光速被认为是物理学中最基本的常数，但是光速真的在任何情况下都保持一样吗？
1998年，为了解决宇宙学中的视界问题（Horizon Problem），英国帝国理工学院的物理学家 Joao Magueijo 重新提出了一个富有争议的观点：光速是可变的。
什么是视界问题？
下面这个图是来自宇宙中最古老的光，是大爆炸后遗留下来的热辐射——微波背景辐射（CMB）。不同的颜色显示了非常微小的温度涨落，对应着局部密度的细微差异。这些差异代表着所有未来的结构，是现如今星系和恒星的种子。
微波背景辐射（© Planck）
现在问题是，当我们观测CMB的时候，它的温度是如此的一致使我们不得不问，为什么？为了解释这个问题，我们看下图：
（© D.Baumann）
在左图中，蓝色线代表宇宙的复合时期【注2】（Recombination），也就是CMB的退耦【注1】的时间。可以看到在那个时候的任意两个相距遥远的点的过去光锥在 τ = 0（大爆炸）的时候并不重叠，这就意味着它们之间没有任何的因果接触，光所能到达的最远距离是在各自的小圆圈内（右图橙色小圈内），如果这两个橙色小圆圈重来没有重叠过，那为什么它们的温度会如此一致？这就是所谓的视界问题。
【注1】退耦是指各种粒子彼此脱离热平衡的时期。由于宇宙的膨胀，粒子间的平均自由程增加，相互作用频率降低，因此脱离热平衡而发生退耦。光子退耦导致了宇宙微波背景辐射
【注2】复合（Recombination）是宇宙学中带电的电子和质子首度结合成电中性氢原子时代，发生在宇宙大爆炸后的约38万年后，也是光子退耦的时候。
暴胀理论认为，在一个极短暂的时间内宇宙经历了一场指数式的膨胀，因此过去认为没有任何交流的两个点其实最初是有接触的。（© D.Baumann）
解决这个难题最受欢迎的一个理论称为暴胀理论（Inflation）。该理论认为宇宙在极早期的时候经历了一段非常短暂的指数式膨胀。也就是说宇宙在很小的时候温度处处一样，接着宇宙突然快速膨胀了，才导致了我们看到的CMB如此一致。但是我们并不知道为什么暴胀会开始，或者结束。因此Magueijo希望找到替代的理论。
现在，将在11月28日发表在《物理评论》的一篇论文中，他和加拿大圆周理论物理研究所的Niayesh Afshordi提出了一个全新的理论——而且是可验证的。他们认为，在宇宙早期的时候，光和引力的传播速度是不一样的。如果在大爆炸后光子的传播速度要比引力快，那么它们就有可能传播的足够远使宇宙各处的温度达到平衡。
一个好的科学理论，不仅要能够被验证，而且需要作出新的预言。这也是使Magueijo最兴奋的地方，因为这个新理论对CMB作出了一个特定的预言。
在Magueijo和Afshordi的模型中，CMB的一些特定细节反映了光速和引力速度会随着宇宙的温度而改变的方式。他们发现，当光速和引力速度的比值突然趋于无限的时候，会有一个突变。这使他们能够固定一个称为谱指数（Spectral index）的值n
发表于 2017-7-9 03:02
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