Árpád
-2 °C
9 °C

Gyorsul a fény

2004.07.01. 14:40
A fizika talán legszentebb állandója, a fénysebesség kisebb volt kétmilliárd évvel ezelőtt, állítják amerikai kutatók. A változó fénysebesség megingathatja Einstein relativitáselméletét és a tradicionális fizikát. De egyes kutatók úgy vélik, hogy elegánsan megoldana néhány kínzó kozmológiai kérdést, például az univerzum nagyjából egyenletes hőmérsékletének talányát.
Az ellentmondásos felfedezés újra feltüzelt egy már folyó vitát, különösen, hogy olyan régebbi adatok újbóli elemzésén alapul, melyeket korábban már felhasználtak a fénysebesség és más konstansok állandósága mellett érvelve.

Megkérdőjelezték

Az állandó fénysebesség létét veszélyeztető feltevés egy másik konstans, az elektromágneses erőre jellemző finomszerkezeti állandó, vagyis az alfa méréséből származik. A fénysebesség fordítva arányos az alfával, és bár az alfa további két állandótól függ, sok fizikus értelmezi úgy a fénysebességben beállt változást, mint az alfában beállt változást. Ez lehetséges egyszerűsítés, mondta Victor Flambaum, a sydney-i egyetem munkatársa a New Scientistnek.

Elsőként Flambaum és John Webb kérdőjelezte meg komolyan az alfa állandóságát 1998-ban. Miután részletesen elemezték, hogy a távoli kvazárok fénye hogyan nyelődik el a gázfelhőkben, 2001-ben előálltak elképzelésükkel, mely szerint az alfa nőtt az elmúlt 12 milliárd évben.

Idén júniusban azonban német kutatók cézium és hidrogénatomok által kisugárzott fotonokat tanulmányozva kijelentették: nem tapasztaltak változást az alfában az 1999-tól 2003-ig terjedő időszakban. Ez természetesen nem jelenti azt, hogy az érték nem változhatott meg milliárd évekkel ezelőtt.

Természetes reaktor

A vitában azok a fizikusok, akik az alfában beállt bármilyen változás ellen érveltek, olyan adatokra támaszkodtak, melyek a Föld egyetlen ismert természetes atomreaktorából származnak, ami a nyugat-afrikai Gabonban, Oklóban található.

Az Oklo-reaktor, melynek maradványait 1972-ben fedezték fel, csaknem kétmilliárd évvel ezelőtt indult be, mikor a talajvíz a sziklahasadékokon átszűrődve uránérccel keveredett, és megkezdődött a láncreakció. Számos kutatás vizsgálta itt a radioaktív izotópok koncentrációját, és arra jutottak, hogy a kezdeti reakciók sebessége megegyezett a maival, ami azt is jelenti, hogy az alfa is ugyanakkora volt.

Ezt azért lehet így kijelenteni, mert az alfa közvetlenül befolyásolja az izotópok arányát. A láncreakciókban, mint az oklói is, minden uránium-235 atommagjának hasadása neutronokat termel, melyeket a szomszédos atommagok be tudnak fogni. Például a szamárium-149 izotóp a neutron befogásával szamárium-150-né válik. Mivel a neutronok befogásának mértéke az alfán múlik, a két izotóp oklóban mért arányából ki lehet számolni az alfa értékét is.

Nem vonták kétségbe

Az Oklóban végzett kutatások eddig nem találtak változást az alfa értékében. "Az emberek elkezdték idézni a reaktor adatait, mint komoly bizonyítékát annak, hogy az állandók nem változtak" - mondta Steve Lamoreaux, a Los Alamos-i laboratórium munkatársa. Lamoreaux azonban kollégájával, Justin Torgersonnal újra elemezte az Oklóból származó adatokat, és eredményei szerint az érték a reaktor születése óta csökkent.

