愛(ài)因斯坦光速不變論面臨崩塌！光速會(huì)變：有證據(jù)

愛(ài)因斯坦提出了“光速不變論”，然而并不是所有科學(xué)家都支持這一理論。日前，支持“光速可變論”的科學(xué)家提出了一項(xiàng)可以被驗(yàn)證的預(yù)測(cè)。如果這一預(yù)測(cè)被證實(shí)，那么愛(ài)因斯坦的理論將徹底崩塌。

愛(ài)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(shí)間在不同情形下可能發(fā)生“彎曲”。

“光速不變論”是眾多物理理論的基礎(chǔ)，例如愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論。這一理論在宇宙大爆炸后數(shù)秒內(nèi)模型的構(gòu)建中也發(fā)揮了重要作用。

然而，一些研究人員認(rèn)為，光速在宇宙形成初期要比現(xiàn)在快得多。

目前，光速可變論的發(fā)起人之一、帝國(guó)理工學(xué)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(gè)可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證的數(shù)值預(yù)測(cè)。

帝國(guó)理工官網(wǎng)發(fā)文指出愛(ài)因斯坦的物理理論面臨挑戰(zhàn)

宇宙中的結(jié)構(gòu)，例如星系，都是早期宇宙中的“波動(dòng)”形成的。 這種波動(dòng)指的是宇宙密度在不同區(qū)域之間會(huì)有微小差異。這些早期波動(dòng)的數(shù)據(jù)以“譜指數(shù)”(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(hào)描繪了宇宙形成初期的模樣。

根據(jù)他們的理論，宇宙早期的波動(dòng)受到光速變化的影響。基于這一理論，Magueijo教授和Afshordi博士構(gòu)建了一種模型來(lái)確定譜指數(shù)的具體數(shù)值。他們的研究最近發(fā)表在Physical Review D期刊上。

論文中對(duì)譜指數(shù)的預(yù)測(cè)，相比于普朗克衛(wèi)星的觀測(cè)結(jié)果

他們的模型預(yù)測(cè)譜指數(shù)的數(shù)值是非常精確的0.96478。宇宙學(xué)家目前正在對(duì)觀測(cè)到的譜指數(shù)進(jìn)行更精確的解析，因此上面提到的預(yù)測(cè)很快就會(huì)被驗(yàn)證——宣判愛(ài)因斯坦理論的死刑，或者成為光速不變論的又一有力支持。

目前宇宙微波觀測(cè)的估值為0.968左右，與預(yù)測(cè)值尚有一些誤差。

Magueijo教授說(shuō)：“我們?cè)?0世紀(jì)90年代末提出的這一理論現(xiàn)在已經(jīng)趨于成熟，并且衍生出了一個(gè)可以被實(shí)驗(yàn)觀測(cè)所證實(shí)的預(yù)測(cè)值。如果不久的將來(lái)證明這一數(shù)字是準(zhǔn)確的話(huà)，我們將不得不重新修改愛(ài)因斯坦的重力理論。

上圖描述了宇宙誕生的過(guò)程

他表示，光速可變論第一次被提出來(lái)的時(shí)候人們都難以相信，但隨著譜指數(shù)具體預(yù)測(cè)數(shù)值的出現(xiàn)，它成為物理學(xué)家可以實(shí)際測(cè)量的東西。“假使這一預(yù)測(cè)正確的話(huà)，我們信以為真的自然規(guī)律都將不是現(xiàn)在的樣子。”

光速可變論還有一個(gè)主要對(duì)手：宇宙膨脹說(shuō)。宇宙膨脹說(shuō)認(rèn)為，早期的宇宙經(jīng)歷了一個(gè)極快的膨脹階段，其速度要比當(dāng)前的宇宙膨脹速度快得多。

這些理論都需要克服物理學(xué)家所說(shuō)的“視野問(wèn)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(duì)均一的密度。

然而，這種“均一性”只有在宇宙各區(qū)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(huà)，光就沒(méi)有足夠多的時(shí)間移動(dòng)到宇宙邊緣，從而不能產(chǎn)生能量均勻分布的宇宙。

作為類(lèi)比，我們可以想象，為了均勻地加熱房間，散熱器的熱氣必須穿過(guò)房間并且完全混合。宇宙與房間不同的是，我們觀察到的宇宙實(shí)在太大了，以至于沒(méi)有足夠多的時(shí)間來(lái)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(xiàn)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(yù)測(cè)的方式下降。這種變化導(dǎo)致科研團(tuán)隊(duì)可以對(duì)目前的譜密度做出精確的數(shù)值預(yù)測(cè)。

而另一理論宇宙膨脹說(shuō)則認(rèn)為，早期的宇宙非常非常小，然后突然爆炸膨脹。這一短時(shí)間的爆炸產(chǎn)生了與生俱來(lái)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(chǎng)”的存在——一種只存在于“當(dāng)下”的場(chǎng)。

無(wú)論如何，被現(xiàn)代物理學(xué)奉為基石的理論正面臨重大挑戰(zhàn)，而結(jié)果或許不需要等太久就會(huì)水落石出。