早期宇宙光速是無限的？現在光速變慢了？

【博科園-科學科普】現代物理學的根基概念是光速是恒心猿意馬的，真空中每秒186000英里 (299792公里/秒)。1906年愛因斯坦在他的廣義相對論中確立了這一點，那時他方才年僅26歲（令小編戀慕不已||ヽ(*￣▽￣*)ノミ|Ю）。但若是沒有呢？比來幾年盡管有爭議的事務發生，但對于光老是以恒心猿意馬速度傳布的不雅點提出了質疑。事實上已經知道了很長一段時候，有幾個現象速度比光快，但不違反相對論。

圖片：Melmak, Pixababy

例如：當速度比聲音快的時辰就會發生音爆，但比光更快的活動發生一種“luminal boom”。俄羅斯科學家帕維爾阿列克謝耶維奇切倫科夫于1934年發現了這一點，1958年他獲得了諾貝爾物理學獎。切倫科夫輻射可以在核反映堆的焦點中不雅察到。當焦點被覆沒在水中冷卻時，電子在水中的移動速度跨越了光速，從而導致了“luminal boom”

固然沒有質量的粒子能比光跑得快，但空間的布局卻可以。按照宇宙膨脹理論，宇宙年夜爆炸后：宇宙的體積擴年夜了一倍，然后又翻了一倍，不到萬億分之一秒，遠遠跨越光速。對宇宙加快速度的最好估量是每百萬秒每秒68公里。

量子糾纏是另一個不違反愛因斯坦理論的超光速彼此感化的例子。當兩個粒子糾纏在一路時，即使它的伴侶在宇宙的另一端, 也可以剎時“感應”到。愛因斯坦稱其為“遠距離鬼魂步履”，最后一個例子是理論上的(至少此刻是如許)。若是我們可以或許彎曲或折疊時空，好比有蟲洞，它就能讓宇宙飛船剎時從太空的一邊傳到另一邊。

圖片版權：NASA/WMAP Science Team

愛因斯坦說光在整個宇宙中的感化幾乎不異。固然有一個問題，今天科學家們贊嘆宇宙的同質性。一個方式是研究宇宙微波布景（CMB），這現實上是位于宇宙每個角落的宇宙年夜爆炸留下的光。無論在哪里檢測，老是不異的溫度-454 F (-270 C)。若是是如許，光以恒心猿意馬的速度傳布，它怎么能從宇宙的一端到另一邊呢？到今朝為止，科學家們還不知道，今朝理解的是在早期 "宇宙膨脹" 中必然存在一些特別的前提。

跟著時候的推移，光線減慢的設法起首由倫敦帝國粹院的若昂 Magueijo 傳授和加拿年夜周邊研究所的同事 Niayesh Afshordi 博士提出。他們的論文在1998末提交給天體物理學，此后不久出書。不幸的是研究宇宙微波布景輻射尋找撐持它的線索所需的恰當儀器，在那時是不成行的。

Magueijo 和 Afshordi 完全消弭了宇宙膨脹。相反他們爭辯論：當宇宙年青時存在的強烈熱量1萬兆 C，許可粒子-包羅光子 (光粒子)以無限的速度移動。是以光觀光到宇宙中的每一個點，導致我們今天可以不雅察到的宇宙微波布景輻射的同一性。Afshordi 告訴衛報說：早期宇宙的波動是什么樣子的？這些是形當作行星、恒星和星系的波動。第二年的一次嘗試使 Magueijo 和 Afshordi 的理論可托。

宇宙微波布景，圖片版權：NASA/WMAP Science Team

1999年哈佛年夜學的Lene Vestergaard Hau進行了一項嘗試，將光的速度降低到每小時40英里(64公里)震動了宿世界。Hau的研究材料比絕對零度高幾度。在如許的情況中，原子的活動很是遲緩。它們起頭重疊，釀成了所謂的玻色-愛因斯坦凝集。在這里原子釀成了一片年夜云，而且表示得像一個龐大的原子。Hau經由過程如許的云發射了兩束激光，由鈉原子0.008英寸(0.2 mm)寬構成。

第一次爆炸改變了云的量子性質。這增添了云的折射率，使第二束速度減慢到每小時38英里(61公里)。折射是指當光或無線電波從一種介質進入另一種介質時彎曲或扭曲。2001年的一項發現也為變光理論供給了證據。聞名天文學家約翰·韋伯在深空研究類星體時做了一個不雅察。類星體是數十億倍于太陽的發光物體，它們由黑洞供給能量。它光度來自吸積盤，由氣體構成包裹著。

韋伯發現一個特別的類星體在接近星際云時接收了分歧于預期的光子類型。只有兩件事可以詮釋這一點。要么是電荷改變了，或者光速已經變了。2002年由理論物理學家保羅·戴維斯(Paul Davies)帶領的一個澳年夜利亞團隊發現，它不成能改變極性，因為這違反了熱力學第二心猿意馬律。

類星體3C 279的概念圖，圖片版權：NASA Blueshift,Flickr

2015年的另一項沖破性研究進一步挑戰了這項科學的本家兒要部門。來自格拉斯哥和赫瑞瓦特年夜學的蘇格蘭物理學家當作功地在室溫下減慢了光子的速度（沒有折射）。嘗試根基上為光子建造了一個跑道，如許做是為了使兩束光子并排競走。一條軌道不受阻礙，另一個拿著一個 "面具"，它像一個紅心方針。

在中間是一個狹小的通道，光子不得不改變外形擠壓經由過程。故而減慢了光子下降約一微米 (千分尺)，不是良多，但足以證實光并不老是以恒心猿意馬的速度傳布。到今朝為止，儀器已經改良到可以當作功探測CMB的水平。是以2016年JooMagueijo和Niayesh Afshordi頒發了另一篇論文，此次頒發在“物理評論D”上。

他們今朝正在測量CMB的分歧區域，并研究星系的分布，追求線索來撐持他們理論的光線在宇宙的最早時刻解脫了假心猿意馬的速度限制。這是一個邊緣理論。然而影響是驚人的。整個物理學前提是光速的恒心猿意馬性， Magueijo說：所以我們必需想法子改變光速而不粉碎整個工作，計較應該在2021年之前完當作。

備注：本文部門理論尚未證實

常識：科學無國界，博科園-科學科普

作者：PHILIP PERRY

內容：經“博科園”鑒定合適今本家兒流科學

來自：big think

編譯：雙螺旋

審校：博科園

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