Pytanie:
Skąd wiemy, że tempo rozpadu radioaktywnego jest stałe przez miliardy lat?
Pertinax
2017-05-23 23:53:19 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Razem z przyjacielem dyskutowaliśmy niedawno o idei, że tempo rozpadu radioaktywnego jest stałe w czasie geologicznym, na czym opierają się metody datowania.

Wydaje się, że duża liczba eksperymentów wykazała, że ​​na szybkość zaniku w dużej mierze nie ma wpływu środowisko (temperatura, aktywność słoneczna itp.). Ale skąd wiemy, że tempo zaniku jest stałe przez miliardy lat? A co by było, gdyby jakaś właściwość wszechświata pozostała taka sama przez sto lat, odkąd odkryto i zmierzono radioaktywność, ale była inna miliard lat temu?

Oświadczenie zamieszczone na stronie Wikipedii na temat rozpadu radioaktywnego brzmi:

[A] strofizyczne obserwacje zaników jasności odległych supernowe (które wystąpiły bardzo daleko, więc światło zabrało dużo czasu, aby do nas dotrzeć) zdecydowanie na to wskazują niezakłócone tempo zaniku było stałe.

Czy to prawda?

Interesuje mnie weryfikacja stałości tempa zaniku w bardzo długich okresach (miliony i miliardy lat). W szczególności nie interesuje mnie datowanie radiowęglowe ani inne metody datowania przedmiotów na przestrzeni tysięcy lat. Daty radiowęglowe, używane do datowania materiału organicznego młodszego niż 50 000 lat, są kalibrowane i porównywane z danymi nieradioaktywnymi , takimi jak słoje drzew tysiącletnich drzew i podobnie policzalnych rocznych osadów w morskich warwach, metoda weryfikacji, którą uważam za przekonującą i która nie jest dla mnie wyzwaniem.

Czy nie jest to pytanie o tę samą żyłę, co pytania o to, czy subtelna struktura, stała kosmologiczna, prędkość światła itp. Pozostawały niezmienne przez miliardy lat?Wobec pozornego braku jakiegokolwiek mocnego teoretycznego argumentu, dlaczego można oczekiwać, że parametry te będą się zmieniać w ciągu ostatnich kilku miliardów lat, oraz braku jakichkolwiek eksperymentów lub obserwacji astronomicznych, które sugerują, że te parametry się zmieniają, przypuszczam, że większość ludzi po prostu przyjmujeOccam's Razor i załóżmy, że te parametry są stałe, dopóki nie pojawią się dowody sugerujące inaczej.
@Samuel Nie mam nic przeciwko przypuszczeniom, ale lubię wiedzieć, gdzie są one wykonane.Pochodzę z dyscypliny, w której ludzie już regularnie teleskopują sześć lub siedem założeń nawet nie zdając sobie z tego sprawy, uzasadniając każde z nich brzytwą Ockhama i dochodząc do wniosku, który nazywają „najbardziej prawdopodobnym”, który wydaje mi się nieco lepszy niż „najmniejmało prawdopodobne ”.To założenie wydaje się bardzo prawdopodobne, ale w archeologii opiera się na nim tak bardzo, że byłbym szczęśliwy, gdyby można je było oprzeć na czymś więcej niż oszczędność i potwierdzić obserwacyjnie.
Powiązane: https://physics.stackexchange.com/q/48543/50583, https://physics.stackexchange.com/q/7008/50583 (o zmienności okresu półtrwania i nie-wykładniczym rozpadzie), https: //physics.stackexchange.com/q/78684/50583 (na temat sensowności „zmiany” wymiarowej stałej w czasie),
To dobre pytanie!Nie sądzę, aby którekolwiek z powiązanych pytań tak naprawdę to obejmowało.Szybkości rozpadu można w zasadzie wyprowadzić ze stałych sprzęgania Modelu Standardowego i wątpię, czy można je zmienić bez zmiany w zasadzie wszystkiego innego (np. Spowodowanie, że fuzja jądrowa będzie przebiegać zbyt szybko lub wolno, zmieniając widma gwiazd), ale nie wiemwystarczy, żeby to przypiąć.
@TheThunderChimp Patrz na przykład http://xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/9912131 i http://xxx.lanl.gov/abs/astro-ph/9901373
Najpierw musisz zdefiniować, jak mierzyć stabilność tempa zaniku w czasie.Potrzebujesz czasu.Zegar.Jakiego rodzaju zegara byś użył?Najbardziej precyzyjne i stabilne obecnie zegary to zegary atomowe.Ale prawie z definicji utrzymywałyby stałą szybkość rozpadu przez dowolny okres czasu.Czego jeszcze możesz użyć?Zegar wahadłowy?Skąd możesz wiedzieć, że stała grawitacji (a właściwie masa) jest naprawdę niezmienna w czasie?Potrzebujesz jakiegoś zegara, żeby to sprawdzić ...
Pięć odpowiedzi:
#1
+70
user154997
2017-05-24 03:20:26 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nie jest to odpowiedź na twoje dokładne pytanie, ale nadal tak bardzo powiązane, że myślę, że zasługuje na to: naturalny reaktor jądrowy Oklo, odkryty w 1972 r. w Gabonie (Afryka Zachodnia). Samopodtrzymujące się reakcje rozszczepienia jądrowego miały tam miejsce 1,8 miliarda lat temu. Fizycy szybko zrozumieli, w jaki sposób mogą wykorzystać to jako bardzo precyzyjną sondę do przekrojów poprzecznych wychwytywania neutronów tak daleko wstecz. W rzeczywistości ponowna analiza danych [1] została opublikowana w 2006 r. I dotyczyła jednego z autorów oryginalnych prac w latach 70-tych. Chodzi o to, że wychwytywanie neutronów jest znacznie zwiększone, gdy energia neutronów zbliża się do rezonansu wychwytującego jądra. Tak więc nawet niewielkie przesunięcie tych energii rezonansu spowodowałoby dramatycznie inny rezultat (inna mieszanka związków chemicznych w reaktorze). Wniosek z pracy jest taki, że rezonanse te nie zmieniły się o więcej niż 0,1 eV.

