SME
Sobota, 20. júl, 2019 | Meniny má Iľja Eliáš

Slovenský vedec navrhol metódu, ako zistiť, či sa konštanty menia (rozhovor)

Konštanty sa nedajú z ničoho vyvodiť.

Slovenskému vedcovi Lukášovi F. Paštekovi z Katedry fyzikálnej a teoretickej chémie vyšla práca v prestížnom časopise Physical Review Letters. Skúma, či sa fyzikálne konštanty môžu meniť.Slovenskému vedcovi Lukášovi F. Paštekovi z Katedry fyzikálnej a teoretickej chémie vyšla práca v prestížnom časopise Physical Review Letters. Skúma, či sa fyzikálne konštanty môžu meniť.(Zdroj: SME - Jozef Jakubčo)
Článok pokračuje pod video reklamou

Tento článok si môžete prečítať vďaka ESET Science Award, oceneniu Nadácie ESET, ktoré podporuje výnimočnú vedu na Slovensku.

Učíme sa, že fyzikálne konštanty sú nemenné čísla. No viaceré nové teórie predpovedajú, že to tak nemusí byť.

V prestížnom vedeckom časopise Physical Review Letters prednedávnom vyšla štúdia slovenského vedca LUKÁŠA F. PAŠTEKU z Katedry fyzikálnej a teoretickej chémie UK. V rozhovore pre SME približuje svoj výskum a čo by zmeny v konštantách pre vedu mohli znamenať.

Pri terajšej zmene definícií základných jednotiek sa najčastejšie spomínalo, že budú vychádzať z nemenných konštánt. Bola to teda chyba?

Cieľom bolo spraviť to tak, aby jednotky boli fixne dané a neboli viac závislé od predmetov. V terajších definíciách sú zahrnuté chyby v určitom rozsahu. Ráta sa s tým, že hodnotu konštánt zatiaľ poznáme iba po určitý limit, a že za ním môže nastať zmena.

Ani hodnota jednotky nie je daná s nekonečnou presnosťou. Aj z iného dôvodu je naviazanie jednotiek na konštanty dobré. Ak by sa zistilo, že konštanty sa menia, zmení sa automaticky podľa novej definície aj jednotka. V podstate pre zvyšok sveta ostáva všetko ako predtým.

Inak povedané ako automatická aktualizácia na počítači?

Ak by to nezáviselo a zmení sa konštanta, musela by sa dodatočne meniť aj jednotka. Takto môže jednotka slúžiť naveky.

Ako by sa dal pojem fyzikálna konštanta vysvetliť?

Jednoznačná definícia nie je. V štandardnom modeli časticovej fyziky je zhruba 21 konštánt. Nedajú sa vyvodiť z ničoho iného, dajú sa iba experimentálne zmerať. Nie je za nimi žiadna iná teória. Sú to čísla, ktoré sú nám akoby dané. Nevieme povedať, odkiaľ prišli.

Prečítajte si tiež: Prečo sa kovový kilogram musel zmeniť na elektrický Čítajte 

Nedokážeme vôbec ani povedať, prečo je ich hodnota taká, ako meriame?

Presne tak. S tým súvisí aj otázka, či ich hodnota je nemenná, alebo sa môže meniť v priestore či v čase. Toto skúmame a zaujíma sa o to aj moderná fyzika. Hľadajú sa fenomény, ktoré idú za hranice štandardného modelu, napríklad tmavá hmota či gravitácia. Štandardný model nie je úplný. Musíme nájsť teóriu, ktorá by zjednotila celú fyziku a ktorá by zahŕňala aj javy za hranicou.

Spomenuli ste, že v štandardnom modeli je 21 konštánt. Má zmysel, aby ich bolo tak veľa?

Fyzika sa snaží nájsť model, ktorý by postupne počet konštánt redukoval. Možno je to na hranici medzi estetikou a fyzikou, no podľa mnohých fyzikov konštanty v rádovo vysokých alebo nízkych číslach - niečo krát desať na 45 alebo mínus 50 - by ani nemali existovať. Ak nejakých pár drobných konštánt je, tak by malo ísť o rozumné čísla v oblastiach jednotiek - hovorím o bezrozmerných veličinách. Aj počet, vyše dvadsať konštánt, napovedá, že je ich priveľa. Zatiaľ fyzici neveria tomu, že sme na konci.

