Η αρχή του Μπρους Λη …

…. και το πρόβλημα της «φυσικότητας» ή αλλιώς της «λεπτής ρύθμισης» στη φυσική των υψηλών ενεργειών

Όταν οι ελεύθερες παράμετροι ή οι φυσικές σταθερές που εμφανίζονται σε μια θεωρία λαμβάνουν σχετικές τιμές της «τάξης του 1», τότε λέμε ότι η θεωρία έχει «φυσικότητα (naturalness)». Δηλαδή, μια «φυσική» θεωρία θα πρέπει να έχει παραμέτρους με τιμές π.χ. 2,31 και όχι 231000 ή 0,00000231.
Αυτό έρχεται σε αντίθεση με το Kαθιερωμένο Πρότυπο των στοιχειωδών σωματιδίων το οποίο περιλαμβάνει μια σειρά από παραμέτρους που διαφέρουν κατά πολλές τάξεις μεγέθους και απαιτούν «λεπτή ρύθμιση (fine tuning)».

Μια θεωρία αντιμετωπίζεται ως ύποπτη (ή αφύσικη) αν, προκειμένου να εξηγήσει παρατηρήσιμα φαινόμενα, απαιτεί τη χρήση εξαιρετικά μεγάλων ή μικρών αδιάστατων αριθμών. Ένας αδιάστατος αριθμός είναι μια αριθμητική τιμή χωρίς μονάδες μέτρησης. Το μέγεθος ενός ατόμου, για παράδειγμα, έχει διαστάσεις μήκους, μπορεί να είναι πολύ μικρό όταν μετρηθεί σε εκατοστά, αλλά είναι πάντα δυνατόν να βρούμε μια άλλη μονάδα μέτρησης, στην οποία το άτομο να μην είναι πολύ μικρό.

Όμως, ένας αδιάστατος αριθμός, όπως ο λόγος μεταξύ ενεργειακών σταθμών σε ένα άτομο, ή ο λόγος μαζών που προκύπτουν σε μια δεδομένη οικογένεια στοιχειωδών σωματιδίων, δεν εξαρτάται από τις μονάδες μέτρησης. Η εμφάνιση ενός μεγάλου ή μικρού αριθμού σε έναν τέτοιο λόγο δεν οφείλεται σε μοιραίο γεγονός για τους θεωρητικούς φυσικούς.

Ίσως να οφείλεται σε κάποιο φυσικό αίτιο το ότι μια διεργασία πραγματοποιείται πολύ σπάνια σε σύγκριση με άλλες παρόμοιες διεργασίες, ή για το ότι η μάζα κάποιου σωματιδίου είναι πολύ μικρή. Ωστόσο, δεν είναι αποδεκτό να απαιτείται μια, εν γένει αδικαιολόγητη, «λεπτή ρύθμιση» προκειμένου να συμφωνήσει με τις παρατηρήσεις κάποιος αδιάστατος αριθμός.

Για παράδειγμα, έστω ότι προκειμένου να συμφωνήσουν κάποιες παρατηρήσεις, οι ρυθμοί για δυο ανεξάρτητα υπολογισμένες φυσικές διεργασίες πρέπει να διαφέρουν μεταξύ τους στο 21ο δεκαδικό ψηφίο, δηλαδή, η διαφορά τους να είναι 20 τάξεις μεγέθους μικρότερη από καθέναν από αυτούς. Στην περίπτωση αυτή, μπαίνουμε στον πειρασμό να πούμε ότι μια θεωρία, στην οποία, χωρίς κάποιον αποχρώντα φυσικό λόγο απαιτείται μια τέτοια διαφορά, έχει τόσες πιθανότητες να είναι σωστή, όσες και δυο τυχαία επιλεγμένοι αριθμοί να ταυτίζονται μέχρι το 20ο δεκαδικό ψηφίο.

Ένα από τα χειρότερα προβλήματα λεπτής ρύθμισης στη φυσική σχετίζεται με τηνκ οσμολογική σταθερά Λ. Αν η ποσότητα αυτή είναι μη μηδενική, αλλά μικρή, τότε φαίνεται να απαιτεί μια λεπτή ρύθμιση περίπου 120 δεκαδικά ψηφία!

Στο βίντεο που ακολουθεί ο Σάββας Δημόπουλος, με μεγάλη δόση χιούμορ, συνδέει την «αρχή του σύγχρονου φιλοσόφου» Μπους Λη με το πρόβλημα της «Φυσικότητας (Naturalness)» και τις προσδοκίες μας από τα πειράματα του LHC. Πρόκειται για τον επίλογο της ομιλίας που πραγματοποιήθηκε στα τέλη του Αυγούστου στην Τεργέστη, στα πλαίσια του συνεδρίου SUSY 2013:

Η ομιλία του Σάββα Δημόπουλου είχε τίτλο «The Abundance of Nothing» και μπορείτε να την παρακολουθήσετε ολόκληρη ΕΔΩ

physicsgg

ΑΠΟΚΑΛΥΨΗ ΤΟ ΕΝΑΤΟ ΚΥΜΑ