تغییرپذیری زمانی ثابت‌های بنیادی

ثابت‌های فیزیکی، مانند ثابت گرانشی و ثابت ساختاری ظریف، به عنوان کمیت‌هایی غیرقابل تغییر در طول زمان و مکان شناخته می‌شوند. اما آیا واقعاً این‌گونه است؟

در سال ۱۹۳۷، پل دیراک فرضیه‌ای مطرح کرد که این ثابت‌ها ممکن است با گذر زمان و متناسب با سن جهان تغییر کنند. از آن زمان، آزمایش‌های متعددی انجام شده است که محدودیت‌هایی برای این تغییرات احتمالی تعیین کرده‌اند. به ویژه، ثابت ساختاری ظریف، ثابت گرانشی و نسبت جرم پروتون به الکترون در کانون توجه قرار دارند.

ثبات این ثابت‌های بنیادی، سنگ بنای مهمی در قوانین فیزیک کنونی است. هرگونه تغییر در این ثابت‌ها می‌تواند به کشف قوانین ناشناخته‌ای از نیروها منجر شود.

بعدیت

بحث درباره نرخ تغییر یک ثابت فیزیکی تک‌بعدی به تنهایی مشکل است. دلیل این است که انتخاب سیستم واحد می‌تواند به طور دلخواه هر ثابت فیزیکی را به عنوان پایه در نظر بگیرد. به عنوان مثال، در سیستم SI، سرعت نور از سال ۱۹۸۳ به عنوان یک مقدار تعریف‌شده در نظر گرفته شده است.

آزمایش‌ها بر روی ثبات ثابت‌های فیزیکی به کمیت‌های بی‌بعد، مانند نسبت بین کمیت‌های هم‌بعد، متمرکز هستند تا از این مشکل اجتناب کنند. تغییرات در ثابت‌های فیزیکی تنها در صورتی معنی‌دار هستند که منجر به جهانی قابل تشخیص نشود.

ثابت ساختاری ظریف

در سال ۱۹۹۹، شواهدی از تغییرپذیری زمانی ثابت ساختاری ظریف بر اساس مشاهده کوئازارها ارائه شد، اما مطالعات دقیق‌تر بر روی مولکول‌های CH هیچ گونه تغییری را نشان ندادند. محدودیت بالایی برای تغییر زمانی این ثابت، معادل ۱۰ به توان منفی ۱۷ در سال، در سال ۲۰۰۸ منتشر شد.

ثابت گرانشی

اندازه‌گیری دقیق ثابت گرانشی دشوار است. با این حال، مشاهده ابرنواخترهای نوع Ia در گذشته دور جهان، محدودیت بالایی کمتر از ۱۰ به توان منفی ۱۰ در سال برای تغییر این ثابت در ۹ میلیارد سال گذشته را نشان می‌دهد.

نسبت جرم پروتون به الکترون

محدودیت بالایی برای تغییر نسبت جرم پروتون به الکترون، معادل ۱۰ به توان منفی ۷ در ۷ میلیارد سال، در مطالعه‌ای در سال ۲۰۱۲ بر اساس مشاهده متانول در کهکشانی دوردست گزارش شد.