۴-اثرات تغییر ثابت ساختار ریز بر پایداری مولکول ها ،اتمها و هسته ها

در بخش قبل دیدیم که امکان های متفاوتی برای تغییرات α با توجه به تحولات عصر تابش وجود ۲ دارد. این فازها را با مطالعه و محاسبه های عددی نشان دادیم کار بعدی ما ارائه ی دو کاربرد جالب از آنچه که بررسی کرده ایم. اول اینکه این نظریه ی بایستی به طور هم زمان نتایج تغییرات α گزارش شده توسط وب و همکارانش سازگار باشد و دوّم اینکه با شرایطی برای وجود یک جهان شتاب دار سازگار باشد. البته بایستی توجه کنیم ثابت ساختار ریز به دلیل مسائل ژئوشیمیایی بایستی ثابت بماند. این گفته ممکن است به طور دینامیکی در این نظریه ی توضیح داده شود به این صورت که شروع دوره ی سلطه ی  تغییر در α را متوقف می کند  . هنگامی که جهان شروع به شتاب دار شدن می کند به دلیل وجود یک ثابت کیهانشناسی مثبت ثابت ساختار ریز به یک مقدار ثابت نزدیک می شود. از این رو و بر اساس مطالعات زمین شناسی، سنتز هسته ای و امواج تابش پس زمینه ^[۱۷]در تغییر زمانی ثابت ساختار ریز محدودیت ایجاد می شود. در صورتیکه سازگاری همزمان مشاهدات یک جهان شتاب دار با شتاب مثبت و انتقال به سرخ بالا که به تازگی گزارش شده است  مدرکی برای تغییرات کوچک ثابت ساختار ریز در طیف کوازارها است  .همچنین بایستی توجه کنیم که استدلال معمول اصل انسانی^[۱۸] برای یک جهان بدون  ممکن است بر عکس باشد. اصل انسانی که به طور معمول برای توجیه نزدیک به تخت بودن و  سرشت جهان ما به کار می رود. به این دلیل که خمیدگی و  خیلی بزرگ مانع شکل گیری ستارگان وکهکشان ها از اختلال های کوچک انرژی خلأ می شود  .

پس اصل انسانی برای جهانی که خیلی نزدیک به تخت باشد یا ثابت کیهانشناسی که خیلی نزدیک به صفر باشد نمی تواند درست باشد. این محدودیت به این دلیل رخ می دهد که ثابت ها در عصر سلطه ی ماده تا زمانی که خمیدگی و ثابت کیهانشناسی نقشی در انبساط عالم ندارند تغییر می کنند. شروع دوره ی ثابت کیهانشناسی یا خمیدگی ویژگیهای دینامیکی برای پایداری ثابت ها دارد. به دلیل این که افزایش بیش از حد ثابت ساختار ریز شرایط مساعد برای وجود ساختارهای اولیه ی جهان را غیر ممکن می کند. زیرا اگر عالم به طور دقیق تخت باشد و یا ثابت کیهانشناسی به طور دقیق صفر باشد ثابت ساختار ریز در عصر ماده بطور نامحدود افزایش می یابد  .
در عصر غبار ثابت ساختار ریز افزایش می یابد تا زمانی که به مقدار لازم برای پیدایش و تداوم زندگی برسد، اگر جهان تخت و ثابت کیهانشناسی وجود نداشته باشد در این صورت در یک دوره ی خیلی طولانی ثابت ساختار ریز افزایش خواهد یافت به طوری که به احتمال زیاد باعث انقراض و از بین رفتن ساختارهای ماده و حیات خواهد شد که مخالف اصل انسانی است. برعکس یک ثابت کیهانشناسی غیر صفر و مثبت و یا یک خمیدگی خاص و منفی افزایش ثابت ساختار ریز را متوقف خواهد کرد و باعث ایجاد حیات و تداوم آن خواهد شد، اگر زندگی در فاز خمیدگی یا ثابت کیهانشناسی وجود داشته باشد افزایش پیاپی ثابت ساختار ریز تهدیدی برای زندگی نخواهد داشت مگر اینکه جهان در خود فرو ریزد و چگالی آن بسیار زیاد شود  .

