物理常数不“常” 爱因斯坦相对论面临挑战

http://www.sciencehuman.com   科学人 网站  2005-04-16

　　爱因斯坦证明牛顿物理定律并不准确，但爱因斯坦自己是不是就对了呢？对一个重要物理常数的新研究表明，它可能是随时间变化的，也许我们可以期待一场对相对论进行修正的物理学革命。

　　顾名思义，“常数”应是恒定不变的数，如果物理学常数随时间变化，就意味着宇宙中的物理规律也在变化。宇宙诞生至今已有100多亿年，在这期间是否发生过这样的事？

　　有关争议的焦点之一是精细结构常数，它对电磁相互作用极其重要。如果精细结构常数随时间发生变化，其他一些基本物理原则如光速也会变化，这将给相对论带来挑战，因为广义相对论不允许这种变化。

　　2001年，剑桥大学的天体物理学家迈克尔·墨菲领导的一个小组分析了几十亿光年外一些类星体的光谱，发现其中金属元素谱线有微小变化。由于精细结构常数决定着谱线的结构，研究者据此认为，该常数自宇宙大爆炸以来增大了约0.001％。这一发现在学术界引起了骚动，但2004年另一组物理学家说，他们用原子钟对精细结构常数进行了很高精度的测量，并未发现它随时间变化的证据。

　　现在，墨菲小组用新研究回答了上述质疑。他们用夏威夷凯克天文台的世界最大光学望远镜研究了143个类星体的光谱，这是迄今最大规模的同类研究。他们最近在英国举行的一次物理学学术会议上说，这项研究显示精细结构常数的确在增大。墨菲说，新研究的精度比2004年原子钟实验精度高10倍。

　　原子钟实验研究人员之一、德国物理技术研究所的埃克哈德·派克说：“这个结果很有力，经受住了许多系统检验，但争议并未解决。”派克本人希望墨菲小组的结果是对的，因为这将为全新的物理理论“打开窗口”，例如尚未得到证实的超弦理论，该理论提出所有物理常数都可能因为更高维度空间的变化而变化。

　　欧洲航天局计划于2006年在环地球轨道上进行一次原子钟实验，精度比墨菲小组还要高100倍。墨菲说：“这可能最终解决问题。”

　　不过，即使最终发现精细结构常数的确随时间变化，也不影响相对论在星系尺度上的适用性，因为有关变化带来的影响很小，相对论在这一尺度上的精度足够高。这就像牛顿运动定律虽然并不完全准确，但描述日常生活中的运动时，精度已经足够。

　　[中国青年报]

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