Por que os números que moldam nosso universo existem?

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Há um conjunto de números muito especiais, conhecidos como constantes fundamentais da natureza, que não podem ser explicadas. De onde eles vêm? Descobrir se são, de fato, constantes é a chave para desbloquear esse mistério duradouro.

A física é uma descrição matemática da natureza. Utilizamos modelos, equações e fórmulas para descrever como os sistemas funcionam e prevêem como eles se comportarão no futuro. Essa abordagem se mostrou enormemente bem -sucedida, explicando tudo do comportamento de partículas subatômicas para o evolução de todo o universo.

Mas existem aspectos dessas equações que desafiam a explicação. Sempre que tentamos tomar um modelo hipotético e conectá -lo ao mundo real, temos que introduzir números especiais. Esses números capturam alguns aspectos da natureza que são deixados fora de nossas equações. Por exemplo, se eu quiser prever o movimento de uma bola jogada, tenho que saber o quão forte gravidade é. Mas não existe uma teoria que explique por que a gravidade tem a força. Só podemos medir esse valor de forma independente e inseri -lo nas equações.

Ao longo das décadas, os físicos compilaram várias listas das constantes fundamentais mais importantes. Geralmente, há pouco mais de duas dúzias deles. Eles descrevem coisas como os pontos fortes do Quatro forças da naturezaas massas das partículas fundamentais e aspectos do espaço-tempo, como o velocidade da luz.

Não temos idéia de onde esses números vêm e por que eles têm os valores que eles têm. Uma maneira de estudá -los é descobrir se eles são realmente constantes. Se algum desses números mudar de tempo ou em todo o espaço, isso seria uma grande pista. Variações nas constantes nos diriam que elas não são realmente fundamentais e, em vez disso, um reflexo de nossa ignorância de uma teoria mais profunda da física.

Por exemplo, se eu não soubesse nada sobre como a gravidade funciona, ainda poderia medir a aceleração dos objetos quando perto da Terra. Eu poderia atribuir uma constante “fundamental” a esse número e medi -lo como 9,8 metros por segundo quadrado. Eu ainda podia prever as trajetórias de bolas jogadas perfeitamente bem com esse número na mão.

Mas observações cuidadosas revelariam que essa aceleração não é realmente constante. Pode mudar dependendo da elevação ou mesmo da localização em Terra. Isso me diria que há algo mais profundo acontecendo – neste caso, que há uma força universal de gravidade.

Físicos e astrônomos tentaram uma variedade de experimentos para encontrar variações nas constantes. No final, requer uma quantidade enorme de dados para procurar mudanças incrivelmente pequenas. Os cientistas podem conseguir isso examinando um sistema por períodos muito longos ou olhando profundamente no cosmos. De qualquer maneira, podemos testar para ver se alguma constante ou outra mudou com o tempo.

Por exemplo, os astrônomos usaram medições de distante Quasaresque são fontes incrivelmente brilhantes de emissão de rádio do universo inicial. Eles também estudaram o fundo cósmico de microondasque é a radiação emitida quando o universo esfriou de um estado de plasma quente bilhões de anos atrás.

Se constantes como a velocidade da luz, a força da gravidade ou mesmo a massa do elétron eram diferentes quando, então devemos ver uma mudança sutil na aparência desses objetos astronômicos. Em outras palavras, eles devem parecer diferentes do que em um universo onde as constantes são realmente constantes.

Mais perto de casa, os físicos estudam vibrações de átomos, como os usados ​​em relógios atômicosprocurar desvios da pura constância. Não importa o quê, no entanto, não observamos nenhuma dica de nada além de pura uniformidade. E essas são medidas incrivelmente precisas. Para muitas das constantes, fixamos sua constância a não mais do que uma mudança de um bilhão em um ano.

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Nunca podemos 100% provar que as constantes são realmente constantes. Isso ocorre porque sempre há alguma incerteza em nossas medições, então sempre haverá espaço para alguma variação possível, mesmo que seja incrivelmente pequena.

Mas, por enquanto, as constantes fundamentais da natureza parecem ser constantes, e não sabemos por que eles têm os valores que eles têm. Acreditamos fortemente que a história da descoberta na física não acabou e que há muito mais a descobrir nos mistérios do universo. Mas, no momento, temos que viver com as constantes fundamentais como parecem ser: números brutos que desafiam a explicação.