圖注：這是類星體PKS 1127-145的X光圖像，它距離地球約100億光年
宇宙學(xué)中有許多具有爭(zhēng)議性的話題，其中一個(gè)便是：為什么一些最基本的宇宙常數(shù)似乎偏好生命現(xiàn)象，從而創(chuàng)設(shè)了那些恰好適合生命成長(zhǎng)的環(huán)境出來(lái)？微細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)(常用α表示)便是這樣的一個(gè)例子。這是一種電磁耦合力常數(shù)，其數(shù)值大約等于1/137.0359。如果α的值增大或減小4%，宇宙中的恒星將能夠產(chǎn)生碳和氧，這樣的結(jié)果便是宇宙中將不可能出現(xiàn)今天我們看到的生命景象。但是一項(xiàng)最新研究卻顯示了其中更加復(fù)雜的機(jī)理�？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，α的值在不同的宇宙方向上，在數(shù)十億年前，存在輕微差異。具體來(lái)說(shuō)，其值在北半球天空稍小，而在南半球天空稍大。對(duì)此的一種可能解釋是：微細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)可能在空間中存在連續(xù)的變化，而其變化都對(duì)生命的存在意義重大。
來(lái)自澳大利亞新南威爾士大學(xué)的物理學(xué)家約翰?韋伯(JohnWebb)和他的合作者調(diào)閱了兩架望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)，以便研究微細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)(α)與空間變化之間的關(guān)系。他們使用的望遠(yuǎn)鏡包括位于北半球夏威夷莫納克亞山頂?shù)膭P克望遠(yuǎn)鏡(口徑10米)，以及位于南半球智利的歐洲南方天文臺(tái)甚大望遠(yuǎn)鏡(口徑8米)。研究人員利用這些世界上最強(qiáng)大的望遠(yuǎn)鏡對(duì)超過(guò)100個(gè)類星體目標(biāo)進(jìn)行了觀測(cè)。類星體是一種距離極為遙遠(yuǎn)但是亮度極大的天體，其強(qiáng)大的能量來(lái)自于其內(nèi)部的黑洞。
通過(guò)對(duì)類星體的光譜測(cè)量，研究人員可以獲得其電磁輻射在高紅移情況下的頻率數(shù)據(jù)，通過(guò)這些數(shù)據(jù)我們可以得出其距離數(shù)值，比如距離地球大約100億光年。這些古老的光線在穿越茫茫太空時(shí)，會(huì)經(jīng)過(guò)一些古老的宇宙塵埃云，其中一些波長(zhǎng)的光線就被吸收，通過(guò)對(duì)光譜吸收線的分析，科學(xué)家可以分析出這些塵埃云的化學(xué)成分。
對(duì)這些塵埃云化學(xué)組成的分析將使研究人員得以進(jìn)一步推算當(dāng)時(shí)微細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)α的值，因?yàn)棣帘旧肀闶菍?duì)兩個(gè)帶電微粒之間電磁力作用大小的描述。作為一種電磁力的耦合常數(shù)，α的值也和自然界的另三大基本力常數(shù)相似：強(qiáng)核力、弱核力以及引力。微細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)的物理學(xué)意義，其中最重要的一點(diǎn)，便是決定了原子核對(duì)其外側(cè)電子的束縛力大小。
通過(guò)對(duì)南天、北天兩架望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，那就是：南天獲取數(shù)據(jù)推算出的α值要比目前所知的值大大約10萬(wàn)分之一，而北天獲取的數(shù)據(jù)推算出的α值則要比目前的值小大約10萬(wàn)分之一。這些“偶極”模型數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)誤差計(jì)算顯示其“事發(fā)偶然”的可能性僅有大約1/15000
這一結(jié)果讓韋伯和他的同事們非常震驚，因?yàn)檫@和1999年發(fā)布的精密測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果是沖突的。當(dāng)時(shí)的研究人員使用的是位于北半球的凱克望遠(yuǎn)鏡，那時(shí)候他們就已經(jīng)注意到這樣一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，那就是：所觀測(cè)的類星體距離越遠(yuǎn)(意味著年代越久遠(yuǎn))，α的值就越小。因此當(dāng)科學(xué)家們利用智利的大型望遠(yuǎn)鏡在南半球進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，他們也認(rèn)為會(huì)出現(xiàn)一樣的結(jié)果。但是數(shù)據(jù)卻顯示α的值出現(xiàn)了相反的增長(zhǎng)趨勢(shì)，這讓他們措手不及，困惑不已。當(dāng)他們終于排除了一切外來(lái)干擾和誤差的可能性之后，他們意識(shí)到他們看到的是α值在南天和北天的數(shù)值差異現(xiàn)象。
因此，如果說(shuō)科學(xué)家們僅僅使用了一個(gè)半球的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)，那么他們會(huì)注意到α的值具有時(shí)間上的變化，而當(dāng)他們使用另一個(gè)半球的望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)時(shí)，他們會(huì)發(fā)現(xiàn)α的值還具有空間上的變化。這一發(fā)現(xiàn)具有重大意義，首先一點(diǎn)，它顛覆了一種我們深信不疑的觀點(diǎn)，那就是物理定律“放之宇宙皆準(zhǔn)”。這一發(fā)現(xiàn)同時(shí)也與“愛(ài)因斯坦等效原理”不符，其結(jié)果暗示我們所處的宇宙可能要比我們?cè)仍O(shè)想的大得多，甚至可能是無(wú)限的。目前，科學(xué)家們將組織更精細(xì)的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這一發(fā)現(xiàn)，并且看看微細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)研究的進(jìn)展是否能引導(dǎo)我們到達(dá)對(duì)宇宙更高層次的理解。
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