¿Casos de constantes físicas fundamentales conocidas que cambien dentro de nuestra localidad?

Ha habido algunos intentos de medir "localmente" (es decir, no astronómicamente) la deriva de la constante de estructura fina$\alpha=e^2/\hbar c$, utilizando experimentos con átomos e iones atrapados. Si quieres leer sobre esto, creo que este artículo de revisión,

Lea, SN Límites de variación temporal de constantes fundamentales a partir de comparaciones de patrones de frecuencia atómica. Rep. Prog. física 70 núm. 9, pág. 1473 (2007). doi:10.1088/0034-4885/70/9/R01 .

es un buen lugar para comenzar.

Conozco un ejemplo (del cual no puedo encontrar una buena referencia legible actualizada, posiblemente porque el experimento aún puede estar en curso), que actualmente se lleva a cabo en NPL. Esto usa una transición octupolar en iterbio: una S$\rightarrow$Transición F que está prohibida por las reglas de selección de dipolo y cuadrupolo. Esto hace que el estado excitado tenga una vida útil muy larga (seis años ), lo que hace que la resonancia sea muy estrecha en comparación con la longitud de onda de ~470 nm. Esto hace que la transición sea muy valiosa para la espectroscopia de precisión.

[Editar: aquí hay una buena referencia: NPL | Física | PRL | arXiv .]

Aún mejor, esta transición se puede comparar con una transición de cuadrupolo en iones de iterbio, que no es tan estrecha pero es lo suficientemente buena para fines de metrología. El problema real es que los detalles de las frecuencias de estas dos transiciones E2 y E3 dependen de$\alpha$en direcciones opuestas, por lo que cualquier cambio en él hará que cambie la relación de frecuencia.

En el estado actual del arte en estos experimentos, la precisión alcanzable es suficiente para que cualquier cambio de "escala astronómica" en$\alpha$(es decir, del orden del 1% por mil millones de años) debería ser observable midiendo este tipo de relaciones de frecuencia durante unos pocos años. Esta es un área activa de investigación y actualmente se están realizando experimentos que informarán en un futuro cercano (es decir, en unos pocos años), con una precisión que iguala o supera los límites astronómicos actuales en$d\alpha/dt$.

Supongo que por su uso de la frase "dentro de nuestra localidad" que esto no es lo que quiere decir, pero varias personas han tratado de medir astrofísicamente si las constantes fundamentales han evolucionado con el tiempo. Hace un tiempo, hubo algunas afirmaciones (p. ej., este documento y otros de las mismas personas) de que las observaciones de líneas espectrales en objetos muy distantes podrían explicarse mejor asumiendo que las constantes fundamentales (específicamente la constante de estructura fina) habían cambiado con el tiempo. . Sin embargo, no hay, por decir lo menos, consenso de que estas observaciones y su interpretación sean correctas.

La gente ciertamente trata de medir los cambios en las constantes físicas a nivel local, pero que yo sepa, no hay evidencia de tal variación.

Hace unos treinta años leí un artículo que daba una respuesta detallada a esta pregunta: Rozental' IL “Leyes físicas y los valores numéricos de las constantes fundamentales” Sov. física Usp. vol. 23 págs. 296–305 (1980). Lo recomiendo mucho. Está muy bien escrito y fácil de entender. De este artículo aprendí que hay toda una rama de la ciencia que se ocupa de esta pregunta y otras preguntas comparables y más generales que esta. Es decir, trata de abordar las preguntas como

• ¿Cuáles son los límites en que pueden variar las constantes fundamentales para que nuestro mundo permanezca intacto?

• ¿Cuáles son los decrementos de variación de las constantes fundamentales en el espacio y el tiempo que se permitirían para que el mundo que nos rodea permanezca igual?

y preguntas comparables. Recomiendo encarecidamente este documento solo para familiarizarse con este círculo de problemas. Sin embargo, han pasado unos 30 años desde entonces. Es posible que hayan aparecido nuevos resultados importantes en esta área de los que no tengo conocimiento. Sin embargo, este documento sería un comienzo razonable.

Es algo simplista poner la mecánica cuántica de esta manera, pero se podría decir que la constante de Planck era cero antes de que Planck la introdujera, en la medida en que el límite clásico de QM es$\hbar\rightarrow 0$(que no está tan lejos).

Algo con lo que he jugado, sin ningún resultado hasta ahora, es la idea de que las fluctuaciones cuánticas pueden ser mayores o menores de un lugar a otro y de vez en cuando, lo que encaja un poco mejor con su Pregunta tal como la ha planteado. Sin embargo, entonces se describirían las fluctuaciones cuánticas en diferentes puntos del espacio-tiempo en relación con la constante sin cambios$\hbar$, que ahora se definiría como "la amplitud de las fluctuaciones cuánticas en tales y tales condiciones". Esa es esencialmente la respuesta de Solomoan, sin embargo, su suposición aparente de que la idea es obvia es demasiado rápida para alguien con casi cualquier inclinación filosófica. [El punto de ebullición del agua es constante, 100°C, si se definen las condiciones con suficiente cuidado. Hasok Chang da un relato muy interesante del proceso histórico y filosófico asociado con la definición de las escalas de temperatura, en un libro que ganó un importante premio de Filosofía de la Ciencia, "Inventing Temperature" . Si lee eso, es muy accesible a medida que avanzan estas cosas, hará una pregunta diferente.]

Una forma de abordar esta Cuestión puede ser suponer que las nuevas teorías introducen nuevas constantes, en términos de las cuales se pueden expresar las viejas constantes, junto con las condiciones en las que describen con precisión el mundo físico. Por lo tanto, en mi ejemplo especulativo como lo puse arriba, uno podría definir la amplitud de las fluctuaciones cuánticas como$\hbar$en la superficie de la tierra, y describir su variación en función de la altitud; esto al menos cambiaría nuestra teoría de la gravedad, y probablemente mucho más, por lo que toda la física se convierte en parte de la discusión. Ese es un hilo en Filosofía de la Ciencia que se conoce como la tesis de Quine-Duhem, o, como dice Wikipedia, la tesis de Duhem-Quine , que puede resumirse vagamente como la idea de que una teoría se mantiene o cae como un todo, un punto que tomo como viciado por la posibilidad siempre presente de cambiar cualquier teoría en muy pequeñas formas ad-hoc.

Su pregunta abre hasta cierto punto una caja de Pandora filosófica, que debe tener cuidado al abrir. Mi punto de vista es que cualquiera que quiera cambiar la física de manera significativa debe considerar estas ideas y otras similares detenidamente, pero para los físicos que intentan hacer el trabajo diario de la física, quizás sea tan contraproducente dedicar tiempo a esto como lo es aprender a jugar. el violin.