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王诗卉

勋望小学北校区科学老师

 
 
 

日志

 
 
 
 

【物理科技】爱因斯坦物理理论正面临重大挑战,“光速可变论”获得证据支持  

2016-12-09 10:58:16|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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爱因斯坦提出了“光速不变论”,然而并不是所有科学家都支持这一理论。日前,支持“光速可变论”的科学家提出了一项可以被验证的预测。如果这一预测被证实,那么爱因斯坦的理论将彻底崩塌

 

爱因斯坦观察到光速在任何情况下都保持不变,这意味着空间和时间在不同情形下可能发生“弯曲”。

“光速不变论”是众多物理理论的基础,例如爱因斯坦的广义相对论。这一理论在宇宙大爆炸后数秒内模型的构建中也发挥了重要作用。

 

然而,一些研究人员认为,光速在宇宙形成初期要比现在快得多。目前,光速可变论的发起人之一、帝国理工学院的 Jo?o Magueijo 教授与加拿大理论物理研究所的Niayesh Afshordi博士合作,做出了一个可以用实验来验证的数值预测


宇宙中的结构,例如星系,都是早期宇宙中的“波动”形成的。 这种波动指的是宇宙密度在不同区域之间会有微小差异。这些早期波动的数据以“谱指数”( spectral index)的形式保存在宇宙微波射线中。这些宇宙中最古老的光信号描绘了宇宙形成初期的模样。

 

根据他们的理论,宇宙早期的波动受到光速变化的影响。基于这一理论,Magueijo教授和Afshordi博士构建了一种模型来确定谱指数的具体数值。他们的研究最近发表在Physical Review D期刊

 

他们的模型预测谱指数的数值是非常精确的0.96478宇宙学家目前正在对观测到的谱指数进行更精确的解析,因此上面提到的预测很快就会被验证——宣判爱因斯坦理论的死刑,或者成为光速不变论的又一有力支持。目前宇宙微波观测的估值为0.968左右,与预测值尚有一些误差。

 

Magueijo教授说:“我们在20世纪90年代末提出的这一理论现在已经趋于成熟,并且衍生出了一个可以被实验观测所证实的预测值。如果不久的将来证明这一数字是准确的话,我们将不得不重新修改爱因斯坦的重力理论。


他表示,光速可变论第一次被提出来的时候人们都难以相信。但随着谱指数具体预测数值的出现,它成为物理学家可以实际测量的东西。“假使这一预测正确的话,我们信以为真的自然规律都将不是现在的样子。”

 

光速可变论还有一个主要对手:宇宙膨胀说。宇宙膨胀说认为,早期的宇宙经历了一个极快的膨胀阶段,其速度要比当前的宇宙膨胀速度快得多。

这些理论都需要克服物理学家所说的“视野问题”——我们“看到”的宇宙在所有地方都是相同的,例如它们都具有相对均一的密度。

 

然而,这种“均一性”只有在宇宙各区域之间可以相互影响的情况下才能成立。如果光速是恒定的话,光就没有足够多的时间移动到宇宙边缘,从而不能产生能量均匀分布的宇宙。

 

作为类比,我们可以想象,为了均匀地加热房间,散热器的热气必须穿过房间并且完全混合。宇宙与房间不同的是,我们观察到的宇宙实在太大了,以至于没有足够多的时间来让“热气”混合均匀。 

“光速可变论”指出,光的速度在早期宇宙中比现在快得多,因此追得上急速膨胀的宇宙边缘随着宇宙密度的变化,光的速度将以可预测的方式下降。这种变化导致科研团队可以对目前的谱密度做出精确的数值预测。

而另一理论宇宙膨胀说则认为,早期的宇宙非常非常小,然后突然爆炸膨胀。这一短时间的爆炸产生了与生俱来的均匀性。虽然这一理论意味着光的速度和我们知道的物理定律依旧是正确的,但它需要证明“膨胀场”的存在——一种只存在于“当下”的场。


无论如何,被现代物理学奉为基石的理论正面临重大挑战,而结果或许不需要等太久就会水落石出。

总编辑圈点:

        我们或许不能简单地说谁是对的谁是错的,在还没有搞清楚之前。爱因斯坦的光速不可超原理,讲的是1),一切有质量的物体无法被加速到光速;2),一切信息传递都不能超越光速。但是这并没有禁止超光速的现象,自然界中超光速的现象比比皆是,比如说实验室里的单个相速度或者单个群速度、手电筒照月亮、宇宙膨胀速度等,甚至是PT对称世界中的量子非局域性信息传递,都是超光速的,但并不违背狭义相对论。或许,我们科学发展的将来,就像当年爱因斯坦把牛顿经典物理学精确在一个更合适的范围内适用一样,爱因斯坦的相对论也是如此。

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