科技前沿 光速難道可變嗎？

科技前沿 光速難道可變嗎？

我們?cè)瓉?lái)做過(guò)一期關(guān)于“光速”的特刊，介紹了光速和相對(duì)論。其中最重要的理念，就是“光速是一個(gè)常數(shù)”。所謂常數(shù)，意思是不會(huì)更改，光在真空中的速度是恒定的，一秒鐘是299792458米，約等于每秒30萬(wàn)千米。由于光速是恒定的，所以可以用光速來(lái)衡量時(shí)間和空間。

光速的恒定不變，是現(xiàn)代物理學(xué)的根基之一。從19世紀(jì)的麥克斯韋，到20世紀(jì)的愛(ài)因斯坦，乃至到21世紀(jì)的當(dāng)下，無(wú)論科學(xué)家們?nèi)绾窝芯?，光速都是不可變的，也正由于其不可變，狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論才可以實(shí)現(xiàn)。然而，一些研究者認(rèn)為，光速是可變的，這不是說(shuō)光速在不同情況下速度不同，也不是說(shuō)我們能改變光速，而是說(shuō)早期宇宙中的光速比現(xiàn)在要快的多。

“光速可變”是個(gè)革命到近乎瘋狂的想法，因?yàn)槿绻f(shuō)宇宙早期光速和現(xiàn)代不同，等于說(shuō)自然法則是可以更改的。古代人一直認(rèn)為，自然法則是可以被上帝隨意更改的，然而自17世紀(jì)法國(guó)學(xué)者笛卡爾建立現(xiàn)代哲學(xué)體系以來(lái)，一個(gè)基本的概念就是自然法則不可動(dòng)搖，沒(méi)有力量能更改。如果光速可變，等于我們整個(gè)物理學(xué)乃至于科學(xué)哲學(xué)體系都要重新編寫(xiě)。

在以前，光速可變論只會(huì)在科幻小說(shuō)里出現(xiàn)，好比說(shuō)劉慈欣的名著《三體》就認(rèn)為高級(jí)文明在不斷更改光速。然而現(xiàn)在光速可變論已經(jīng)可以接受真實(shí)世界的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了。倫敦帝國(guó)理工學(xué)院教授Joao Magueijo 和加拿大圓周理論物理研究所的Niayesh Afshordi，提出了一個(gè)可以驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)，預(yù)測(cè)了宇宙早期各個(gè)地區(qū)的密度差異“譜指數(shù)”是0.96478，這和現(xiàn)有的數(shù)值0.968有一些差異?，F(xiàn)在科學(xué)家們正在加緊研究，過(guò)一段時(shí)間就會(huì)得出最后的數(shù)字結(jié)論，如果真的符合光速可變論者的預(yù)測(cè)，那將會(huì)在物理學(xué)界引爆軒然大波。

為什么會(huì)有光速可變論的出現(xiàn)呢？那是因?yàn)槿祟?lèi)在觀測(cè)宇宙的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)令人百思不得其解的奇怪現(xiàn)象。在沒(méi)有燈光的野外，舉頭看天，如果天氣晴好的話(huà)，可以看到美麗的星空，這似乎很正常。然而，無(wú)論在全世界任何地方，無(wú)論往哪個(gè)方向觀測(cè)，都能看到差不多的星空，這就很奇怪了，因?yàn)檫@說(shuō)明宇宙的密度是均勻的，沒(méi)有哪個(gè)方向星星特別多，哪個(gè)方向星星特別少，哪里都差不多。

宇宙的密度如此均勻，說(shuō)明各個(gè)地方是有聯(lián)系的，因?yàn)槿绻鱾€(gè)地方的星空都是隨機(jī)分布的，那在宇宙的范圍內(nèi)，做到均勻的概率是約等于0，簡(jiǎn)言之就是不可能的。舉個(gè)例子吧，扔硬幣，正面和反面的概率各是百分之五十，你扔了一億次，結(jié)果全是正面，這個(gè)概率是多少？就是約等于0。既然宇宙的星空分布不是隨機(jī)的，那就一定要有內(nèi)在聯(lián)系。宇宙各個(gè)地方要有聯(lián)系，和光速有什么關(guān)系呢？那是因?yàn)橛钪嬖趧倓傉Q生的時(shí)候，經(jīng)歷了一場(chǎng)飛速膨脹，空間膨脹速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于光速，如果說(shuō)光速是物質(zhì)傳播速度的上限，那么在大爆炸時(shí)，宇宙的各個(gè)部分根本無(wú)法互相聯(lián)系。

光速可變論者認(rèn)為，宇宙早期的光速超級(jí)快，以至于可以在宇宙大爆炸的時(shí)候跟上宇宙的膨脹，從而保證宇宙的均勻。后來(lái)隨著宇宙膨脹的減速，光速也降了下來(lái)，變成了今天所知的光速。與此相對(duì)，傳統(tǒng)物理認(rèn)為，宇宙在快速膨脹之前，就已經(jīng)完成了均勻的分配，以至于膨脹之后還是均勻的，不需要光速可變。但是傳統(tǒng)物理的理論也遠(yuǎn)非完善，需要進(jìn)一步的解釋。

總之，光速可變已經(jīng)不再是小說(shuō)家們的假說(shuō)，它成了一個(gè)可預(yù)言，可證偽的科學(xué)假設(shè)，我們不妨拭目以待，看看科學(xué)家們會(huì)給出什么樣的結(jié)果。無(wú)論結(jié)果是什么，都將是人類(lèi)研究宇宙進(jìn)程中值得紀(jì)念的一步。