爱 因 斯 坦 相 对 论 面 临 挑 战: 物 理 常 数 不 "常"
(2005年4月) 据 英 国 消 息,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。

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