شکل۴-۱ نمودار تغییرات α در دوره ی غبار را نشان می دهد اگر ثابت کیهانشناسی یا خمیدگی خاص و منفی وجود نداشته باشد α به طور نامحدود افزایش می یابد که مخالف اصل انسانی و ساختارهای پیچیده ماده در طبیعت است  .
در اینجا حد بالای ثابت ساختار ریز را که برای پیدایش اتمهای پیجده و ستارگان نیاز است به طور خلاصه بیان می کنیم  .
الف- افزایش آنی ثابت ساختار ریز به سبب انرژی های قطبیدگی خلأ باعث یک حساسیت نمایی در طول عمر پروتون ها به صورت  می شود برای اینکه این طول عمر کمتر از طول عمر قسمت اصلی ستارگان شود بایستی که حد بالای α به طور تقریبی کمتر ازیک هشتادم باشد.
ب-پایداری هسته به کمک تعادل بین جداره ی هسته و نیروهای سطحی الکترو مغناطیس کنترل می شود. هسته ای با اعداد اتمی و جرمی(A ،(Zدر صورتی پایدار است که

به عنوان مثال برای پایداری کربن  بایستی  باشد.
پ- بررسی جزئیات سنتز هسته ای در ستارگان نشان داده است یک تغییر در مقدار ثابت ساختار ریز با جابجایی %۴ کلید تشدید انرژی در هسته ی اکسیژن وکربن است که برای تولید مخلوط کربن و اکسیژون از بریلیوم بعلاوه هلیوم-۴ و کربن-۱۲ بعلاوه هلیوم-۴ در واکنش های ستارگان نیازمند است.
ت-پایداری ماده ی غیر نسبیتی در حضور یک میدان مغناطیسی قوی و ماده ی نسبیتی در غیاب میدان مغناطیسی، مستلزم آن است که ثابت ساختار ریز خیلی بزرگ نباشد.
ث-مقدار ثابت ساختار ریز با پایداری اتم بررسی می شود. اگر ثابت ساختار ریز  شود لایه های داخلی اتم بور به هم نزدیک می شوند و الکترون ها در نهایت روی هسته سقوط می کنند. اگر ثابت ساختار ریز افزایش یابد تمام اتم ها نسبیتی و ناپایدار می شوند و تولید جفت می کنند. برای این که دافعه ی الکترومغناطیسی بین پروتون ها از نیروی هسته ای قوی تجاوز نکند بایستی  باشد برای این شرط بایستی  باشد. در صورتی که اتم ها چند الکترونی باشند از معادله ی نسبیتی شرودینگر پیروی می کنند در این صورت ناپایداری اتمها هنگام رخ می دهد که ثابت ساختار ریز به مقدار  افزایش یابد. در اتم های چند الکترونی حدی روی α برای پایداری اتم ها وجود دارد که به عدد اتمی وابسته است. اگر  باشد پایداری برای اتم ها در هر صورتی رخ می دهد و اگر  باشد برای تمام مقادیر اعداد اتمی، اتم ناپایدار است.