Należy zauważyć, że najbardziej interesującym wynikiem z punktu widzenia fizyki teoretycznej jest to, że to potencjalne przesunięcie może być związane z potencjalną zmianą stałej struktury drobnej $ \ alpha $. Artykuł konkluduje, że

$$ - 5.6 \ times 10 ^ {- 8} < \ frac {\ delta \ alpha} {\ alpha} < 6.6 \ times 10 ^ {- 8} $$

[1] Yu. V. Petrov, A. I. Nazarov, M. S. Oniegin, V. Yu. Petrov i E. G. Sakhnovsky, Naturalny reaktor jądrowy w Okle i wariacja stałych fundamentalnych: obliczenia neutroniki świeżego rdzenia, Phys. Wersja C 74 (2006), 064610. https://journals.aps.org/prc/abstract/10.1103/PhysRevC.74.064610

Brawa za wspomnienie o naturalnym reaktorze Oklo, który jest jednym z najfajniejszych elementów fizyki, jakie znam.
#2
+48
Lawrence B. Crowell
2017-05-24 03:14:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Komentarz Samuela Weira na temat stałej drobnoziarnistej struktury jest dość bliski odpowiedzi. W przypadku przejść elektromagnetycznych jądra zmieniłyby się one, gdyby stała subtelnej struktury zmieniała się w czasie. Jednak dane spektralne z odległych źródeł nie wskazują na taką zmianę. Przejścia atomów zmieniłyby ich energie i obserwowalibyśmy fotony z odległych galaktyk o różnych liniach widmowych.

W przypadku słabych i silnych oddziaływań jądrowych odpowiedź jest trudniejsza lub bardziej złożona. W przypadku silnych interakcji mamy więcej kotwicy. Gdyby silne interakcje zmieniły stałą sprzężenia, wpłynęłoby to na astrofizykę gwiazd. Gwiazdy w odległym wszechświecie znacznie różniłyby się od dzisiejszych. Ponownie obserwacje odległych gwiazd nie wskazują na tak drastyczną zmianę. W przypadku słabych interakcji sytuacja jest trudniejsza.

Znaczna część rozpadu jądra jest wynikiem oddziaływań słabych i wytwarzania promieniowania $ \ beta $ w postaci elektronów i pozytonów. Kreacjoniści mogą argumentować, że współczynnik słabych interakcji był znacznie większy w niedawnej przeszłości, aby wyglądało na więcej produktów pochodnych niż to, co ma miejsce obecnie. To daje wrażenie wielkiego wieku, którego nie ma. Problem z datowaniem węglowym w procesie rozpadu $$ {} ^ {14} _ 6C ~ \ rightarrow ~ {} ^ {14} _7N ~ + ~ e ^ - + ~ \ nu_e $$ jest to, że jeśli to się zmieniło w ciągu ostatnich 6000 $ lat, ulubionego czasu dla kreacjonistów, oznaczałoby to odchylenia między metodami datowania węgla a danymi historycznymi.

