在數(shù)學(xué)學(xué)中，不同領(lǐng)域有好多常數(shù)，拿來幫助科學(xué)家進行復(fù)雜的估算。我們在中學(xué)的時侯也學(xué)過好多常數(shù)，例如萬有引力常數(shù)物理常數(shù)包括什么，普朗克常數(shù)，光速等等。
按理說，在我們的宇宙中，那些常數(shù)是不變的，由于宇宙秉持著同一個數(shù)學(xué)定理。但是，近來的研究發(fā)覺，雖然在我們的宇宙中，個別地方的數(shù)學(xué)常數(shù)實際上與我們月球上的數(shù)學(xué)常數(shù)不同。
此次讓科學(xué)家驚訝的是傳說中的精細結(jié)構(gòu)常數(shù)。
精細結(jié)構(gòu)常數(shù)起源于玻爾對氫原子波譜的解釋，而索末菲在對其進行深入研究時提出了這個常數(shù)，因而又稱為索末菲常數(shù)。
精細結(jié)構(gòu)常數(shù)α=e^2/(4πε0ch)，其中e為電子電荷，ε0為真空介電常數(shù)，h為約化普朗克常數(shù)，c為光在真空中的速率。估算結(jié)果表明精細結(jié)構(gòu)常數(shù)約等于1/137。雖然玻爾的原子模型后來被推翻，但化學(xué)學(xué)家發(fā)覺精細結(jié)構(gòu)常數(shù)在檢測電磁力等方面具有重要意義物理常數(shù)包括什么，因而它得以幸存。
據(jù)悉，精細結(jié)構(gòu)常數(shù)十分有趣。它除了是極為罕見的無量綱（即沒有單位）的數(shù)學(xué)常數(shù)，但是好多物理常數(shù)也可以通過簡單的變換得到。為此，自精細結(jié)構(gòu)常數(shù)提出以來，無數(shù)科學(xué)家為之著迷。知名化學(xué)學(xué)家泡利生前住的床是137號，這也讓他在思索精細結(jié)構(gòu)常數(shù)的同時去世。精細結(jié)構(gòu)常數(shù)的內(nèi)容十分復(fù)雜，我們有機會單獨推出程序介紹。
不過，正好就是這樣一個常數(shù)，近來才發(fā)覺不是“常數(shù)”。科學(xué)家對遙遠宇宙的觀測表明，在宇宙的不同位置，精細結(jié)構(gòu)常數(shù)可能不同。
這一發(fā)覺是基于宇宙的各向異性。前不久我們剛才介紹了日本宇航局最新的觀測數(shù)據(jù)，表明科學(xué)家常年以來敬奉的宇宙各向同性理論可能會被推翻。所謂宇宙各向同性，是指當(dāng)觀測范圍擴大到一定程度時，我們在任何方向觀測到的宇宙都是相同的，這意味著宇宙沒有中心。但是，俄羅斯宇航局對數(shù)十個星體退后速率的研究表明，這個理論可能是錯誤的，暗示宇宙有一個中心。
除了有中心，新的研究還向我們暗示：宇宙甚至有“南北”之分。通過電磁學(xué)的理論和發(fā)覺，科學(xué)家們有望為宇宙指明一個明晰的方向。
新加坡新南威爾士學(xué)院（UNSW）的天體化學(xué)學(xué)家約翰·韋伯（）說：“（新研究）雖然否認了這個猜測，即宇宙中可能真的存在方向性，這確實很奇怪，從統(tǒng)計學(xué)角度推算的宇宙各向同性可能會被推翻。
這么，所謂的宇宙南北差別從何而至呢？
韋伯進一步解釋說：宇宙中可能存在某個方向（或兩個方向，即同一點的兩側(cè)），數(shù)學(xué)定理順著這個方向發(fā)生變化。但是，在垂直于它的方向上，數(shù)學(xué)定理依然是穩(wěn)定的。“換句話說，從某種意義上說，宇宙具有偶極子結(jié)構(gòu)。”
