La baza sa, universul nostru este compus din spațiu-timp, particule, forțe și interacțiunile dintre ele. Spațiu-timpul constituie arena cosmosului, iar particulele joacă rolul jucătorilor. Aceste particule pot să se fixeze, colizioneze, anihileze, respingă, atragă sau pot interacționa conform legilor fizicii.
Ce anume lipsește din compunerea universului pe care l-am menționat anterior? Constatăm că lipsesc constantele fundamentale ce descriu forțele diverselor interacțiuni și caracteristicile fizice ale tuturor particulelor. Sunt necesare 26 de constante fundamentale pentru a defini universul nostru cunoscut, dar chiar și așa, imaginea nu este completă.
Reflectați asupra oricărei particule și asupra posibilelor sale interacțiuni cu alta. De exemplu, un electron ar putea interacționa cu un alt electron. Acesta are o sarcină fundamentală asociată, qe, și o masă fundamentală me. Electronii se atrag reciproc prin forța gravitațională, în proporție cu forța gravitațională G, și se resping electromagnetic, în mod invers proporțional cu puterea permitivității vidului, ε0.
Există și alte constante care influențează semnificativ comportamentul acestor particule, cum ar fi viteza luminii, c, și constanta asociată tranzițiilor cuantice: constanta lui Planck, ħ.
Totuși, fizicienii evită să utilizeze aceste constante (c, ħ) atunci când descriu universul, deoarece acestea dispun de dimensiuni și unități arbitrare. De exemplu, nu este obligatoriu să folosim metrul pentru a măsura lungimea, kilogramul pentru greutate sau secunda pentru timp. Putem opera cu orice unitate de măsură, iar legile fizicii s-ar aplica în mod identic. În realitate, putem explica universul fără a recurge la o unitate fundamentală precum „masă”, „timp” sau „distanță”. Am putea reda legile naturii complet, folosind doar constante care nu au dimensiuni.
Această idee este simplă: o constantă este pur și simplu un număr, fără metri, kilograme sau alte „dimensiuni”. Dacă urmăm această direcție, toate proprietățile măsurabile pe care le putem concepe ar trebui să reiasă în mod natural. Acestea incluzând aspecte precum masa particulelor, forța de interacțiune, limitele de viteză cosmică și chiar caracteristicile fundamentale ale spațiu-timpului.
Dacă dorim să descriem universul în cel mai simplu și complet mod posibil, avem nevoie de 26 de constante adimensionale. Acesta este un număr relativ mic, dar nu neapărat atât de mic pe cât ne-am dori. Într-o lume ideală, cel puțin din perspectiva majorității fizicienilor, ar trebui să credem că aceste constante se regăsesc undeva în fundamentele fizicii, dar nicio teorie curentă nu le anticipează.
Așadar, iată cele 26 de constante care ne oferă universul așa cum îl înțelegem.
1 – Constanta structurii fine
Constanta structurii fine, sau puterea interacțiunii electromagnetice, este un raport al sarcinii elementare (de exemplu, a unui electron) a cărei formulă este:
Dacă combinăm aceste constante, obținem un număr adimensional. La energiile din universul nostru, acest număr este 1 / 137,035999070, deși intensitatea acestei interacțiuni crește pe măsură ce energia particulelor implicate crește.
2 – Constanta de cuplare puternică
Această constantă determină forța ce menține împreună protonii și neutronii.