Nic z tego nie jest prawdziwym dowodem, ale zgadza się z pomysłem Bertranda Russella o czajniku krążącym wokół Jowisza.

„Czajniczek krążący wokół Jowisza” wydaje się bardzo słabą odpowiedzią na to.Jest to odpowiedź na propozycje, które są (obecnie) całkowicie nieobserwowalne, a więc zarówno nieweryfikowalne, jak i niefalsyfikowalne.Po dostarczeniu wskazówek, w jaki sposób możemy faktycznie zaobserwować pośrednie skutki szybkości rozpadu radioaktywnego w innych miejscach (i gdzie indziej), nie podważaj tej ograniczonej obserwowalności, porównując ją do twierdzenia Russella, które z założenia jest całkowicie nierozstrzygalne.
Oczywiście ignorowanie hipotetycznej możliwości zmian wynikających z niewłaściwego zastosowania Occam jest jeszcze gorsze.* Wiemy *, że wiele rodzajów zachowań cząstek przy bardzo wysokich energiach znacznie różni się od niskich energii, a zatem różni się w bardzo wczesnych epokach wszechświata.Fizycy powinni w ten czy inny sposób szukać dowodów na to, czy coś się zmienia, a jeśli tak, to co, jak i dlaczego.Jest różnica między patrzeniem i nie znajdowaniem, a nie patrzeniem, a sytuacja tutaj jest pierwsza.„Nie ma tu nic do zobaczenia, przejdź dalej” wystarczy uruchomić tylko wtedy, gdy faktycznie coś ukrywasz ;-)
Komentarze nie służą do rozszerzonej dyskusji;ta rozmowa została [przeniesiona do czatu] (http://chat.stackexchange.com/rooms/59290/discussion-on-answer-by-lawrence-b-crowell-how-do-we-know-that-radioactive-deka).
Możesz określić „kreacjonistów” jako „kreacjonistów młodej Ziemi”.
Po przedyskutowaniu tego stanowiska mogę powiedzieć absolutnie, że nie jest to żadna próba odpowiedzi na twierdzenie kreacjonistów Młodej Ziemi.Roszczenie ma charakter nagłej zmiany tempa w okolicach powodzi lub zdarzenia w okolicach Pelega.
#3
+33
nigel222
2017-05-24 18:07:52 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jest wiele pytań, na które należałoby odpowiedzieć, gdyby ktoś chciał stwierdzić, że nastąpiły duże zmiany tempa rozpadu w czasie geologicznym. Oto, co moim zdaniem może być najlepszym eksperymentem, aby udowodnić to twierdzenie.

Bez korzystania z dowodów radiologicznych można wywnioskować, że Ziemia ma co najmniej miliard lat, licząc roczne warstwy sedymentacyjne i mierząc grubości warstw skał, a także dokonując korelacji krzyżowej między nimi dzięki obecności identycznych lub prawie identycznych gatunków kopalnych. Tak właśnie postąpili wiktoriańscy geolodzy, prowadząc do jedynego znanego mi przypadku, w którym geologia pokonała fizykę w ustalaniu prawdy. Fizycy zapewnili, że świat nie może być dużo starszy niż 50 milionów lat, ponieważ żaden znany proces chemiczny nie byłby w stanie utrzymać gorącego słońca dłużej niż to. Geolodzy nalegali na co najmniej miliard lat i że gdyby nie chemia, to coś innego musiało zasilać słońce. Mieli rację. Słońce świeci przez nieznaną wówczas fuzję jądrową, a nie chemię. A tak przy okazji, to „przynajmniej”, ponieważ trudno jest znaleźć skały osadowe mające więcej niż miliard lat, a takie skały nie zawierają pomocnych skamieniałości. Aktywność tektoniczna wymazała większość śladów epoki przedkambryjskiej ... z wyjątkiem cyrkonii, ale skaczę do przodu.

