新南威尔士大学拉克伦·吉尔伯特 科学家们检查来自宇宙中最遥远的类星体之一的光，惊讶地发现电磁力的波动
信用:Shutterstock 一个宇宙常数不仅在宇宙的外围看起来非常不稳定，而且只出现在一个方向上，这是非常奇怪的
那些期待有一天科学的万物大统一理论可以穿在t恤上的人可能要等一会儿，因为天体物理学家继续发现宇宙常数之一毕竟不是那么恒定的
在《科学进展》杂志上发表的一篇论文中，来自UNSW悉尼的科学家报告说，对130亿光年外的类星体发出的光进行了四次新的测量，这再次证实了过去发现精细结构常数微小变化的研究
UNSW科学学院的约翰·韦伯教授说精细结构常数是电磁学的量度——自然界四种基本力之一(其他的是重力、弱核力和强核力)
“精细结构常数是物理学家用来衡量电磁力强度的量，”韦伯教授说
“这是一个无量纲数，它涉及光速，普朗克常数和电子电荷，这是这些东西的比值
这是物理学家用来测量电磁力强度的数字
" 电磁力使宇宙中每个原子的原子核周围都有电子呼啸而过——没有它，所有的物质都会散开
直到最近，它被认为是一种贯穿时间和空间的不变的力量
但是在过去的二十年里，韦伯教授注意到了精细结构常数中的异常，由此在宇宙的一个特定方向上测量的电磁力似乎有了微小的不同
“我们发现了一个暗示，在宇宙某些区域，精细结构常数的数目是不同的
不仅仅是时间的函数，实际上也是宇宙方向的函数，如果正确的话，这真的很奇怪
但那是我们发现的
" 寻找线索 当韦伯教授第一次发现这些电磁力测量值稍弱或稍强的早期迹象时，他曾怀疑过，他认为这可能是设备的故障，或者是他的计算或其他导致异常读数的错误
正是在观察宇宙边缘一些最遥远的类星体——发射异常高能的巨大天体——时，这些异常现象首次被世界上最强大的望远镜观测到
“我们知道的最遥远的类星体离我们大约有120亿到130亿光年，”韦伯教授说
“所以，如果你能详细研究来自遥远类星体的光，你就在研究宇宙处于婴儿期时的性质，那时它只有10亿岁
当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，但肯定没有我们今天看到的相同数量的恒星
没有行星
" 他说，在目前的研究中，研究小组观察了一个这样的类星体，使他们能够追溯到宇宙只有10亿岁的时候，这是以前从未做过的
该小组沿着这个类星体的一条视线对精细常数进行了四次测量
就个人而言，这四次测量并没有提供任何结论性的答案，说明电磁力是否有可察觉的变化
然而，当我们和其他科学家在遥远的类星体之间进行的许多其他测量结合在一起，并且与这项研究无关时，精细结构常数的差异就变得明显了
怪异的宇宙 “这似乎支持了宇宙中可能存在方向性的观点，这确实非常奇怪，”韦伯教授说
“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，在各个方向上是相同的
但事实上，在宇宙中可能有一些方向或首选方向，物理定律会发生变化，但不是垂直方向
换句话说，宇宙在某种意义上有一个偶极结构
“在一个特定的方向上，我们可以回顾120亿光年，测量宇宙非常年轻时的电磁学
把所有的数据放在一起，电磁学似乎随着我们看得越远而逐渐增加，而朝着相反的方向，它逐渐减少
在宇宙的其他方向，精细结构常数保持不变
这些新的非常遥远的测量把我们的观测推向了前所未有的高度
" 换句话说，在被认为是任意随机分布的星系、类星体、黑洞、恒星、气体云和行星——其中至少有一个微小的生态位充满了生命——宇宙突然看起来相当于一个北方和一个南方
韦伯教授仍然持开放态度，认为这些在不同阶段使用不同技术从地球不同位置进行的测量实际上是一个巨大的巧合
“这是一件非常严肃的事情，即使我和我的学生一起做了第一项工作，我也对它持怀疑态度
但这是你必须测试的东西，因为我们有可能生活在一个奇怪的宇宙中
" 除了认为这些发现不仅仅是巧合的论点之外，美国的一个团队完全独立工作，对x光进行了观察，这似乎与宇宙具有某种方向性的观点一致，韦伯教授对此一无所知
“在这篇论文出现在文献中之前，我对它一无所知，”他说
“他们不是在测试物理定律，他们是在测试属性，星系和星系团的x光属性，以及宇宙与地球的距离
他们还发现，在这个意义上，宇宙的性质不是各向同性的，而是有一个偏好的方向
瞧，他们的方向和我们的一致
" 生命、宇宙和一切 虽然仍然希望看到对电磁学可能在宇宙的某些区域波动的想法进行更严格的测试，以赋予它某种形式的方向性，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是这样的，为什么它里面有生命
“很长一段时间以来，人们一直认为自然规律似乎完美地调节了为生命繁荣创造条件
电磁力的强度就是这些量之一
如果它与我们在地球上测量的值只有百分之几的差异，宇宙的化学演化将会完全不同，生命可能永远不会开始
它提出了一个诱人的问题:这种“金发女孩”的情况，即像精细结构常数这样的基本物理量“恰好”有利于我们的存在，是否适用于整个宇宙？" 韦伯教授认为，如果宇宙中存在方向性，如果电磁学在宇宙的某些区域表现出非常微小的差异，支撑现代物理学的最基本概念将需要修正
“我们的标准宇宙学模型是基于各向同性的宇宙，从统计学上来说，在所有方向上都是相同的，”他说
“这个标准模型本身是建立在爱因斯坦的引力理论基础上的，引力理论本身明确假设自然规律不变
如果这些基本原理只是很好的近似，那么物理学中的一些非常激动人心的新思想就敞开了大门
" 韦伯教授的团队认为，这是利用世界上最大的望远镜上的新仪器获得的数据，探索宇宙中许多方向的更大规模研究的第一步
新技术正在出现，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化测量，并以更快、更高的精度进行测量
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