De inkonstanta konstanterna

I naturen finns många konstanter. Hit hör gravitationskonstanten, ljushastigheten och förhållandet mellan protonens och elektronens massor, samt många andra. De har fått sitt namn just för att de är konstanta – oföränderliga i tid och rum. Det är samma konstant här som på Pluto, samma konstant nu som på Ramses II:s tid.

Men de senaste åren har forskarna börjat tvivla. Är alla konstanter verkligen konstanta? Forskningsresultat verkar peka på att åtminstone en eller annan konstant inte är just konstant. Nu har en forskargrupp från Lunds universitet levererat resultat som pekar i samma riktning.

Himlen faller inte

Att naturkonstanter inte är konstanta har potentiellt enorma konsekvenser, såväl fysikaliska som filosofiska. Hade naturkonstanterna avvikit påtagligt från de värden de faktiskt har skulle universum sannolikt sett helt annorlunda ut. Det är mycket möjligt att liv inte skulle kunna uppstå i ett sådant universum, och kanske inte ens atomer. Men Maria Aldenius, en av de lundaforskare som står bakom de nya resultaten menar att vi inte behöver oroa oss för att himlen ska falla ner över våra huvuden.

– För oss har de här resultaten ingen betydelse. Finstrukturkonstanten som vi tittat på har förändrats med ett par miljondelar sedan den tidigaste epok vi kan observera. Så i stort sett är den ändå konstant.

Det är framför allt bilden av universums utveckling som kan komma att påverkas menar Maria Aldenius.

– Där finns mycket som inte är förklarat. Vi vet fortfarande inte exakt hur Big bang gick till. Kanske kan dessa resultat bringa lite ljus över den typen av frågor – universums utveckling på ett tidigt stadium. Men det är små skillnader, små effekter och vi kan inte se tillbaka hela vägen till Big bang. Det kanske påverkade alldeles i början, dit vi inte kan se.

Varför förändras då fysikaliska konstanter?

– Ja, säg det, säger Maria Aldenius och skrattar. Man kan tänka sig att det har att göra med att hela universum var så annorlunda för så länge sedan. Det var oerhört mycket tätare, det hände mycket mer.

Svårt mäta med föränderlig linjal

Att mäta huruvida naturkonstanter förändrats är inte alldeles lätt. De flesta konstanter hänger ihop med andra storheter. Att till exempel mäta om atomer blivit större kompliceras av att alla linjaler samtidigt blivit lika mycket längre. Det går alltså inte att se någon effekt. Därför försöker man mäta på så kallade dimensionslösa konstanter, som exempelvis förhållanden mellan massor.

Och det var precis en sådan mätning som gav den första indikationen på att alla konstanter inte är konstanta. Den 21 april i år publicerades rön som tyder på att förhållandet mellan elektronens och protonens massa inte är konstant utan förändras. Nu har Maria Aldenius och Sveneric Johansson i Lund mätt på den likaledes dimensionslösa så kallade finstrukturkonstanten och hittat klara tecken på att den inte är konstant.

Finstrukturkonstanten är en kombination av ljushastigheten, elektronens elektriska laddning, Plancks konstant och något som kallas vakuumpermittiviteten. Den ingår när man räknar på den elektromagnetiska kraften som håller ihop atomens olika delar.

Kvasarer lyser vägen

För att undersöka hur denna konstant varierar med tiden har de 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 som beror på att gasen i molnet absorberar ljuset av vissa specifika våglängder. 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 tyder på att finstrukturkonstanten ändrats.

Hur säker kan man då vara på att det rör sig om ett genuint resultat och inte ett mätfel?

– Våra nya mätningar är exaktare, har mindre osäkerhet än de mätningar som gjorts förut. Det har också gjorts väldigt omfattande tester för att hitta systematiska fel, säger Maria Aldenius. Men det finns också studier som säger att konstanten inte alls har förändrats. Så helt säkra kan vi inte vara förrän vi hittar en annan metod som konfirmerar våra resultat. Man letar också efter just sådana metoder.

Maria Aldenius är doktorand i atomär astrofysik vid Lund universitet och disputerar i februari nästa år.