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新发现:物理定律无法覆盖全宇宙,“二向箔”有希望了吗?

如果我们人类的物理与宇宙深处的物理不一样会怎么样?那人类知识可能又要被改写一次,近期澳大利亚的一团就对外宣布他们发现了遥远星系是一个与我们大相径庭世界的证据

我们可能听说过在科幻小说《三体》中最厉害的武器是由顶级文明开发的,以控制物理定律进行打击的,比如最著名的“二向箔”,将愚蠢人类的太阳系拍成了一幅画。

这些科幻的概念有可能成真吗?就最近的一项发现来看,还真的有可能:澳大利亚南威尔士大学的研究人员已成功对一个距地球约130亿光年的类星体进行了四次观测,认为精细结构常数的数值已较此前发生了变化。

什么是精细结构常数?

很简单的一个式子

  • e是一个电子所带的电量,通常被认为是电荷的最小单位

  • c是光速,30万千米每秒,是已知宇宙的速度上限

  • h是普朗克常量,这是决定了单个光子能量大小的标尺

精细结构常数α是什么意义?

它第一次出现在人们视野中的时间是20世纪初,当物理学家对氢原子的光谱进行研究时,认识到这些分布不均的光线条或许与电子的轨道有关,大名鼎鼎的尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)提出了第一个最接近真相的氢原子轨道模型。

电子有固定的轨道,当在不同轨道间跳跃时就会释放不同能量大小的光子,光子的能量决定了其频率,所以氢原子所能放出光的颜色也是固定的,这就是所谓的光谱。

但后来出现了一些问题,更精确的测量显示氢的光谱与模型预测的光谱存在细微的差距,不过很快就被另一位物理学家阿诺德·索末斐(Arnold Sommerfeld)给完善了,他将玻尔的模型进行了微调,最终几乎完美地在数学上解决了氢的光谱解释问题。

因为这是在玻尔的基础上发现的更细小的结构差别,所以这一现象被称为“原子光谱的精细结构”,而索末斐发现每两个精细轨道间的能级差正比于某个常数的平方,这个常数最终解出来的结果就是α,所以这个常数就被称为“精细结构常数”

在当时索末斐并没有意识到这个常数更深刻的意义,而随着研究的深入物理学家们发现它其实表征的意义为“电磁相互作用的强度”,即所有带电粒子相互作用的强度关系。

也就是说,这个常数定义了原子该是什么样,原子之间的作用力该是什么样。考虑到我们生活的宏观世界只有电磁力与引力两种力,细分起来我们所研究的99.9%的力都是电磁力,所以完全可以这么说:精细结构常数决定了我们世界是什么样的!

精细结构常数α不一致会怎么样?

而这一次物理学家发现的问题可就不得了了,如果此观测本身没有技术上的错误,也就意味着130亿光年外的物理规律与我们不一样,用比较专业说法叫宇宙不具备“各向同性”。

在过去我们认识中的宇宙是单纯且美妙的,但随着物理学的不断进步这些直觉统统被打碎,比如最著名的个是绝对时间的覆灭。想象一下在未来你有一位亲人移民到了火星,在中秋佳节思念他时也一定会这么想:“此刻的他在做什么呢?”但事实是你与这位亲人有足足5分钟的永恒距离,就算是思念也要5分钟才能抵达,你和他没有共同的“此刻”。

而至少在目前我们对世界的研究中,这个宇宙还是比较靠谱的,所以我们会认为宇宙具备“各向同性”,即我们在地球上用的所有公式,在火星上、三体星上甚至是其它星系也同样适用。

但没有人给我们打包票,只是迄今为止从来没有发现过反例而已,因为天文学家所能观测到的最远恒星的光谱都与理论一致,才给了我们这样的自信。如果这一次的实锤为真的话,那么处处合理的宇宙可能又要遭到一次颠覆。

大颠覆就要来了?

那现在是不是就可以说物理学新大陆的旗帜已经从地平线上露出来了呢?并没有,说实话就我个人来看或许还没有那么乐观。当年类星体在被观测到时呈现出了不可思议的谱线,一时间众说纷纭——难道宇宙中存在我们无法理解的元素?

当然奇迹并没有发生,我们现在知道只是因为这些天体距离我们太远了,在宇宙膨胀的作用下发生了超出多数人想象力的红移而已,其实本质上还是那几个我们熟悉的老朋友。

这一次的新观测结果恐怕依然难免落入俗套,或许是某个被实验团队忽视的影响,又或许是某种并非在理解之外只是还没有注意到的物理现象,我们的世界就总是那么单调且枯燥,真正的突破只属于极少数触摸真理大门之人,多数人摸到的只是一个命运的玩笑。

我是酋知鱼,一条好久不怎么写文章的科学作者,欢迎关注!

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