Ez annyit tesz, hogy a fénysebesség nagyon kis mértékben ugyan, de nőtt (feltéve, hogy az alfát meghatározó többi állandó azonos maradt). Lamoreaux új analízise annyira precíz, hogy kizárható annak a lehetősége, hogy a fény sebessége nem változott.

Az eredményeket a kutatók eddig nem vonták kétségbe. Thibault Damour francia kutató és Peter Moller, a Los Alamos-i laboratórium munkatársa egyaránt úgy vélekedett, hogy az analízis hibátlan, és a következtetések ésszerűek. A két kutató korábban egymástól függetlenül vizsgálta az oklói reaktort, és mindkét kutatócsoport arra a következtetésre jutott, hogy az alfában nem állt be változás.

Vonakodnak

Ennek ellenére a fizikusok egyelőre vonakodnak elfogadni az eredményeket. "Nem látok benne hibát - mondta Flambaum, - de az állítás annyira forradalmi, hogy sok független megerősítésre lesz szükség."

Flambaum csoportja még azt állította, hogy az alfa eltért a maitól 12 milliárd évvel ezelőtt, az új eredmények szerint viszont kétmilliárd évvel ezelőtt óta is változott a mértéke.

Ha más módszerekkel is megerősítik az új eredményeket, a fizikusoknak új elméleteket kell kidolgozniuk. Sokan azonban örömmel elfogadnák a változó alfát. Például ha az ősrobbanás környékén esetleg kisebb volt az érték, azaz a fénysebesség nagyobb volt, az megoldaná a horizontproblémát, melynek tisztázásával eddig adós maradt a hagyományos kozmológiai modell. A probléma lényege az Eötvös Loránd Tudományegyetem Csillagászati Tanszékének honlapja szerint az, hogy a kozmikus horizont (ez az a felület, ahonnan a legkorábbi fotonok a szemünkbe érkezhetnek), azaz az általunk érzékelhető 26 milliárd fényév átmérőjű gömbhéj két ellentétes pontján azonos mértékű a kozmikus háttérsugárzás, pedig ez a két pont sosem lehetett egymással kapcsolatban. Azonban ha kezdetben nagyobb volt a fénysebesség, az lehetőséget adhatott az energiacserére fény formájában.

Homályos pontok

A változó "állandók" alátámaszthatnak olyan elméleteket is, melyek az energiamegmaradás törvényének ellentmondanak, illetve a húrelmélet egyes változatait, melyek szerint az állandók változhatnak az extra dimenziók miatt. De egyelőre nincs elfogadott "változóalfa-elmélet", figyelmeztet Flambaum. Ehelyett több elmélet versenyez egymással, egyesek az alfa egyenletes változását tételezik fel, míg mások hirtelen ingadozásokat.

Mielőtt azonban Lamoreaux tanulmányát fel lehetne használni bármelyik elméletben, pár kérdést még meg kell oldani. Az első és legfontosabb, hogy nem ismertek a pontos körülmények Oklóban. A nukleáris reakciók sebessége például függ a reaktor hőmérsékletétől, ami Lamoreaux szerint 227 és 527 Celsius-fok között lehetett. Damour arra is figyelmeztet, hogy a pontos számításokhoz a kétmilliárd évvel ezelőtti állapotot kellene újrateremteni.

A kutató szerint a szamáriumizotópok koncentrációja sem határozható meg pontosan. Lamoreaux azonban rámutatott, hogy mindkét feltételezést, vagyis a reaktor hőmérsékletét, illetve az izotópok koncentrációértékeit elfogadták a korábbi Oklo-kutatásokban.

Másik ismeretlen tényező, hogy más állandók változtak-e az alfával együtt, esetleg ahelyett. A szamárium-149 neutronbefogási képessége például egy másik állandótól függ, az alfa(s)-től, ami az atommag és a neutron közötti vonzásra jellemző. Ráadásul márciusban Flambaum a Physical Review tudományos folyóiratban azt állította, hogy az alpha(s) mértéke is változhatott.