По мнению исследователей, число базовых физических констант связано с характеристиками пространства-времени, в рамках которого строятся теории, использующие эти константы. В релятивистском пространстве-времени можно уменьшить количество этих констант до единственной, определяющей секунду.
В 2002 году ученые из ЦЕРН (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям, изучающая фундаментальные вопросы физики, пришла к выводу об отсутствии единой позиции относительно минимального набора констант, необходимых для полного описания всей наблюдаемой Вселенной. Несмотря на использование сложного и точного оборудования, эксперты высокого уровня, проводя исследования одной и той же реальности, имели разные представления о том, какие параметры являются наиболее важными.
«Фундаментальные константы» — это величины, чьи числовые значения не зависят от внешних факторов и остаются неизменными во времени. Зная определённый набор таких констант, можно вычислить все остальные параметры.
Ученые из Европейской организации ядерных исследований (ЦЕРН) – Майкл Дафф, Лев Окунь и Габриель Венециано ( Майкл Дафф, Лев Окун и Габриэле Венециано ) изложили свои мнения в статье, где каждый описал собственную парадигму. Первая требует трех констант: метра, килограмма и секунды. Второй парадигме нужны только секунда и метр, а для третьей количество констант может варьироваться в зависимости от рассматриваемой теории.
Теперь бразильские исследователи утверждают, что количество фундаментальных констант может изменяться в зависимости от пространства-времени, в котором изучаются физические величины. По их мнению, они могут описать все возможные наблюдения за реальностью с помощью только единицы времени, секунды.
Современная Международная система единиц (СИ) включает семь базовых единиц: метр (для измерения длины), секунда (для измерения времени), килограмм (для измерения массы), кельвин (для измерения температуры), ампер (для измерения электрического тока), кандела (для измерения световой силы) и моль (для измерения количества вещества). Определение каждой из этих единиц основано на физической константе.
«С практической точки зрения эти единицы являются ключевыми. Например, при покупке лампочки количество кандел позволяет оценить интенсивность ее свечения. В то же время, некоторые из этих единиц могут быть вычислены через другие», — отметил профессор теоретической физики Джордж Матсас ( George Matsas).
Новая статья посвящена поиску наиболее основополагающего описания физических законов и определению минимального набора констант, достаточного для измерения всех величин.
Дафф, Окунь и Венециано определили, что число фундаментальных констант зависит от минимального числа независимых параметров, требуемых для описания всех физических величин. При анализе пространства-времени исследователи рассмотрели два варианта: галилеевское, являющееся основой классической механики, и релятивистское, лежащее в основе Общей теории относительности Альберта Эйнштейна.
В галилеевом пространстве-времени все наблюдаемые величины могут быть выражены через единицы времени и пространства, обычно это «секунда» и «метр».
В релятивистском пространстве-времени для определения времени достаточно лишь единиц измерения, называемых «секундами». Теория относительности предполагает тесную взаимосвязь пространства и времени, благодаря чему для их описания можно использовать одну и ту же единицу измерения. Современные высокоточные атомные часы вполне способны обеспечить необходимые измерения.
Современное определение секунды привязано к фундаментальной физической константе – разнице в энергии между двумя определенными уровнями электронного слоя атома цезия-133. Одна секунда (1 с) эквивалентна времени, затрачиваемому на 9 192 631 770 периодов излучения, возникающего при переходе между двумя сверхточными уровнями энергии основного состояния атома цезия-133 в неподвижном состоянии при абсолютном нуле температуры.
Существует несколько релятивистских пространств-времен, соответствующих различным решениям уравнений Эйнштейна. Самое простое из них — пространство-время Минковского, оно пустое (без частиц или других объектов), однородное (все точки обладают одинаковыми свойствами) и изотропное (все направления в пространстве эквивалентны). Именно на его примере исследователи изложили свой подход. Авторы отметили, что их выводы могут быть обобщены на любое релятивистское пространство-время. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.