Фізики вважають, що для вимірювання всього потрібна лише одна константа — секунда.

У 2002 році вчені з ЦЕРН (CERN, Європейська організація з ядерних досліджень, що займається питаннями фундаментальної фізики) зрозуміли, що не мають єдиної думки щодо необхідного мінімуму констант для опису всієї спостережуваної Всесвіту. Це стало несподіванкою: фахівці високого рівня вивчали одну й ту ж реальність на складних і точних приладах, але при цьому не погоджувалися в тому, які величини їм дійсно потрібні.

«Фундаментальні константи» — це величини, числові значення яких не залежать від зовнішніх параметрів і не змінюються з часом. Маючи певний набір констант, можна розрахувати всі інші величини.

Вчені з ЦЕРН Майкл Дафф, Лев Окунь та Габріель Венеціано (Michael Duff, Lev Okun and Gabriele Veneziano) виклали свої думки в статті, де кожен описав власну парадигму. Перша вимагає трьох констант: метра, кілограма та секунди. Другій парадигмі потрібні лише секунда й метр, а для третьої кількість констант може варіюватися залежно від розглянутої теорії.

Тепер бразильські дослідники стверджують, що кількість фундаментальних констант залежить від простору-часу, в якому розглядаються фізичні величини. Вони вважають, що можуть описати всі можливі спостереження за реальністю за допомогою лише одиниці часу — секунди.

У нинішній версії Міжнародної системи одиниць (СІ) використовуються сім основних одиниць: метр (довжина), секунда (час), кілограм (маса), кельвін (температура), ампер (електричний струм), кандела (світлова сила) та моль (кількість молекул або атомів). Кожна з них визначається через фізичну константу.

«Ці одиниці є основними лише з практичної точки зору. Наприклад, якщо людині потрібно купити лампочку, кількість кандел вказує, наскільки інтенсивним буде її світло. При цьому частину одиниць можна визначити через інші», — зазначив професор теоретичної фізики Джордж Матсас (George Matsas).

Мета нової статті — знайти максимально фундаментальне описання фізики, зрозуміти, яке мінімальне число констант необхідне для вимірювання всього.

Згідно з критеріями, використаними Даффом, Окунем і Венеціано, кількість фундаментальних констант пов'язана з мінімальною кількістю незалежних стандартів, необхідних для вираження всіх фізичних величин. Дослідники проаналізували два типи простору-часу: галилеїв, основу класичної механіки, та релятивістський — базу для Загальної теорії відносності Альберта Ейнштейна.

В галилеївському просторі-часі всі спостережувані величини можуть бути виражені через одиниці часу і простору, зазвичай це «секунда» і «метр».

Проте в релятивістському просторі-часі достатньо лише годин, тобто «секунд». У теорії відносності простір і час настільки взаємопов'язані, що для опису всіх величин достатньо однієї одиниці. Сучасні високоточні атомні годинники здатні задовольнити всі потреби в вимірюваннях.

Визначення «секунди» сьогодні базується на природній константі — різниці енергії між двома специфічними рівнями електронної оболонки атома цезію-133. Одна секунда (1 с) — це час 9 192 631 770 періодів випромінювання, відповідного переходу між двома сверхтонкими рівнями енергії основного стану атома цезію-133, що знаходиться в спокої при температурі 0 K.

Існує кілька релятивістських просторів-часів, що відповідають різним рішенням рівнянь Ейнштейна. Найпростіше з них — простір-час Мінковського, воно порожнє (без частинок або інших об'єктів), однорідне (всі точки мають однакові властивості) і ізотропне (всі напрями в просторі еквівалентні). Саме на його прикладі дослідники виклали свій підхід. Автори зазначили, що їхні висновки можуть бути узагальнені на будь-яке релятивістське простір-час. Дослідження опубліковано у журналі Scientific Reports.