미래는 왜 과거와 비슷해야합니까? 글쎄, 한 가지 일이라면 항상 있습니다. 그러나 그것은 그 자체로 과거의 관찰입니다. 철학자 데이비드 ume (David Hume)이 18 세기 중반에 지적했듯이, 우리는 과거에 우리의 경험을 사용하여 미래가 순환 논리로 내려 가지 않고 그것을 닮을 것이라고 주장 할 수 없습니다. 또한 물리학 자들은 왜 자연의 특정 기본 상수가 그들이하는 가치를 가지고 있는지 또는 왜 그 가치가 시간이 지남에 따라 일정하게 유지되어야하는지 설명 할 수 없습니다.
문제는 특히 과학자들에게 문제가되는 문제입니다. 우선, 현실의 근본적인 특성이 끊임없이 변화한다면 과학적 가설, 시험 및 개정의 과학적 방법이 흔들릴 것입니다. 그리고 과학자들은 더 이상 과거의 미래 나 재건에 대해 예측하거나 과거의 실험에 의존 할 수 없었습니다. 그러나 과학은 또한 소매에 대한 에이스를 가지고 있습니다. 철학과는 달리 측정을 시도 할 수 있습니다. 자연의 법칙과 해당 법칙을 매개 변수화하는 상수가 변화하고 있는지 여부.
미세 구조 상수, α , 자연의 기본 상수에서 가장 유비쿼터스적이고 중요합니다. 그것은 얼마나 가볍고 물질이 상호 작용하는지에 대한 지배합니다. 만약 그것이 현재의 현재 가치와 약 1/137의 가치와 약간 다르면, 우주는 실제로 매우 다르게 보일 것이며 거의 확실히 생명에 욕설이 될 것입니다. 물리 법칙은 α가 시간이 지남에 따라 달라 지도록 허용하지만 실제로는 그렇게 생각한 사람은 거의 없습니다. 즉, 1999 년까지 과학자들이 퀘이사라고 불리는 매우 밝고 먼 천체 물리적 물체로부터 우리에게 도달하는 빛을 분석했을 때까지.
이 분석은 모든 요소의 원자가 α의 값에 밀접하게 의존하는 방식으로 우선적으로 특정 색상의 빛을 흡수하거나 방출한다는 사실을 이용했습니다. . 프리즘이 흰색 빛을 무지개로 나눌 때와 같이, 이러한 흡수와 방출은 밝은 선으로 보일 수 있습니다. Quasars의 빛이 우리에게 가스 구름을 통과함에 따라 가스 구름의 특정 원자는 빛의 스펙트럼에 어두운 흡수 라인을 각인 한 다음 실험실에서 생산되고 측정 된 것과 동일한 원자 흡수 라인과 비교되었습니다.
연구원들의 놀랍게도, 고대 빛의 스펙트럼을 실험실에서 생성 된 스펙트럼과 비교할 때, 그들은 불일치를 발견했다 :흡수 라인의 약간의 불일치. 이것은 수십억 년 전, 가스 구름에 의한 준광의 흡수가 일어 났을 때, α 를 제안했다. 100,000 명 중 약 한 부분보다 작았습니다. 다시 말해, α 지난 수십억 년 동안 약간 증가했습니다.
변화하는 α 의 가능성 물리학 자들이 천체 물리학 적 환경에 대한 동일한 가정에 의존하지 않고 천문학적 발견을 확인하거나 모순 할 수있는 보완 적 접근을 위해 물리학 자들이 스크램블링 한 폭탄이었다. 다행스럽게도 물리학이 수십억 년 전에 어떻게 일했는지를 관찰하기 위해 하늘에서 고대 별빛을 볼 필요는 없습니다. 발 아래 땅을 볼 수도 있습니다. 지구는 40 억 년이 넘는 기간 동안 주변에 있었고 고대 미네랄 퇴적물은 수십억 년 전에 일어난 과정의 대체 기록을 제공합니다. α의 변형 미네랄 퇴적물에서 발견되는 다양한 방사성 동위 원소에 대한 변동하는 붕괴 속도로 나타납니다. 최상의 측정은 수십 년 전에 우사적으로 발견 된 18 억 명의 원자로에서 나왔습니다.
1972 년 프랑스 핵 과학자들은 아프리카 가본의 오클로 지역에있는 광산에서 우라늄 광석 샘플에서 이상한 것을 발견했습니다. 우라늄 -235 (핵폭탄 및 반응기에 사용 된 동위 원소) 대 우라늄 -238 (더 일반적인 우라늄 동위 원소)의 비율은 지질 퇴적물에서 일반적으로 발견되는 것보다 작았 다. 최근 인간 활동이 없기 때문에이 비율은 지구가 형성된 원시 먼지 구름에 우라늄 -235가 얼마나 많은지에 달려 있고 그 이후로 경과 한 시간에만 의존해야하기 때문입니다. Oklo Rocks를보다 자세하게 분석 한 과학자들은 풍부한 방사성 제품 제품군으로 가득 차있었습니다. 암석은 강력하고 지속적이며 고대 핵 반응을 주최했습니다.
