198, 精細結構常數
最近宇宙學有一個大新聞,澳洲科學家發現一個物理常數,精細結構常數,可能不是放諸全宇宙都適用的固定常數。也就是說,宇宙並不是各方向是同性質的?
這個數字約等於1/137,我之前在《齊助教再講》42. 提到過。
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這個數字與普朗克常數,光速常數,電荷值有關,都是物理基本常量。我們想,如果精細結構常數會變,則代表這些物理常數有一個或幾個需要改變,這就是在動物理學的根基了。這種影響可不亞於我們才提的不對稱破缺。
澳科學家,約翰.韋伯的團隊,從夏威夷天文望遠鏡觀測距離我們120億光年的類星體的星光,經過120億年終於到地球,被我們看到。這星光本應有連續的光譜,但是一路上經過的塵埃、氣體,會阻擋一些光譜,使得我們觀測到的光譜有一條條的斷線。據此,科學家能推測星光經過的區域有什麼氣體,比如鎂氣、鐵氣團等。而計算需要用到上面說的精細結構常數,韋伯團隊發現,他們看到的吸收光譜,與地球上實驗的吸收光譜有一點些微偏差,需要校準精細結構常數 ─ 星光的要調比地球的小約百萬分之一。
好了,這百萬分之一的誤差,也可能是測量誤差,當然,研究團隊或可宣稱他們的精度上千萬分之一,所以百萬分之一是有可信度的。但無論如何,只有一個觀測證據不夠。
於是,懷疑是否遠古時候,精細結構常數有所不同?好,地球上在20億年前有鈾235的礦,鈾礦如果密度高,會天然產生核反應現象,科學家可以從殘留下來的痕跡,去推估20億年前的精細結構常數。結果是,只差一億分之四點五。這就真的可以說是誤差,精細結構常數基本沒有改變。
然後2011年,團隊再到智利用天文望遠鏡觀測另一個類星體,又發現吸收光譜的不一致,但這次值要調得大一點。
一下調小,一下沒變,一下調大,這是瞎搞?嗯,可能是想錯了,會不會是空間的問題而不是時間的問題?不是遠古與現在造成精細結構常數不同,而是方向不同造成精細結構常數不同?
你看,夏威夷看北,智利看南,地球居中,上小下大中不變。於是,韋伯團隊再接再厲,於2020年發表了四個新觀測,也對比319個其他團隊的結果。放一起比較,結論是:精細結構常數似乎有方向相關性。
從黑洞、暗能量、暗物質,到精細結構常數,宇宙的模型沒我們想的單純,同向性、同質性、參數不變性等的完美演繹,可能只是我們的美好想像。我們對於宇宙的了解還只是滄海一粟,我們不知道的遠比我們知道的要多。
結合我們上述所說與三大對稱性破缺概念,於是我們又有一句金句:
【宇宙沒有完美,不完美才有宇宙】。
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精细结构常数或随空间变化
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宇宙精细结构常数是什么?为什么它很重要?
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