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科学最伟大的一个地方就在于我们会不懈地对假设进行检验。即使有些现象早已经被严格的验证了许多遍，但我们总是会不断地把实验或观测推向极限。例如，最近科学家在洛伦兹对称性进行的一项实验。 1905年，爱因斯坦在题为《论运动物体的电动力学》的论文中首次提出了狭义相对论的两个基本假设：一个是相对性原理，一个是光速不变原理。在过去的100多年中，狭义相对论经受了所有实验的考验。 从本质上说，狭义相对论是一种关于自然界时空对称性的理论。它描述了时空的基本对称性，称之为洛伦兹对称性。相对性原理的实质就是洛伦兹对称性的不变性，光速不变的实质就是光速成为洛伦兹对称性的最基本的不变量。 就目前而言，光速在任何方向或宇宙中的任何地方都是一样的。这是洛伦兹对称性的一个性质。如果洛伦兹对称性被破坏了，那么相对论就需要修正。 大多数科学家都同意广义相对论和粒子物理学的标准模型并不是最终的理论。在众多统一理论中，比如弦理论、圈量子引力和非对易量子场论中，都预言了洛伦兹对称性的微小的破缺。因此对洛伦兹不变性的精确检验会指向一条通往正确的统一理论模型的道路。 为了寻找洛伦兹对称性破坏的迹象，巴黎天文台和加州大学洛杉矶分校的一个联合物理团队分析了44年来月球激光测距（LLR）实验的数据。LLR使用了激光雷达测量地球和月球之间的距离。通过在地球上的激光瞄准在月球上的复归反射器，可以测量激光来回所需要的时间，这大约是2.5秒。
在这项新的研究中，研究人员分析了1969年和2013年之间超过20000次激光来回的数据。激光来回传播的时间会被多项因素所影响，从在天空中月球的位置，到天气和潮汐，以及相对论效应——这对检验洛伦兹对称性特别重要。 为了在洛伦兹对称的背景下分析LLR的数据，研究人员首次发展了一个“月球历表”，这个模型考虑了一系列的因素，用来计算在任何时间，月球相对于地球的预估位置、速度和方向。这个月球历表的框架来自标准模型扩充（SME），该理论是一个低能有效场论，试图统一广义相对论和粒子物理学的标准模型，并允许洛伦兹对称性破缺。 SME引入了许多张量场作为背景与标准模型给出的夸克，轻子及规范玻色子相互作用，从而可能导致许多新的现象，比如光子的真空衰变、极高能中子的Beta衰变禁戒、光子真空极化方向的偏转等。这些新引进的张量场作为待定参数，由实验测定。由于狭义相对论在过去的粒子物理实验中得到了精度极高的检验，我们期待这些自由参数会非常小。通过实验只能给出上限，因此检测洛伦兹破坏的实验精度要求非常高。 这是首次在SME的框架下建立地月系统的全球模型。也就是说SME的运动方程被包含在历表中。这可以使研究人员对SME的系数做出强有力的限制。通过分析发现LLR的数据只对特定SME系数的结合敏感，但没有发现任何洛伦兹对称性破坏的证据。由于此次分析的数据之庞大，该结果要比先前任何的实验对SME系数做出了更强的限制。对系数限制的进步意味着如果存在洛伦兹对称性破坏的话，也都必须非常的小。 未来研究人员会继续利用其它的天文数据寻找洛伦兹对称性破坏的迹象。 相对论再次通过了检验。 参考来源： |
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