Все физические величины можно измерить с помощью одной секунды: физики переосмысливают фундаментальные константы
А вы когда-нибудь задумывались, сколько «кирпичиков» нужно для описания всего мироздания? Нет, речь не о каких-нибудь элементарных частицах, а о фундаментальных константах — тех самых базовых стандартах, с помощью которых мы измеряем все на свете. Оказывается, среди ученых до сих пор кипят нешуточные споры о том, сколько же их нужно. И вот, группа бразильских исследователей предложила, как ни странно, радикальное решение: всего одна! И эта константа — секунда.
Старая гвардия, новые взгляды: спор у кафетерия ЦЕРНа
Как это часто бывает, серьезные научные дебаты начинаются с непринужденных бесед. Представьте себе: лето, терраса кафетерия ЦЕРНа, три светила теоретической физики — Майкл Дафф, Лев Окунь и Габриэле Венециано — спорят о количестве фундаментальных констант. Дело было в далеком 1992 году. Окунь был непреклонен: три единицы — метр, килограмм и секунда — необходимы и достаточны для измерения всего. Венециано считал, что можно обойтись и двумя — временем и длиной. А Дафф, как истинный теоретик, уклонялся от однозначного ответа, утверждая, что все зависит от конкретной теории. Этот спор стал зерном, из которого проросло новое исследование.
Пространство-время: ключ к разгадке
Спустя годы, бразильские физики, вдохновленные этим спором, решили копнуть глубже. Они задались вопросом: а не зависит ли количество констант от типа пространства-времени? И вот что выяснилось: в галилеевом пространстве-времени, на котором основывается классическая механика Ньютона, действительно нужны и линейка, и часы — то есть, единицы длины и времени. Но как насчет релятивистского пространства-времени, где действуют законы Эйнштейна? Оказывается, там все иначе.
Позвольте объяснить. В релятивистской картине мира, пространство и время неразрывно связаны. И в этом союзе секунда — единица времени — становится универсальной мерой. Зачем нам что-то еще, если время пронизывает все?
Секунда как мерило всего: как это возможно?
Как такое возможно, спросите вы? Разве можно измерить массу или температуру, используя только секунды? На первый взгляд, кажется нереальным. Но давайте взглянем на это с другой стороны. Масса — это, по сути, мера того, как тело реагирует на ускорение. А ускорение — это изменение скорости со временем, верно? Постепенно мы приходим к тому, что все физические величины могут быть выражены через взаимодействия, связанные со временем.
А что же с массой, спросите вы? Вспомним, что исторически килограмм был определен как масса литра воды при определенных условиях. Это, конечно, удобно, но не фундаментально. В то время как секунда — это некая «абсолютная» мера, привязанная к атомным процессам, а именно к колебаниям атома цезия-133.
Честные часы и «социальная» константа
И вот тут в игру вступают «честные часы». Это, по сути, любой прибор, способный точно отсчитывать 9 192 631 770 колебаний излучения атома цезия. Именно это количество колебаний — это секунда. Как ни парадоксально, именно секунда, опирающаяся на атомный процесс, позволяет нам делать «абсолютные» измерения, которые не зависят от нашего произвола.
Но погодите, а почему именно цезий? И вот тут исследователи говорят о «социальном» аспекте. Выбор конкретной константы для определения секунды — это историческое и социальное соглашение. В принципе, можно было бы использовать и другую константу, связанную с каким-либо другим фундаментальным процессом.
Революция в физике или просто красивая идея?
Так что же, бразильские физики предлагают революцию в физике? Возможно, не совсем. Скорее, они предлагают по-новому взглянуть на наши базовые принципы. Идея о том, что все можно свести к одной фундаментальной константе, действительно элегантна. И, честно говоря, завораживает.
Безусловно, это не означает, что все другие единицы измерения должны быть отброшены. Напротив, они по-прежнему необходимы для практических целей. Но теперь у нас есть еще один угол зрения — взгляд, в котором все сходится к одному: секунде, пульсирующей в самом сердце всего сущего. А вы знали? Похоже, время — действительно, всё.
