Konstante v fizikalnih teorijah


    Zakaj je hitrost svetlobe 300000 km/s?

    Morda to niti ni pravo vprašanje. Ker namreč v posebni teoriji relativnosti ugotovimo, da obstaja zgornja meja širjenja informacij po prostoru, potem je edino naravno, da merimo hitrost glede na to največjo hitrost. V teh tako imenovanih naravnih enotah je hitrost svetlobe c = 1.Točna vrednost hitrosti svetlobe je torej odvisna le od merskega sistema, ki ga izberemo. Gornje vprašanje lahko sedaj obrnemo. Zakaj se mi gibljemo s tako majhno hitrostjo glede na okolico (v naravnih enotah v = 10-8 kolikor znese v/c za v=1 m/s)? Le to je namreč določilo našo izbiro velikosti enice v merskih enotah.

    Ker je hitrost svetlobe konstanta narave, neodvisna od izbire sistema v katerem jo merimo, lahko tudi čas in razdalje merimo v istih enotah. Če čas t množimo s c dobimo namreč količino v metrih. Tako je čas t=1s v metrih enak ct=3 108 m, kar je pot, ki jo prepotuje svetloba v eni sekundi. Povsem enako se seveda lahko odločimo in vse dolžine izrazimo v sekundah (to je v času, ki ga svetloba porabi, da prepotuje dano razdaljo), tako da dolžino delimo s svetlobno hitrostjo.

    Poleg hitrosti svetlobe poznamo še eno osnovno konstanto povezano s kvantno-mehansko naravo opazovanih pojavov. To je Planckova konstanta h = 6.02 10-34 Js. V naravnih enotah vse količine s pravo enoto (Js) delimo s Planckovo konstanto ( sedaj , koeficient konstante je seveda tu le da zmede laike). S pomočjo svetlobne hitrosti c in Planckove konstante lahko tako čas in dolžine izrazimo v enotah energije. Čas v enotah energije je konstante, dolžina x pa konstante in sicer imata oba enoto J-1. O razmerjih med pojavi nam sedaj govori le ena količina – energija.

    Seveda se zgodba tu še ne konča. V fizikalni opis sveta vstopa še precej drugih konstant. V standardni model osnovnih delcev tako vstopa kar cela množica (okoli dvajset) konstant, ki nastopajo kot prosti parametri in jih določimo z eksperimentom. Le z eksperimentom tako lahko določimo mase osnovnih delcev, pa tudi sklopitvene konstante osnovnih sil (to je moči osnovnih interakcij). Podobno velja za slavno kozmološko konstanto, ki vstopa v kozmološke modele, in jo lahko le izmerimo, ne moremo pa je izračunati. Teh parametrov (še) ne moremo napovedati iz teorije, vendar pa med fizikalno skupnostjo vlada prepričanje, da bi morala končna teorija v svoji formalni strukturi vključiti napoved vseh teh konstant.

    V tej smeri je zanimiv primer supersimetrije in GUT (Grand Unified Theory). Če pravilno posplošimo strukturo standardnega modela v poenoteno teorijo, ugotovimo, da se sklopitvene konstante za šibko, elektromagnetno in močno interakcijo skoraj sekajo, ko gremo k velikim energijam (sklopitvene konstante v resnici sploh niso konstante, saj se jim velikost spreminja z energijo sproščeno v interakciji). Vendar pa je neujemanje le preveliko – novejši eksperimenti so potisnili napake na določitvah parametrov tako nizko, da je sedaj že jasno, da se ekstrapolirane premice odvisnosti sklopitvenih konstant NE sekajo.

    Po drugi strani pa se sklopitvene konstante v okviru GUT na osnovi supersimetrije sekajo v eni točki! (To je tudi eden glavnih razlogov, zakaj velja supersimetrija za eno resnejših kandidatk posplošitve Standardnega modela). Pri dovolj veliki energiji so vse sklopitvene konstante enake in lahko vse tri interakcije opišemo le z eno sklopitveno konstanto, ki jo nato primerno preračunamo za majhne energije. Namesto treh parametrov imamo sedaj le še enega! Vendar pa ni vse tako lepo kot se zdi na prvi pogled. S supersimetrijo smo namreč vpeljali najmanj 19 novih delcev, katerih mas pa ne poznamo. Torej dobimo kar eksplozijo novih parametrov. Zaradi takih in podobnih razlogov je problem mase eno najbolj perečih vprašanj sodobne fizike delcev. Odgovor nanj bi osvetlil marsikatero odprto vprašanje, vsekakor pa bi pomagal odgovoriti na tvoja vprašanja.

    (Jure Zupan)

    PUSTITE KOMENTAR

    Vpiši svoj komentar!
    Prosimo vpišite svoje ime

    This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.