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光速不是常数?这违反爱因斯坦相对论的理论或接受实验检验

       爱因斯坦理论认为光速是常数,但有一种理论认为,在宇宙形成的早期阶段,光速比现在快得多。伦敦帝国理工学院根据这一光速可变理论提出了等待观测结果验证的预测。

       光速不变是爱因斯坦狭义相对论的前提。它已经被无数的实验事实所测试,但一些科学家认为光速是可变的——最近,他们的理论提出了测试预测,也许他们可以立即被实验所验证或伪造。

       爱因斯坦认为,光速是一个恒定的常数,是物理学中包括广义相对论背后的许多理论的基础。目前,大爆炸后早期宇宙的模型大多是基于光速不变的前提。

光速不是常数?这违反爱因斯坦相对论的理论或接受实验检验

图片来源:Zee Media Bureau/Salome Phelamei

       然而,一些研究人员一直认为,早期宇宙中的光速可能比现在快得多。伦敦帝国理工学院教授是该理论的先驱之一Jo?o Magueijo与加拿大圆周理论物理研究所的Niayesh Afshordi基于这一理论,对其可靠性进行了预测。

       宇宙的结构(如星系等)来自于早期宇宙的起伏,即各区域的密度差。这些早期的起伏被用作谱指数(spectral index)形式记录在宇宙微波背景辐射中(CMB)中,CMB就是宇宙最早的光绘制成的地图。

       假如宇宙早期的光速与现在不同,它也会被记录在这些早期的涨跌中。Magueijo和Afshordi他们在物理评论中使用模型来获得准确的谱指数D》(Physical Review D)杂志上。

       宇宙学家正在更详细地解释这个数字,因此,无论是证实还是伪造,这——无论是证实还是伪造。Magueijo等人预测的谱指数是0.96478,目前,根据宇宙微波背景辐射估计的谱指数约为0.968(有一些误差),和0.96478较为接近。

       激进的理论

       Magueijo我们在20世纪90年代提出的理论现在已经逐渐成熟,可以产生测试预测。如果我们的预测在不久的将来得到证实,这意味着我们的理论可以纠正爱因斯坦的引力理论。

       光速可变的想法在刚提出的时候可能看起来很激进,但它可以为物理学家提供价值预测和实际测试。如果得到证实,它将证明自然法则不是一成不变的。

       与光速可变理论相比,主流理论是暴胀理论(inflation)。暴力理论认为,早期宇宙经历了一个快速膨胀的阶段,其膨胀速度远远超过了今天宇宙的膨胀速度

       为什么光速可变?

       物理学家称之为视觉问题,需要解决暴胀理论和光速可变理论。(horizon problem)问题。我们现在看到的宇宙在每个地方似乎都是一样的,比如它的密度比较均匀。

       只有当宇宙的各个区域能够相互联系时,才能实现如此均匀的组成。然而,如果光速一直是现在3×10^8每秒米,光就没有足够的时间传遍宇宙的边角,把能量平摊开来。

       例如,为了打开暖气,使整个房间的温度均匀升高,散热器产生的热空气必须到达整个房间并混合均匀。然而,早期膨胀的宇宙就像一个太大的房间,迫不及待地让光(或能量)混合均匀。

       根据光速可变理论,早期宇宙的光速可能比现在快得多,所以当宇宙迅速膨胀时,光可以到达角落。随后,随着宇宙密度的逐渐降低,光速也以可预测的方式下降,直到今天。这是光速可变理论的核心内容。

光速不是常数?这违反爱因斯坦相对论的理论或接受实验检验

膨胀理论。图片来源:Wikipedia

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