那些期待着有一天科学的万物大一统理论可以穿在t恤上的人可能要再等一段时间了,因为天体物理学家继续寻找宇宙常数并非如此恒定的线索。
在著名的《科学进展》杂志上发表的一篇论文中,来自新南威尔士大学悉尼分校的科学家报告称,对130亿光年外的类星体发出的光进行的四次新测量,再次证实了过去对精细结构常数微小变化的测量。
新南威尔士大学的教授约翰·韦伯说,精细结构常数是对电磁力的一种测量,电磁力是自然界的四种基本力之一(其他三种是重力、弱核力和强核力)。
“精细结构常数是物理学家用来测量电磁力强度的量,”韦伯教授说。
“这是一个无量纲的数字,它涉及到光速、普朗克常数和电子电荷,它是这些东西的比例。这是物理学家用来测量电磁力强度的数字。”
电磁力使电子在宇宙中每个原子的原子核周围快速运动——没有它,所有的物质都会飞离。直到最近,它还被认为是贯穿时间和空间的一种不变的力量。但在过去的二十年里,韦伯教授注意到精细结构常数的异常,即在宇宙的某个特定方向上测量的电磁力似乎略有不同。
“我们发现,在宇宙的某些区域,精细结构常数的数量是不同的。不仅是时间的函数,而且是宇宙的方向,如果它是正确的,这真的很奇怪…但这就是我们的发现。”
寻找线索
作为持怀疑态度的人,
杏耀平台谈科技 ,当韦伯教授第一次发现这些早期迹象时,他认为这可能是设备的故障,或者是他的计算或其他一些错误导致了不寻常的读数。正是在观察一些最遥远的类星体时——巨大的天体在宇宙的边缘释放出异常高的能量——才首次用世界上最强大的望远镜观测到这些异常现象。
“我们所知道的最远的类星体距离我们大约120到130亿光年,”韦伯教授说。
“所以,如果你能详细研究来自遥远类星体的光,你就能研究宇宙的性质,就像它刚诞生时一样,只有10亿年的历史。那时的宇宙是非常非常不同的。没有星系存在,早期的恒星已经形成,但肯定没有我们今天看到的那么多恒星。也没有行星。”
他说,在目前的研究中,研究小组观察了一个这样的类星体,使他们能够追溯到宇宙只有10亿年的时候,这是以前从来没有做过的。研究小组沿着这颗类星体的一条视线对其精细常数进行了四次测量。单独来说,这四种测量方法并没有提供关于电磁力是否有明显变化的决定性答案。然而,当与其他科学家在我们和遥远的类星体之间所做的许多其他测量相结合时(与本研究无关),精细结构常数的差异变得明显起来。
一种奇怪的宇宙
“这似乎支持了宇宙可能存在方向性的观点,这确实非常奇怪,”韦伯教授说。
因此,宇宙的物理定律可能不是各向同性的——在统计上,在所有方向上都是相同的。但事实上,在宇宙中可能有某个方向或首选方向物理定律会改变,但不是垂直方向。换句话说,宇宙在某种意义上,有一个偶极结构。
“在一个特定的方向上,我们可以回溯120亿光年,测量宇宙非常年轻时的电磁。把所有的数据放在一起,我们看得越远,电磁力似乎逐渐增加,而朝着相反的方向,它逐渐减少。在宇宙的其他方向上,精细结构常数保持不变。这些新的非常遥远的测量结果将我们的观测推到了前所未有的高度。”
换句话说,在被认为是任意随机散布的星系、类星体、黑洞、恒星、气体云和行星中——生命在其中至少一个极小的位置蓬勃发展——宇宙突然出现了相当于南北的东西。韦伯教授仍然认为,这些在不同阶段、使用不同技术、来自地球不同地点的测量结果实际上是一个巨大的巧合。
“这是一件非常严肃的事情,即使我和我的学生做了第一个关于它的研究,杏耀客户端我也非常正确地持怀疑态度。”但这是你必须要测试的东西,因为我们有可能生活在一个奇怪的宇宙中。”
但增加的论点说这些发现不仅仅是巧合,一个团队在美国完全独立和未知的韦伯教授的工作,对x射线,似乎结合宇宙的想法有一些方向性。
“直到这篇论文出现在文献中,我才对它有所了解,”他说。
“他们不是在测试物理定律,而是在测试属性,星系和星系团的x射线属性,以及离地球的宇宙距离。他们还发现宇宙在这个意义上的属性不是各向同性的,并且有一个首选的方向。你瞧,他们的方向和我们的方向是一致的。”
生命,宇宙,一切
同时还想看到更多严格的测试的想法电磁学在某些地区可能会有宇宙的给它一种方向性,韦伯教授说,如果这些发现继续证实,他们可能有助于解释为什么我们的宇宙是这样,为什么有生活。
很长一段时间以来,人们一直认为自然法则似乎完美地为生命的繁荣创造了条件。电磁力的强度就是这些量之一。如果它与我们在地球上测量的数值仅相差几个百分点,那么宇宙的化学演化将完全不同,生命可能永远不会开始。它提出了一个诱人的问题:这种“金发姑娘”的情形——像精细结构常数这样的基本物理量‘恰好’有利于我们的存在——是否适用于整个宇宙?”
韦伯教授认为,如果宇宙中存在方向性,如果电磁学在宇宙的某些区域表现出非常微小的差异,那么支撑现代物理学的最基本概念将需要修正。
“我们的标准宇宙学模型是建立在各向同性宇宙的基础上的,从统计学的角度来看,各个方向都是相同的,”他说。
这个标准模型本身是建立在爱因斯坦的引力理论之上的,该理论本身明确地假定了自然法则的稳定性。如果这些基本原理最终只是很好的近似,那么物理学中一些非常激动人心的新想法就有可能诞生。”
韦伯教授的团队相信,这是一项更大的研究的第一步,杏耀app该研究利用来自世界上最大的望远镜上的新仪器的数据,探索宇宙中的许多方向。现在出现了提供更高质量数据的新技术,新的人工智能分析方法将有助于自动化测量,并以更快的速度和更高的精度进行测量。