光速是恒定的吗？
现代物理学建立在一个基本概念上，即光速是恒定的，它在真空中的大小是299792.458千米/秒。正是基于这样的前提，爱因斯坦在1905年创立了狭义相对论。那如果并不是这样的呢？尽管近年来一些有争议的事件质疑了光速总是以恒定速度传播的观点，但事实上，我们早就知道有几个现象比光传播得快，且不违背相对论，例如，切连科夫辐射、宇宙暴胀、量子纠缠。
爱因斯坦认为，光速在宇宙中都是一样的，但这可能存在一个问题。今天，科学家对宇宙的同质性感到惊奇，其中一个方法是可以通过研究宇宙微波背景（CMB）来判断。这是宇宙大爆炸留下的光，它位于宇宙的每个角落。
无论从哪个方向检测宇宙微波背景，它的温度总是相同的-270.43摄氏度。如果是这样，且光以恒定的速度传播，它怎么能从宇宙的一个边缘到达另一个边缘呢？因为宇宙目前的直径为930亿光年，整个宇宙不可能通过交换光子来达到温度均衡。到目前为止，科学家们毫无头绪，只能猜测在早期的膨胀领域中存在一些特殊的情况。
宇宙微波背景
早在1998年，伦敦帝国理工学院的João Magueijo教授和加拿大圆周理论物理研究所的Niayesh Afshordi博士对此提出了一个理论，他们认为，随着时间推移，光的速度会逐渐变慢。为了寻找支持这种观点的线索，需要调查宇宙微波背景，但是当时没有合适的仪器。
这两位物理学家完全排除了暴胀时期。相反，他们认为，宇宙初期时存在的超级热量（温度可达一万亿亿亿度）允许包括光子在内的粒子以无限速度运动。因此，光会到达宇宙中的每一点，导致我们今天可以观测到宇宙微波背景的均匀性。次年的一项实验，似乎表明这种理论有一定的可能性。
1999年，哈佛大学的物理学家Lene Vestergaard Hau进行了一项实验，她把光速降低到61千米每小时，震惊了全世界。Hau研究在绝对零度以上几度的材料，在这样的环境中，原子的移动非常缓慢。它们开始重叠，变成了所谓的玻色-爱因斯坦凝聚态。在这里，原子变成了一块大型云状物，表现得像一个巨大的原子。
玻色-爱因斯坦凝聚态
Hau朝0.2毫米宽的钠原子云状物发射了两束激光。第一次激光改变了云的量子性质。这增加了云的折射率，使第二道光的速度减慢到61千米每小时。
2001年的一项发现也为光速可变理论提供了线索。天文学家John Webb在研究宇宙深处的类星体时有了一项发现。类星体实际上是活跃的超大质量黑洞，其亮光来自于包裹着它的吸积盘中的气体摩擦。
Webb发现，有一个特别的类星体在接近星际云的时候，吸收了一种之前没有预测到的不同类型的光子。只有两个原因可以解释这一点，要么是它的电荷改变了，要么是光速变化了。不久后，一项研究发现，光子不能改变极性，因为这违背了热力学第二定律。
类星体
2015年的另一项突破性研究进一步挑战了光速不变性，格拉斯哥大学和赫瑞瓦特大学的物理学家在室温下成功地把一个光子在没有折射的情况下减慢了速度。在实验中，他们建造了光子轨道，使两个光子能够并排而行。其中一条轨道不受阻碍。另一条带有一个类似靶心的“面具”，中间是一个狭窄的通道，光子必须改变形状才能挤进去。结果显示，光子的速度降低了大约1微米/秒，不是很多，但或能证明光并不总是以恒定的速度运动。
如今，仪器已经可以在很高的精度下探测宇宙微波背景。正因为如此，2016年João Magueijo 和 Niayesh Afshordi发表了另一篇论文。他们目前正在测量宇宙微波背景的不同区域，并且研究星系的分布，寻找线索来支持他们的观点——宇宙最早期的光打破了光速限制。
这又是一个边缘理论。然而，如果被证实的话，它将会带来颠覆性的影响。Magueijo表示，整个物理学都是基于光速恒定而建立的，所以物理学家必须在不破坏整体的情况下，找到改变光速的方法。据估计，这两位物理学家的最新研究应该在2021年完成。
网友评论