https://dzen.ru/a/Z1sEUPxv4BNTpXcG?from_site=mail
Почему число «1/137» встречается повсюду в природе?
13 декабря 2024
13,7 тыс
4 мин
Оглавление
В науке существуют загадочные числа, которые кажутся неотъемлемой частью самой структуры Вселенной. Одним из таких чисел является 1/137 — известное также как обратная величина постоянной тонкой структуры. Это число волнует умы учёных, философов и любителей науки, вызывая множество вопросов: почему оно существует, какова его роль в природе и что оно может рассказать нам о законах физики? Попробуем разобраться.
Что такое постоянная тонкой структуры?
Число 1/137 связано с фундаментальной физической константой, называемой постоянной тонкой структуры, которая обозначается греческой буквой α (альфа). Эта константа описывает силу электромагнитного взаимодействия — одного из четырёх фундаментальных взаимодействий в природе. Формально она определяется как:
где:
- — заряд электрона,
- — редуцированная постоянная Планка,
- — скорость света в вакууме,
- — электрическая постоянная.
Численно приблизительно равна 1/137 (точное значение около 0.0072973525693).
Это безразмерная величина, что делает её уникальной: она остаётся неизменной вне зависимости от системы измерений. Именно благодаря этому она играет столь важную роль в физике.
Где встречается число 1/137?
1/137 встречается в самых различных областях науки и природы. Вот несколько примеров:
1. Электронная структура атомов
Постоянная тонкой структуры определяет свойства атомов. Она влияет на то, как электроны взаимодействуют с ядром и друг с другом. Например, спектры излучения атомов, такие как линии водорода, определяются значением . Если бы это число изменилось, химические и физические свойства веществ были бы совершенно другими.
2. Квантовая электродинамика
В квантовой электродинамике (КЭД), которая описывает взаимодействие света и материи, используется для расчёта вероятностей различных процессов, таких как испускание и поглощение фотонов. Точность экспериментов в КЭД настолько высока, что любое отклонение в значении могло бы указывать на новые физические явления.
3. Космология и структура Вселенной
Значение связано с эволюцией Вселенной. Если бы оно было немного другим, звёзды, планеты и жизнь, как мы её знаем, могли бы никогда не возникнуть. Например, изменения в повлияли бы на энергию связи атомных ядер, делая химию и биологию невозможными.
4. Чёрные дыры и квантовая гравитация
Хотя чёрные дыры и их свойства обычно описываются теорией относительности, может играть роль в описании их взаимодействий с элементарными частицами. Исследования показывают, что это число может быть связано с явлениями на стыке квантовой механики и гравитации.
Почему именно 1/137?
Причина, по которой имеет значение около 1/137, остаётся одной из главных загадок физики. Вот несколько гипотез:
1. Число, вытекающее из математической структуры физики
Некоторые учёные считают, что значение обусловлено глубокими математическими принципами, которые ещё предстоит открыть. Возможно, оно связано с симметриями или топологическими свойствами пространства-времени.
2. Антропный принцип
Согласно антропному принципу, фундаментальные константы, такие как , имеют свои значения потому, что иначе не могла бы существовать жизнь, способная их измерить. Это означает, что значение 1/137 может быть случайным среди множества возможных значений в разных Вселенных.
3. Многоуровневая структура реальности
Некоторые теоретики предполагают, что — это своего рода «программный код» Вселенной. Если бы мы поняли его истинную природу, это могло бы раскрыть нам новые законы физики.
Исторические аспекты
Число 1/137 давно привлекало внимание физиков и математиков. Вот несколько заметных фигур, которые интересовались этим числом:
- Арнольд ЗоммерфельдИменно он ввёл постоянную тонкой структуры в науку, описывая релятивистские поправки в атомной спектроскопии.
- Ричард ФейнманВеликий физик называл «одним из величайших секретов природы», утверждая, что никто не понимает, почему оно имеет такое значение.
- Пауль ДиракДирак пытался связать с другими фундаментальными константами и космологическими параметрами.
Возможные объяснения в современной физике
Современные теории пытаются объяснить значение , используя подходы, такие как теория струн, квантовая теория поля и даже новые модели пространства-времени. Некоторые из них:
1. Теория струн
В теории струн фундаментальные константы, включая , могут быть следствием вибраций струн в многомерном пространстве. Значение могло бы зависеть от формы и размеров этих дополнительных измерений.
2. Изменяющаяся постоянная
Некоторые исследования предполагают, что могла изменяться в прошлом. Это гипотеза проверяется с помощью наблюдений далёких галактик и изучения спектров древнего света.
3. Фундаментальная геометрия пространства-времени
Значение может быть связано с фундаментальными геометрическими свойствами нашего пространства-времени. Это открывает перспективу объединения квантовой механики и гравитации.
Заключение
Число 1/137 — это загадочная величина, которая пронизывает самые разные аспекты науки. Оно является ключом к пониманию электромагнетизма, квантовой механики и, возможно, более глубоких законов природы. Хотя его точная природа остаётся неясной, изучение продолжает вдохновлять физиков и философов. Возможно, раскрытие тайны этого числа приблизит нас к разгадке фундаментальных вопросов бытия: почему Вселенная устроена именно так, а не иначе?
Линейный вид
