Tema

Föränderliga naturlagar?

Fysikaliska storheter som ljushastigheten, gravitationskonstanten och elektronens massa är alltid desamma oberoende av var i universum de uppträder och vid vilken tid. Därför är de kända som naturkonstanter. Hade naturkonstanterna avvikit från de värden de faktiskt har skulle universum sett helt annorlunda ut och varken människan eller några andra livsformer skulle ha kunnat existera. Men tänk om naturkonstanterna – och därmed också naturlagarna – inte alls är konstanta utan gradvis förändras? Misstanken att det kan vara så har funnits länge och stärks nu av nya rön – bl a från Lunds universitet.

Konstanterna är så fundamentala att det vanligen är omöjligt att upptäcka eventuella förändringar eftersom de hjälpmedel vi använder för att mäta förändringarna förändras samtidigt. Om t ex atomens utsträckning i rummet förändras kommer ju atomerna i ”linjalen” vi mäter med att förändras i samma grad och allt att verka fullständigt normalt.

Men det finns konstanter som är ”dimensionslösa” dvs oberoende av några måttenheter. Den 21 april i år publicerades i Physical Review Letters rön som tyder på att en dimensionslös konstant – förhållandet mellan elektronens och protonens massa – inte är konstant utan förändras. Och inom kort kommer Monthly Notices of the Royal Astronomical Society att presentera mätningar som visar att en annan dimensionslös konstant benämnd finstrukturkonstanten också tycks undergå förändringar. Mätningarna har gjorts av professor Sveneric Johansson och hans doktorand Maria Aldenius vid Astronomiska institutionen vid Lunds universitet i samarbete med Michael Murphy, Cambridge.

Finstrukturkonstanten är en kombination av ljushastigheten, elektronens elektriska laddning, Plancks konstant och något som kallas vakuumpermittiviteten. Den karakteriserar den elektromagnetiska kraften som håller ihop atomens olika delar. För att undersöka hur denna konstant varierar med tiden har man jämfört det åldrade ljuset från kvasarer, oerhört energirika ljuskällor som ligger på flera miljarder ljusårs avstånd från oss, med moderna laboratoriedata. När ljuset från kvasarerna passerar gasmoln uppstår ett absorptionsspektrum – ett spektrum med ” hål” i form av svarta linjer. Dessa linjer bildar karakteristiska signaturer för de grundämnen som finns i ett sådant gasmoln. Förskjutningar i linjernas positioner i förhållande till motsvarande spektra från processer här och nu signalerar förändringar i finstrukturkonstanten.

– Man har tidigare gjort sådana mätningar baserade på lättare grundämnen som magnesium, kisel och aluminium, säger Sveneric Johansson. Men det gick inte att dra några slutsatser av materialet. 1999 föreslog en austaliensk forskargrupp ledd av John K Webb att man skulle utöka antalet grundämnen som undersöktes. Vi i Lund blev ombedda att hjälpa gruppen med laboratoriemätningarna och vi förbättrade metoden nogrannheten ytterligare genom att göra alla mätningar samtidigt från en och samma ljuskälla. Nu finns magnesium och järngruppens grundämnen järn, titan, mangan och zink med i undersökningen.

– Resultatet är att osäkerheten hos ”linjalen” har minskat med en faktor tio. Men bilden från de tidigare mätningarna består: finstrukturkonstanten tycks ha förändrats.

Förändringarna av såväl förhållandet elektron/proton som finstrukturkonstanten är mycket små. Finstrukturkonstanten har förändras med några miljontedelar under sex miljarder år. Det finns ingen anledning till oro – såvida man inte är fysiker eller astronom och inte vill revidera den världsbild vi i dag har. Men Sveneric Johansson tycker att resultaten är mer spännande än besvärande.

– Vår bild av universum är på många sätt ofullständig, resonerar han. Vi vet inte vad 90% av världsalltets materia består av – den så kallade ”mörka materien”. Och det finns många sinsemellan motstridiga uppfattningar om vad som hände efter Big Bang, den stora ursmällen. Det är uppenbarligen mycket vi inte vet. Därför måste vi välkomna all ny kunskap även om den inte passar in i dagens världsbild.

Kontaktinformation
För ytterligare information: Sveneric Johansson nås på tel 046 222 15 83, e-post Sveneric.Johansson@astro.lu.se, Maria Aldenius på tel 046 222 72 92, e-post Maria.Aldenius@astro.lu.se

Föränderliga naturlagar?

 lästid ~ 3 min