자연이 어떻게 지각에서 원자로를 만들 수 있었습니까? 인공 원자로는 모든 종류의 격리 및 안전 인프라에 의존하여 원자력을 창출하지만 기본적으로 자체 유지 원자력 핵분열 반응에 대한 모든 요구는 우라늄 -235의 최소 3 % 인 우라늄 샘플입니다. 그런 다음 물을 첨가하여 우라늄의 방사능 부패에 의해 생성 된 중성자를 집중시켜 핵 반응을 향상시킵니다. 오늘날의 우라늄 -235 분획은 자연 원자로가 자발적으로 발생하기에는 너무 낮지 만 이것이 항상 그런 것은 아닙니다. 우라늄 -235는 우라늄 -238보다 빠르게 감소하므로 시간이 지남에 따라 분수가 증가합니다. 과거에 20 억 년이 지난 지금, 그것은 핵 반응을 유지할 수있는 임계 임계 값에 도달합니다.
실행중인 Oklo Reactor는 대량의 중성자를 생산했으며, 그 중 일부는 탈출하여 주변 암석에서 미량 동위 원소에 의해 포착되었습니다. , 미세 구조 상수. 오늘날 Oklo 퇴적물에서 발견 된 상대적인 양의 동위 원소를 살펴보면 과학자들은 α 의 가치를 결정했습니다. 반응기가 실행될 때. 특정 오류 마진 내에서 오늘과 동일했습니다. 하늘과 지구는 우리에게 먼 과거에 대한 상충되는 이야기를 들려주는 것처럼 보였습니다.
그러나 천문학적 실험과 지질 학적 실험은 그들 자신의 방식으로 지저분했습니다. 각각은 우주 나 시간에 우리에게서 멀리 떨어진 환경에 대한 많은 가정에 의존했다. 더 깨끗한 측정을 달성하기 위해 연구원들은 자신의 실험실 인 자신의 실험실을 완전히 통제 할 수있는 환경으로 전환했습니다. 원자 스펙트럼은 α 의 값에 대한 감수성이 다르고 (일부 경우에도 크게 다른) 민감성을 갖는다. . 시간이 지남에 따라 이러한 스펙트럼을 측정함으로써 과학자들은 α의 시간 변화를 측정 할 수 있습니다. . 문제는, 이러한 측정이 유용하기 위해 얼마나 오래 지속되어야합니까?
대답은 그리 길지 않습니다. 흡수 및 방출 스펙트럼 측정의 과학 인 현대 분광법은 환상적으로 정확합니다. 몇 달 또는 몇 년에 걸친 측정은 α의 변화율을 제한 할 정도로 정확합니다. Oklo 또는 Quasar 측정보다 더 큰 정도. 이 실험실 측정은 적어도 오늘날 α 변화하지 않습니다. 이러한 측정 중 가장 민감한 점은 α 인 경우 변화하고 있습니다. 연간 1 천만 억 달러에 걸쳐 한 부분 미만으로 그렇게해야합니다. 더 긴 기간으로 추정되는데, 이는 100 억 년이 넘는 백만 년 동안 한 부분보다 더 나은 부분의 민감도에 해당하며, 이는 1999 년 퀘이사에 대한 천문학적 관찰에 의해 달성 된 민감도보다 약 10 배 더 우수합니다.
그렇다면 사건이 문을 닫습니까? 퀘이사 데이터는 어떻게 든 결함이 있었고, 제 시간에 고정 된 것으로 입증 되었습니까? 좀 빠지는. 우선, 실험실 측정은 오늘날의 변화를 배제하는 반면 α 퀘이사 데이터에 의해 제안 된 규모는 α 의 가능성에 대해 아무 말도하지 않습니다. 먼 과거의 변화 - 퀘이사 데이터가 관련된 기간. 둘째, 새로운 천문 데이터는 예상치 못한 방식으로 그림을 복잡하게 만들었습니다. 1999 년 논문을 저술 한 동일한 그룹에 의해 2011 년에 출판 된 새로 측정 된 퀘이사 스펙트럼 세트에 대한 분석은 α 를 제안했다. 먼 과거에는 약간 더 큰 가있었습니다 오늘날의 가치보다. 이것은 더 작은 의 이전 천문 관찰과 대조적입니다. 먼-패스트 <α 위에서 설명했습니다.
α의 이러한 상충되는 과거 값에만 기초한다 , 천문학적 결과는 단순히 신뢰할 수 없다고 결론을 내릴 수 있지만 그 이야기는 그보다 더 미묘합니다. 더 작은 과거의 α를 산출 한 관찰 북반구에있는 하와이에 위치한 망원경에서 나왔고, 더 큰 과거의 관찰은 더 큰 과거의 남반구의 칠레의 망원경에서 나왔으므로 두 망원경은 하늘에서 널리 분리 된 방향을 보았습니다. 모든 데이터의 결합 된 분석은 α의 시간 변화가 아니라 , 이러한 관찰은 공간적 변화를보고있다. 반대 방향으로 작게 자라면서 한 방향으로 더 깊은 외관을 더 많이 얻습니다. 공간이 더 깊을수록 시간이 더 길어지면 공간적 변화가 더 멀리 볼 수 있습니다. 한 방향을 따라 연구하면 시간 변동을 모방합니다.
변화하는 미세 구조 상수에 대한 검색은 가장 근본적인 수준에서 제 시간에 변화 할 수있는 우주를 고려하고 특성화하는 것이 얼마나 어려운지를 반영합니다. 우리는 항상 현재에서 측정을 수행하기 때문에, 데이터의 해석은 우리가 존재하는 기판에서 자신을 풀고 측정하려고 할 때 반드시 몇 가지 가정을 만들어야합니다. α 에 대한 궁극적 인 진실이 무엇이든 그 이야기는 여전히 쓰여지고 있습니다.
igor teper는 물리학 자이며 저자입니다.
