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    早期宇宙光速是无限的?现在光速变慢了?

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      爱因斯坦

      【博科园-科学科普】现代物理学的基本概念是光速是恒定的,真空中每秒186000英里 (299792公里/秒)。1906年爱因斯坦在他的广义相对论中确立了这一点,那时他刚刚年仅26岁(令小编羡慕不已||ヽ(* ̄▽ ̄*)ノミ|Ю)。但如果没有呢?最近几年尽管有争议的事件发生,但对于光总是以恒定速度传播的观点提出了质疑。事实上已经知道了很长一段时间,有几个现象速度比光快,但不违反相对论。

      早期宇宙光速是无限的?现在光速变慢了?

      图片:Melmak, Pixababy

      例如:当速度比声音快的时候就会产生音爆,但比光更快的运动产生一种“luminal boom”。俄罗斯科学家帕维尔阿列克谢耶维奇切伦科夫于1934年发现了这一点,1958年他获得了诺贝尔物理学奖。切伦科夫辐射可以在核反应堆的核心中观察到。当核心被淹没在水中冷却时,电子在水中的移动速度超过了光速,从而导致了“luminal boom”

      虽然没有质量的粒子能比光跑得快,但空间的结构却可以。根据宇宙膨胀理论,宇宙大爆炸后:宇宙的体积扩大了一倍,然后又翻了一倍,不到万亿分之一秒,远远超过光速。对宇宙加速速度的最好估计是每百万秒每秒68公里。

      量子纠缠是另一个不违背爱因斯坦理论的超光速相互作用的例子。当两个粒子纠缠在一起时, 即使它的伴侣在宇宙的另一端, 也可以瞬间“感应”到。爱因斯坦称其为“远距离幽灵行动”,最后一个例子是理论上的(至少现在是这样)。如果我们能够弯曲或折叠时空,比如有虫洞,它就能让宇宙飞船瞬间从太空的一边传到另一边。

      早期宇宙光速是无限的?现在光速变慢了?

      图片版权:NASA/WMAP Science Team

      爱因斯坦说光在整个宇宙中的作用几乎相同。虽然有一个问题,今天科学家们惊叹宇宙的同质性。一个方法是研究宇宙微波背景(CMB),这实际上是位于宇宙每个角落的宇宙大爆炸留下的光。无论在哪里检测,总是相同的温度-454 F (-270 C)。如果是这样,光以恒定的速度传播,它怎么能从宇宙的一端到另一边呢?到目前为止,科学家们还不知道,目前理解的是在早期 “宇宙膨胀” 中一定存在一些特殊的条件。

      随着时间的推移,光线减慢的想法首先由伦敦帝国学院的若昂 Magueijo 教授和加拿大周边研究所的同事 Niayesh Afshordi 博士提出。他们的论文在1998末提交给天体物理学,此后不久出版。不幸的是研究宇宙微波背景辐射寻找支持它的线索所需的适当仪器,在当时是不可行的。

      Magueijo 和 Afshordi 完全消除了宇宙膨胀。相反他们争辩说:当宇宙年轻时存在的强烈热量1万兆 C,允许粒子-包括光子 (光粒子)以无限的速度移动。因此光旅行到宇宙中的每一个点,导致我们今天可以观察到的宇宙微波背景辐射的统一性。Afshordi 告诉卫报说:早期宇宙的波动是什么样子的?这些是形成行星、恒星和星系的波动。第二年的一次实验使 Magueijo 和 Afshordi 的理论可信。

      早期宇宙光速是无限的?现在光速变慢了?

      宇宙微波背景,图片版权:NASA/WMAP Science Team

      1999年哈佛大学的Lene Vestergaard Hau进行了一项实验,将光的速度降低到每小时40英里(64公里)震惊了世界。Hau的研究材料比绝对零度高几度。在这样的环境中,原子的运动非常缓慢。它们开始重叠,变成了所谓的玻色-爱因斯坦凝聚。在这里原子变成了一片大云,并且表现得像一个巨大的原子。Hau通过这样的云发射了两束激光,由钠原子0.008英寸(0.2 mm)宽组成。

      第一次爆炸改变了云的量子性质。这增加了云的折射率,使第二束速度减慢到每小时38英里(61公里)。折射是指当光或无线电波从一种介质进入另一种介质时弯曲或扭曲。2001年的一项发现也为变光理论提供了证据。著名天文学家约翰·韦伯在深空研究类星体时做了一个观察。类星体是数十亿倍于太阳的发光物体,它们由黑洞提供能量。它光度来自吸积盘,由气体组成包裹着。

      韦伯发现一个特殊的类星体在接近星际云时吸收了不同于预期的光子类型。只有两件事可以解释这一点。要么是电荷改变了,或者光速已经变了。2002年由理论物理学家保罗·戴维斯(Paul Davies)领导的一个澳大利亚团队发现,它不可能改变极性,因为这违反了热力学第二定律。

      早期宇宙光速是无限的?现在光速变慢了?

      类星体3C 279的概念图,图片版权:NASA Blueshift, Flickr

      2015年的另一项突破性研究进一步挑战了这项科学的主要部分。来自格拉斯哥和赫瑞瓦特大学的苏格兰物理学家成功地在室温下减慢了光子的速度(没有折射)。实验基本上为光子建造了一个跑道,这样做是为了使两束光子并排赛跑。一条轨道不受阻碍,另一个拿着一个 “面具”,它像一个红心目标。

      在中心是一个狭窄的通道,光子不得不改变形状挤压通过。故而减慢了光子下降约一微米 (千分尺),不是很多,但足以证明光并不总是以恒定的速度传播。到目前为止,仪器已经改进到可以成功探测CMB的程度。因此2016年JooMagueijo和Niayesh Afshordi发表了另一篇论文,这次发表在“ 物理评论D ”上。

      他们目前正在测量CMB的不同区域,并研究星系的分布,寻求线索来支持他们理论的光线在宇宙的最早时刻摆脱了假定的速度限制。这是一个边缘理论。然而影响是惊人的。整个物理学前提是光速的恒定性, Magueijo说:所以我们必须想办法改变光速而不破坏整个事情,计算应该在2021年之前完成。

      • 备注:本文部分理论尚未证实

      • 知识:科学无国界,博科园-科学科普

      • 作者:PHILIP PERRY

      • 内容:经“博科园”判定符合今主流科学

      • 来自:big think

      • 编译:双螺旋

      • 审校:博科园

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