През 1992 г. трима известни физици – Лев Окун, Габриеле

През 1992 година трима известни физици – Лев Окун, Габриеле Венециано и Майкъл Дъф – стартират спор. Въпросът е елементарен: какъв брой фундаментални цифри или константи са нужни, с цел да се опише изцяло физическата действителност? Окун твърди, че те са три. Венециано твърди, че са две. Дъф твърди, че са нула.

Този спор продължава и до през днешния ден и демонстрира, че даже водещите учени нямат консенсус по самите основи на нашия свят. Нека разгледаме техните причини.

Позиция 1: нужни са три константи

За доста физици от XX век отговорът наподобява явен. Съществуват три съществени константи, които дефинират всичко в близост.

Първото число е c – скоростта на светлината. Тя е универсалната граница, която свързва пространството и времето в една четириизмерна тъкан. Чрез формулата E=mc² тя свързва масата и силата. Без „ c “ цялата доктрина на относителността на Айнщайн не работи.

Второто число е h – константата на Планк. Тя дефинира най-малкото измерение, в което силата може да съществува на обособени порции, или „ кванти “.

Третото число е G – гравитационната константа. Тя дефинира силата на привличане и ни оказва помощ да моделираме космоса – от падащите предмети до придвижването на галактиките.

Според Окун тези цифри са трите обособени съществени правилото, върху които е построена актуалната физика. Ако премахнем даже единствено едно от тях, ще загубим описанието на огромна част от Вселената. Заедно те основават „ координатна система “ за всички физични теории.

Позиция 2: Необходими са две константи

Габриеле Венециано не е склонен с този метод. Той е един от основателите на теорията на струните и гледа на казуса по друг метод, тъй като теорията на струните претендира да бъде „ теорията на всичко “.

От тази позиция някои константи може да не са толкоз съществени. Те може да произтичат от по-дълбоки свойства на материята. Например в теорията на струните всички частици не са точки, а дребни вибриращи струни. Тяхната маса е силата на вибрациите им. Ако това е по този начин, тогава понятията маса и заряд към този момент не са съществени. Те стават разследване от геометрията и придвижването на струните.

Венециано счита, че единствено две цифри са задоволителни, с цел да се опише сходно устройство: скоростта на светлината c и главната дължина на самата струна. Всичко останало, в това число G и h, можело да се изведе от тях.

Позиция 3: няма никакви константи

Майкъл Дъф слага въпроса по друг метод. Какви цифри биха останали във физиката, в случай че се отстранен всички човешки ангажименти?

Скоростта на светлината е 299 792 458 метра в секунда. Но какво е метър? Какво е секунда? Това са единици, които сме измислили, тъй като по този начин ни е комфортно. Природата не знае нищо за метрите и секундите. Ако измервахме дистанцията в стъпки, а времето – в удари на сърцето, цифровата стойност на „ c “ щеше да е напълно друга.

Според Дъф има константи на измеренията (c, h, G), които зависят от нашите единици. Има и безразмерни константи – цифри, които не зависят от нищо. Пример за безразмерна константа е съотношението сред масата на протона и масата на електрона. То е почти 1836. Това число ще бъде едно и също, без значение в какви единици мерите масата.

Въз основа на тази логичност единствено безразмерните константи могат да се смятат за същински съществени. Какво тогава да кажем за c, h и G? Теоретичните физици постоянно употребяват система от „ естествени единици “, в която и трите константи са равни на единица. Те просто избират такива единици за време, дължина и маса, че тези величини да изчезнат от формулите.

Ако една константа може да бъде отстранена, като просто се промени системата за премерване, дали тя е свойство на Вселената, или е свойство на нашия метод да я опишем? Стигаме до извода, че базовите константи на измеренията са нула.

Позицията на актуалните учени е, че е нужна една константа

Спорът можеше да бъде пропуснат, в случай че неотдавна в него не се беше присъединила нова група учени, ръководена от Джордж Мацас. Техният отговор е: една.

Аргументът е построен върху оптимално опростяване. Най-основният развой, който можем да измерим, е протичането на времето. Да приемем, че имаме идеален часовник. Можем ли да го използваме за премерване на всичко останало?

Можем. Теорията на относителността обвързва пространството и времето толкоз тясно, че измервайки едното, дефинираме и другото. Гравитацията, от своя страна, обвързва геометрията на пространство-времето с масата. Като наблюдавате по какъв начин даден обект се движи под въздействието на гравитацията и мерите времето, можете да определите масата му.

Така че всички физични величини могат да се сведат до премерване на времето. Така че, с цел да опишем Вселената, се нуждаем единствено от една съществена константа – тази, която задава модела на времето, като да вземем за пример честотата на атомния часовник.

От друга страна, квантовата механика не позволява съществуването на идеален часовник. Принципът на неопределеността на Хайзенберг гласи, че колкото по-прецизно мерите времето, толкоз повече сила е нужна за това. В някакъв миг вашият свръхпрецизен часовник ще стане толкоз енергийно компактен, че ще се срине в черна дупка.

Луис Есен (вдясно) и Джак Пари (вляво) стоят до първия в света атомен часовник с цезий-133 през 1955 година

И по този начин, какъв брой цифри са нужни, с цел да се опише Вселената?

Самият спор може да бъде оценен от различен ъгъл. Основната причина за несъгласието е, че участниците имат разнообразни разбирания за думата „ главен “. За едните това са числата, нужни за действието на теориите. За различен това са числата, които съществуват и без хората. За трети това е минимумът за осъществяване на измерванията. Оказва се, че това е спор за дефиниции, а не за физика. Освен това сходни разногласия може да се окажат преждевременни. Познанията ни за Вселената са непълни, а новите открития могат изцяло да трансформират самия въпрос. Ето за какво, макар че въпросът за числата е доста бездънен, той не оказва въздействие върху сегашните действителности.