Čiže nemá zmysel, aby všeobecná relativita opisovala iba makrosvet a kvantová mechanika zas mikrosvet? Obe si odporujú, takže potrebujeme jednu teóriu?

Ide o to nájsť spoločnú teóriu, ktorá by opisovala všetko známe na svete, vrátane všetkých ďalších možných javov, ktoré zatiaľ nepoznáme. Tie by mali byť opísateľné jednou jedinou teóriou.

Kam by nás mohlo hľadanie fenoménov, pri ktorých štandardný model zlyháva, priviesť?

Môžeme lepšie určiť smerovanie fyziky. K štandardnému modelu vzniká niekoľko konkurenčných teórií, ako superstruny alebo supersymetria. Každá má trochu iné predpovede k fyzike, ktorá je za hranicou štandardného modelu. Ale nemáme experimentálne výsledky, s ktorými by sme mohli nové teórie konfrontovať. Trošku fantastickejšie povedané, fyzika sa snaží o ďalší prevratný krok, aký bol povedzme sto rokov dozadu s príchodom kvantovej fyziky a relativistiky.

Ako to súvisí s fyzikálnymi konštantami?

Podľa niektorých teórií konštanty nemusia nemusia mať fixnú hodnotu. Naznačujú to aj experimenty a astronomické merania. Vieme napríklad, že konštanta alfa (sila elektromagnetickej interakcie a súvisí s rýchlosťou svetla, pozn. red.), ktorou sme sa aj my zaoberali, by sa mala naprieč vesmírom meniť.

Môžeme predpokladať, že tie zmeny by mali byť niekde okolo desať na mínus sedemnástu. To znamená, že vo veľmi dlhom čísle sa zmení hodnota až za sedemnástym číslom. Teda sú natoľko malé, že na odmeranie potrebujeme extrémne presný prístroj. Najpresnejšie sú laserové interferometre.

Ako Ligo alebo Virgo, ktoré merali gravitačné vlny?

Prečítajte si tiež: Ako sa hľadajú gravitačné vlny a ako ich objavili Čítajte 

Chceli sme prísť na to, ako by sa tieto prístroje dali použiť aj na meranie zmien konštánt. Vyvinuli sme teóriu, ako by zmeny konštánt ovplyvňovali zmeny štruktúr materiálov. Všetko je z niečoho postavené a to niečo sa pod vplyvom javov mení, napríklad vzdialenosti medzi atómami v štruktúre materiálu. Teda v odpovedi na jav sa zväčší alebo zmenší, tým pádom sa signál dá zmerať. A Ligo alebo Virgo v podstate merajú dĺžky.

Vo vašej práci navrhujete zmeny konštánt skúmať v kryštáloch. Je niečo na nich špecifické, že na nich by sa to najlepšie ukázalo, zatiaľ čo v iných materiáloch už nie?

V kryštalických materiáloch je štruktúra veľmi presne stanovená. Ak ide o presnosť, je najlepšie mať všetko čo najjednoduchšie a najjasnejšie určené. V presne danej štruktúre zafíru, kremíku, či diamantu sú zmeny veľmi dobre merateľné.

Zároveň sa na kryštalických modeloch dá aj veľmi dobre teoreticky predpovedať, ako zmena konštanty ovplyvní štruktúru. Dôvod je aj praktický. Kompozitné materiály sú zložitejšie a nie ani natoľko tuhé. Potrebujeme niečo, v čom keď sa aj máličko zmení štruktúra, tak to bude vidno.

Robí vaša práca niečo iné, čo iné výskumné skupiny nerobili?

Zatiaľ všetky pokusy boli neúspešné. Narazili na hranicu, podľa ktorej sú zmeny v konštantách menšie než dva krát desať na mínus sedemnásť. Pomocou našej metódy by sme mohli ísť ďalej. Spravili sme výpočty, o aké veľké zmeny by šlo, čo sa dá očakávať a čo by bolo merateľné. Ak sú očakávané zmeny konštánt také, ako naznačujú astronomické údaje, bolo by to merateľné týmto spôsobom.

