Γιατί ο αριθμός α ≈ 1/137 είναι ο πιο μυστηριώδης στη Φυσική

Ο σταθερά λεπτής υφής(*) (fine-structure constant), που συμβολίζεται με το γράμμα α, θεωρείται ένας από τους πιο παράξενους και θεμελιώδεις αριθμούς στη Φυσική. Η τιμή της είναι περίπου:

$$α ≈ \frac{1}{137.035999}$$Πρόκειται για έναν αδιάστατο αριθμό — δεν έχει μονάδες μέτρησης — και ρυθμίζει τη «δύναμη» με την οποία το φως αλληλεπιδρά με τα φορτισμένα σωματίδια. Με άλλα λόγια, είναι το κουμπί έντασης του ηλεκτρομαγνητισμού στη φύση.

• Αν το α ήταν μεγαλύτερο, τα ηλεκτρόνια θα έδεναν τόσο ισχυρά με τους πυρήνες που η χημεία θα κατέρρεε.

• Αν ήταν μικρότερο, τα άτομα δε θα μπορούσαν να σταθούν σταθερά.

Αυτή η «ισορροπία» είναι που καθιστά δυνατό το σύμπαν όπως το ξέρουμε.

Λίγη Ιστορία

Ο Arnold Sommerfeld εισήγαγε το α το 1916 για να εξηγήσει τη λεπτή διαίρεση των γραμμών του φάσματος του υδρογόνου. Έκτοτε, ο αριθμός απέκτησε σχεδόν μυθική φήμη:

• Ο Eddington προσπάθησε να αποδείξει ότι το 1/α είναι ακριβώς 137.

• Ο Pauli, αν και απεχθανόταν την αριθμολογία, έλεγε συχνά αστεία γύρω από το 137 (λέγεται μάλιστα ότι πέθανε σε νοσοκομείο στο δωμάτιο 137!).

Από την Περιέργεια στο Εργαλείο

Η Κβαντική Ηλεκτροδυναμική (QED) μετέτρεψε το α από έναν «περίεργο αριθμό» σε ένα από τα πιο ισχυρά εργαλεία της θεωρητικής φυσικής. Η περίφημη μέτρηση του Lamb shift το 1947 υποχρέωσε τους φυσικούς να αποδεχθούν την ανανέωση της έννοιας του φορτίου μέσω εικονικών σωματιδίων. Έκτοτε, το α εμφανίζεται παντού στους υπολογισμούς: από το ανώμαλο μαγνητικό δίπολο του ηλεκτρονίου (g−2) έως την ακριβέστερη συμφωνία θεωρίας και πειράματος που έχει επιτευχθεί ποτέ.

Γιατί Μυστήριο;

Παρά την τεράστια σημασία του, κανείς δεν ξέρει γιατί η φύση διάλεξε ακριβώς αυτήν την τιμή. Θα μπορούσε να ήταν 1/100 ή 1/150 — αλλά δεν είναι. Και αυτό το «γιατί» παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα αναπάντητα ερωτήματα της Φυσικής.

Ο Richard Feynman είχε πει χαρακτηριστικά:

«Όλοι οι θεωρητικοί φυσικοί θα έπρεπε να έχουν τον αριθμό 137 καρφιτσωμένο στον τοίχο τους για να τους υπενθυμίζει ότι δεν ξέρουμε γιατί είναι αυτό που είναι.»

---

⭐ Σημείωση: Ο όρος «λεπτή υφή» αναφέρεται στις πολύ μικρές διαφορές (υπο-γραμμές) που παρατηρούνται στο φάσμα στοιχείων όπως το υδρογόνο. Με καλύτερα όργανα, οι φυσικοί ανακάλυψαν ότι κάθε γραμμή φωτός δεν είναι μοναδική, αλλά αποτελείται από λεπτές υποδιαιρέσεις. Η σταθερά α μπήκε για να εξηγήσει ακριβώς αυτό το φαινόμενο.