cherry

О постоянстве
электромагнитного взаимодействия.

Меня давно волновал дурацкий вопрос:
а почему фундаментальные константы – постоянные?
Дурацкий в том смысле, что ответ на него очевидный: они – рекордно точно измеряемые физические величины. И их возможное ( а из общефилософских соображений – неизбежное)
изменение пока что просто под уровнем погрешности наших самых точных измерений.

Зато теперь, с прогрессом оптоволоконных систем связи, открывается, похоже, возможность обнаружить возможное (ожидаемое?) изменение постоянной тонкой структуры.


Речь об инструментальном наблюдении измеенения параметра электрон-фотонного взаимодействия

α = e^2/ħс = 0.007297 352 5693 (1)

Постоянство α установлено с погрешностью 1е-8%.
Пока это – предел достижимой точности номинала α и порог обнаружения его возможного изменении, исключить каковое вроде бы нет оснований. .

И, коли речь об изменении,
то два свойств α подсказывают идею надлежащего опыта, позволяющего отследить таковое намного ниже указанного порога.

Первое.
Квадрат α «регулирует» длину волны
характеристических атомных излучений. Например, головной линии серии Лаймана:

Л = 16πħ^3 c/(3me^4) = 16 π/3 К/α^2

где К = ħ/mс = 3.9е-11 см – комптоновская длина для электрона.

Второе.
Сама же α «регулирует» размер атомов.
Например, радиус Б атома водорода:

Б = ħ^2/me2 = с ħ^2/(mсe^2) = К/ α

И, надо полагать,
– размеры конденсированных из атомов тел.
Например, длину Д кварцевых оптических волноводов (волокон). Так что гипотетическое увеличение/уменьшение α хоть и ведёт к уменьшению/увеличению Д, но в 1/α раз быстрее относительно (скажем, лазера). И, стало быть, росту отношения:

О = Д/Л ~ α

Нынче, пишут, доступны Д = 1000 км (оптическая 1450 км). Направим в такой волновод лазерный луч (пусть Л =1.55 мкм). А часть – на детектор выходного луча. Тогда ожидается максимум сигнала при целом О = Д/Л и минимум – полуцелом. В данном случае О ~ 1е12, что обеспечит разрешение ~ 1е-10% – намного лучше точности самого α.

И ещё.

В космологии наблюдают «покраснение»* характеристического излучения удалённых галактик. Но формально оно же – «посинение» аналогичного у нас. И, если Доплер «не виноват», то на самом деле астрономы могут наблюдать аккурат (космологическое?) увеличение постоянной α **. Каковое, буде в предлагаемом опыте задействовано в полной мере, обеспечит изменение О со временем t на величину :
ΔО = О Н Δt = 1.9е-6 Δt
То есть, на 1 каждые Δt = 1/1.9е-6 = 6 суток***.

Остаются, правда, вопросы о влиянии на О уменшениея поперечного сечения волокна (подобное Д). Но это может и не оказаться фатальным, если обеспечить режим работы волновода подобный работе связных, где волноводная дисперсия компенсирована таковой показателя преломления кварца.

======================
* Объясняя сие эффектом Доплера: галактики-де "разлетаются" во все стороны и, чем дальше – тем быстрее.
Этот феномен характеризуют постоянной Хаббла
Н = 2е-18 1/сек (70 км/с на мегапарсек дистанции).

** И по любому
– ускоренный ход земных атомных часов относительно аналогичных небесных.

*** Если, разумеется, лазер удержит волну. Пишут, однако, что атомные часы держат её на много порядков лучше, чем 1е-10 % .

__________________
Нельзя идти вперёд, не идя к социализму (Ленин, 1917)