现代数学学构建在一个基本概念上,即光速是恒定的,它在真空中的大小是.458千米/秒。正是基于这样的前提,爱因斯坦在1905年创办了狭义相对论。那假如并不是这样的呢?虽然近些年来一些有争议的风波指责了光速总是以恒定速率传播的观点,但事实上,我们早就晓得有几个现象比光传播得快,且不违反相对论,比如,切连科夫幅射、宇宙暴胀、量子纠缠。
爱因斯坦觉得,光速在宇宙中都是一样的,但这可能存在一个问题。明天,科学家对宇宙的同质性倍感惊奇,其中一个方式是可以通过研究宇宙微波背景(CMB)来判定。这是宇宙大爆燃留下的光,它坐落宇宙的每位角落。
无论从那个方向测量宇宙微波背景,它的湿度总是相同的-270.43摄氏度。假如是这样,且光以恒定的速率传播,它如何能从宇宙的一个边沿抵达另一个边沿呢?由于宇宙目前的半径为930亿光年,整个宇宙不可能通过交换光子来达到室温均衡。到目前为止,科学家们毫无头绪,只能推测在初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,纽约帝国理工大学的Joo院士和美国圆周理论数学研究所的博士对此提出了一个理论,她们觉得,随着时间推移,光的速率会逐步变慢。为了找寻支持这些观点的线索,须要调查宇宙微波背景,然而当时没有合适的仪器。
这两位数学学家完全排除了暴胀时期。相反,她们觉得,宇宙早期时存在的超级热量(气温可达一万亿亿亿度)准许包括光子在内的粒子以无限速率运动。为此,光会抵达宇宙中的每一点,造成我们明天可以观测到宇宙微波背景的均匀性。次年的一项实验,虽然表明这些理论有一定的可能性。
1999年,耶鲁学院的数学学家LeneHau进行了一项实验,她把光速增加到61千米每小时,轰动了全世界。Hau研究在绝对零度以上几度的材料,在这样的环境中,原子的联通十分平缓。它们开始重叠,弄成了所谓的玻色-爱因斯坦汇聚态。在这儿,原子弄成了一块小型云状物,表现得像一个巨大的原子。
玻色-爱因斯坦汇聚态
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。这降低了云的折射率,使第二道光的速率减缓到61千米每小时。
2001年的一项发觉也为光速可变理论提供了线索。天文学家JohnWebb在研究宇宙深处的类恒星时有了一项发觉。类恒星实际上是活跃的超大质量黑洞,其光亮来自于包裹着它的吸积盘中的二氧化碳磨擦。
Webb发觉,有一个非常的类恒星在接近星际云的时侯,吸收了一种之前没有预测到的不同类型的光子。只有两个诱因可以解释这一点,要么是它的电荷改变了,要么是光速变化了。不久后,一项研究发觉,光子不能改变极性最先推测黑洞存在温度的物理学家,由于这违反了热力学第二定理。
类恒星
2015年的另一项突破性研究进一步挑战了光速不变性,蒙特利尔学院和赫瑞瓦特学院的化学学家在温度下成功地把一个光子在没有折射的情况下减弱了速率。在实验中,她们建造了光子轨道,使两个光子才能并排而行。其中一条轨道不受制约。另一条带有一个类似靶子的“面具”,中间是一个窄小的通道,光子必须改变形状能够挤进去。结果显示,光子的速率增加了大概1微米/秒,不是好多最先推测黑洞存在温度的物理学家,但或能证明光并不总是以恒定的速率运动。
现在,仪器早已可以在很高的精度下侦测宇宙微波背景。正由于这般,2016年Joo和发表了另一篇论文。她们目前正在检测宇宙微波背景的不同区域,但是研究星体的分布,寻觅线索来支持她们的观点——宇宙最初期的光打破了光速限制。
这又是一个边沿理论。但是,倘若被否认的话,它将会带来颠覆性的影响。表示,整个数学学都是基于光速恒定而构建的,所以化学学家必须在不破坏整体的情况下,找到改变光速的技巧。据恐怕,这两位数学学家的最新研究应当在2021年完成。