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早期光速是無限的?現在光速變慢了?

現代物理學的基本概念是光速是恒定的,真空中每秒186000英里(299792公里/秒)。1906年愛因斯坦在他的廣義相對論中確立了這一點,那時他剛剛年僅26歲,但如果沒有呢最近幾年有爭議的事件發生,對於光總是以恒定速度傳播的觀點提出了質疑事實上已經。知道了很長一段時間,有幾個現象速度比光快,但不違反相對論。

早期光速是無限的?現在光速變慢了?

  

圖片:Melmak,Pixababy

例如:當速度比聲音快的時候就會產生音爆,但比光更快的運動產生一種“luminal boom”。俄羅斯科學家帕維爾阿列克謝耶維奇切倫科夫於1934年發現了這一點,1958年年年他獲得了諾貝爾物理學獎。切倫科夫輻射可以在核反應堆的核心中觀察到。當核心被淹沒在水中冷卻時,電子在水中的移動速度超過了光速,從而導致了“魯米昂熱潮”

雖然沒有質量的粒子能比光跑得快,但空間的結構卻可以根據宇宙膨脹理論,宇宙大爆炸後:宇宙的體積擴大了一倍,然後又翻了一倍,不到萬億分之一秒,遠遠超過光速。對宇宙加速速度的最好估計是每百萬秒每秒68公里。

量子糾纏是另一個不違背愛因斯坦理論的超光速相互作用的例子。當兩個粒子糾纏在一起時,即使它的伴侶在宇宙的另一端,也可以瞬間“感應”到。愛因斯坦稱其為“遠距離幽靈行動”,最後一個例子是理論上的(至少現在是這樣)。如果我們能夠彎曲或折疊時空,比如有蟲洞,它就能讓宇宙飛船瞬間從太空的一邊傳到另一邊。

早期光速是無限的?現在光速變慢了?

  

圖片版權:NASA / WMAP科學團隊

愛因斯坦說光在整個宇宙中的作用幾乎相同。雖然有一個問題,今天科學家們驚嘆宇宙的同質性。一個方法是研究宇宙微波背景(CMB),這實際上是位於宇宙每個角落的宇宙大爆炸留下的光。無論在哪裡檢測,總是相同的溫度-454Fo(-270Co)。如果是這樣,光以恒定的速度傳播,它怎麽能從宇宙的一端到另一邊呢?到目前為止,科學家們還不知道,目前理解的是在早期“宇宙膨脹”中一定存在一些特殊的條件。

隨著時間的推移,光線減慢的想法首先由倫敦帝國學院的若昂Magueijo教授和加拿大周邊研究所的同事Niayesh Afshordi博士提出。他們的論文在1998末提交給天體物理學,此後不久出版。不幸的是研究宇宙微波背景輻射尋找支持它的線索所需的適當儀器,在當時是不可行的。

Magueijo和Afshordi完全消除了宇宙膨脹。相反他們爭辯說:當宇宙年輕時存在的強烈熱量1萬兆Co,允許粒子 - 包括光子子(光粒子)以無限的速度移動。因此光旅行到宇宙中的每一個點,導致我們今天可以觀察到的宇宙微波背景輻射的統一性.Afshordi告訴衛報說:早期宇宙的波動是什麽樣子的?這些是形成行星,恒星和星系的波動。第二年的一次實驗使Magueijo和Afshordi的理論可信。

早期光速是無限的?現在光速變慢了?

  

宇宙微波背景,圖片版權:NASA / WMAP科學團隊

1999年哈佛大學的Lene Vestergaard Hau進行了一項實驗,將光的速度降低到每小時40英里(64公里)震驚了世界.Hau的研究材料比絕對零度高幾度。在這樣的環境中,原子的運動非常緩慢它們開始重疊,變成了所謂的玻色 - 。愛因斯坦凝聚在這裡原子變成了一片大雲,並且表現得像一個巨大的原子.Hau通過這樣的雲發射了兩束激光,由鈉原子0.008英寸(0.2 mm)寬組成。

第一次爆炸改變了雲的量子性質。這增加了雲的折射率,使第二束速度減慢到每小時38英里(61公里)。折射是指當光或無線電波從一種介質進入另一種介質時彎曲或扭曲。2001年的一項發現也為變光理論提供了證據。著名天文學家約翰·韋伯在深空研究類星體時做了一個觀察。類星體是數十億倍於太陽的發光物體,它們由黑洞提供能量。它光度來自吸積盤,由氣體組成包裹著。

韋伯發現一個特殊的類星體在接近星際雲時吸收了不同於預期的光子類型。只有兩件事可以解釋這一點。要麽是電荷改變了,或者光速已經變了。2002年由理論物理學家保羅·戴維斯(Paul Davies)領導的一個澳大利亞團隊發現,它不可能改變極性,因為這違反了熱力學第二定律。

早期光速是無限的?現在光速變慢了?

    

類星體3C 279的概念圖,圖片版權:NASA Blueshift,Flickr

2015年的另一項突破性研究進一步挑戰了這項科學的主要部分。來自格拉斯哥和赫瑞瓦特大學的蘇格蘭物理學家成功地在室溫下減慢了光子的速度(沒有折射)。實驗基本上為光子建造了一個跑道,這樣做是為了使兩束光子並排賽跑。一條軌道不受阻礙,另一個拿著一個 “面具”,它像一個紅心目標。

在中心是一個狹窄的通道,光子不得不改變形狀擠壓通過。故而減慢了光子下降約一微米(千分尺),不是很多,但足以證明光並不總是以恒定的速度傳播到目前為止。 ,儀器已經改進到可以成功探測CMB的程度。因此2016年JoãoMagueijo和Niayesh Afshordi發表了另一篇論文,這次發表在“物理評論D”上。

他們目前正在測量CMB的不同區域,並研究星系的分佈,尋求線索來支持他們理論的光線在宇宙的最早時刻擺脫了假定的速度限制。這是一個邊緣理論。然而影響是驚人的。整個物理學前提是光速的恒定性,Magueijo說:所以我們必須想辦法改變光速而不破壞整個事情,計算應該在2021年之前完成。

來源:博科園


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