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爱因斯坦理论面临崩塌!光速会变:有证据

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。

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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João 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。

爱因斯坦理论面临崩塌!光速会变:有证据
帝国理工官网发文指出爱因斯坦的物理理论面临挑战

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期刊上。(论文地址)

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论文中对谱指数的预测,相比于普朗克卫星的观测结果

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。

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上图描述了宇宙诞生的过程

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。

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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。

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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。

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