Przejdźmy teraz do dnia dzisiejszego, kiedy możemy przeprowadzić izotopową mikroanalizę uranu i ołowiu wewnątrz kryształów cyrkonu ( krzemianu cyrkonu). (Przejdź do następnego akapitu, jeśli wiesz o cyrkoniach datowanych na radio). Cyrkon ma kilka wyjątkowych właściwości. Ekstremalnie wysoka temperatura topnienia. Ekstremalna twardość, większa niż kwarc. Duża gęstość. Wszechobecność (cyrkon w stopionej skale zawsze krystalizuje w cyrkonie w miarę ochładzania się stopu, zanim jakiekolwiek inne minerały w ogóle skrystalizują). A co najważniejsze, bardzo ciasna struktura krystaliczna, która nie może pomieścić większości innych pierwiastków jako zanieczyszczeń podczas formowania. Głównym wyjątkiem jest uran. Jedynym sposobem, w jaki ołów może dostać się do kryształu cyrkonu, jest uran, który rozpada się na ołów po zestaleniu się kryształu ze stopu. Uran występuje w postaci dwóch izotopów o różnych czasach rozpadu, a każdy łańcuch rozpadu kończy się innym izotopem ołowiu. Mierząc względne stężenia dwóch izotopów ołowiu i dwóch izotopów uranu w cyrkonie, można wydedukować czas od jej powstania przy użyciu dwóch różnych „zegarów”. Te cyrkonie są zwykle wielkości ziarenek piasku, więc próbka skały będzie zawierać miliony niezależnych „zegarów”, które pozwolą na dobrą analizę statystyczną.

Poszukajmy więc cyrkonii we wtargnięciu magmowym w skałę osadową, której wiek znamy z grubsza na podstawie geologii wiktoriańskiej. Najlepiej, jeśli skała magmowa to ta, która uformowała się na dużej głębokości, gdzie wszystkie istniejące wcześniej cyrkonie rozpuściłyby się z powrotem w stopie. Obecność minerałów metastabilnych pod wysokim ciśnieniem, takich jak diament lub oliwin, pozwoliłaby nam to wydedukować, a fakt, że wszystkie cyrkonie mają ten sam stosunek uranu do ołowiu, potwierdziłby to dedukcję. W przeciwnym razie można by się spodziewać mieszanki młodych i starszych cyrkonii. Wybierz najmłodszego, który skrystalizowałby się w czasie wtargnięcia, a nie zostałby poddany recyklingowi przez aktywność tektoniczną z dawnych czasów. (Co w wielu przypadkach jest pierwotnym zestaleniem skorupy ziemskiej i najlepszym oszacowaniem wieku naszej planety, ale nie ma to znaczenia w tym przypadku).

Teraz porównaj wiek wywnioskowany przez rozpad radioaktywny z mniej dokładnym wiekiem z geologii wiktoriańskiej. Jeśli tempo rozpadu radioaktywnego zmieniło się znacznie na przestrzeni czasu głębokiego geologicznego, nastąpi rozbieżność między tymi dwoma szacunkowymi epokami. Co więcej, spór będzie różny dla włamań w różnym wieku (zgodnie z oceną geologii wiktoriańskiej), ale spójny dla włamań w podobnym wieku w różnych lokalizacjach.

Poszukaj miejsc, w których znajduje się skała osadowa z intruzją, pokryta młodszą skałą osadową bez intruzji, co oznacza, że ​​można wywnioskować, że wiek intruzji mieści się między dwiema warstwami osadowymi. Im bliżej wieku dwóch warstw osadowych, tym lepiej.

Nie wiem, czy zostało to zrobione (na pewno mam taką nadzieję). Każdy poważny zwolennik zmiennego w czasie rozpadu radioaktywnego powinien to zbadać. Jeśli nikt nie szukał, wyjdź w teren, znajdź te rozbieżności i opublikuj. Jeśli ma rację, może to doprowadzić do nagrody Nobla. Z pewnością ciąży na nim obowiązek zrobienia tego, ponieważ w przeciwnym razie brzytwa Ockhama ma zastosowanie do tej teorii.

Wracając do fizyki, zadałbym jeszcze jedno pytanie, gdyby ta obserwacja nie ujawniła mocnych dowodów na to, że tempo rozpadu radioaktywnego zmienia się w czasie.To jest to.Jak to się stało, że „zegary” w cyrkoniach $ ^ {238} $ U i $ ^ {235} $ U zawsze się zgadzają?Rozpad radioaktywny to w zasadzie tunelowanie kwantowe przez potencjalną barierę.Okres półtrwania zależy wykładniczo od wysokości bariery.Każda proponowana zmiana czasu oznaczałaby, że wysokość tej bariery zmieniała się w czasie głębokim, w taki sposób, że względne tempo rozpadu $ ^ {235} U i $ ^ {238} U nie zmienia się .Co jest dużym wyzwaniem dla każdej takiej teorii, biorąc pod uwagę wykładniczą wrażliwość na zmiany.

