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基本常數會隨著空間和時間變化嗎?物理學家的目標是α值

發布時間:2025-10-27閱讀(1)

讓我們先試試光速,它今天在真空中的值為299792458m/s。但它總是這個值嗎?有人提出,光速的變化可能是暴脹理論的替代方案,甚至是宇宙明顯膨脹的替代方案。但這可能無法進行測試,因為我們對用于定義光速的單位的定義是任意的,并且它們本身取決于該速度。米的官方定義是光在299792458分之一秒內傳播的距離,秒是根據-133原子發出的特定頻率的光定義的。如果光速發生變化,我們用來測量那速度變化的尺子也會相應改變。

光速定義了空間和時間之間的關系,那么談論它獨立于其潛在維度的變化是否有意義?事實上,解釋任何具有單位的物理常數的變化是不可能的。例如,牛頓引力常數或電子質量都有人類的任意定義。為了確信我們已經看到了基本常數的變化,我們需要研究一個無量綱常數,它沒有單位,因此不依賴于我們對這些單位的定義。

電子能級或原子中的軌道是量子化的,這意味著只允許存在某些特定的能級。當電子在能級之間移動時,它們發射或吸收光子,其能量等于電子損失或獲得的能量。當我們觀察氣體的光譜時,我們會在特定波長的波峰中看到這種效應。我們將這些特征稱為譜線,如果您查看它們的精細結構,您會發現一些譜線被分成兩部分,對應于非常細微的不同能量。這種分裂是由于每個原子能級可以容納兩個電子并且這些電子具有指向相反方向的自旋。

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量子自旋為電子提供了我們所說的磁矩。即使沒有實際旋轉,它們也有磁場,就像一個小條形磁鐵。這些電子也在圍繞原子核運行,并且這種運動也會產生自己的磁場。由電子自旋及其軌道運動產生的磁場實際上在稱為自旋-軌道耦合的效應中相互作用。這種相互作用有兩種穩定的配置:小條形磁鐵可以與軌道場對齊或與之相反。與場對齊是更穩定的狀態,它的能量比相反的對齊略低。因此,當電子在軌道之間跳躍時,它們吸收或發射的能量取決于它們的自旋排列,結果是這些躍遷產生的光譜線波長的差異非常小。

澳大利亞的一組研究人員正是這樣做的。他們使用夏威夷的凱克望遠鏡,沿143個類星體的視線研究云中的鐵和鎂吸收線。他們的結果表明,α在過去稍微小了大約100000分之一。在他們2004年的論文中,他們聲稱5西格瑪顯著性表明檢測到α的變化。

目前,在進行更多更好的實驗之前,所有這一切仍然是一種誘人的可能性。

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