Diracova hypotéza velkých čísel - Dirac large numbers hypothesis
The Diracova hypotéza velkých čísel (LNH) je pozorování provedené uživatelem Paul Dirac v roce 1937 související poměry velikostí v EU Vesmír k tomu silových stupnic. Poměry představují velmi velká bezrozměrná čísla: některá 40 řádů v současné kosmologické epochě. Podle Diracova hypotézy nemusí být zdánlivá podobnost těchto poměrů pouhou náhodou, ale může znamenat kosmologie s těmito neobvyklými funkcemi:
- Síla gravitace, kterou představuje gravitační konstanta, je nepřímo úměrný věk vesmíru:
- Hmotnost vesmíru je úměrná druhé mocnině věku vesmíru: .
- Fyzikální konstanty ve skutečnosti nejsou konstantní. Jejich hodnoty závisí na věku vesmíru a počtu motivů umístěných ve vesmíru.
Pozadí
LNH byla Diracova osobní odpověď na soubor velkého počtu „náhod“, které zaujaly ostatní teoretiky své doby. „Náhody“ začaly Hermann Weyl (1919),[1][2] který spekuloval, že pozorovaný poloměr vesmíru, RU, může být také hypotetický poloměr částice, jejíž klidová energie se rovná gravitační vlastní energii elektronu:
kde,
a rE je klasický elektronový poloměr, mE je hmotnost elektronu, mH označuje hmotnost hypotetické částice a rH je jeho elektrostatický poloměr.
Shodou okolností se dále zabýval Arthur Eddington (1931)[3] kdo vztahoval výše uvedené poměry k N, odhadovaný počet nabitých částic ve vesmíru:
Kromě příkladů Weyla a Eddingtona byl Dirac ovlivněn také hypotéza pravěkých atomů z Georges Lemaître, který na toto téma přednášel v Cambridge v roce 1933. PojemG kosmologie se poprvé objevuje v díle Edward Arthur Milne několik let předtím, než Dirac vytvořil LNH. Milne se nenechal inspirovat mnoha náhodami, ale nechutí k Einsteinovi obecná teorie relativity.[4][5] Pro Milne nebyl prostor strukturovaným objektem, ale pouze referenčním systémem, ve kterém by takové vztahy mohly vyhovět Einsteinovým závěrům:
kde MU je hmota vesmíru a t je věk vesmíru. Podle tohoto vztahu G se časem zvyšuje.
Diracova interpretace velkého počtu náhod
Weylův a Eddingtonův poměr výše lze přeformulovat různými způsoby, například v kontextu času:
kde t je věk vesmíru, je rychlost světla a rE je klasický poloměr elektronu. Proto v jednotkách, kde C = 1 a rE = 1, věk vesmíru je asi 10 let40 jednotky času. To je stejné řádově jako poměr elektrický do gravitační síly mezi a proton a elektron:
Z tohoto důvodu, tlumočení nabít z elektron, masy a protonu a elektronu a faktor permitivity v atomových jednotkách (rovná se 1), hodnota gravitační konstanta je přibližně 10−40. Dirac to interpretoval tak, že to znamená se mění s časem jako . Ačkoli George Gamow poznamenal, že taková časová variace nutně nevyplývá z Diracových předpokladů,[6] odpovídající změna G nebyl nalezen.[7]Podle obecné relativity však G je konstantní, jinak je porušen zákon konzervované energie. Dirac tento problém vyřešil zavedením do Einsteinovy rovnice pole funkce měřidla β který popisuje strukturu časoprostoru z hlediska poměru gravitačních a elektromagnetických jednotek. Poskytl také alternativní scénáře pro kontinuální vytváření hmoty, což je jeden z dalších významných problémů v LNH:
- "aditivní" tvorba (nová hmota se vytváří jednotně v celém prostoru) a
- „multiplikativní“ stvoření (nová hmota se vytváří tam, kde již existují koncentrace hmoty).