Bude sa vaša práca realizovať? Museli by ste sa spoliehať iba na veľké interferometre alebo je možné pracovať aj s inými prístrojmi?

Konzultujeme možnosti s experimentálnymi skupinami a dúfame, že v blízkej budúcnosti to pôjde. Čo sa týka veľkých interferometrov, tak tam je to ťažké. Ide o veľkú spoluprácu a je náročné, aby kvôli nám menili svoj plán. Nám by stačili na analýzu ich dáta. Netreba nové merania. Dokonca to, čo hľadáme, už možno aj namerali. Len musíme prehľadať dáta a hľadať signály, ktoré nevedú k vlnám či neutrónovým hviezdam.

Ak nájdeme zmeny, bolo by to pekné vysvetlenie toho, prečo je všetko naladené tak, ako to je, prečo sme tu.

Sú aj menšie interferometre, aj keď o čosi menej presné, ale stále pre nás dostatočné. Treťou možnosťou sú hmotnostné rezonančné detektory, ktoré tiež merajú gravitačné vlny. Takéto experimenty by sa dali spustiť pomerne skoro. Také meranie však trvá rok aj dva. Vylúčiť všetky systematické chyby ako cyklické efekty, ktoré vyplývajú z nášho obehu okolo Slnka a podobne, nie je na poobedie.

Je ešte aj iná možnosť, ako zistiť, či sa konštanty môžu meniť?

Konštanty by sa nemuseli meniť iba v priebehu vývoja vesmíru, ale môžu sa meniť aj lokálne pod vplyvom interakcie s tmavou hmotou. O tmavej hmote vieme, že je všade naokolo a koľko jej je, ale to je všetko. Nevieme, z akých častíc pozostáva, či ako interagujú s bežnou svetlou hmotou.

Podľa určitých teórií prechádzame cez oblak tmavej hmoty, čím by sa konštanty mohli máličko zmeniť. Toto by sa dalo merať. Teórie predpovedajú určitý druh signálu, ktorý by interakcia s tmavou hmotou vyvolala. Okrem toho, že by sme dokázali, že konštanty nie sú nemenné, by sme zároveň po prvýkrát vedeli zistiť tmavú hmotu a aj hmotnosť jej častíc.

Ako sa doteraz vedci pokúšali merať zmeny konštánt?

Za posledných desať rokov sa limity toho, pokiaľ boli ľudia schopní dostať sa pomocou spektroskopických metód či pomocou atómových hodín, ktoré sú v meraniach zmien konštánt najúspešnejšie. No všetky končia na hranici desať na mínus šestnástu alebo sedemnástu. To je zatiaľ hranica, za ktorú sa zdá, že klasické metódy už veľmi neposunú. Aj práve preto sme chceli prísť s novým spôsobom, ktorý by to posunul o niekoľko rádov ďalej.

Čo čakáte, že by ste mohli objaviť? Potvrdenie alebo vyvrátenie nemennosti konštánt?

Prečítajte si tiež: Mapy nás klamú. Musia, inak by nemohli zobrazovať svet Čítajte 

Bolo by úžasné, keby sa potvrdilo, že konštanty sa môžu meniť, tak ako to predpovedajú niektoré z novších teórií. Veľmi by to pomohlo fyzike. Aj keby bol výsledok negatívny, teda že v presnosti, ktorú vieme dosiahnuť, by sme signál nenašli, tak aj to by poskytlo istý limit, ktorý by nás ďalej naviedol.

Potom by sme mohli aj povedať, že dobre, možno týmto sa nemá zmysel ďalej zapodievať, hľadajme iné fenomény vo fyzike, ktoré štandardný model neopisuje.

Mal by objav, že konštanty nie sú nemenné, aj iný význam?

Ak by sme našli zmeny, bolo by to pekné vysvetlenie toho, prečo je všetko naladené tak, ako to je, prečo sme tu a prečo sa o tejto téme môžeme rozprávať. Teda, že ide o ďalšiu zhodu náhod, že sme práve tu, kde sme mohli vzniknúť. Niekde vo veľmi vzdialenom vesmíre by to nemuselo byť možné. Aj z tohoto dôvodu to skúmame.

