Жаңа физикалық теориялар: Жарық жылдамдығының өзгеруі гипотезасы, кеңістік, уақыт және жиілікке байланысты нұсқаулар. Баламалы гравитациялық теориялар.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Физикадағы негізгі емес теория
Non mainstream theory in physics
Жарықтың өзгермелі жылдамдығы (VSL) – жарық жылдамдығының қандай да бір жолмен тұрақты болмауы мүмкін екенін, мысалы, кеңістікте немесе уақытта, немесе жиілікке байланысты өзгеретінін айтатын гипотезалар тобының бір ерекшелігі. Физиканың қабылданған классикалық теориялары, әсіресе жалпы салыстырмалылық теориясы, кез келген жергілікті есептеу жүйесінде жарық жылдамдығының тұрақты екенін болжайды және кейбір жағдайларда есептеу жүйесіне байланысты жарық жылдамдығының көрінетін өзгеруін болжайды, бірақ бұл мақалада мұны жарық жылдамдығының өзгермелі деп қарастырылмайды. Гравитация және космологияның әртүрлі балама теориялары, олардың көпшілігі негізгі ағымнан тыс, жарық жылдамдығының жергілікті өзгеруін қамтиды. Роберт Дик 1957 жылы және 1980-жылдардың соңынан бастап бірнеше зерттеушілер жарықтың өзгермелі жылдамдығын физикаға енгізуге тырысты. VSL-ді жарықтан асып түсу теорияларымен, оның ортаның сындыру көрсеткішіне тәуелділігімен немесе гравитациялық потенциалдағы алысқа орналасқан бақылаушының есептеу жүйесінде өлшенуімен шатастыруға болмайды. Бұл контексте «жарық жылдамдығы» фотондардың таралу жылдамдығына емес, теорияның шекті жылдамдығы c-ға қатысты.
A variable speed of light (VSL) is a feature of a family of hypotheses stating that the speed of light may in some way not be constant, for example, that it varies in space or time, or depending on frequency. Accepted classical theories of physics, and in particular general relativity, predict a constant speed of light in any local frame of reference and in some situations these predict apparent variations of the speed of light depending on frame of reference, but this article does not refer to this as a variable speed of light. Various alternative theories of gravitation and cosmology, many of them non mainstream, incorporate variations in the local speed of light. Attempts to incorporate a variable speed of light into physics were made by Robert Dicke in 1957, and by several researchers starting from the late 1980s. VSL should not be confused with faster than light theories, its dependence on a medium's refractive index or its measurement in a remote observer's frame of reference in a gravitational potential. In this context, the "speed of light" refers to the limiting speed c of the theory rather than to the velocity of propagation of photons.
Өмірбаян
Эйнштейннің эквиваленттілік принципі, жалпы салыстырмалылық теориясының негізінде жатыр, кез келген жергілікті, еркін құлаудағы есептесу жүйесінде жарық жылдамдығының әрқашан бірдей болуын қажет етеді. Дегенмен, бұл алыстағы аймақтағы жарықтың көрінетін жылдамдығын анықтауға тырысатын инерциялық бақылаушының басқаша мән есептеу мүмкіндігін ашып береді. Жалпы салыстырмалылық теориясында, алыстағы бақылаушының уақыт өлшеміне сәйкес өлшенген гравитациялық потенциалдағы жарық жылдамдығының кеңістіктегі өзгеруі жасырын түрде қарастырылған. Жарықтың көрінетін жылдамдығы гравитациялық өрісте өзгереді және әсіресе, алыстағы бақылаушының көзқарасымен оқиғалар горизонтында нөлге жуықтайды. Сфералық симметриялы массивті денеге байланысты гравитациялық қызыл жылжуды есептеу кезінде, Шварцшильд координаттарында жарықтың радиалдық жылдамдығы dr/dt ретінде анықталуы мүмкін, мұнда t – шексіздіктегі тұрақты сағатта тіркелген уақыт. Нәтижесі: мұнда m – MG/c2 және табиғи бірліктер қолданылады, сондықтан c0 бірге тең.