Pozdější vývoj a interpretace
Diracova teorie inspirovala a inspiruje významnou skupinu vědecké literatury v různých oborech. V kontextu geofyzika, například, Edward Teller Zdálo se, že v roce 1948 vzneslo proti LNH vážnou námitku[8] když tvrdil, že odchylky v síle gravitace nejsou v souladu s paleontologické data. Nicméně, George Gamow prokázáno v roce 1962[9] jak jednoduchá revize parametrů (v tomto případě stáří sluneční soustavy) může vyvrátit Tellerovy závěry. Debatu dále komplikuje výběr LNH kosmologie: V roce 1978, G. Blake[10] tvrdil, že paleontologická data jsou v souladu s „multiplikativním“ scénářem, nikoli však s „aditivním“ scénářem. Argumenty pro i proti LNH jsou také vyrobeny z astrofyzikálních úvah. Například D. Falik[11] tvrdil, že LNH je v rozporu s experimentálními výsledky pro mikrovlnné záření na pozadí zatímco Canuto a Hsieh[12][13] tvrdil, že to je konzistentní. Byl předložen jeden argument, který vyvolal značnou polemiku Robert Dicke v roce 1961. Známý jako antropická náhoda nebo vyladěný vesmír jednoduše uvádí, že velká čísla v LNH jsou nezbytnou náhodou pro inteligentní bytosti, protože se parametrizují fúze z vodík v hvězdy a tedy na bázi uhlíku život jinak by nevzniklo.
Různí autoři zavedli nové sady čísel do původní „shody okolností“ zvažované Diracem a jeho současníky, čímž se rozšířili nebo dokonce odchýlili od Diracových vlastních závěrů. Jordan (1947)[14] poznamenal, že hmotnostní poměr pro typickou hvězdu (konkrétně hvězdu hvězdy) Chandrasekharská mše, sama konstanta přírody, cca. 1,44 hmotností Slunce) a elektron se blíží 1060, zajímavá variace na 1040 a 1080 které jsou obvykle spojeny s Diracem a Eddingtonem. (Fyzika definující Chandrasekharská mše produkuje poměr, který je -3/2 síla konstanty gravitační jemné struktury, 10 −40.)
Několik autorů nedávno identifikovalo a přemýšlelo o významu ještě dalšího velkého počtu, přibližně 120 řádů. Jedná se například o poměr teoretických a pozorovacích odhadů hustota energie vakua, který Nottale (1993)[15] a Matthews (1997)[16] spojené v kontextu LNH se zákonem o změně měřítka pro kosmologická konstanta. Carl Friedrich von Weizsäcker identifikováno 10120 s poměrem objemu vesmíru k objemu typického nukleonu ohraničeného jeho Comptonovou vlnovou délkou a tento poměr identifikoval se součtem elementárních událostí nebo bity z informace ve vesmíru.[17]
Viz také
Reference
- ^ H. Weyl (1917). „Zur Gravitationstheorie“. Annalen der Physik (v němčině). 359 (18): 117–145. Bibcode:1917AnP ... 359..117W. doi:10,1002 / a 19173591804.
- ^ H. Weyl (1919). „Eine neue Erweiterung der Relativitätstheorie“. Annalen der Physik. 364 (10): 101–133. Bibcode:1919AnP ... 364..101W. doi:10.1002 / a19193641002.
- ^ A. Eddington (1931). „Předběžná poznámka o masách elektronů, protonů a vesmíru“. Sborník Cambridge Philosophical Society. 27 (1): 15–19. Bibcode:1931PCPS ... 27 ... 15E. doi:10.1017 / S0305004100009269.
- ^ E. A. Milne (1935). Relativita, gravitace a struktura světa. Oxford University Press.
- ^ H. Kragh (1996). Kosmologie a diskuse: Historický vývoj dvou teorií vesmíru. Princeton University Press. str.61–62. ISBN 978-0-691-02623-7.
- ^ H. Kragh (1990). Dirac: Vědecká biografie. Cambridge University Press. p.177. ISBN 978-0-521-38089-8.
- ^ J. P.Uzan (2003). "Základní konstanty a jejich variace, pozorovací status a teoretické motivace". Recenze moderní fyziky. 75 (2): 403. arXiv:hep-ph / 0205340. Bibcode:2003RvMP ... 75..403U. doi:10.1103 / RevModPhys.75.403. S2CID 118684485.
