【物理常见问题】-【版权所有】

2005年增加了额外的参考文献。
史蒂夫·卡利普原创。


物理常数随时间变化吗?

正如我们目前所理解的那样,物理学的基本定律取决于大约25个参数,如普朗克常数小时,重力常数、质量和电子的电荷。很自然会问这些参数是否真的常数,或者它们是否在空间或时间上变化。

狄拉克的大数假说激发了人们对这个问题的兴趣。中的“大量”问题是两个电子之间的电力和引力的比率,大约是1040; 对于为什么物理学中会出现如此巨大的数字,没有明显的解释。狄拉克指出这个数字几乎与以原子单位表示的宇宙年龄相同,并在1937年提出如果基本常数(特别是),-随着宇宙老化。电磁和引力相互作用的比率会很大,因为宇宙是古老的。这种变化超出了普通广义相对论,但可以通过对理论进行了相当简单的修改。其他模型,包括Brans-Dicke引力理论和一些超弦理论的版本也预测了变化的物理“常数”。

在过去的几十年里,人们对变异的证据进行了广泛的搜索基本“常数”。所使用的方法中有天体物理学观测遥远恒星的光谱,寻找行星半径的变化转动惯量、轨道演化研究、异常搜索微弱恒星的光度,放射性核素丰度比的研究,以及电流变化)直接实验室测量。

研究“Oklo现象”是一种强有力的方法。Oklo是年加蓬的一个铀矿床非洲中西部,大约180亿年前成为天然核反应堆。同位素组成裂变产物的存在使我们能够对核相互作用的可能变化进行详细的研究。另一个方法是检查来自不同类型原子跃迁的遥远类星体的谱线比率(共振、精细结构和超精细)。产生的频率与电子电荷有不同的依赖关系以及质量、光速和普朗克常数,可以用来将这些参数与它们在地球。日食提供了另一种对引力常数变化的敏感测试。如果不同的是,日食轨迹与我们今天计算的轨迹会有所不同,所以日全食的事实发生在特定位置提供了强大的约束,即使日期未知。

到目前为止,这些调查还没有发现基本面变化的证据“常数”。大多数常数的当前观测极限在10分之一的订单1010分之一11每年。因此就我们目前的观察能力而言,基本常数实际上是常数。

参考文献:

对于大数假设和恒常性的简短介绍,请参见:

C.M.威尔,爱因斯坦是对的吗?(基础图书,1986年)

有关各种测量的更多技术分析,请参阅:

P.Sisterna和H.Vucetich,《物理评论》D41(1990)1034和《物理评论》D44(1991)3096

E.R.科恩,in重力测量、基础计量和常量V.De Sabbata和V.N.Melnikov,编辑(Kluwer学术出版社,1988年)

《物理常数》,《皇家哲学学报》伦敦学会A310(1983)209–363

“精细结构时间变化的Oklo界限不断重温“T.Damour和F.Dyson,Nucl.Phys。B480码(1996) 37–54,庚烷/9606486

迈克尔·达夫:“基本常数随时间变化的评论”,hep-th/0208093(2004)

达夫、奥肯和维内齐亚诺:“关于基本常数数量的试验”,JHEP203 23 (2002),物理/0110060