Świetna odpowiedź, bardzo doceniam podejście „jak testować”, a pomysł zliczania warstw osadowych w celu sprawdzenia krzyżowego radiodatów wydaje się dobrym pomysłem, zwłaszcza że ta metoda datowania była używana już w czasach wiktoriańskich (uważam, żeto historyczne, jakieś dziewiętnastowieczne źródła na ten temat? Czy ktoś faktycznie policzył ręcznie do miliarda?)[email protected] sugeruje, że przeprowadzono już pewne kontrole krzyżowe, czy macie (lub on) jakieś źródła na ten temat?
RE U235-U238: Czy można oczekiwać, że zmiana, na przykład, słabej interakcji zmieni względną szybkość?
@TheThunderChimp możesz bezpłatnie pobrać „Principles of Geology” Sir Charlesa Lyella z Amazon Kindle lub domeny publicznej.To bardzo ważna książka i brakowało mu talentu Darwina do języka angielskiego.Ale ciekawie jest zagłębić się w stan geologii wiktoriańskiej.
Względne szybkości rozpadu: możliwe byłoby sformułowanie teorii, która utrzymywałaby względne szybkości rozpadu U235 i U238 na tym samym poziomie, zmieniając jednocześnie oba.Mój instynkt podpowiada mi, że byłoby to trudne (zwłaszcza, gdy sprawdzane są również inne długowieczne izotopy).
Istnieje również wiele dobrych dowodów z naturalnego reaktora jądrowego Oklo, cytowanych w odpowiedzi Luc J Bourhis.
Ostatni akapit, jeśli to rozumiem, jest właściwie sam w sobie doskonałą kwestią, ponieważ oznacza, że * zmiany podstawowych stałych nie spowodowałyby proporcjonalnych zmian szybkości zaniku *.Już samo to powinno zapewnić wszystkie podstawy potrzebne do obalenia jakiejkolwiek hipotezy o znacznie krótszej osi czasu.
#4
+31
alephzero
2017-05-24 02:40:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Podstawową kwestią jest to, że nie „wiemy” niczego o „prawdziwym świecie”. Jedyne, co mamy, to model świata i pewna miara tego, jak dobrze model pasuje do tego, co obserwujemy.

Oczywiście możesz skonstruować całkowicie spójny model, który mówi, że „niewidzialna, nieobserwowalna istota stworzyła wszystko, co kiedykolwiek widziałem na sekundę przed moim urodzeniem, i sprawiła, że ​​wydawało się, że jest znacznie starsza z powodów, których ludzie nie mogą zrozumieć ”. Ale jak napisał Newton w Principia w sekcji, w której określa swoje „zasady uprawiania nauki”, hipotezy non fingo - nie wymyślaj teorii tylko po to, by je wymyślać .

Właściwie jeden z przykładów Newtona podany w celu zilustrowania tego punktu był spektakularnie błędny - wykorzystał swoją ogólną zasadę do wniosku, że słońce wydziela światło i ciepło w wyniku tych samych reakcji chemicznych, co ogień węgla na ziemi - ale nie o to chodzi : biorąc pod uwagę ograniczoną wiedzę eksperymentalną, którą posiadał, nie potrzebował innej hipotezy o słońcu, aby wyjaśnić, co o nim wiadomo.

Tak więc sytuacja między tobą a twoim przyjacielem jest w rzeczywistości odwrotna. Ty (i wszyscy konwencjonalni fizycy) macie model wszechświata, który zakłada, że ​​te stałe nie zmieniają się w czasie i bardzo dobrze pasuje do obserwacji eksperymentalnych. Jeśli twój przyjaciel chce twierdzić, że zmieniają się , to na nim spoczywa obowiązek znalezienia pewnych obserwowalnych faktów, których nie można wyjaśnić w żaden inny sposób - a także wykazania, że ​​jego / jej nowa hipoteza nie psuje wyjaśnień niczego innego.

