科技前沿 光速難道可變嗎？

我們原來做過一期關(guān)于“光速”的特刊，介紹了光速和相對論。其中最重要的理念，就是“光速是一個常數(shù)”。所謂常數(shù)，意思是不會更改，光在真空中的速度是恒定的，一秒鐘是299792458米，約等于每秒30萬千米。由于光速是恒定的，所以可以用光速來衡量時間和空間。

光速的恒定不變，是現(xiàn)代物理學(xué)的根基之一。從19世紀的麥克斯韋，到20世紀的愛因斯坦，乃至到21世紀的當(dāng)下，無論科學(xué)家們?nèi)绾窝芯?，光速都是不可變的，也正由于其不可變，狹義相對論和廣義相對論才可以實現(xiàn)。然而，一些研究者認為，光速是可變的，這不是說光速在不同情況下速度不同，也不是說我們能改變光速，而是說早期宇宙中的光速比現(xiàn)在要快的多。

“光速可變”是個革命到近乎瘋狂的想法，因為如果說宇宙早期光速和現(xiàn)代不同，等于說自然法則是可以更改的。古代人一直認為，自然法則是可以被上帝隨意更改的，然而自17世紀法國學(xué)者笛卡爾建立現(xiàn)代哲學(xué)體系以來，一個基本的概念就是自然法則不可動搖，沒有力量能更改。如果光速可變，等于我們整個物理學(xué)乃至于科學(xué)哲學(xué)體系都要重新編寫。

在以前，光速可變論只會在科幻小說里出現(xiàn)，好比說劉慈欣的名著《三體》就認為高級文明在不斷更改光速。然而現(xiàn)在光速可變論已經(jīng)可以接受真實世界的實驗檢測了。倫敦帝國理工學(xué)院教授Joao Magueijo 和加拿大圓周理論物理研究所的Niayesh Afshordi，提出了一個可以驗證的實驗，預(yù)測了宇宙早期各個地區(qū)的密度差異“譜指數(shù)”是0.96478，這和現(xiàn)有的數(shù)值0.968有一些差異。現(xiàn)在科學(xué)家們正在加緊研究，過一段時間就會得出最后的數(shù)字結(jié)論，如果真的符合光速可變論者的預(yù)測，那將會在物理學(xué)界引爆軒然大波。

為什么會有光速可變論的出現(xiàn)呢？那是因為人類在觀測宇宙的時候，發(fā)現(xiàn)了一個令人百思不得其解的奇怪現(xiàn)象。在沒有燈光的野外，舉頭看天，如果天氣晴好的話，可以看到美麗的星空，這似乎很正常。然而，無論在全世界任何地方，無論往哪個方向觀測，都能看到差不多的星空，這就很奇怪了，因為這說明宇宙的密度是均勻的，沒有哪個方向星星特別多，哪個方向星星特別少，哪里都差不多。

宇宙的密度如此均勻，說明各個地方是有聯(lián)系的，因為如果各個地方的星空都是隨機分布的，那在宇宙的范圍內(nèi)，做到均勻的概率是約等于0，簡言之就是不可能的。舉個例子吧，扔硬幣，正面和反面的概率各是百分之五十，你扔了一億次，結(jié)果全是正面，這個概率是多少？就是約等于0。既然宇宙的星空分布不是隨機的，那就一定要有內(nèi)在聯(lián)系。宇宙各個地方要有聯(lián)系，和光速有什么關(guān)系呢？那是因為宇宙在剛剛誕生的時候，經(jīng)歷了一場飛速膨脹，空間膨脹速度遠遠快于光速，如果說光速是物質(zhì)傳播速度的上限，那么在大爆炸時，宇宙的各個部分根本無法互相聯(lián)系。

光速可變論者認為，宇宙早期的光速超級快，以至于可以在宇宙大爆炸的時候跟上宇宙的膨脹，從而保證宇宙的均勻。后來隨著宇宙膨脹的減速，光速也降了下來，變成了今天所知的光速。與此相對，傳統(tǒng)物理認為，宇宙在快速膨脹之前，就已經(jīng)完成了均勻的分配，以至于膨脹之后還是均勻的，不需要光速可變。但是傳統(tǒng)物理的理論也遠非完善，需要進一步的解釋。

總之，光速可變已經(jīng)不再是小說家們的假說，它成了一個可預(yù)言，可證偽的科學(xué)假設(shè)，我們不妨拭目以待，看看科學(xué)家們會給出什么樣的結(jié)果。無論結(jié)果是什么，都將是人類研究宇宙進程中值得紀念的一步。