Кіріспе
Жалпыға бірдей және өзгермейтін физикалық шама
Физикалық тұрақты, кейде негізгі физикалық тұрақты немесе әмбебап тұрақты – теориямен түсіндірілмейтін, сондықтан эксперименттік түрде өлшенуі тиіс физикалық шама. Ол математикалық тұрақтыдан ерекшеленеді, оның нақты сандық мәні бар, бірақ тікелей физикалық өлшеуді қажет етпейді. Ғылымда көптеген физикалық тұрақтылар бар, олардың ең танымалдары – вакуумдағы жарық жылдамдығы c, гравитациялық тұрақты G, Планк тұрақтысы h, электр тұрақтысы ε0 және элементарлық заряд e. Физикалық тұрақтылар әртүрлі өлшемдерде болуы мүмкін: жарық жылдамдығы кез келген нысан үшін ең жоғары жылдамдықты көрсетеді және оның өлшемі – ұзындық уақытқа бөлінген; ал протон мен электронның масса қатынасы өлшемсіз. "Негізгі физикалық тұрақты" термині кейде жоғарыда айтылғандай, әмбебап, бірақ өлшемді физикалық тұрақтыларды білдіру үшін қолданылады. Дегенмен, физиктер бұл терминді көбінесе электромагниттік өзара әрекеттесу күшін сипаттайтын α сияқты, өлшемсіз әмбебап физикалық тұрақтылардың тар мағынасында қолданады. Мұнда талқыланған физикалық тұрақтыны эмпирикалық тұрақтылармен шатастырмау керек, олар негізгі емес, белгілі бір жағдайда тұрақты деп есептелетін коэффициенттер немесе параметрлер болып табылады. Мысалдарға белгілі бір жүйенің сипаттамалық уақыты, сипаттамалық ұзындығы немесе сипаттамалық саны (өлшемсіз) және белгілі бір материалдың немесе заттың материалдық тұрақтылары (мысалы, Мадельунг тұрақтысы, электр кедергісі және жылу сыйымдылығы) жатады.
Табиғи бірліктер
Кез келген қалаған өлшемдегі тұрақты шамаларды анықтау үшін өлшемдік әмбебап физикалық тұрақтыларды үйлестіруге болады, және осы қасиет әртүрлі табиғи өлшем бірліктері жүйелерін құруға қолданылды. Қолданылатын тұрақтылардың таңдалуы мен ретіне байланысты, алынған табиғи бірліктер зерттеу саласына қолайлы болуы мүмкін. Мысалы, c, G, ħ және kB тұрақтыларынан құралған Планк бірліктері кванттық гравитацияны зерттеуде қолдануға ыңғайлы өлшем бірліктерін ұсынады, ал ħ, me, e және 4πε0 тұрақтыларынан құралған атомдық бірліктер атомдық физикада қолайлы бірліктерді ұсынады. Қолданылатын тұрақтылардың таңдалуына қарай, алынатын шамалар кең ауқымды болады.
Негізгі тұрақтылардың саны
Физикалық тұрақтылардың саны "негізгі" деп қабылданған физикалық теорияға байланысты. Қазіргі уақытта бұл, гравитация үшін жалпы салыстырмалылық теориясы, ал электромагниттік, әлсіз және күшті ядролық өзара әрекеттесулер мен материялық өрістер үшін Стандартты модель болып табылады. Бұл теориялардың арасында барлығы 19 тәуелсіз негізгі тұрақты бар. Дегенмен, оларды санаудың бірден-бір "дұрыс" жолы жоқ, себебі қай шамалар "негізгі", ал қайлары "туынды" деп есептелетіні – бұл ерікті таңдау мәселесі. Узан.
Осы тұрақтылардың кез келгенінің өзгеруін анықтау – "жаңа физиканы" ашумен тең болар еді.
Уақыт тәуелсіздігіне арналған сынақтар
Анықтама бойынша, физикалық негізгі тұрақтылар өлшеуге жатады, сондықтан олардың тұрақты болуы (өлшеудің орындалу уақытына және орнына тәуелсіздігі) міндетті түрде эксперименттік нәтиже болып табылады және тексеруге жатады. Пол Дирак 1937 жылы гравитациялық тұрақты немесе құрылымдық тұрақты сияқты физикалық тұрақтылардың уақыт өте келе ғаламның жасына пропорционалды түрде өзгеруі мүмкін деген болжам жасады. Эксперименттер принципі бойынша, тек жылдық салыстырмалы өзгеріске жоғарғы шек қоя алады. Құрылымдық тұрақты үшін бұл жоғарғы шек салыстырмалы түрде төмен, шамамен жылына 10−17 (2008 жылғы мәлімет бойынша). Гравитациялық тұрақтыны дәл өлшеу әлдеқайда қиын, ал 2000-шы жылдардағы келіспеушіліктер 2015 жылғы мақалада оның мәнінің периодты түрде өзгеруіне қатысты даулы ұсыныстарға әкелді. Дегенмен, оның мәні жоғары дәлдікпен белгісіз болса да, ғаламның ерте заманында болған Ia типіндегі жұлдыздық жарылыстарды байқау мүмкіндігі, сондай-ақ бұл құбылыстарға қатысты физиканың жалпыға ортақтығы туралы болжам, соңғы тоғыз миллиард жылда гравитациялық тұрақты үшін жылына 10−10-нан кем жоғарғы шек белгілеуге мүмкіндік береді. Сол сияқты, 2012 жылғы зерттеуде алыстағы галактикадағы метанолды бақылау негізінде, протон мен электронның массалық қатынасының өзгеруіне 7 миллиард жыл (немесе жылына 10−16) аралығында 10−7 жоғарғы шек қойылды. Бір өлшемді физикалық тұрақтының ұсынылып отырған өзгеру деңгейін (немесе оның болмауын) жеке қарастыру қиын. Бұның себебі – өлшем бірліктерін таңдау кездейсоқ, сондықтан тұрақтының өзгеруіне қатысты мәселе, бірліктерді таңдаудың (және анықтаудың) нәтижесі болуы мүмкін. Мысалы, СИ жүйесінде жарық жылдамдығына 1983 жылы нақты мән берілді. Осылайша, 1983 жылға дейін жарық жылдамдығын СИ бірліктерімен эксперименттік түрде өлшеу мағыналы болды, бірақ қазір олай емес. Сол сияқты, 2019 жылдың мамыр айынан бастап Планк тұрақтысының нақты мәні бекітілді, нәтижесінде барлық СИ негізгі бірліктері енді физикалық тұрақтылар арқылы анықталады. Бұл өзгеріспен килограммның халықаралық прототипі СИ бірліктерінің анықтамасында қолданылатын соңғы физикалық нысан ретінде пайдалануын тоқтатады. Физикалық тұрақтылардың өзгермейтіндігін тексеру үшін өлшемсіз шамалар, яғни бірдей өлшемдердегі шамалардың қатынастары қарастырылады, осылайша аталған мәселенің шешімі ізделеді. Физикалық тұрақтылардың өзгеруі, егер олар байқауға болатын ғаламға әкелсе, мағынасыз. Мысалы, жарық жылдамдығының "өзгеруі" c, егер оған сәйкес элементтік зарядтың e өзгеруі сүйемелдесе, мағынасыз болады, сондықтан e^(2)/(4πε0ħc) (құрылымдық тұрақты) өзгере қоймайды.
