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真空光速或非恒定数值 宇宙虚粒子影响光子传播

http://www.kexue.com 2013-05-02 09:15:37 腾讯科学  发表评论

真空光速或非恒定:宇宙虚粒子影响光子传播
真空光速作为物理学上的重要常数,是科学家马塞尔•尔本研究的重点,由于光速的限制,超光速宇宙飞船是否能实现呢?

  据国外媒体报道,众所周知,光速是物理学上的一个重要常数,爱因斯坦的相对论中认为物体的运动速度无法超过真空中的光速,但是一些科学家正在探索光速是否为非恒定的可能性,这一宇宙速度极限可能与空间真空性质有关。光的速度在宇宙学和天文学上都有明确的定义,光速不仅是电磁波的传播速度,同时也适用于万有引力的作用,在假设光速恒定的条件下,科学家又推出了许多结论,比如物理学上的无量纲数:精细结构常数(阿尔法)、定义电磁力的强度等。变化的光速会改变分子键的性质以及核物质的密度。

  光速恒定的前提也与宇宙的大小存在关联,非恒定的光速可能导致宇宙的收缩,但光速是宇宙中任何物体都不可能超过的速度。在今年3月份,欧洲物理学期刊D发表了两篇关于光速的论文,研究人员试图从宇宙空间的量子特性角度寻找光速的奥秘,两篇论文都提出了不同的光速作用机制,认为在一个假设出现改变的前提下,光速可能出现改变,但是这样的空间并不是“空”的,而是充满了虚拟粒子的巨大“宇宙汤”。

  由于光速被认为是无法超越的,而且星系之间有着巨大尺度的空间,因此科学家提出了多种超光速旅行的方法,比如一种被称为“时空波”的技术可让星际飞船以“冲浪”的方式实现超光速旅行。到目前为止,科学家对曲速驱动的方式几乎一无所知,未来的太空飞船会是何种模样也是个未知数,曲速飞船背后的物理基础纯粹是理论上的认识,而且还需要提供大量的能量源。

  来自法国巴黎第十一大学物理学家马塞尔·尔本在他的论文中提到,看上去似乎是宇宙真空的环境通常被假设为空的空间,量子物理学定律在粒子尺度上可“规范”亚原子粒子等的行为,我们所说的空的空间实际上是充满了基本粒子,比如夸克等,这些虚粒子使得真空环境出现微小的变化,从而决定了光速可能不是常数,应该是随着虚粒子波动出现一定程度的改变。宇宙中的虚粒子是无法被直接探测到的,但是它们在量子物理学中确是存在的,从量子水平上来看,空的宇宙空间并非是虚空,其中充满了基本粒子对,比如夸克和反夸克,它们与自己对应的粒子总是呈现配对的关系,当物质与反物质粒子碰撞时就会发生湮灭。

  光子在宇宙空间中穿梭时,可与虚粒子发生相互作用,对此物理学家马塞尔·尔本和他的同事们提出了虚粒子能量可能使光速发生改变的理论,由于虚粒子与光子之间的相互作用存在随机的特点,因此光子的移动速度也会随该影响的作用而出现变化。对于光速非恒定的理论假设,马塞尔·尔本通过本项研究提出了在量子理论框架下的介电常数和磁导率,认为光速的非恒定需要这两个因素的作用,而且真空中单位体积的虚粒子数量与光子的传播速度存在关联。凭借着先进的观测仪器,科学家们已经精确测量了光速,即便虚粒子对光速构成了影响,那么这样的影响也应该是非常微小的。

  为了寻找光速的微小波动,研究人员认为可以在较大的宇宙尺度上寻找其痕迹,在一些极端而遥远的天文现象中观察光的速度性质,比如伽玛射线暴可以产生强大的脉冲辐射,并且能作用相当长的距离,在如此大的尺度上光速的波动是可以被检测到的。此外,马塞尔·尔本以及其他小组成员还建议使用镜子反射激光光速来验证光速是否是非恒定的理论,这个实验方法与著名的掩等测量光速实验有些类似,通过计算一束激光在反射镜中反弹的次数来验证光速是否恒定。(Everett)

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