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光速可变?爱因斯坦物理学理论遭质疑

 cpit58 2016-12-01

光速是常数

在任何情况下都是相同的


这是早已刻在我们脑子里的

爱因斯坦光速不变原理。

然而,

有科学家对此提出质疑并做出预测:

光速是可变的,

这意味着时间和空间

在不同情况下可能会有所不同。

倘若这一预测得以证实,

爱因斯坦的这一理论将被推翻。

纳尼?

这可是众多物理学理论的基石呀!

  要知道,光速恒定不变的理论是众多物理学理论的基础,如爱因斯坦的广义相对论,特别是在早期宇宙大爆炸数秒后模型的构建中扮演了重要角色。


  但是一些研究人员提出,早期宇宙中的光速可能比现在更快。目前,这一理论发起者之一、伦多帝国理工学院教授Jo?o Magueijo,与加拿大圆周理论物理研究所Niayesh Afshordi博士合作,并做出一个可测试理论有效性的预测。


  宇宙中的结构,例如星系,都是由早期宇宙中的“波动”形成的,也就是不同地区间密度的微小差异。这些早期波动以“光谱指数”的形式被记录在宇宙微波背景的地图上,那是宇宙中最古老的光。


  Magueijo教授和Afshordi博士提出,宇宙早期的波动受到不同光速的影响,他们就此构建出一个模型来确定光谱指数的确切数值。预测图和模型近日已在《物理评论D》杂志上发表。


 

激进的想法


  早期宇宙模型的理论究竟会被证实还是被否定?爱因斯坦的理论究竟是否会被改写?宇宙学家们试图让光谱指数数据变得更加精确,以便能很快对预测进行验证。最终他们得出一个非常精确的数值——0.96478,这与当前宇宙微波背景估计值约0.968接近,但有一些误差。


  “光速可变论首次被提出时人们确实觉得有点荒唐,但随着光谱指数的预测数值出现后,它就成为一件物理学家可以实际去测试和验证的事情。”



  Magueijo教授指出,我们在上世纪90年代后期首次提出这一理论, 现在已发展成熟,并已生成一个可被验证的预测值。如果在不久的将来这个数字被证实是准确的,那么爱因斯坦的引力理论将被改写,我们当前的自然法则将被重新定义。

 

视野的问题



  这一理论还需要克服物理学家所称的“视野问题”。


  我们今天在每个地方所看到的宇宙似乎都是大致相同的,比如说它的密度相对均匀,可只有当宇宙的所有区域能够相互影响,这才成立。然而,如果光速是恒定不变的,那么它就没有足够的时间前往宇宙的边缘,甚至不可能达到能量均等。


  作一个类比,如果给一个房间均匀加热,从散热器出来的热空气必须穿过整个房间并充分混合。而宇宙的问题是,这个“房间”(即我们所观察到的宇宙的大小)似乎太大了,以至于“热空气”在宇宙形成之时没有足够的时间充分混合。

 

光速可变论VS宇宙膨胀说



  光速可变论的可测试性还有别于一个主流的竞争对手:宇宙膨胀说。


  光速可变论的主张是:光速在早期宇宙中比现在快得多,这就使遥远的宇宙边缘在宇宙膨胀过程中能够“追”得上来,随后光速便随着宇宙密度的变化以可预测的方式下降。正是这种可变性导致团队所公布出的这种预测。


  宇宙膨胀说则主张:早期宇宙非常非常小,然后突然极速扩大膨胀,是同时伴随有均匀性的膨胀,其速度要远远超过目前宇宙膨胀的速度。虽然这一理论意味着光速和我们知道的其他物理定律依旧是正确的,但它需要创造验证一个“膨胀领域”——一种只存在于那个时候的环境。

 

  也许我们仍旧无法接受被视为物理学基石的理论正面临重大挑战,但无论结果怎样,科学与时间将证明一切。


 


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