Der Beitrag des Monats im Talk.Origins Archive: Oktober 2001

> [...] Sie nennen nicht eine einzige Annahme, die Sie machen.
> Ich kann eine Annahme nennen, die aus vielen Richtungen
> angegriffen wird — die Annahme, dass radioaktive
> Zerfallsraten seit, nun ja, ich nenne es Creation, relativ konstant geblieben sind.
> Die wissenschaftliche Annahme solcher Konstanten hat viele praktische
> Vorteile, doch zu behaupten, dass solche Annahmen irgendwie ausschließen,
> dass andere Annahmen wahr sein können, ist sehr unwissenschaftlich.

Ich weiß nicht, ob ich lachen oder weinen soll. Vermutlich lachen. Aber ich frage mich, wie frustrierend es ist, einem Nicht-Physiker zu hören, wie er Physikern sagt, was deren ``Annahmen'' sind, ohne erst die relevante Physik zu lernen und ohne zu versuchen herauszufinden, wie die experimentellen Belege aussehen.

Physiker würden gerne Belege dafür finden, dass radioaktive Zerfallsraten nicht konstant sind. Zum Teil, weil dann das Leben interessanter wäre (Physik ist am meisten Spaß, wenn es ein Geheimnis zu verstehen gibt), und zum Teil, weil die richtige Änderungsrate einige Zufälle in der Kosmologie erklären könnte. Die Idee, dass ``Konstanten'' nicht konstant sein könnten, geht mindestens auf Dirac (Nobelpreis, 1933) zurück und hat ein enormes Forschungsprogramm zur Suche nach Belegen für Veränderungen in Gang gesetzt.

Bisher ist die Evidenz klar: Die Naturkonstanten sind wirklich konstant. Es gab in letzter Zeit etwas Aufregung über vorsichtige Hinweise darauf, dass die Feinstrukturkonstante, die einige Zerfallsraten (und viele andere Dinge) beeinflusst, sich verändert haben könnte. Falls das der Fall wäre, geschah es jedoch um weniger als etwa einen Anteil von 10^15 pro Jahr — siehe Webb et al., Phys. Rev. Lett. 87, 091301 (2001).

Lassen Sie mich ein Beispiel geben:

Die Supernova SN1987A wurde 1987 beobachtet, als wir einen Stern „explodieren“ sahen, rund 170.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Diese Entfernung ist eindeutig — sie lässt sich mit Trigonometrie bestimmen, ohne andere Annahmen als der Tatsache, dass die euklidische Geometrie in und nahe unserer Galaxie weitgehend zutrifft.

Nach der anfänglichen Supernova kam ein Großteil der von SN1987A erzeugten Energie aus radioaktivem Zerfall von Cobalt-56 und Cobalt-57. Diese Zerfälle sind zu identifizieren, weil sie Gammastrahlen mit sehr präzisen Frequenzen aussenden, die leicht nachweisbar sind. Wir haben die Zerfallsraten untersucht, und sie sind genau dieselben wie diejenigen, die wir im Labor beobachten. Also hat sich in den mindestens 170.000 Jahren, die das Licht brauchte, um uns zu erreichen, nichts geändert.

Dabei müssen Sie nicht von konstanter Lichtgeschwindigkeit ausgehen — die Supernova liefert eine unabhängige Kontrolle. Das liegt daran, dass viele Merkmale einer Supernova, von der Energiemenge bis zur Anzahl der emittierten Neutrinos und den Spektrallinien der Elemente im ``Nachglühen'', empfindlich von der Lichtgeschwindigkeit abhängen. Wenn zum Beispiel die Lichtgeschwindigkeit bei der Supernova-Explosion anders gewesen wäre, hätten wir die Kobalt-Zerfälle überhaupt nicht gesehen, da die Frequenz der beim Zerfall emittierten Gammastrahlen von der Lichtgeschwindigkeit abhängt.

Ich wähle dieses Beispiel, weil es relativ einfach zu verstehen ist. Doch es gab *zahlreiche* weitere Suchen nach Änderungen in physikalischen Konstanten, mit Methoden von astrophysikalischen Beobachtungen von Spektren entfernter Sterne bis zu Untersuchungen ungewöhnlicher Leuchtkraft schwacher Sterne, bis hin zu Untersuchungen von Häufigkeitsverhältnissen radioaktiver Nuklide, bis zu (bei aktuellen Variationen) direkten Laboratoriumsmessungen.

Das Ergebnis ist ein Netz von Beobachtungen, das sich ziemlich starr ineinandergreift — man kann nicht eines verändern, ohne viele andere zu widersprechen. Zum Beispiel: Wenn Sie annehmen, dass sich die Lichtgeschwindigkeit ändert, wirkt sich das auf die Spektrallinien entfernter Sterne aus. Es wirkt sich auf verschiedene Linien auf unterschiedliche Weise aus und wäre daher leicht zu erkennen. (Darauf hatten Webb et al. geachtet.) Man könnte versuchen, das zu kompensieren, indem man die elektrische Ladung des Elektrons synchron zur Lichtgeschwindigkeit mit variieren lässt. Aber dann müsste auch die Protonenladung variieren, da sonst Gas aus Wasserstoff nicht neutral wäre (was dramatische und leicht beobachtbare Effekte hätte). Wenn die Protonenladung variiert, ändern sich die Raten nuklearer Reaktionen, wodurch die Energieproduktion in Sternen verändert würde, was wir nicht beobachten. Dann könnten Sie vorschlagen, dass die Stärke der Kernwechselwirkung sich genau synchron mit der Lichtgeschwindigkeit sowie der Ladung von Elektron und Proton ändert. Aber Kernwechselwirkungen betreffen auch Neutronen, und wiederum kämen drastische Veränderungen im Verhalten der Sterne hervor, die wir beobachten würden (tun wir aber nicht). Menschen haben solche Argumentationswege sorgfältig und quantitativ durchgespielt. Es funktioniert einfach nicht.

Ich schlage vor, dass Sie sich die sci.physics-FAQs zu dieser Frage ansehen,
http://math.ucr.edu/home/baez/physics/ParticleAndNuclear/constants.html
und sich die Referenzen ansehen, bevor Sie viel mehr über diese besondere ``Annahme'' behaupten.

Steve Carlip