۴-۳ نتایج مشاهدات تلسکوپ VLT برای تغییرات ثابت ساختار ریز

خطوط جذبی کوازارها آزمون های دقیقی برای بررسی تغییرات ثابت ساختار ریز در مکان های مختلف جهان ارائه کرده است. تغییر در ثابت ساختار ریز سبب جابجایی طول موج های سکون گذار های تشدیدی اشعه ی مرئی و ماوراء بنفش در سیستمهای جذبی کوازارها می شود. در اینجا نتایج گستره ی وسیعی از طیف جذبی کوازار ها که با اشعه ی ماوراء بنفش و مرئی، طیف نگار اشل در تلسکوپ خیلی بزرگ در شیلی بدست آمده است اشاره می کنیم.
برای بدست آوردن مقادیر  از مشاهده ۱۵۴ طیف جدید در این تلسکوپ و ترکیب نتایج بدست آمده با ۱۴۱ رصد دیگر در رصد خانه ی کک در هاوایی استفاده شده است. در این رابطه  مقدار ثابت ساختار ریز با انتقال به سرخ  و  مقدار کنونی ثابت ساختار ریز است. نتیجه ی این پژوهش ها و نمونه های دیگر که توسط وب و همکارانش انجام شده است، شواهدی برای کوچکتر بودن α در ابر های جذبی کوازارها ارائه شده است.
پس از ترکیب نمونه ها، یک تغییر آشکار در α در نواحی و جهت های مختلف مشخص شده است.که به خوبی با یک مدل دو قطبی زاویه ای که در جهت مشخص قرار دارد سازگار می باشد. حدود این تغییرات برابر است با  مجموعه ی داده های تلسکوپ کک در هاوایی و نمونه های VLT^[19] در شیلی سازگاری قابل توجهی را نشان می دهد که به شرح زیر است  :
الف) جهت دوقطبی ها با نمونه های کک و نمونه های VLTبطور جداگانه سازگار است.
ب)جهت دوقطبی های برازش شده با  و  با ترکیب نمونه های تلسکوپ کک وVLT سازگار است.
پ)در منطقه ی استوا جایی که تعداد قابل توجهی سیستم های جذبی برای هر دو نمونه کک و VLT شرکت دارند هیچ مدرکی که نشان دهنده ی ناسازگاری بین نمونه های تلسکوپ کک در هاوایی و تلسکوپ خیلی بزرگ در شیلی باشد وجود ندارد.
ت)تجزیه و تحلیل اثرهای سیستمی که به تازگی انجام شده است قادر به تشخیص هرگونه اثرات تک سیستمی که در حد تغییرات α باشد نیست.

۴-۴ حدود تغییرات ثابت ساختار ریز با پتانسیل گرانشی در طیف کوتوله های سفید

میدان های نرده ای نور می توانند به طور طبیعی در بسیاری از مدل های کیهانشناسی مدرن و نظریه های انرژی بالا در فیزیک ظاهر شوند. در مدل استاندار برخی پارامتر ها از قبیل ثابت های جفت شدگی بنیادی و جرم توده ها تغییر می کنند. مانند بار گرانشی^[۲۰] که صرفاً در اطراف اجسام خیلی سنگین مانند کوتوله های سفید ایجاد می شود  .
برای اجسامی مانند ستارگان و سیارات که خیلی نسبیتی نیستند جرم کل و بار نرده ای با تعداد نوکلئون های موجود در جسم متناسب است. نمونه های مختلف جفت شدگی بین میدان
نرده ای و دیگر میدان ها می تواند باعث افزایش یا کاهش قدرت جفت شدگی نرده ای در اطراف اجسام سنگین شود. برای تغییرات کوچک تغییر میدان نرده ای در فاصله ی  از چنین جسمی به جرم  پتانسل گرانشی متناسب است با  :

اگر ضریب تناسب را  بگیریم برای تغییرات ثابت ساختار ریز داریم:

این تغییرات می توانند در نظریه هایی شبیه  دیده شوند. تعمیم این نظریه در نزدیکی یک جسم سنگین که به تعادل بین انرژی های الکتریکی و مغناطیسی وابسته می شود، ثابت ساختار ریز می تواند افزایش یا کاهش یابد. بیشترین حساسیت ها در شرایط فصلی روی  از اندازه گیری دو باند ساعتی روی یک دوره در سال است. حساسیتی حدود سه درصد که به دلیل بیضوی بودن مدار زمین به دور خورشد در پتانسیل گرانشی برابر  به علت تغییرات سینوسی تاج های خورشیدی ایجاد می شود. هر ساعت تغییرات ثابت ساختار ریز حساسیت متفاوتی دارد که می تواند اندازه گیری شود که به کمک آن می توان  را با توجه به دقت بالای ساعت های اتمی با وجود تغییرات نسبی کوچک در پتانسیل گرانشی زمین تعیین کرد  .
در این کار از شفافیت بالای محیط سرشار از هیدروژن^[۲۱] کوتوله ی سفید G191-B2B )) که توسط طیف نگار تصویری تلسکوپ فضایی هابل استفاده شده است. این خط جذبی شامل چند صد طیف جذبی شناخته شده مانند گذارهای آهن-۴ و نیکل-۴ است. این یون های آهن و نیکل در جو کوتوله ی سفید قرار دارند و جزء ساختارهای تشکیل دهنده ی آن