Поиск изменений постоянной Планка
(Looking for variations in Planck's constant)
Можно ли с помощью GPS найти вариации постоянной Планка?
Физики в США говорят, что они воспользовались общедоступными данными из глобальной системы позиционирования (GPS) спутников, для того чтобы установить предел того, насколько может варьироваться постоянная Планка от места к месту. Их методика включает в себя анализ мизерных коррекций, которые применяют к атомным часам, используемых в спутниках GPS - поправки, вносимые для учета релятивистских эффектов, вызванных орбитами спутников. Однако не все физики согласны, что анализ имеет смысл.
GPS основана на чрезвычайно точных измерениях того, сколько времени занимает прохождение сигналов от нескольких спутников к приемнику на Земле. Так как эти измерения времени должны быть невероятно точными, то используются атомные часы на борту спутников. Эти часы измеряют частоту электромагнитного излучения конкретных атомных переходов, которая связана с энергией перехода через постоянную Планка.
По причинам, изложенным в специальной и общей теориях относительности Эйнштейна, часы в космосе необходимо регулярно поправлять, с тем, чтобы они шли согласованно с атомными часами на Земле и друг с другом. После того как соответствующие релятивистские поправки сделаны, время на часах должно быть одинаковым независимо от различий в местных гравитационных потенциалах часов. Так что если есть еще отклонение, то возможно постоянная Планка могла бы варьироваться от места к месту, - иными словами, концепция известная как локальная Планковская инвариантность (LPI), возможно, не верна.
Джеймс Кентош (James Kentosh) и Макан Мохаджег (Makan Mohageg) из Университета штата Калифорния, в Нортридже говорят, что они использовали эти общедоступные спутниковые данные, чтобы установить верхний предел на возможное нарушение LPI в значении постоянной Планка. Сравнивая поправки, которые были на самом деле сделаны для часов с теми, которые определены по теории относительности, Кентош и Мохаджег подсчитали, верхний предел на нарушение LPI.
Сравнение поправок
Постоянная Планка определяет величину энергии квантов в физической системе: например, квант электромагнитного излучения (фотон), имеет энергию, равную постоянной Планка умноженной на частоту электромагнитного поля.
Кентош и Мохаджег просмотрели данные от семи спутников GPS из 32 на том основании, что они имели самые стабильные часы. Поправки часов опубликованы в 15 минутные интервалы и они посмотрели данные за 13 месяцев 2010-2011 гг. Они смотрели, как поправки изменяются в зависимости от радиального расстояния спутника до Земли и обнаружили небольшое несоответствие в том, что можно было бы ожидать по теории относительности.
Этого, однако, недостаточно, чтобы установить предел на нарушение LPI для постоянной Планка, потому что не исключено, что замедление времени в пути влияет на различные часы и также может нарушать LPI. Исследователи говорят, что они приняли это во внимание, ознакомившись с работой, проведенной в 2010 году Виктором Фламбаумом (Victor Flambaum) из Университета Нового Южного Уэльса с коллегами из Австралии и Франции, которые сравнили время по атомным часам с временем по криогенным часам с сапфировым генератором из Парижской обсерватории. Кентош и Мохаджег полагают, что результаты эксперимента Фламбаума могут быть использованы для установления ограничения на нарушение LPI по замедлению времени в их исследованиях. Суммируя все это вместе, Кентош и Мохаджег нашли, что постоянная Планка удовлетворяет LPI с точностью до 0,007.
Три недостатка?
Тем не менее, не все согласны с этим выводом, в том числе и сам Фламбаум. Он сказал для
physicsworld.com
, что он находит три недочета в статье с описанием анализа, которая была опубликована в журнале
Physical Review Letters
. Постоянная Планка имеет размерность энергии умноженной на время и Фламбаум говорит, что нет никакого смысла в поисках изменений размерных фундаментальных констант, так как единицы определения этих размерностей также могут варьироваться.
Вместо этого, он считает, что физики должны сконцентрироваться на безразмерных величинах, таких как постоянная тонкой структуры. Он также отмечает, что атомные часы, используемые в анализе, были все подобны и, следовательно, их поведение имеет одинаковую зависимость от физических констант - что делает невозможным искать нарушения LPI. Вместо этого, он утверждает, что требуется иметь двое разных часов для таких целей. Наконец, Фламбаум не согласен и с интерпретацией Кентоша и Мохаджега их статьи по сравнению часов в 2010 году.
Кентош сказал для physicsworld.com, что он и Мохаджег осознают ограниченность их анализа: «Важно отметить, что наши результаты применимы только в рамках общей теории относительности, которая предсказывает, что скорость света, масса покоя, энергия и длина инвариантны при измерении локально. Если любой из этих макроскопических параметров изменялся бы в зависимости от гравитационного потенциала, измеряемого локально, это исказило бы наши результаты».
Кентош и Мохаджег в настоящее время работают над новой статьей, в которой описывают свой метод более подробно. Между тем, Фламбаум и его коллега Джулиан Беренгут (Julian Berengut) представили комментарии по этой теме для публикации в журнале
Physical Review Letters
.
Об авторе
Хэмиш Джонстон (Hamish Johnston), редактор
physicsworld.com
Согласен с Фламбаумом по сути в том смысле, что вариации размерных констант, если и обнаружатся,- а скорее всего они обнаружатся, то есть вариации и по времени и в пространстве, то интерпретировать их будет очень сложно, потому что они завязаны на эталоны единиц измерения. А вот безразмерные константы - это более универсальные и более фундаментальные постоянные. В этом смысле математические константы имеют прямо таки ореол божественности. Ведь ни у кого не возникает мысли искать вариации числа пи или числа е, а ведь ими пронизана вся математическая физика.