早期宇宙光速是无限的？现在光速变慢了？

【博科园-科学科普】现代物理学的根基概念是光速是恒心猿意马的，真空中每秒186000英里 (299792公里/秒)。1906年爱因斯坦在他的广义相对论中确立了这一点，那时他方才年仅26岁（令小编恋慕不已||ヽ(*￣▽￣*)ノミ|Ю）。但若是没有呢？比来几年尽管有争议的事务发生，但对于光老是以恒心猿意马速度传布的不雅点提出了质疑。事实上已经知道了很长一段时候，有几个现象速度比光快，但不违反相对论。

图片：Melmak, Pixababy

例如：当速度比声音快的时辰就会发生音爆，但比光更快的活动发生一种“luminal boom”。俄罗斯科学家帕维尔阿列克谢耶维奇切伦科夫于1934年发现了这一点，1958年他获得了诺贝尔物理学奖。切伦科夫辐射可以在核反映堆的焦点中不雅察到。当焦点被覆没在水中冷却时，电子在水中的移动速度跨越了光速，从而导致了“luminal boom”

固然没有质量的粒子能比光跑得快，但空间的布局却可以。按照宇宙膨胀理论，宇宙年夜爆炸后：宇宙的体积扩年夜了一倍，然后又翻了一倍，不到万亿分之一秒，远远跨越光速。对宇宙加快速度的最好估量是每百万秒每秒68公里。

量子纠缠是另一个不违反爱因斯坦理论的超光速彼此感化的例子。当两个粒子纠缠在一路时，即使它的伴侣在宇宙的另一端, 也可以刹时“感应”到。爱因斯坦称其为“远距离鬼魂步履”，最后一个例子是理论上的(至少此刻是如许)。若是我们可以或许弯曲或折叠时空，好比有虫洞，它就能让宇宙飞船刹时从太空的一边传到另一边。

图片版权：NASA/WMAP Science Team

爱因斯坦说光在整个宇宙中的感化几乎不异。固然有一个问题，今天科学家们赞叹宇宙的同质性。一个方式是研究宇宙微波布景（CMB），这现实上是位于宇宙每个角落的宇宙年夜爆炸留下的光。无论在哪里检测，老是不异的温度-454 F (-270 C)。若是是如许，光以恒心猿意马的速度传布，它怎么能从宇宙的一端到另一边呢？到今朝为止，科学家们还不知道，今朝理解的是在早期 "宇宙膨胀" 中必然存在一些特别的前提。

跟着时候的推移，光线减慢的设法起首由伦敦帝国粹院的若昂 Magueijo 传授和加拿年夜周边研究所的同事 Niayesh Afshordi 博士提出。他们的论文在1998末提交给天体物理学，此后不久出书。不幸的是研究宇宙微波布景辐射寻找撑持它的线索所需的恰当仪器，在那时是不成行的。

Magueijo 和 Afshordi 完全消弭了宇宙膨胀。相反他们争辩论：当宇宙年青时存在的强烈热量1万兆 C，许可粒子-包罗光子 (光粒子)以无限的速度移动。是以光观光到宇宙中的每一个点，导致我们今天可以不雅察到的宇宙微波布景辐射的同一性。Afshordi 告诉卫报说：早期宇宙的波动是什么样子的？这些是形当作行星、恒星和星系的波动。第二年的一次尝试使 Magueijo 和 Afshordi 的理论可托。

宇宙微波布景，图片版权：NASA/WMAP Science Team

1999年哈佛年夜学的Lene Vestergaard Hau进行了一项尝试，将光的速度降低到每小时40英里(64公里)震动了宿世界。Hau的研究材料比绝对零度高几度。在如许的情况中，原子的活动很是迟缓。它们起头重叠，酿成了所谓的玻色-爱因斯坦凝集。在这里原子酿成了一片年夜云，而且表示得像一个庞大的原子。Hau经由过程如许的云发射了两束激光，由钠原子0.008英寸(0.2 mm)宽构成。

第一次爆炸改变了云的量子性质。这增添了云的折射率，使第二束速度减慢到每小时38英里(61公里)。折射是指当光或无线电波从一种介质进入另一种介质时弯曲或扭曲。2001年的一项发现也为变光理论供给了证据。闻名天文学家约翰·韦伯在深空研究类星体时做了一个不雅察。类星体是数十亿倍于太阳的发光物体，它们由黑洞供给能量。它光度来自吸积盘，由气体构成包裹着。

韦伯发现一个特别的类星体在接近星际云时接收了分歧于预期的光子类型。只有两件事可以诠释这一点。要么是电荷改变了，或者光速已经变了。2002年由理论物理学家保罗·戴维斯(Paul Davies)带领的一个澳年夜利亚团队发现，它不成能改变极性，因为这违反了热力学第二心猿意马律。

类星体3C 279的概念图，图片版权：NASA Blueshift,Flickr

2015年的另一项冲破性研究进一步挑战了这项科学的本家儿要部门。来自格拉斯哥和赫瑞瓦特年夜学的苏格兰物理学家当作功地在室温下减慢了光子的速度（没有折射）。尝试根基上为光子建造了一个跑道，如许做是为了使两束光子并排竞走。一条轨道不受阻碍，另一个拿着一个 "面具"，它像一个红心方针。

在中间是一个狭小的通道，光子不得不改变外形挤压经由过程。故而减慢了光子下降约一微米 (千分尺)，不是良多，但足以证实光并不老是以恒心猿意马的速度传布。到今朝为止，仪器已经改良到可以当作功探测CMB的水平。是以2016年JooMagueijo和Niayesh Afshordi颁发了另一篇论文，此次颁发在“物理评论D”上。

他们今朝正在测量CMB的分歧区域，并研究星系的分布，追求线索来撑持他们理论的光线在宇宙的最早时刻解脱了假心猿意马的速度限制。这是一个边缘理论。然而影响是惊人的。整个物理学前提是光速的恒心猿意马性， Magueijo说：所以我们必需想法子改变光速而不粉碎整个工作，计较应该在2021年之前完当作。

备注：本文部门理论尚未证实

常识：科学无国界，博科园-科学科普

作者：PHILIP PERRY

内容：经“博科园”鉴定合适今本家儿流科学

来自：big think

编译：双螺旋

审校：博科园

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