AMatematyk de la Soule Mówił słynnieTrzy to magiczna liczba. Ale jeśli wierzyć fizykowi Richardowi Feynmanowi, liczba ta jest zaniżona około 400-krotnie. Jak widać, dla Feynmana „magiczna liczba” wynosi około 1/137, a konkretnie 1/137,03599913.
Fizycy znają to jako α, czyli stałą struktury drobnej. „Od chwili odkrycia było to tajemnicą” – powiedział Feynman książki W swojej książce z 1985 r QED: Dziwna teoria światła i materii. „Wszyscy dobrzy fizycy teoretyczni umieszczali tę liczbę na swoich ścianach i martwili się nią”.
Jest niezwykle tajemnicza i niezwykle ważna: pozornie przypadkowa, bezwymiarowa liczba, a jednak skrywająca tajemnicę samego życia.
„Jest to miara siły oddziaływania między naładowanymi cząstkami a siłą elektromagnetyczną” – wyjaśnił profesor astrofizyki SUNY Stony Brook Paul M. Souter w artykule dla magazynu „ przestrzeń.
„Gdyby miało jakąkolwiek inną wartość” – napisał – „życie, jakie znamy, byłoby niemożliwe”. „Nie mamy jednak pojęcia, skąd to się wzięło”.
Zwykle w tej części podamy kilka przykładów miejsc, w których pojawia się wartość – ale odpowiedź na to pytanie, dosłownie, brzmi „wszędzie”. On był Po raz pierwszy odkryto go w 1916 rokuprzez fizyka Arnolda Sommerfelda, ale pojawiły się już w równaniach Kilkadziesiąt lat wcześniej. Leży we wzorach opisujących światło i materię, rządzących wszystkim, od najmniejszego atomu wodoru po powstawanie gwiazd.
„W naszym codziennym świecie wszystko jest albo grawitacją, albo elektromagnetyzmem” – powiedział Holger Müller, fizyk z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley. Magazyn Quanta. „Dlatego alfa jest tak ważna.”
Oczywiście w fizyce stałe nie są obce – istnieją CPrędkość światła; G, stała grawitacyjna; W fizyce kwantowej są jedno i drugie H I H Aby opisać stałą Plancka. Jeśli jesteś prawdziwym kochankiem, być może zdajesz sobie z tego sprawę KStała Boltzmanna. Ale α ma coś, czego nie ma żadna z pozostałych stałych – lub, mówiąc ściślej, ma NIE Mają co mieć Do.
„Nie ma żadnego systemu wymiarów ani jednostek poza wartością [fine structure constant] Zależy od,” książki Sutter. „Inne stałe w fizyce takie nie są”.
Weźmy na przykład prędkość światła. Wyszukaj go w wyszukiwarce, a przekonasz się, że jest on równy 299 792 458 metrów na sekundę. A może to 670615200 mil na godzinę? Nasz błąd: w rzeczywistości jest to 1 802 600 000 000 stadiów co dwa tygodnie. Pieprzyć to – powiedzmy, że to jeden rok świetlny rocznie.
Masz już zdjęcie? Wartość stałej nie jest w rzeczywistości stałą, zależy od używanych jednostek. Jednak stała struktury subtelnej nie ma tej właściwości: jest to stała całkowicie bezwymiarowa.
„Gdybyś spotkał kosmitę z odległego układu gwiezdnego, bardzo trudno byłoby ci przekazać wartość prędkości światła. Kiedy już ustalisz, jak wyrazić nasze liczby, będziesz musiał zdefiniować takie rzeczy, jak metry i sekundy ” Sutter wyjaśnił.
„Ale ta delikatna struktura jest stała? Możesz to po prostu wypluć, a oni to zrozumieją. „
Ale być może najdziwniejszą rzeczą w tych pozornie czystych stałych jest to, że w rzeczywistości mogą nie być stałe. Niektórzy fizycy sugerują, że α, które istnieje dzisiaj, w rzeczywistości jest… Trochę większy niż poprzednio – Tylko jedna część na około 100 000 w ciągu sześciu miliardów lat, ale to wystarczy, aby wywołać ogromne długoterminowe konsekwencje. Zmień to na przykład ze 137 na 138 i zmniejsz wartość α o 0,00005 – wystarczy, Niektórzy uczeni twierdząAby zapobiec tworzeniu się węgla przez gwiazdy, zatrzymując w ten sposób powstawanie życia, jakie znamy.
Jako Feynman połóż to„To jedna z największych tajemnic fizyki: magiczna liczba, która przychodzi do nas bez ludzkiego zrozumienia.
„Można powiedzieć, że ręka Boga napisała ten numer i «nie wiemy, w jaki sposób pchnął swoje pióro»”.
Poprzednia wersja tego artykułu została opublikowana w czerwcu 2022 r.
„Nagradzany beeraholik. Fan Twittera. Podróżnik. Miłośnik jedzenia.