現代數學學構建在一個基本概念上,即光速是恒定的,它在真空中的大小是.458千米/秒。正是基于這樣的前提,愛因斯坦在1905年創辦了狹義相對論。那假如并不是這樣的呢?雖然近些年來一些有爭議的風波指責了光速總是以恒定速率傳播的觀點,但事實上,我們早就曉得有幾個現象比光傳播得快,且不違反相對論,比如,切連科夫幅射、宇宙暴脹、量子糾纏。
愛因斯坦覺得,光速在宇宙中都是一樣的,但這可能存在一個問題。明天,科學家對宇宙的同質性倍感驚奇,其中一個方式是可以通過研究宇宙微波背景(CMB)來判定。這是宇宙大爆燃留下的光,它坐落宇宙的每位角落。
無論從那個方向測量宇宙微波背景,它的濕度總是相同的-270.43攝氏度。假如是這樣,且光以恒定的速率傳播,它如何能從宇宙的一個邊沿抵達另一個邊沿呢?由于宇宙目前的半徑為930億光年,整個宇宙不可能通過交換光子來達到室溫均衡。到目前為止,科學家們毫無頭緒,只能推測在初期的膨脹領域中存在一些特殊的情況。
宇宙微波背景
早在1998年,紐約帝國理工大學的Joo院士和美國圓周理論數學研究所的博士對此提出了一個理論,她們覺得,隨著時間推移,光的速率會逐步變慢。為了找尋支持這些觀點的線索,須要調查宇宙微波背景,然而當時沒有合適的儀器。
這兩位數學學家完全排除了暴脹時期。相反,她們覺得,宇宙早期時存在的超級熱量(氣溫可達一萬億億億度)準許包括光子在內的粒子以無限速率運動。為此,光會抵達宇宙中的每一點,造成我們明天可以觀測到宇宙微波背景的均勻性。次年的一項實驗,雖然表明這些理論有一定的可能性。
1999年,耶魯學院的數學學家LeneHau進行了一項實驗,她把光速增加到61千米每小時,轟動了全世界。Hau研究在絕對零度以上幾度的材料,在這樣的環境中,原子的聯通十分平緩。它們開始重疊,弄成了所謂的玻色-愛因斯坦匯聚態。在這兒,原子弄成了一塊小型云狀物,表現得像一個巨大的原子。
玻色-愛因斯坦匯聚態
Hau朝0.2毫米寬的鈉原子云狀物發射了兩束激光。第一次激光改變了云的量子性質。這降低了云的折射率,使第二道光的速率減緩到61千米每小時。
2001年的一項發覺也為光速可變理論提供了線索。天文學家JohnWebb在研究宇宙深處的類恒星時有了一項發覺。類恒星實際上是活躍的超大質量黑洞,其光亮來自于包裹著它的吸積盤中的二氧化碳磨擦。
Webb發覺,有一個非常的類恒星在接近星際云的時侯,吸收了一種之前沒有預測到的不同類型的光子。只有兩個誘因可以解釋這一點,要么是它的電荷改變了,要么是光速變化了。不久后,一項研究發覺,光子不能改變極性最先推測黑洞存在溫度的物理學家,由于這違反了熱力學第二定理。
類恒星
2015年的另一項突破性研究進一步挑戰了光速不變性,蒙特利爾學院和赫瑞瓦特學院的化學學家在溫度下成功地把一個光子在沒有折射的情況下減弱了速率。在實驗中,她們建造了光子軌道,使兩個光子才能并排而行。其中一條軌道不受制約。另一條帶有一個類似靶子的“面具”,中間是一個窄小的通道,光子必須改變形狀能夠擠進去。結果顯示,光子的速率增加了大概1微米/秒,不是好多最先推測黑洞存在溫度的物理學家,但或能證明光并不總是以恒定的速率運動。
現在,儀器早已可以在很高的精度下偵測宇宙微波背景。正由于這般,2016年Joo和發表了另一篇論文。她們目前正在檢測宇宙微波背景的不同區域,但是研究星體的分布,尋覓線索來支持她們的觀點——宇宙最初期的光打破了光速限制。
這又是一個邊沿理論。但是,倘若被否認的話,它將會帶來顛覆性的影響。表示,整個數學學都是基于光速恒定而構建的,所以化學學家必須在不破壞整體的情況下,找到改變光速的技巧。據恐怕,這兩位數學學家的最新研究應當在2021年完成。