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「类星体」天文观测最新的革命性突破：物理规律在宇宙各处是不同的！


「类星体」天文观测最新的革命性突破：物理规律在宇宙各处是不同的！
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「类星体」天文观测最新的革命性突破：物理规律在宇宙各处是不同的！
物理学研究中一个惯用的方法是 ， 当我们在地面或小范围空间区域内测得一个物理量的值时 ， 如果它应该作为一个输入型参数出现在物理方程中 ， 并且表示着自然界在某一方面的性质 ， 那么通常假定这个参数是个常数 ， 它在宇宙不同区域是相同的 ， 进一步相对性原理还会保证此参数在任意参考系上都具有相同的值 。
例如 ， 在牛顿力学中 ， 万有引力常数G被假定为是整个宇宙空间内的一个不变量 ， 因此牛顿的引力定律将下落的苹果与环绕太阳以椭圆轨道运行的行星所受到的引力纳入到了一个方程之中 。 广义相对论则是以光速不变性原理作为基本的逻辑支撑 ， 量子力学描述的微观世界中 ， 能量的离散程度则以恒定的普朗克常数为标志 。
物理定律中的常数 ， 作为物理理论的基本假定 ， 一般来说是无法证明的 ， 但原则上却可以被实验观测所证伪 。 一旦通过天文观测 ， 证实宇宙中其它地方的一个“常数”与地球上的有所不同 ， 那这一“常数”就失去了常数的意义 ， 只能作为一种参数场而存在于宇宙中 ， 为不同的宇宙区域带来不同的物理规律 。
5月初 ， 这样的事件真的发生了 ， 澳大利亚南威尔逊大学的研究团队通过对138亿光年外的类星体J1120+0641的红移光环进行直接观测 ， 发现该类星体中的精细结构常数α与地球上的数值相比是有明显差别的 ， 也就是说我们原先假定的精致结构常数α竟然是一个随着空间位置而发生变化的量 ， 或者说是一种变化的场量！
由于精细结构常数α在粒子物理的标准模型中处于举足轻重的地位 ， 再加上论文显示该观测结论的可信度达到了9个西格玛 ， 物理学界最近一周一直处于该论文所带来的震撼冲击之下 ， 不出意外 ， 等过了评审消化期 ， 这篇论文的研究团队会以最快的速度捧得一个诺贝尔物理学奖 ， 这将是最近三分之一个世纪中 ， 最具革命性的物理发现 。
那么什么是精细结构常数？精细结构常数α是一个变量 ， 会带来哪些物理学上的革命？
精细结构常数α是联系量子力学和电磁学的基本常数（无量纲数） ， 表达式为α=e^2/2εhc^2 ， 它在标准模型中的数值约为1/137 ， 也就是电磁力与强力的强度比值 。 其中e为元电荷1.6×10^-19库伦 ， ε为真空中的介电常数8.85×10^-12法拉/米 ， h为普朗克常数6.626×10^-34焦.秒 ， c为真空中的光速2.99×10^8米/秒 。
我们可以看出 ， 由于精细结构常数α是完全由元电荷、真空介电常数、普朗克常数、光速这4个常数组成的 ， 那么澳大利亚该团队的研究工作证实了精细结构常数这种复合常数是一个随空间而发生变化的量 ， 就意味着元电荷、真空介电常数、普朗克常数、光速这四个常数中至少有一个也是随空间而发生变化的量 。
接下来就可怕了！由于广义相对论限制了光速是一个常量 ， 并且宇宙空间中确实需要一个速度上限 ， 那么元电荷、真空介电常数、普朗克常数中至少会有一个量是个变量 。
假定普朗克数h就是这个变量 ， 由于普朗克数h是表征宇宙量子力学性质的量 ， 设想在某个类星体上普朗克数h增加10倍 ， 那么该类星体上的量子力学性质将增强10倍 ， 量子离散化的程度会增强10倍 ， 用能量的观点来看就是 ， 由于能量等于普朗克数乘以频率 ， 该类星体的总质量将会增强10倍 。


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