Tento článok si môžete prečítať vďaka ESET Science Award, oceneniu Nadácie ESET, ktoré podporuje výnimočnú vedu na Slovensku.

Najčítanejšie na SME Tech

Inzercia - Tlačové správy

  1. Tipy kde v lete ušetrite najviac a čo si určite nenechajte újsť
  2. Oslava 50. výročia pristátia na Mesiaci aj v Kine Lumiére
  3. Dovolenka na Malorke: Tipy na hotely pre rodiny s deťmi
  4. Už to na vás niekedy padalo?
  5. Príbeh Maťa Homolu: Od malička srdcom pretekár
  6. Najefektívnejšie vám hladinu železa v tele doplní hémové železo
  7. Dvanásť zaujímavých výletov na spestrenie dovolenky v Turecku
  8. Tohtoročná Pohoda bude BEZ starostí
  9. Výnimočná učiteľka z Ružomberka
  10. Tipy, ako si vybrať najlepší televízor a ušetriť až 1960 €
  1. Oslava 50. výročia pristátia na Mesiaci aj v Kine Lumiére
  2. Dovolenka na Malorke: Tipy na hotely pre rodiny s deťmi
  3. Buďte na cestách v bezpečí pomocou kamery Mio MiVue 751 !
  4. Elektromobily kúpime lacnejšie. Na cestách bude viac ekovozidiel
  5. Tipy kde v lete ušetrite najviac a čo si určite nenechajte újsť
  6. Oslava 50. výročia pristátia na Mesiaci aj v Košiciach
  7. Už to na vás niekedy padalo?
  8. Príbeh Maťa Homolu: Od malička srdcom pretekár
  9. 15. ročník letnej školy pre študentov z TEC Monterrey, Mexiko
  10. Najefektívnejšie vám hladinu železa v tele doplní hémové železo
  1. Sporením sa oberáte o peniaze. Najmä v týchto štyroch prípadoch 16 538
  2. Hodnotenie profesionála: Dovolenka v Bulharsku 9 446
  3. Dvanásť zaujímavých výletov na spestrenie dovolenky v Turecku 8 604
  4. Výnimočná učiteľka z Ružomberka 7 431
  5. Rezervujte si last minute dovolenku so zľavou až do 70% 6 143
  6. Najefektívnejšie vám hladinu železa v tele doplní hémové železo 6 029
  7. Tipy, ako si vybrať najlepší televízor a ušetriť až 1960 € 4 771
  8. Elektromobily kúpime lacnejšie. Na cestách bude viac ekovozidiel 4 455
  9. Dovolenka na Malorke: Tipy na hotely pre rodiny s deťmi 4 262
  10. Koľko stojí najlacnejší elektromobil? Cena vás poteší 4 123

Téma: Konštanty


Článok je zaradený aj do ďalších tém Gravitácia, Tmavá hmota, Fyzika, Gravitačné vlny, Slovenskí a svetoví vedci

Hlavné správy zo Sme.sk

Komik Fero Joke: Aj ľuďom na Hornej Orave som ukázal, že som normálny človek

Nie je dobré, ak sa gejovia segregujú, hovorí komik.

Stĺpček Zuzany Kepplovej

Pochod a protipochod

Vzniká očný klam, že človek si má vybrať. Či je za rodinu alebo proti nej.

Zuzana Kepplová, komentátorka denníka SME.
Ilustračná fotografia.

Odborársky predák U. S. Steel Košice: Cítime veľký tlak

U. S. Steel chystá masívne prepúšťanie.

Na snímke zľava predseda rady OZ KOVO U.S. Steel Košice Juraj Varga.

Neprehliadnite tiež

Ian Raphael si trénuje techniky zbierania dát.
Ilustračné foto - štart rakety Falcon 9.
50. výročie Apollo 11

Mali by sme sa vrátiť na Mesiac? Odpovedajú slovenskí vedci

Čo si myslia vedci zo Slovenska.

Druhý astronaut z misie Apollo 11 Buzz Aldrin na povrchu Mesiaca.
Podcast Klik

Klik: Mal by vám Pellegrini prispieť na elektrický bicykel?

Komentovaný prehľad technologických správ.

Podcast Klik denníka SME.