Вся современная физика основана на положении, что во Вселенной нет особых направлений: все физические законы одинаковы, в какую сторону ни посмотри. Кроме того, они не меняются со временем. Новые данные заставляют астрономов усомниться в обоих тезисах. Если открытие подтвердится, оно станет настоящей революцией в науке.
Подробности изложены в научной статье, опубликованной в авторитетном журнале Science Advances.
Речь в этой работе идёт об измерении постоянной тонкой структуры. Эта фундаментальная физическая постоянная определяет, с какой силой два заряда притягиваются друг к другу (или отталкиваются друг от друга) на заданном расстоянии. Она основывается на таких солидных константах, как заряд электрона, скорость света в вакууме, постоянная Планка и электрическая постоянная.
Напомним, что именно электромагнитные силы удерживают электроны в атоме. Если бы постоянная тонкой структуры изменилась всего в два–три раза, электроны либо упали бы на ядро, либо навеки оторвались от него. В том и другом случае не было бы атомов… химических веществ и самой жизни. Неудивительно, что учёных интересует, почему эта константа имеет именно такое значение и может ли она иметь другое.
Уже много лет Джон Уэбб (John Webb) из Университета Нового Южного Уэльса вместе с коллегами собирает данные о том, зависит ли постоянная тонкой структуры от времени и направления, в котором мы наблюдаем Вселенную. И всё новые данные говорят о том, что, да, зависит.
"Мы обнаружили намёк на то, что значение постоянной тонкой структуры отличается в разных областях Вселенной. Оно зависит не только от времени, но на самом деле также и от направления во Вселенной. Если это правда, это действительно странно… но это то, что мы нашли", – признаётся Уэбб.
Поясним, что эту фундаментальную константу можно измерить, анализируя спектры далёких небесных тел.
На сей раз астрономы воспользовались самым большим в мире оптическим телескопом VLT. С его помощью они наблюдали квазар J1120+0641. Его свет был испущен, когда с момента Большого взрыва (13,7 миллиарда лет назад) прошло только 800 миллионов лет. Никогда ещё физики не измеряли постоянную тонкой структуры в столь юной Вселенной.
Специалисты выполнили четыре измерения и привлекли искусственный интеллект, чтобы обработать информацию. Они объединили свои результаты с ранее полученными данными о десятках и сотнях других квазаров, полученными другими способами. В том числе авторы воспользовались независимыми результатами своих коллег.
Всего в окончательной выборке оказалось 323 измерения. Излучение изученных квазаров было испущено 2,4-12,9 миллиарда лет назад.
Оказалось, что новые данные подтверждают то, что Уэбб и его группа установили ранее, но с меньшей точностью.
Во Вселенной есть выделенное направление. Его небесные координаты таковы: прямое восхождение 16,76 ± 1,17 часа, склонение − минус 63,79 ± 10,30 градуса.
Если смотреть в этом направлении, сила взаимодействия между электрическими зарядами медленно увеличивается при удалении от Земли (то есть при взгляде во всё более раннюю Вселенную). В противоположном направлении она, наоборот, уменьшается при удалении от наблюдателя. Похоже, что во Вселенной есть нечто вроде глобальной оси "север – юг". В других направлениях константа не меняется.
Изменение постоянной тонкой структуры, измеренное Уэббом и коллегами, составляет лишь десятые доли процента. Сама постоянная равна (на Земле) примерно 7,3 × 10-3, а наибольшее выявленное отклонение ‒ всего 0,72 ± 0,16 × 10-5.
Однако этот тот случай, когда небольшое изменение имеет огромные последствия. Если результат подтвердится, физикам придётся пересматривать чуть ли не все фундаментальные теории.
Интересно, что недавно другой научной группой был получен столь же странный результат. Астрономы установили, что скорость расширения Вселенной тоже зависит от направления, причём учёные определили это совершенно другим способом.
"Я ничего не знал об этой статье, пока она не была опубликована, – подчёркивает Уэбб. – И они не проверяют законы физики, они проверяют свойства рентгеновского [излучения] галактик и скоплений галактик и космологические расстояния от Земли.
Они также обнаружили, что Вселенная в этом смысле не является изотропной, и есть выделенное направление. И их направление совпадает с нашим".
Однако чрезвычайные утверждения всегда требуют чрезвычайных доказательств (что, к сожалению, не известно многим далёким от науки людям). Методы авторов должны быть разобраны независимыми экспертами буквально по косточкам, их расчёты повторены, а измерения проделаны заново. И только если методика будет признана безупречной, а наблюдения и вычисления дадут тот же результат, можно будет начинать переделывать физику.
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о других работах, претендующих на переворот в науке. Например, ранее учёные предложили обойтись без тёмной энергии и заявили об обнаружении следов чёрных дыр из предыдущей вселенной.
Рассказывали мы и том, как свет древнейших квазаров подтвердил реальность квантовой запутанности.
