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光速不是常数？这个违反爱因斯坦相对论的理论马上就能经受实验检验了是怎么回事，是真的吗？2016年11月30日是本文发布时间是这个时间。下面一起来看看到底怎么回事吧。
光速不是常数？这个违反爱因斯坦相对论的理论马上就能经受实验检验了
爱因斯坦理论认为光速是个常数，但有一种理论认为，在宇宙刚刚形成的早期，光速比现在要快得多
光速不变是爱因斯坦狭义相对论的前提，已经经受了无数实验事实的检验，但也有一些科学家持不同意见，认为光速是可变的——而近期，他们的理论已经提出了可以检验的预言，或许马上就能经受实验的验证，或者证伪了。
爱因斯坦认为光速是个恒定不变的常数，这一命题是物理学中多个理论，包括广义相对论背后的基础。目前，关于大爆炸后早期宇宙的模型也大多基于光速不变的前提。
图片来源：Zee Media Bureau/Salome Phelamei
不过，一些研究者一直坚持认为，早期宇宙中的光速可能比现在快得多。现在，该理论的开创者之一，伦敦帝国理工学院教授Jo?o Magueijo与加拿大圆周理论物理研究所的Niayesh Afshordi基于这一理论已经做出了一个预测，可以检验它的可靠性。
宇宙的结构（如星系等）都来源于早期宇宙中的涨落——即各个区域的密度差异。这些早期涨落被以“谱指数”（spectral index）的形式记录在宇宙微波背景辐射（CMB）中， CMB就是宇宙最早的光绘制成的地图。
如果宇宙早期的光速与现在不一样，它也会被记录在这些早期涨落中。Magueijo和Afshordi使用了一个模型，可以得出精确的谱指数，他们将模型和结果发表在了《物理评论D》（Physical Review D）杂志上。
宇宙学家正在更详细地解读这一数字，因此，这一预言可能马上就能经受检验了——不管是证实还是证伪。Magueijo等人预言的谱指数是0.96478，而如今根据宇宙微波背景辐射所估计的谱指数约为0.968（带有一些误差范围），与0.96478较为接近。
激进的理论
Magueijo表示：“我们在20世纪90年代提出的这一理论，如今已经逐渐成熟，能够产生可以检验的预测了。如果在不久的未来观测证实了我们的预言，这就意味着我们的理论能够对爱因斯坦的引力理论进行修正。”
“光速可变这一想法在刚提出时可能看起来很激进，但它能提供数值上的预言，从而可供物理学家实实在在地检验。如果被证实，它就将证明，大自然的法则并非一成不变。”
与光速可变理论相对的主流理论是暴胀理论（inflation）。暴胀理论认为，早期宇宙经过了一个急剧膨胀的阶段，其膨胀速度远远超出了如今宇宙的膨胀速度
为什么要让光速可变呢？
不管是暴胀理论还是光速可变理论，都需要解决一个被物理学家称之为“视界问题”（horizon problem）的问题。我们如今所见到的宇宙，似乎在每个地方都差不多是相同的，比如它的密度就是相对均匀的。
这么均匀的组成，只有在宇宙的各个区域能够产生互相联系时才能达到。然而，如果光速一直都是现在的3×10^8米每秒的话，光就没有足够的时间传遍宇宙的边边角角，把能量“平摊”开来。
打个比方，要开暖气让整个房间的温度均匀地升高，从暖气片处产生的热空气就必须到达整个房间并混合均匀。然而，早期膨胀中的可见宇宙就像一个过大的“房间”，等不及让光（或者说，能量）混合均匀。
而光速可变理论提出，早期宇宙的光速可能比现在快很多，因此在宇宙急剧膨胀的同时可以让光到达边边角角。随后，随着宇宙密度逐渐降低，光速也以可预测的方式下降，直到今天。这就是光速可变理论的核心内容。
而暴胀理论则以另外一种方式解决了这一问题。它提出，宇宙在还非常小的时候就已经平摊好了能量，随后则以非常快的速度急剧膨胀开来，同时保持了均匀性。虽然这保证了光速和其他物理定律的不变性，但它的成立依赖于“暴胀场”（inflation field）的存在。究竟光速可变理论能否挑战爱因斯坦相对论的光速不变性呢？让我们静静等待观测结果吧。
撰文 Hayley Dunning
编译 丁家琦
论文链接：https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.94.101301
原文链接：
http://www3.imperial.ac.uk/newsandeventspggrp/imperialcollege/newssummary/news_24-11-2016-10-12-58 |
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发表于 2022-4-28 12:48:20
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