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      物理理論的陰雲,“光速可變論”或獲得證據!

      時間2017-12-04 熱度 作者蝶動探秘

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      愛因斯坦提出了“光速不變論”,然而並不是所有科學家都支持這一理論。日前,支持“光速可變論”的科學家提出了一項可以被驗證的預測。

      如果這一預測被證實,那麽愛因斯坦的理論將徹底崩塌。 愛因斯坦觀察到光速在任何情況下都保持不變,這意味著空間和時間在不同情形下可能發生“彎曲”

      “光速不變論”是衆多物理理論的基礎,例如愛因斯坦的廣義相對論。這一理論在宇宙大爆炸後數秒內模型的構建中也發揮了重要作用

      然而,一些研究人員認爲,光速在宇宙形成初期要比現在快得多。目前,光速可變論的發起人之一、帝國理工學院的 João Magueijo 教授與加拿大理論物理研究所的Niayesh Afshordi博士合作,做出了一個可以用實驗來驗證的數值預測

      帝國理工官網發文指出愛因斯坦的物理理論面臨挑戰
       

      宇宙中的結構,例如星系,都是早期宇宙中的“波動”形成的。 這種波動指的是宇宙密度在不同區域之間會有微小差異。這些早期波動的數據以“譜指數”( spectral index)的形式保存在宇宙微波射線中。這些宇宙中最古老的光信號描繪了宇宙形成初期的模樣。

      根據他們的理論,宇宙早期的波動受到光速變化的影響。基于這一理論,Magueijo教授和Afshordi博士構建了一種模型來確定譜指數的具體數值。他們的研究最近發表在Physical Review D期刊上。

      (論文地址:http://arxiv.org/pdf/1603.03312v2.pdf)

      論文中對譜指數的預測,相比于普朗克衛星的觀測結果

      他們的模型預測譜指數的數值是非常精確的0.96478。宇宙學家目前正在對觀測到的譜指數進行更精確的解析,因此上面提到的預測很快就會被驗證——宣判愛因斯坦理論的死刑,或者成爲光速不變論的又一有力支持。目前宇宙微波觀測的估值爲0.968左右,與預測值尚有一些誤差

      Magueijo教授說:“我們在20世紀90年代末提出的這一理論現在已經趨于成熟,並且衍生出了一個可以被實驗觀測所證實的預測值。如果不久的將來證明這一數字是准確的話,我們將不得不重新修改愛因斯坦的重力理論

      上圖描述了宇宙誕生的過程

      他表示,光速可變論第一次被提出來的時候人們都難以相信。但隨著譜指數具體預測數值的出現,它成爲物理學家可以實際測量的東西。“假使這一預測正確的話,我們信以爲真的自然規律都將不是現在的樣子。

      光速可變論還有一個主要對手:宇宙膨脹說。宇宙膨脹說認爲,早期的宇宙經曆了一個極快的膨脹階段,其速度要比當前的宇宙膨脹速度快得多。

      這些理論都需要克服物理學家所說的“視野問題”——我們“看到”的宇宙在所有地方都是相同的,例如它們都具有相對均一的密度。

      然而,這種“均一性”只有在宇宙各區域之間可以相互影響的情況下才能成立。如果光速是恒定的話,光就沒有足夠多的時間移動到宇宙邊緣,從而不能産生能量均勻分布的宇宙。

      作爲類比,我們可以想象,爲了均勻地加熱房間,散熱器的熱氣必須穿過房間並且完全混合。宇宙與房間不同的是,我們觀察到的宇宙實在太大了,以至于沒有足夠多的時間來讓“熱氣”混合均勻。

      “光速可變論”指出:光的速度在早期宇宙中比現在快得多,因此追得上急速膨脹的宇宙邊緣。隨著宇宙密度的變化,光的速度將以可預測的方式下降。這種變化導致科研團隊可以對目前的譜密度做出精確的數值預測。

      而另一理論宇宙膨脹說則認爲,早期的宇宙非常非常小,然後突然爆炸膨脹。這一短時間的爆炸産生了與生俱來的均勻性。雖然這一理論意味著光的速度和我們知道的物理定律依舊是正確的,但它需要證明“膨脹場”的存在——一種只存在于“當下”的場。

      無論如何,被現代物理學奉爲基石的理論正面臨重大挑戰,而結果或許不需要等太久就會水落石出

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