Einstein's equivalence principle, on which general relativity is founded, requires that in any local, freely falling reference frame, the speed of light is always the same. This leaves open the possibility, however, that an inertial observer inferring the apparent speed of light in a distant region might calculate a different value. Spatial variation of the speed of light in a gravitational potential as measured against a distant observer's time reference is implicitly present in general relativity. The apparent speed of light will change in a gravity field and, in particular, go to zero at an event horizon as viewed by a distant observer. In deriving the gravitational redshift due to a spherically symmetric massive body, a radial speed of light dr/dt can be defined in Schwarzschild coordinates, with t being the time recorded on a stationary clock at infinity. The result is
where m is MG/c2 and where natural units are used such that c0 is equal to one.
Диккедің ұсынысы (1957)
Роберт Дикке 1957 жылы VSL гравитация теориясын жасады, бұл теорияда (жалпы салыстырмалылық теориясынан өзгеше) еркін түсіп келе жатқан бақылаушы өлшеген жарық жылдамдығы өзгеріп отыруы мүмкін. Дикке жиіліктер де, толқын ұзындықтары да өзгеруі мүмкін деп есептеді, нәтижесінде c-ның салыстырмалы өзгерісі туды. Дикке сыну индексін (теңдеу 5) қарастырып, оның жарық бұрылуының байқалған мәнімен сәйкес келетінін дәлелдеді. Мах принципіне қатысты түсініктемесінде Дикке теңдеудің оң жағы 5-те кішкентай болса, сол жағындағы 1 саны "әлемдегі қалған материяның нәтижесі болуы мүмкін" деп атап көрсетті. Көрініс шегі кеңейіп бара жатқан ғаламда жоғарыдағы сыну индексіне көбірек массалар үлес қосатынын ескере отырып, Дикке c уақыт өте келе азаятын космологияны қарастырды, бұл космологиялық қызыл жылжуға баламалы түсіндірме берді. Басқа модельдер Дирактың үлкен сандар гипотезасымен байланысты. Жарық жылдамдығының өзгеруіне қатысты бірнеше гипотезалар, жалпы салыстырмалылық теориясына қайшы келетіндей, жарияланды, оның ішінде Giere and Tan (1986) және Sanejouand (2009) еңбектері. 2003 жылы Магуэйхо мұндай гипотезаларға шолу жасады. Жарықтың өзгеше жылдамдықтары бар космологиялық модельдерді Жан-Пьер Петит 1988 жылы, Джон Моффат 1992 жылы, ал Андреас Альбрехт пен Жоао Магуэйхо 1998 жылы космологияның горизонт проблемасын түсіндіру және ғарыштық инфляцияға балама ұсыну мақсатымен тәуелсіз түрде ұсынды.
Robert Dicke, in 1957, developed a VSL theory of gravity, a theory in which (unlike general relativity) the speed of light measured locally by a free falling observer could vary. Dicke assumed that both frequencies and wavelengths could vary, which since resulted in a relative change of c. Dicke assumed a refractive index (eqn. 5) and proved it to be consistent with the observed value for light deflection. In a comment related to Mach's principle, Dicke suggested that, while the right part of the term in eq. 5 is small, the left part, 1, could have "its origin in the remainder of the matter in the universe". Given that in a universe with an increasing horizon more and more masses contribute to the above refractive index, Dicke considered a cosmology where c decreased in time, providing an alternative explanation to the cosmological redshift. Other models make a link to Dirac's large numbers hypothesis. Several hypotheses for varying speed of light, seemingly in contradiction to general relativity theory, have been published, including those of Giere and Tan (1986) and Sanejouand (2009). In 2003, Magueijo gave a review of such hypotheses. Cosmological models with varying speeds of light have been proposed independently by Jean Pierre Petit in 1988, John Moffat in 1992, and the team of Andreas Albrecht and João Magueijo in 1998 to explain the horizon problem of cosmology and propose an alternative to cosmic inflation.
