. Dies ist nur eine Studie von mehreren, und die anderen haben alle die Idee unterstützt, dass sich physikalische Konstanten nicht ändern.
Der beste Beweis bleibt auf der Seite unveränderlicher physikalischer Konstanten.
RReferenz:Wilczynska, Michael R. et al. ' Vier direkte Messungen der Feinstrukturkonstante vor 13 Milliarden Jahren . 'Wissenschaftliche Fortschritte6.17 (2020): eaay9672.
