核心提示：文章来源：环球科学ScientificAmerican 微信公众号爱因斯坦理论认为光速是个常数，但有一种理论认为，在宇宙刚刚形成的早期，光速比现在要快得多 。伦敦帝国理工学院基于这一光速可变理论提出...
文章来源：环球科学ScientificAmerican 微信公众号
爱因斯坦理论认为光速是个常数，但有一种理论认为，在宇宙刚刚形成的早期，光速比现在要快得多 。伦敦帝国理工学院基于这一光速可变理论提出了一个预言，正等观测结果验证 。
光速不变是爱因斯坦狭义相对论的前提，已经经受了无数实验事实的检验，但也有一些科学家持不同意见，认为光速是可变的——而近期，他们的理论已经提出了可以检验的预言，或许马上就能经受实验的验证，或者证伪了 。
爱因斯坦认为光速是个恒定不变的常数，这一命题是物理学中多个理论，包括广义相对论背后的基础 。目前，关于大爆炸后早期宇宙的模型也大多基于光速不变的前提 。
图片来源：Zee Media Bureau/Salome Phelamei
不过，一些研究者一直坚持认为，早期宇宙中的光速可能比现在快得多 。现在，该理论的开创者之一，伦敦帝国理工学院教授Jo?o Magueijo与加拿大圆周理论物理研究所的Niayesh Afshordi基于这一理论已经做出了一个预测，可以检验它的可靠性 。
【光速是恒定不变的相对论 用爱因斯坦光量子理论解释光电效应实验】宇宙的结构（如星系等）都来源于早期宇宙中的涨落——即各个区域的密度差异 。这些早期涨落被以“谱指数”（spectral index）的形式记录在宇宙微波背景辐射（CMB）中，CMB就是宇宙最早的光绘制成的地图 。
如果宇宙早期的光速与现在不一样，它也会被记录在这些早期涨落中 。Magueijo和Afshordi使用了一个模型，可以得出精确的谱指数，他们将模型和结果发表在了《物理评论D》（Physical Review D）杂志上 。
宇宙学家正在更详细地解读这一数字，因此，这一预言可能马上就能经受检验了——不管是证实还是证伪 。Magueijo等人预言的谱指数是0.96478，而如今根据宇宙微波背景辐射所估计的谱指数约为0.968（带有一些误差范围），与0.96478较为接近 。
激进的理论
Magueijo表示：“我们在20世纪90年代提出的这一理论，如今已经逐渐成熟，能够产生可以检验的预测了 。如果在不久的未来观测证实了我们的预言，这就意味着我们的理论能够对爱因斯坦的引力理论进行修正 。”
“光速可变这一想法在刚提出时可能看起来很激进，但它能提供数值上的预言，从而可供物理学家实实在在地检验 。如果被证实，它就将证明，大自然的法则并非一成不变 。”
与光速可变理论相对的主流理论是暴胀理论（inflation） 。暴胀理论认为，早期宇宙经过了一个急剧膨胀的阶段，其膨胀速度远远超出了如今宇宙的膨胀速度
为什么要让光速可变呢？
不管是暴胀理论还是光速可变理论，都需要解决一个被物理学家称之为“视界问题”（horizon problem）的问题 。我们如今所见到的宇宙，似乎在每个地方都差不多是相同的，比如它的密度就是相对均匀的 。
这么均匀的组成，只有在宇宙的各个区域能够产生互相联系时才能达到 。然而，如果光速一直都是现在的3×10^8米每秒的话，光就没有足够的时间传遍宇宙的边边角角，把能量“平摊”开来 。
打个比方，要开暖气让整个房间的温度均匀地升高，从暖气片处产生的热空气就必须到达整个房间并混合均匀 。然而，早期膨胀中的可见宇宙就像一个过大的“房间”，等不及让光（或者说，能量）混合均匀 。
而光速可变理论提出，早期宇宙的光速可能比现在快很多，因此在宇宙急剧膨胀的同时可以让光到达边边角角 。随后，随着宇宙密度逐渐降低，光速也以可预测的方式下降，直到今天 。这就是光速可变理论的核心内容 。
暴胀理论 。图片来源：Wikipedia
而暴胀理论则以另外一种方式解决了这一问题 。它提出，宇宙在还非常小的时候就已经平摊好了能量，随后则以非常快的速度急剧膨胀开来，同时保持了均匀性 。虽然这保证了光速和其他物理定律的不变性，但它的成立依赖于“暴胀场”（inflation field）的存在 。究竟光速可变理论能否挑战爱因斯坦相对论的光速不变性呢？让我们静静等待观测结果吧 。
推荐阅读
- 泰迪狗一生认几个主人
- 一口价黄金可以换按克的黄金吗
- 我家的金毛 家中金毛生了一窝狗崽
- 为什么月经期不能吃美白丸
- 龚自珍的生平 名人对龚自珍的评价
- 长安是什么牌子的车
- 马达加斯加的国宝乌龟 龟是真正的陆生什么动物
- 泰坦尼克号船只 泰坦尼克号三艘姊妹船
- 芷珍的寓意