Гравитациялық тұрақты G
1937 жылы Пол Дирак және басқалар уақыт өте келе өзгеретін табиғи тұрақтылардың салдарына зерттеу жүргізуді бастады. Мысалы, Дирак басқа негізгі күштермен салыстырғанда гравитация күшінің салыстырмалы түрде әлсіздігін түсіндіру үшін Ньютонның гравитациялық тұрақтысы G-нің жылына 10¹¹-де 5 бөлікке ғана өзгеруін ұсынды. Бұл Дирактың үлкен сандар гипотезасы деп белгілі болды. Алайда Ричард Фейнман геологиялық және Күн жүйесінің байқауларына сүйене отырып, гравитациялық тұрақтының соңғы 4 миллиард жыл ішінде осы деңгейде өзгеруі мүмкін емес екенін көрсетті, бірақ бұл G-нің жеке өзгеріп отыруына байланысты болжамдарға тәуелді болуы мүмкін. (Сондай-ақ, күшті эквиваленттілік принципін қараңыз.)
In 1937, Paul Dirac and others began investigating the consequences of natural constants changing with time. For example, Dirac proposed a change of only 5 parts in 1011 per year of the Newtonian constant of gravitation G to explain the relative weakness of the gravitational force compared to other fundamental forces. This has become known as the Dirac large numbers hypothesis. However, Richard Feynman showed that the gravitational constant most likely could not have changed this much in the past 4 billion years based on geological and solar system observations, although this may depend on assumptions about G varying in isolation. (See also strong equivalence principle.)
Ұсақ құрылым тұрақтысы α
Алыстағы квазарларды зерттейтін бір топ, ұсақ құрылым тұрақтысының 10⁵ бөлігінің бір бөлігінде өзгеруін анықтағандарын мәлімдеді. Басқа авторлар бұл нәтижелерге күмән білдіреді. Квазарларды зерттейтін басқа топтар әлдеқайда жоғары сезімталдықпен байқалатын ешқандай өзгеріс жоқ екенін мәлімдейді. Оклоның табиғи ядролық реакторы атомдық ұсақ құрылым тұрақтысы α соңғы 2 миллиард жылда өзгерген-өзгермегенін тексеру үшін пайдаланылды. Өйткені α әртүрлі ядролық реакциялардың жылдамдығына әсер етеді. Мысалы, самарий нейтронды ұстап, Самарий-150-ге айналады, ал нейтронды ұстау жылдамдығы α-ның мәніне байланысты болғандықтан, Оклодан алынған сынамалардағы екі самарий изотопының арақатынасын 2 миллиард жыл бұрынғы α-ның мәнін есептеу үшін пайдалануға болады. Бірнеше зерттеу Оклода қалған радиоактивті изотоптардың салыстырмалы концентрацияларын талдады, және көпшілігі ядролық реакциялар сол кездегідей болды деген қорытындыға келді, яғни α да сол кездегідей болған. Пол Дэвис және оның әріптестері ұсақ құрылым тұрақтысын құрайтын өлшемді тұрақтылардың (элементар заряд, Планк тұрақтысы және жарық жылдамдығы) қайсысының өзгеріске жауапты екенін анықтау принципінде мүмкін екенін ұсынды. Алайда, бұл басқалармен пікір таласы тудырып, кеңінен қабылданбады.
One group, studying distant quasars, has claimed to detect a variation of the fine structure constant at the level in one part in 105. Other authors dispute these results. Other groups studying quasars claim no detectable variation at much higher sensitivities. The natural nuclear reactor of Oklo has been used to check whether the atomic fine structure constant α might have changed over the past 2 billion years. That is because α influences the rate of various nuclear reactions. For example, Link=yes samarium captures a neutron to become Samarium 150, and since the rate of neutron capture depends on the value of α, the ratio of the two samarium isotopes in samples from Oklo can be used to calculate the value of α from 2 billion years ago. Several studies have analysed the relative concentrations of radioactive isotopes left behind at Oklo, and most have concluded that nuclear reactions then were much the same as they are today, which implies α was the same too. Paul Davies and collaborators have suggested that it is in principle possible to disentangle which of the dimensionful constants (the elementary charge, Planck's constant, and the speed of light) of which the fine structure constant is composed is responsible for the variation. However, this has been disputed by others and is not generally accepted.