Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №2

Дирак предположил, что такие значения не являются просто игрой чисел, а представляют собой изменяющиеся параметры, которые характеризуют современное состояние Вселенной. Он отметил, что возраст Вселенной, выраженный в естественных единицах е²/m_еС³ ~ 10^-23 с, соответствует величине е²/Gm_pm_e. Данная временная единица, названная темптоном, равна промежутку времени, за который свет в вакууме проходит расстояние в один радиус электрона. Возраст Вселенной примерно равен 10•10⁹ лет или 3•10⁴⁰ темптонов. Это число очень близко к величине отмеченного выше отношения.

Дирак предположил, что такое совпадение не случайно, а эти два числа должны быть практически одинаковыми в любой момент времени (дираковская гипотеза о больших числах), т. е.

Gm_pm_e/е² ~ m_еС³t/e² (1)

Следовательно, безразмерные постоянные, по порядку величины равные 10⁴⁰, должны линейно изменяться во времени. Если считать, что атомные постоянные не зависят от времени, то гравитационная постоянная G должна уменьшаться с течением времени t:

G ~ t^-1. (2)

Эту гипотезу можно обобщить таким образом, что безразмерные числа порядка (10⁴⁰)ⁿ должны изменяться по Закону tⁿ. Если оценить число барионов во Вселенной путем деления видимой массы Вселенной на про тонную массу, то в результате получится примерно 10⁷⁸ барионов. Дирак предсказал увеличение числа барионов во Вселенной по закону t².

Примерно, через 10 лет после этого Э.Теллер показал, что уменьшение G по закону t^-1, по-видимому, противоречит наблюдениям, связанным с эволюцией Вселенной. Ему удалось получить соотношение между светимостью L звезды, массой М и гравитационной постоянной G:

L ~ G⁷M⁵. (3)

Поэтому большее значение G в более ранние периоды приводило бы к большей светимости Солнца и меньшему радиусу земной орбиты R ~ G^-1.

Согласно гипотезе Дирака изменение гравитационной постоянной со временем непосредственно связано со скоростью расширения Вселенной, так называемой константой Хаббла Н = 40…100 км•Мпс^-1•с^-1:

|G'/G| = Н = (4•10^-11… 1•10^-10) лет^-1. (4).

Если G уменьшается со временем, то G'/G ~ -5•10^-11 лет^-1. В этом случае температура поверхности Земли около двух миллиардов лет назад была бы несовместима с развитием жизни на нашей планете. Поэтому в рамках концепции эволюции соотношение (2) исключается. Астрофизические данные также противоречат этой зависимости.

В 1967 г. Дж. Гамов предположил, что G в формуле (1) могла бы оставаться постоянной, если бы элементарный заряд возрастал со временем: е² ~ t.

Работая независимо, Э.Теллер выдвинул гипотезу ?¹ = hc/е² ~ In(tm_eс²/h). Однако изучение систем атомов ¹⁸⁷Re — ¹⁸⁷Os поставило под сомнение оба подхода.

Недавно было признано, что вышеприведенные аргументы, противоречащие предположению G ~ t^-1, не имеют более силы. Противоречие с астрофизикой состояло в том, что Солнце должно быть уже красным гигантом, если возраст Вселенной не менее 15 миллиардов лет. До 1964 г. это значение считалось слишком большим, однако в настоящее время возраст Вселенной оценивается равным от 10 до 20 миллиардов лет. Теллеровские аргументы о светимости Солнца и температуре Земли также были опровергнуты.

Прецизионное исследование систем, которые подвержены только воздействию гравитации, показывают, что G и М всегда входят в выражения в виде комбинации GM. Так, при рассмотрении структуры Солнца применяется следующее дополнительное условие: GM = const, следовательно, светимость звезды практически не зависит от времени. Этот аспект не принимался во внимание Теллером и другими авторами, поэтому уравнение (3), которое предсказывает сильную зависимость L от G и М, теряет силу.

Умозрительные идеи Дирака повлекли за собой множество экспериментов, задачей которых был поиск возможной зависимости фундаментальных констант от времени. Важность этих измерений возросла после выдвижения новых теоретических моделей, в которых константы связи сопоставляются радиусам, так называемых, компактифицированных размерностей. Дело в том, что до сих пор современные теории не дают количественных предсказаний о характере возможной зависимости фундаментальных физических констант от времени. Однако такая зависимость допускается в рамках моделей с числом размерностей, превышающим четыре, в, так называемых, теориях Калуцы-Клейна. При очень специальных предположениях в суперструнных теориях предсказывается изменение во времени гравитационной постоянной с G'/G ~ -1•10^-11± лет^-1.