چيزي که مطمئنيم در ۱۳,۷۰۰ ميليون سال عمر جهان ثابت مانده است

جرم‌هاي نسبي پروتون‌ها و الکترون‌هاي 7 ميليارد سال پيش با جرم امروزين آنها برابر است. اين نتيجه که با بررسي کهکشاني در فاصله 7 ميليارد سال نوري حاصل شده، نشان مي‌دهد قوانين فيزيک آن زمان و امروز يکسانند.

جرم پروتون نسبت به وزن همزاد بسيار سبکترش يعني الکترون، با دقت بسيار بالايي تعيين شده است: جرم هر پروتون 1836.152672 برابر جرم يک الکترون است. ولي آيا اين نسبت هميشه به اين صورت بوده است؟

به گزارش نيچر، با توجه به نتايج يک پژوهش جديد، که از کل جهان به عنوان يک آزمايشگاه بسيار بزرگ فيزيک ذرات بنيادي استفاده کرده، پاسخ اين سوال به احتمال قريب به يقين مثبت است. نتايج بررسي يک کهکشان دوردست که در ژورنال ساينس منتشر شده، به صراحت بيان مي‌کند که نسبت جرمي پروتون و الکترون؛ که با نماد µ نشان داده مي‌شود؛ دست کم در نيمي از عمر جهان ثابت مانده است.

جوليا بگدونايت و همکارانش از دانشگاه وي‌يو آمستردام از راديوتلسکوپ 100 متري افلزبرگ استفاده کردند تا جذب تابش توسط متانول (يک نوع الکل) را در جهان باستان اندازه‌گيري کنند. متانول (CH3OH) خطوط جذبي چندگانه‌اي را بر روي طيف نور نقش مي‌کند؛ که ناشي از حالت‌هاي چرخشي متنوع مولکول متانول است. فعل و انفعال بين اين حالت‌ها هم وابسته به جرم‌هاي نسبي پروتون‌ها و الکترون‌هاي سازنده است.

محققين خطوط جذبي متانول را در يک سيستم عدسي گرانشي که پي‌کي‌اس1830-211 ناميده مي‌شود، آشکار کردند. در اين سيستم خط ديد دو کهکشان به طور تصادفي روي هم منطبق شده و جاذبه کهکشان نزديک‌تر، پرتوهاي نور کهکشان دورتر را منحرف کرده است. کهکشان نزديک‌تر انتقال به سرخي برابر با 0.89 دارد؛ که معنايش اين است که نورش تقريبا به مدت نيمي از 13.7 ميليارد سال زماني که از انفجار بزرگ سپري شده است؛ در راه بوده تا به زمين برسد. کهکشان دورتر، ميزبان يک ابرسياهچاله بسيار عظيم است که جت درخشان خروجي از قطبين آن رو به زمين قرار گرفته و عملا يک بلازار را تشکيل داده است.

گرانش کهکشان، امواج راديويي ساتع شده از شيء زمينه را خم مي‌کند و با توجه به حضور متانول و ديگر مولکول‌ها در کهکشان، نشان طيفي خود را بر اين فرايند مي‌گذارد. به گفته بگدونايت «جذب‌هاي اين امواج راديويي هفت ميليارد سال پيش اتفاق افتاده است، و امواج راديويي که به زمين رسيدند، اثر مولکول‌هاي متانول گذشته‌هاي دور را با خود حمل مي‌کردند».

او وهمکارانش مشخص کردند که متانول در سيستم پي‌کي‌اس1830-211 کاملا مطابق پيشبيني‌ها رفتار مي‌کند و جرم‌هاي نسبي الکترون‌ها و پروتون‌ها در مولکول‌هاي باستاني تفاوت قابل تشخيصي با آنهايي که امروزه در آزمايشگاه‌ها بر روي زمين اندازه‌گيري مي‌شوند، ندارند. آنها نتيجه گرفتند که مقدار µ در 7 ميليارد سال پيش نمي‌توانست تفاوتي بيش از 0.00001 درصد با مقدار امروزي‌اش داشته باشد.

هر تفاوتي در نسبت پايدار جرم پروتون- الکترون، مي‌توند به ابطال يکي از فرضيه‌هاي اساسي فيزيک منجر شود؛ اين که قوانين طبيعت در هر زمان و هر مکاني يکسان هستند. بنابراين مي‌توان با اطمينان نسبتا بالايي گفت که (دست کم از يک منظر) هر چقدر که جهان تغيير کند، همان گونه مي‌ماند که بود.