Jak stwierdzono w niektórych komentarzach, jeśli zaczniesz majstrować przy wartościach stałych fundamentalnych w Modelu Standardowym fizyki cząstek elementarnych, prawdopodobnie stworzysz alternatywny model wszechświata, który nie będzie pasował do obserwacji na bardzo dużą skalę - nie tylko w odniesieniu do datowania kilku skamieniałości ziemskich.

Podejście „całościowe” jest tutaj niezwykle ważne.Z pewnością możesz argumentować, że znalezienie skamieniałej ryby na szczycie wysokiej góry oznacza, że w pewnym momencie w historii musiała wystąpić globalna powódź - ale kiedy już masz globalny model tektoniki płyt,nie musisz już traktować tej skamieniałej ryby jako szczególnego przypadku!

Nie sądzę, aby to doprowadziło do sedna pytania: co dokładnie mogłoby pójść nie tak, gdyby stała zmienna sprzężenia?To nie jest szalony pomysł, ponieważ wiele z nich _zmieniło się_ we wczesnym wszechświecie.Nie "potrzebujemy" tego udowadniać, ale z łatwością powinniśmy być w stanie to zrobić.
Myślę, że to ostatecznie nie jest dobra odpowiedź.Przekonanie fizyków, że podstawowe stałe nie uległy zmianie, nie jest * a prioi * wnioskiem z brzytwy Ockhama, ale hipotezą * a posteriori * wynikającą z wielu niezależnych linii dowodowych, w tym pomiarów i modelowania, jak wyjaśniają inni.
#5
+3
Lawrence B. Crowell
2017-05-25 06:23:13 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Pomyślałem, że zawarłbym coś o tym, jak zmieniają się stałe sprzężenia i masy. To może być trochę nie na temat i pomyślałem o zadaniu pytania, na które sam bym odpowiedział. W każdym razie tutaj.

We wszechświecie mamy wiele wielkości, które są ze sobą powiązane fundamentalnymi stałymi. Pierwsze dwa to czas i przestrzeń, które są ze sobą powiązane prędkością światła $ x ~ = ~ ct $. Prędkość światła to coś, co uznam za absolutnie fundamentalne. To naprawdę jest w prawidłowych jednostkach sekunda świetlna na sekundę lub jedną. Prędkość światła definiuje stożki świetlne, które są podprzestrzeniami rzutowymi czasoprzestrzeni Minkowskiego. O czasoprzestrzeni Minkowskiego można zatem myśleć jako o fibracji nad przestrzenią rzutową wyznaczoną przez stożek światła. Inną podstawową wielkością odnoszącą się do właściwości fizycznych jest stała Plancka $ h $ lub $ \ hbar ~ = ~ h / 2 \ pi $. Widać to w $ \ vec p ~ - ~ \ hbar \ vec k $, gdzie $ \ vec k ~ = ~ \ hat k / \ lambda $. Odnosi się to do pędu i długości fali i jest również widoczne w zasadzie nieoznaczoności $ \ Delta p \ Delta x ~ \ ge ~ \ hbar / 2 $. Zasada nieoznaczoności może być określona zgodnie z metryką Fubiniego-Study, która jest fibracją z rzutowej przestrzeni Hilberta do przestrzeni Hilberta. Te dwa systemy mają zadziwiająco podobną strukturę, gdy są widziane w ten sposób. Następnie powiem jako postulat, że $ c $ i $ \ hbar $ są absolutnie stałe, a ponieważ pęd jest odwrotnością długości, to w jednostkach naturalnych stała Plancka jest długością na długość i jest bez jednostek.