直徑稍長。為此，重力加速度g隨經(jīng)度變化。但在同一經(jīng)度下，g不變（這兒不考慮地形誘因）。按照新發(fā)覺，宇宙中的化學(xué)定理也會隨著“宇宙經(jīng)度”而變化，但在同一個“宇宙經(jīng)度”上卻是不變的。
這么，哪些是韋伯偶極子？雖然很簡單。它是一對相反的電荷或磁核，可以產(chǎn)生電場或磁場。
電磁力在我們的宇宙中飾演著非常重要的角色，我相信這不須要太多解釋。諸如，宇宙中的每一個原子都遭到電磁力的禁錮，使電子乖乖地圍繞著原子核。沒有電磁力，所有原子就會崩塌。同樣，電磁波也是宇宙中的重要元素，光就是電磁波的一種。
科學(xué)家正是通過對電磁力的觀察，發(fā)覺了宇宙精細結(jié)構(gòu)常數(shù)的微妙變化——看看精細結(jié)構(gòu)常數(shù)的估算公式，你也會明白它與宇宙的關(guān)系有多密切電磁關(guān)系。
研究團隊借助坐落法國的甚大望遠鏡陣列（VLT）對130億光年外的類恒星進行了四次觀測——那是宇宙中最原始的模樣。通過甚大望遠鏡強悍的觀測能力，她們研究了初期宇宙的電磁力。
“當(dāng)我們把所有的觀測數(shù)據(jù)放到一起時，我們會發(fā)覺，”韋伯說，“隨著我們觀測的距離越來越遠，電磁力雖然越來越強；而當(dāng)我們朝著它聯(lián)通時反方向觀察，會漸漸降低。”而這個觀測結(jié)果也意味著，隨著宇宙中空間位置的變化，精細結(jié)構(gòu)常數(shù)也略有不同。
這給科學(xué)家們帶來了一個深刻的思索：這些我們看似“恰到用處”的科學(xué)巧合是否適用于整個宇宙？我們的宇宙是否遵守同一套法則？
假如她們的發(fā)覺得到否認，無疑將是對現(xiàn)代宇宙學(xué)的巨大震憾。
巧的是，證據(jù)一說就來了。
日本的一群研究人員常年旨在于X射線的研究，卻意外發(fā)覺了相關(guān)證據(jù)。她們在觀察宇宙的同時，也發(fā)覺宇宙的不均勻性雖然隱藏著某種已經(jīng)不為人知的排列。巧合的是，她們發(fā)覺的可能安排正好與UNSW的研究團隊相同！
盡管兩個團隊的研究結(jié)果互相印證，但我們還須要更多的證據(jù)來證明這一點。但可以肯定的是，假如宇宙真的像她們所說的那樣具有特定的排列方向，這么我們對宇宙的認識還會被重塑。與此同時，那座數(shù)學(xué)“大廈”也可能遭受強烈“地震”。
“我們的宇宙學(xué)標(biāo)準模型是基于各向同性宇宙，”韋伯說，“而標(biāo)準模型本身是基于愛因斯坦的引力理論，引力本身似乎對自然定理具有不變性。假如這樣的理論創(chuàng)立只是一個簡略的近似值，它為數(shù)學(xué)學(xué)打開了一些特別令人激動的新房門。”
雖然，關(guān)于精細結(jié)構(gòu)常數(shù)是否恒定的問題，即使聽上去有點唬人，但科學(xué)家們好奇了好久。直至明天，我們總算找到了一些證據(jù)。而這一證據(jù)除了有望解答科學(xué)家們好奇已久的“小問題”，甚至?xí)碚麄€宇宙模型的“大問題”。
可以肯定的是，我們正在經(jīng)歷一個特殊的時代，化學(xué)樓不斷打開新的房門，讓我們看見一個全新的世界。包括所謂的第五基本力、物質(zhì)的第五態(tài)等等，可能都正式浮出水面。這將是數(shù)學(xué)學(xué)實現(xiàn)突破的抓手。其實人類通往宇宙的通道正在一點點打開。