- ^ E. Teller (1948). "O změně fyzikálních konstant". Fyzický přehled. 73 (7): 801–802. Bibcode:1948PhRv ... 73..801T. doi:10.1103 / PhysRev.73.801.
- ^ G. Gamow (1962). Gravitace. Doubleday. str. 138–141. LCCN 62008840.
- ^ G. Blake (1978). „Hypotéza velkých čísel a rotace Země“. Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti. 185 (2): 399–408. Bibcode:1978MNRAS.185..399B. doi:10.1093 / mnras / 185.2.399.
- ^ D. Falik (1979). „Prvotní nukleosyntéza a Diracova hypotéza velkých čísel“. Astrofyzikální deník. 231: L1. Bibcode:1979ApJ ... 231L ... 1F. doi:10.1086/182993.
- ^ V. Canuto, S. Hsieh (1978). „3K záření černého tělesa, Diracova hypotéza velkých čísel a škálově kovariantní kosmologie“. Astrofyzikální deník. 224: 302. Bibcode:1978ApJ ... 224..302C. doi:10.1086/156378.
- ^ V. Canuto, S. Hsieh (1980). „Prvotní nukleosyntéza a hypotéza Diracova velkého počtu“. Astrofyzikální deník. 239: L91. Bibcode:1980ApJ ... 239L..91C. doi:10.1086/183299.
- ^ P. Jordan (1947). „Die Herkunft der Sterne“. Astronomische Nachrichten. 275 (10–12): 191. Bibcode:1947dhds.book ..... J. doi:10.1002 / asna.19472751012.
- ^ L. Nottale. „Machův princip, Diracova velká čísla a kosmologický konstantní problém“ (PDF).
- ^ R. Matthews (1998). „Diracova náhoda šedesát let později“ (PDF). Astronomie a geofyzika. 39 (6): 19–20. doi:10.1093 / astrog / 39.6.6.19.
- ^ H. Lyre (2003). „Rekonstrukce fyziky C. F. Weizsäckera: Včera, dnes a zítra“. arXiv:quant-ph / 0309183.
Další čtení
- P. A. M. Dirac (1938). „Nový základ pro kosmologii“. Sborník královské společnosti v Londýně A. 165 (921): 199–208. Bibcode:1938RSPSA.165..199D. doi:10.1098 / rspa.1938.0053.
- P. A. M. Dirac (1937). „Kosmologické konstanty“. Příroda. 139 (3512): 323. Bibcode:1937Natur.139..323D. doi:10.1038 / 139323a0. S2CID 4106534.
- P. A. M. Dirac (1974). „Kosmologické modely a hypotéza velkých čísel“. Sborník královské společnosti v Londýně A. 338 (1615): 439–446. Bibcode:1974RSPSA.338..439D. doi:10.1098 / rspa.1974.0095. S2CID 122802355.
- G. A. Mena Marugan; S. Carneiro (2002). "Holografie a hypotéza velkého počtu". Fyzický přehled D. 65 (8): 087303. arXiv:gr-qc / 0111034. Bibcode:2002PhRvD..65h7303M. doi:10.1103 / PhysRevD.65.087303. S2CID 119452710.
- C.-G. Shao; J. Shen; B. Wang; R.-K. Su (2006). „Diracova kosmologie a zrychlení současného vesmíru“. Klasická a kvantová gravitace. 23 (11): 3707–3720. arXiv:gr-qc / 0508030. Bibcode:2006CQGra..23.3707S. doi:10.1088/0264-9381/23/11/003. S2CID 119339090.
- Ray; U. Mukhopadhyay; P. P. Ghosh (2007). "Hypotéza velkého počtu: recenze". arXiv:0705.1836 [gr-qc ].
- A. Unzicker (2009). „Pohled na opuštěné příspěvky Diraca, Sciamy a Dicke ke kosmologii“. Annalen der Physik. 18 (1): 57–70. arXiv:0708.3518. Bibcode:2009AnP ... 521 ... 57U. doi:10.1002 / andp.200810335. S2CID 11248780.