“彻头彻尾的怪异”新发现表明自然法则不像以前那样恒定

研究人员惊讶地发现了来自宇宙中最远的类星体之一的光，他们发现了电磁力的波动。

宇宙常数不仅在宇宙的外缘看起来令人讨厌地变得不稳定，而且仅在一个方向上出现，这是非常奇怪的。

那些盼望有一天科学界的大统一理论可以穿上T恤的人们可能不得不等待更长的时间，因为天文学家继续发现暗示，宇宙常数之一毕竟不是那么恒定。

在著名的《科学进展》杂志上发表的一篇论文中，来自悉尼西南大学的科学家报告说，对距离130亿光年远的类星体发出的光进行了四次新测量，从而再次证实了过去的研究，这些研究发现精细结构常数存在微小变化。

新南威尔士大学科学系教授约翰·韦伯（John Webb）说，精细的结构常数是电磁的量度-电磁是自然界中四个基本力之一（其他是重力，弱核力和强核力）。

韦伯教授说：“精细的结构常数是物理学家用来衡量电磁力强度的量。”

“这是一个无量纲的数字，它涉及光速，称为普朗克常数和电子电荷的事物，并且是这些事物的比率。这是物理学家用来测量电磁力强度的数字。”

电磁力使电子在宇宙的每个原子中的核周围起伏，没有它，所有物质就会飞散。直到最近，人们一直认为它是整个时空的不变力量。但是在过去的二十年中，韦伯教授注意到了精细结构常数的异常，从而在宇宙的一个特定方向上测得的电磁力似乎稍有不同。

“我们发现，在宇宙的某些区域中，精细结构常数的数量是不同的。不仅是时间的函数，而且还实际上是宇宙的方向，如果它是正确的，那确实很奇怪，但这…就是我们所发现的。”

寻找线索

曾经是怀疑论者的人，当韦伯教授首次遇到电磁力测量值略微减弱和增强的早期迹象时，他认为这可能是设备故障，计算错误或其他导致异常读数的错误。 。正是在看着一些最遥远的类星体–散发出异常高能量的巨大天体–在宇宙边缘，才首次使用世界上最强大的望远镜观测到了这些异常现象。

韦伯教授说：“我们所知道的最遥远的类星体离我们大约12至130亿光年。”

“因此，如果您可以详细研究遥远类星体发出的光，那么您正在研究的宇宙只有10亿年的历史，当时它还处于起步阶段。那时的宇宙非常非常不同。没有星系存在，早期的恒星已经形成，但是我们今天所见的恒星总数肯定不一样。而且没有行星。”

他说，在目前的研究中，研究小组研究了一种这样的类星体，使他们能够追溯到宇宙只有十亿年的历史，这是以前从未做过的。该团队沿着该类星体的一条视线对精细常数进行了四次测量。从表面上看，这四项测量并没有就电磁力是否发生明显变化提供任何结论性的答案。但是，当我们与其他科学家之间进行的，与本研究无关的其他类星体之间进行大量其他测量时，细微结构常数的差异变得很明显。

一个奇怪的宇宙

韦伯教授说：“似乎在支持宇宙中可能存在方向性的想法，这确实很奇怪。”

“因此，宇宙的物理定律可能不是各向同性的，从统计学上来说，宇宙的各个方向都是相同的。但是实际上，宇宙中可能存在某些方向或首选方向，物理定律会发生变化，而垂直方向则不会发生变化。换句话说，在某种意义上，宇宙具有偶极结构。

“在一个特定的方向上，我们可以回顾120亿光年，并在宇宙很小的时候测量电磁力。将所有数据放在一起，电磁力似乎随着我们的观察而逐渐增加，而朝相反的方向，则逐渐减少。在宇宙的其他方向上，精细结构常数保持不变。这些新的非常遥远的测量结果使我们的观察比以往任何时候都更进一步。”

换句话说，在被认为是星系，类星体，黑洞，恒星，气体云和行星的任意随机分布中，生命至少在其中的一个小生境中蓬勃发展，宇宙突然间似乎具有南北。韦伯教授仍然对这样的想法持开放态度，即在不同阶段使用不同技术，在地球上不同位置进行的这些测量实际上是一个巨大的巧合。

“这提出了一个非常诱人的问题：在这种'戈迪洛克斯'情形中，像精细结构常数这样的基本物理量对于促进我们的生存是'正当的'，是否适用于整个宇宙？”

“尽管我是与学生一起做的，但我还是非常认真地对待这一观点，即使我对它也持怀疑态度，这是相当正确的。但这是您必须测试的东西，因为我们有可能生活在一个怪异的世界中。”

但是，在论点的另一侧说，这些发现不仅仅是巧合，美国的一个团队完全独立地工作，韦伯教授不为人所知，对X射线的观察似乎与宇宙中存在某种形式的观点相吻合。方向性。

他说：“直到这篇论文出现在文献中，我才对它一无所知。”

“而且他们并没有测试物理定律，而是在测试星系的性质，X射线特性以及星系团和距地球的宇宙学距离。他们还发现，从这个意义上说，宇宙的特性不是各向同性的，而是有一个优选的方向。瞧，他们的方向与我们的方向一致。”

生命，宇宙和一切

韦伯教授说，尽管仍然希望看到对电磁可能在宇宙某些区域波动的想法进行更严格的检验，以使其具有一定的方向性，但韦伯教授说，如果这些发现继续得到证实，它们可能有助于解释为什么我们的宇宙就是这种方式。是什么，为什么它里面总有生命。

长期以来，人们一直认为自然定律似乎可以完美地调整以创造繁荣的生活条件。电磁力的强度就是这些量之一。如果它与我们在地球上测得的值仅相差百分之几，那么宇宙的化学演化将完全不同，生命可能永远也不会消失。这就提出了一个非常诱人的问题：这种“戈尔德洛克”情况是否适用于整个宇宙？在这种情况下，诸如精细结构常数之类的基本物理量“正当”有利于我们的存在？

韦伯教授认为，如果宇宙中存在方向性，并且如果电磁学在宇宙的某些区域中表现出稍有不同，那么，构成现代物理学的最基本概念将需要修改。

他说：“我们的宇宙学标准模型基于各向同性的宇宙，在统计上，各个方向都是相同的。”

“该标准模型本身是建立在爱因斯坦的引力理论的基础上的，引力理论本身明确地假定了自然定律的恒定性。如果这些基本原理仅是一个很好的近似，那么就可以为物理学中一些非常令人兴奋的新想法敞开大门。”

韦伯教授的团队认为，这是迈向更大范围研究的第一步，该研究将使用世界上最大的望远镜上的新仪器提供的数据来探索宇宙中的许多方向。现在正在出现新技术，以提供更高质量的数据，新的人工智能分析方法将有助于自动进行测量，并以更快的速度和更高的精度进行测量。

参考：Michael R. Wilczynska，John K.Webb，Matthew Bainbridge，John D.Barrow，Sarah EI Bosman，Robert F.Carswell，MariuszP.Dąbrowski，Vincent Dumont撰写的“ 130亿年前精细结构常数的四个直接测量” ，李宗智，安娜·卡塔琳娜·莱特，安娜·卡塔琳娜·莱斯奇钦斯卡，约琛·利斯克，康拉德·马洛塞克，卡洛斯·贾普·马丁斯，丁科·米拉科维奇，保罗·莫拉罗和卢卡·帕斯奎尼，科学进展.2020年。
10.1126 / sciadv.aay9672