roughly 10−17 per year (as of 2008). The gravitational constant is much more difficult to measure with precision, and conflicting measurements in the 2000s have inspired the controversial suggestions of a periodic variation of its value in a 2015 paper. However, while its value is not known to great precision, the possibility of observing type Ia supernovae which happened in the universe's remote past, paired with the assumption that the physics involved in these events is universal, allows for an upper bound of less than 10−10 per year for the gravitational constant over the last nine billion years. Similarly, an upper bound of the change in the proton to electron mass ratio has been placed at 10−7 over a period of 7 billion years (or 10−16 per year) in a 2012 study based on the observation of methanol in a distant galaxy. It is problematic to discuss the proposed rate of change (or lack thereof) of a single dimensional physical constant in isolation. The reason for this is that the choice of units is arbitrary, making the question of whether a constant is undergoing change an artefact of the choice (and definition) of the units. For example, in SI units, the speed of light was given a defined value in 1983. Thus, it was meaningful to experimentally measure the speed of light in SI units prior to 1983, but it is not so now. Similarly, with effect from May 2019, the Planck constant has a defined value, such that all SI base units are now defined in terms of fundamental physical constants. With this change, the international prototype of the kilogram is being retired as the last physical object used in the definition of any SI unit. Tests on the immutability of physical constants look at dimensionless quantities, i. e. ratios between quantities of like dimensions, in order to escape this problem. Changes in physical constants are not meaningful if they result in an observationally indistinguishable universe. For example, a "change" in the speed of light c would be meaningless if accompanied by a corresponding change in the elementary charge e so that the expression e^(2)/(4πε0ħc) (the fine structure constant) remained unchanged.
Өлшемсіз физикалық тұрақтылар
Кез келген физикалық тұрақтылардың бірдей өлшемдердегі арақатынасы өлшемсіз физикалық тұрақтыға тең болады, мысалы, протонның электрондағы масса қатынасы. Нақты құрылым тұрақтысы α – ең жақсы белгілі өлшемсіз фундаментальдық физикалық тұрақты. Бұл – Планк бірліктерімен өрнектелген элементарлық зарядтың квадраты. Бұл мән физикалық тұрақтылардың туындылығы немесе туынды еместігі талқыланғанда стандартты мысал ретінде қолданылады. Арнольд Зоммерфельд енгізген, сол кезде анықталған оның мәні мен қателігі 1/137-ге сәйкес келді. Бұл Артур Эддингтонды (1929) оның мәні дәл 1/137 болуы мүмкін деген аргумент құруға итермеледі, бұл Эддингтон санымен байланысты, ол Ғаламдағы протондардың санын бағалауы болды. 1940 жылдары нақты құрылым тұрақтысының мәні 1/137-нің нақты мәнінен айтарлықтай өзгеше екені анықталды, бұл Эддингтонның аргументін жоққа шығарды.
Әдетті үйлестірілген ғалам
Кейбір физиктердің пікірінше, егер өлшемсіз физикалық тұрақтылардың мәні жеткілікті дәрежеде өзгеше болғанда, біздің Әлем тым радикалды түрде өзгеше болар еді, сондықтан да интеллектілі өмір пайда болмас еді. Осыған байланысты, біздің Әлем интеллектілі өмірге қажеттіліктерге сәйкес келгендей көрінеді. Антропостық принцип – логикалық шындық: біздің интеллектілі жандар ретінде физикалық тұрақтыларды өлшеу мүмкіндігіміз, олардың біз сияқты жандардың өмір сүруіне мүмкіндік беретіндей болуын талап етеді. Тұрақтылардың мәнін түсіндірудің әртүрлі тәсілдері бар, оның ішінде құдайлық жаратушы (көрінетін нақты реттелу нақты және мақсатты), немесе Әлем – көп Әлемдік кеңістіктегі көптеген Әлемдердің бірі (мысалы, кванттық механиканың көп Әлемдерін түсіндіруі), тіпті егер ақпарат – Әлемнің туа біткен қасиеті болса және санадан логикалық тұрғыдан ажыратылмайтын болса, саналы жандарға қабілетсіз Әлем болуы мүмкін емес.