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科学探索:光在宇宙的速度已经减慢了

2018-03-09 18:1894677奇闻网
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在1905年,26岁的阿尔伯特爱因斯坦概述他的狭义相对论时,永远的改变物理学。这个理论概述了空间和时间之间的关系,并建立在两个基本假设上:所有非加速观察者的物理定律是相同的,真空中的光速总是相同的。

在上个世纪,爱因斯坦的相对论已经经受了实验验证的试验,并被用于解释一些物理过程,包括我们的宇宙的起源。但在20世纪90年代后期,少数物理学家挑战了爱因斯坦狭义相对论的基本假设之一:他们提出光在早期宇宙中比现在更快,而不是不变的。

这种可变光速的理论仍然是有争议的。如果实验验证了理论,这意味着自然规律并不总是与我们今天经历的相同,并且需要严格修正爱因斯坦的重力理论。

如果理论变成真的,这将对物理学和我们所理解的宇宙有很大的冲击,因为整个物理学基于光速的恒定性。

光的速度是不可变的常数有什么问题?

据magueijo介绍,光速可变理论(VSL)的出现为解决长期存在于宇宙学中被称为“视界问题”的矛盾。无论你在宇宙中的什么地方,当你观察到宇宙微波背景辐射时,都是137亿光年远。想象一下,如果光线从宇宙的一边传播到另一边,这将需要约274亿光年。

换句话说,宇宙太大,以至于不能让光在其存在的一端传播到另一端,这必须考虑到宇宙微波背景中所观察到的均匀性。当宇宙学家观察宇宙微波背景时,它是非常均匀的:它的温度是大约-270℃。然而,如果宇宙中最快的“事物”--光,在宇宙的整个存在过程中不能从宇宙的一侧移动到另一侧,那么在宇宙微波背景辐射中观察到的这种一致性是不可能的。

为了理解为什么会出现这种情况,想象一个浴缸在两端有一个水龙头,一个龙头产生冷水,另一个产生热水。如果你关闭这两个水龙头,最后浴缸里的水将达到均匀的温度,因为冷热水混合。但是如果在水龙头运行的时候,你可以沿着每个方向伸出浴缸,使得冷热水永远不会遇到,浴缸的一边总是比另一边更热,而不是单一的均匀温度。

宇宙微波背景辐射中早期宇宙的部分没有比其他部分更热或更冷,它是完全均匀的。考虑到光具有恒定的速度,这怎么可能?

最普遍接受的解决视界问题的方法叫做膨胀,这基本上表明,我们在宇宙微波背景辐射中观察到的均匀性发生在宇宙仍然非常小和密集的时候,并且它在扩展时保持了这种均匀性。在上面的例子中,热浴缸和冷水浴达到均匀的温度后,然后浴缸开始在每个方向疯狂的快速膨胀。

这将允许宇宙的远边缘随着宇宙膨胀而保持“连接”,并解释了在宇宙微波背景辐射中观察到的一致性。

那么,大爆炸之后光速是多少快?

根据Magueijo和他的同事Niayesh Afshordi的介绍,答案是“无限”快,光速至少比目前接受的每秒30万公里的速度快32个数量级。随着越来越接近大爆炸,光的速度接近无穷大。

从这个角度来看,光的速度更快,因为宇宙在开始时非常热。

当宇宙膨胀和冷却到低于这个温度时,光经历相移,就像液体水一旦温度达到一定阈值就变成冰一样,最终达到我们今天所知的速度。

如果Magueijo和Afshordi的光速可变理论是正确的,那么光的速度以可预测的方式下降。这意味着使用足够灵敏的仪器,可以测量光速衰减。

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