W naturze istnieją inne stałe, takie jak ładunek elektryczny. Najważniejszą, najczęściej cytowaną stałą jest stała struktury drobnoziarnistej $$ \ alpha ~ = ~ \ frac {e ^ 2} {4 \ pi \ epsilon \ hbar c} ~ \ simeq ~ 1/137. $$ Ta stała jest absolutnie bez jednostek. W żadnym systemie jednostek nie ma jednostek. W naturalnych układach jednostek mamy, że $ e ^ 2/4 \ pi \ epsilon $ ma jednostki $ \ hbar c $, co w jednostkach MKS wynosi $ j-m $. Jednak z renormalizacji wiemy, że $ e ~ \ rightarrow ~ e) - ~ + ~ \ delta e $ jest korektą z $ \ delta e ~ \ sim ~ 1 / \ delta ^ 2 $, dla $ \ delta ~ = ~ 1 / \ Lambda $ odcięcie w skali kosmicznej dla propagatora lub ocena diagramu Feynmana. Oznacza to, że stała struktury drobnoziarnistej może zmieniać się wraz z energią rozpraszania i przy energiach TeV LHB $ \ alpha '~ \ sim ~ 1/127 $. Mamy oczywiście oddziaływanie silne i słabe i możemy wystarczająco dobrze stwierdzić, że istnieją stałe sprzężenia $ e_s $ i $ e_w $ oraz analogi stałych dielektrycznych $ \ epsilon_w $ i $ \ epsilon_w $, więc istnieją stałe struktury subtelnej $$ \ alpha_s ~ = ~ \ frac {e_s ^ 2} {4 \ pi \ epsilon_s \ hbar c} ~ \ simeq ~ 1, ~ \ alpha_w ~ = ~ \ frac {e_w ^ 2} {4 \ pi \ epsilon_w \ hbar c } ~ \ simeq ~ 10 ^ {- 5}. $$ Najczęściej tymi stałymi sprzężenia są $ g_s $ i $ g_w $. Te dwa mają renormalizacje $ g_s ~ = ~ g ^ 0_s ~ + ~ \ delta g_s $ i $ g_w ~ = ~ g ^ 0_w ~ + ~ \ delta g_w $ to prowadzi do problemu hierarchii i różnic w stałych sprzężenia. Te

Oczywiste jest, że stałe sprzężenia cechowania zmieniają się wraz z momentem. Nie zmieniają się one w czasie, co o $ x ~ = ~ ct $ lub bardziej ogólnie Lorentz zwiększa, co oznacza, że ​​jeśli pola mierników zmieniałyby się w czasie, zrobiłyby to z odległością przestrzenną. Jak dotąd nie ma obserwacji ani danych dotyczących takiej zmienności promieniowania emitowanego z bardzo odległego wszechświata.

A co z grawitacją i masą? Mamy masową renormalizację $ m ~ \ rightarrow ~ m ~ + ~ \ delta m $. Może to oznaczać, że masa cząstki może być renormalizowana przy wyższej energii, a co więcej, oznacza to warunki wynikające z wkładu energii próżni, która renormalizuje masę nieosłoniętej cząstki, musi się sumować i anulować, aby uzyskać masę, którą obserwujemy. Znowu dzieje się to z rozmachem. Dla pola Higgsa interakcja własna jest spowodowana terminem $ \ lambda \ phi ^ 4 $, technicznie oznacza to, że istnieje termin masowej renormalizacji $ \ sim ~ \ lambda / \ delta ^ 2 $ $ = ~ \ lambda \ Lambda $ dla $ \ delta $ mały obszar wokół punktu interakcji 4 $ punktowej, w którym rozmazaliśmy go na jakąś małą kulkę lub dysk o promieniu $ \ delta $. Również $ \ Lambda $ jest odpowiednim odcięciem pędu. Mamy podobną fizykę dla innych dziedzin, chociaż w przypadku fermionów występują subtelne problemy ze znakami,

Użyłem pola Higgsa, ponieważ uważam, że istnieje głęboki związek między grawitacją a polem Higgsa. Na podstawie tego obliczę, co moim zdaniem jest odpowiednim $ \ alpha_ {grav} $. Możemy obliczyć stosunek długości fali Comptona $ \ lambda ~ = ~ M_H / hc $ i promienia grawitacji $ r ~ = ~ 2GM_H / c ^ 2 $ cząstek Higgsa o ​​masie $ m ~ = ~ 125GeV $ $ = ~ 2,2 \ times 10 ^ {- 25} kg $. To znaczy $$ \ alpha_g ~ = ~ \ frac {4 \ pi GM_H ^ 2} {\ hbar c} ~ = ~ \ left (\ frac {4 \ pi M_H} {M_p} \ right) ^ 2 ~ = ~ 1,3 \ times 10 ^ {-33}, $$ gdzie $ M_p $ jest masą Plancka. Ta stała jest następnie łączona z masą wszystkich cząstek elementarnych. Renormalizacja masy Higgsa określa masę wszystkich innych cząstek.

Nic zatem nie wskazuje na to, że istnieją jakiekolwiek zmiany mas cząstek lub stałych sprzężenia, które zależą od czasu. Wszystkie zależą od pędów, a duża liczba składników diagramu Feynmana w różnych rzędach dodaje się i anuluje, aby uzyskać obserwowane masy. Dzięki supersymetrii jest to nieco prostsze dzięki usunięciu wielu diagramów.



To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...