你相信吗？光速并非恒定而是越来越慢？或突破相对论

                               
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1905年，26岁的阿尔伯特·爱因斯坦提出狭义相对论，从此改变了物理学的发展轨迹。狭义相对论描绘了时间与空间的关系，它建立在两条基本假设的基础上：物理定律对于所有的匀速运动的观察者来说都相同；真空中的光速对任何观察者来说恒定不变。

在过去的一个世纪内，爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论都经受住了实验的检验，并且能够用于解释许多物理现象，包括宇宙的起源。但在20世纪90年代末期，少数几位物理学家向狭义相对论的一条基本假设发起了挑战。他们认为，光速并非恒定不变：在早期宇宙，光速比现在要快。

自提出之日起，光速可变理论一直存在争议。而根据发表在《物理学评论D》的一篇论文，在不久的将来，这一理论将有望得到检验。如果实验结果支持光速可变理论，那就意味着自然界的法则并非如我们今天所理解的那样永恒不变，我们也需要重新审视爱因斯坦的引力理论。
“现代物理学完全是基于‘光速不变’推导出来的，”伦敦帝国学院的宇宙学家Joao Magueijo说道，他最初提出了光速可变理论，“所以我们必须要想办法在不对现有物理体系产生过多影响的基础上，将光速可变性嵌入其中。”
Magueijo介绍说，他提出光速可变理论，是为了解决长久以来宇宙学中一直存在的“视界问题”——该问题正是因为假定光速恒定而产生的。
如果光速始终不变，那么自从约137亿年前的宇宙大爆炸以来，光只可能在宇宙中穿行大约137亿光年。光穿行的距离受到这个限制，就意味着宇宙的可见范围是有边界的，这个边界的半径大约是470亿光年（尽管光只能穿行137亿光年，但我们还应该将宇宙膨胀效应计算在内）。
我们把可见的宇宙想象成一个半径470亿光年的大球，而我们坐在这个球的中心。球的边界，亦即宇宙的视界，乃是宇宙微波背景（cosmic microwave background， CMB）发出的地点。宇宙微波背景是产生于宇宙大爆炸后大约40万年时的辐射，是人类所能够获得的最早的宇宙图像。不论你处于宇宙中的哪个位置，你都处于你的宇宙视界的中心，而此刻观测到的宇宙微波背景则距离你有137亿光年远。
问题在于，宇宙中的任何一点到微波背景辐射发出的地点，距离都是137亿光年，那么宇宙视界两端的微波背景辐射之间的距离就大约是274亿光年。这也就意味着宇宙太大，在宇宙寿命范围内，光不可能从一端穿行到另一端。然而，这又与我们观测到的微波背景辐射的均一性相矛盾。

宇宙学家观测到，宇宙微波背景辐射极其均匀。天空任何一个方向的微波背景辐射的温度都是大约-270℃，相对涨落只有十万分之一。然而，如果宇宙中运动最快的光，穷尽宇宙之寿命都不能从宇宙一端穿行到另一端，那么我们就不可能观察到如此均一的微波背景辐射。
要理解其中的道理，我们可以用浴盆来类比宇宙。浴盆两端各有一个水龙头，其中一个在放冷水，另一个在放热水。如果把两个水龙头关闭，那么冷水与热水混合，最终浴盆中的水会达到均匀一致的温度。但是，如果在进水的同时，浴盆的各个方向又在不断向外快速延伸，以至于冷水和热水永远无法相遇，那么浴盆一端就永远是冷水，另一端永远是热水，无法达到同样的温度。
宇宙大爆炸的过程，就类似于向外延伸的浴盆，但能够反映宇宙早期温度的微波背景辐射却没有冷热起伏，反而十分均匀，这是怎么回事呢？

目前，在尝试解决“视界问题”的所有假说中，暴胀理论（inflation theory）呼声最高。暴胀理论认为，宇宙微波背景辐射之所以如此均匀，是因为宇宙在小而致密的阶段就已经达到了均一状态，然后在暴胀过程中继续保持均一。这就相当于，浴盆中的水先混合达到了均匀的温度，然后才开始快速向外延伸。
尽管暴胀理论能够兼容光速的不变性，但它要求存在一个“暴胀场”，并且这个场只在早期宇宙的一段短暂的时间内存在。
然而，光速可变理论的支持者称，如果早期宇宙中的光速远高于当今宇宙，则无需借助暴胀，就能解决视界问题。如此一来，宇宙相距甚远的两端能够在宇宙膨胀的过程中保持“连通”，从而导致宇宙各处的微波背景辐射均匀一致。
然而，对于支持暴胀宇宙模型的理论物理学家来说，允许光速发生变化，就如同颠倒狭义相对论中的一个正负号。
“多数情况下，这种颠倒符号的事情，会导致一些灾难性的后果，因为改变后的理论可能无法在物理上自洽。”剑桥大学理论宇宙学中心的高级研究人员David Marsh说道，他没有参与该论文的工作。“Magueijo等人提到了一些随之而来的挑战，但要想构建真正健全的理论模型，还有许多工作要做。如果光速可变理论真的能够站住脚，那么它不仅仅会影响宇宙学，还会对整个物理学产生许多深远的影响。”
那么，在宇宙大爆炸刚刚发生不久时，光速究竟比现在快多少呢？Magueijo和他的同事、滑铁卢大学物理学与天文学助理教授Niayesh Afshordi给出的答案是：快无限多倍。
两位物理学家指出，早期宇宙中的光速至少比现在30万千米/秒的光速快32个数量级，而这只是一个下限值。随着时间趋近于宇宙大爆炸的时刻，光速也将趋向于无穷大。
按照光速可变的观点来看，光速偏快是因为早期宇宙温度极高。Afshordi指出，他们的理论要求早期宇宙是一个温度至少达1028摄氏度的火炉。相比之下，人类在地球上所能获得的最高温度只有1016摄氏度，与早期宇宙相差12个数量级之多。
随着宇宙膨胀，其温度降低到1028摄氏度以下。就如同液态水温度降低到一定程度以后会结冰一样，光在此经历了一次相变，光速变成当前的30万千米/秒。冰不会因温度更低而更坚硬，光速也不会因温度更低而变得更慢，于是从那以后光就保持在这个值而不再变化。