成分常数和变量

在宇宙论中,最有争议的一个问题是:为什么自然界的基本常数是专门为我们设计的?据物理学家组织网9月6日(北京时间)报道,这些基本常数之一的“精细结构常数”,现在被科学家以确凿的证据证明是一个变量。如果结果被接受,物理学家将不得不重新思考他们所珍视的许多物理定律,甚至包括爱因斯坦的核心理论,这个理论曾经备受推崇。

电子与质子之间的结合力也称为“精细结构常数”。一些科学家长期以来一直怀疑该常数可能从古代到现在一直在变化,为生命而调整。因为654.38+00亿年前,这个组合比今天弱20万倍。

然而,用时间和空间的几何性质来描述引力现象的广义相对论不允许“精细结构常数”随时间变化——包括广义相对论在内的所有几何引力理论都是基于等效原理,即要求任何在引力场中自由落体的局部参考系中所做的非引力实验都有完全相同的结果,而与实验的时间和地点无关。这就是为什么科学家们对“精细结构常数”的明显变化仍然持有不同看法的原因

日前,澳大利亚新南威尔士大学的物理学家约翰·韦伯(John Webb)及其同事在一篇论文中指出,“精细结构常数”确实在发生变化。他们使用位于夏威夷莫纳克亚山的凯克望远镜和位于智利的面向南方的甚大望远镜,观测了65,438+000多个类星体。选择类星体同样的特点是:极远,极亮,内部中心有一个大质量黑洞提供能量。

类星体的光在到达地球的途中,会穿过气体云中的原子,被它们吸收。如果“精细结构常数”有任何变化,气体云中不同距离的原子会吸收波长略有不同的光。在综合两台望远镜在相反方向上获得的光谱数据后,科学家发现了“精细结构常数”的空间依赖性:在一个方向(北方)上,它会随时间略微减弱;同时在另一个方向(南方)略强。

这项研究带来的直接影响是,它违背了物理学定律在宇宙中“普遍适用”的常规认识,广义相对论必然会被修改,因为它的核心——等效原理被推翻了。爱因斯坦曾经建立了一个宇宙的有限模型,它的打破意味着宇宙可能比目前想要的要大得多,甚至没有极限。

麻省理工学院宇宙学家马克斯·泰格马克(Max Tegmark)评论说,如果这一结果得到认可,那将是一场轰动。但他个人表示怀疑,因为这个触及最根本物理学的发现,往往需要更多的证据来充实。

“世事无常”,这句俗语所蕴含的道理,或许才是真正的“放之四海而皆准”。任何常数都是系统中的常数。当系统跨越整个宇宙时,常数就变成了字面上的“常数”数。有这样的常数吗?虽然爱因斯坦的答案是肯定的,但包括韦伯在内的很多人质疑了很多年,却始终没有获得如此有力的证据。无论“精细结构常数”对广义相对论和量子电动力学有多重要,我们都不能对这一观察视而不见,哪怕这意味着现代物理学天翻地覆。