1萬億億億倍！光速可變理論認(rèn)為，宇宙中的光速曾經(jīng)比現(xiàn)在快得多

大家好，我是魅力科學(xué)君，今天我們來聊一下光速可變理論，該理論認(rèn)為，宇宙中的光速曾經(jīng)比現(xiàn)在快得多，甚至可以達(dá)到現(xiàn)在宇宙中光速的1萬億億億倍（10^28倍），下面我們來看看這具體是怎么回事。

在現(xiàn)代物理學(xué)中，光速（指真空中的光速，下同）被認(rèn)為是一個(gè)恒定不變的常數(shù)，無論你在何時(shí)何處，又或者是處于哪種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，你測(cè)量到的光速永遠(yuǎn)都是299792458米/秒，然而根據(jù)這樣的理解，科學(xué)家在研究宇宙演化的過程中，卻遇到了一個(gè)巨大的難題。

什么問題呢？我們可以先來看張圖。

相信大家都覺得這張圖很眼熟，沒錯(cuò)，這就是大名鼎鼎的宇宙微波背景輻射，它們是迄今為止我們?nèi)祟惸芸吹降淖罟爬系墓庾樱捎诠馑偈怯邢薜模虼爽F(xiàn)在的我們?nèi)匀豢梢钥吹剿鼈儯徊贿^隨著時(shí)間的推移以及宇宙的膨脹，現(xiàn)在的它們已經(jīng)變成了微波。

通過長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)極為奇怪的現(xiàn)象，那就是宇宙微波背景輻射的溫度實(shí)在是太均勻了，無論是哪個(gè)方向，甚至在可觀測(cè)宇宙的兩端，其溫度差異都只是μK尺度（注：μK即微開爾文，1μK=0.000001開爾文）。

為什么說它奇怪呢？因?yàn)檫@就意味著，我們現(xiàn)在看到的宇宙微波背景輻射，曾經(jīng)通過某種物理過程達(dá)到過熱平衡。

但問題是，在大爆炸之后，宇宙一直在膨脹，如果光速永遠(yuǎn)都是299792458米/秒，那么從宇宙誕生到某個(gè)特定時(shí)點(diǎn)，光所能傳播的最大距離就是一個(gè)特定的值，這個(gè)距離就被稱為粒子視界。

而在現(xiàn)代物理學(xué)中，光速被認(rèn)為是宇宙中的一種速度極限，任何能量和信息的傳遞速度都不能超過光速，所以如果在某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，兩個(gè)區(qū)域之間的距離超過了粒子視界，它們之間就不可能再通過某種物理過程達(dá)到熱平衡。

根據(jù)大爆炸宇宙論，在大爆炸發(fā)生之初，宇宙處于一種高溫高密的等離子體狀態(tài)，光子與電子、質(zhì)子等微觀粒子不斷散射，無法自由傳播，直到大約38萬年后，宇宙冷卻到了大約3000K，此時(shí)電子與質(zhì)子結(jié)合成中性氫，光子不再被頻繁散射，進(jìn)而從中掙脫出來，形成了我們現(xiàn)在所看到的宇宙微波背景輻射。

從理論上來講，在那個(gè)時(shí)期，宇宙的粒子視界對(duì)應(yīng)的物理尺度大約為90萬光年，而到了現(xiàn)在，由于宇宙的膨脹，其對(duì)應(yīng)的物理尺度則大約為10億光年。

也就是說，宇宙微波背景輻射的溫度不應(yīng)該像我們現(xiàn)在所看到的這樣極致的均勻，因?yàn)榧词故亲罾硐氲那闆r，也只可能是在10億光年的尺度上是均勻的，這是為什么呢？

實(shí)際上，這就是前面我們提到的那個(gè)巨大的難題，這也被稱為視界問題，它讓科學(xué)家頭疼了很長(zhǎng)一段時(shí)間，為了對(duì)其進(jìn)行解釋，科學(xué)家提出了暴脹理論。

該理論的內(nèi)容可以簡(jiǎn)單地描述為，在大爆炸之后，宇宙曾經(jīng)經(jīng)歷了一次極為短暫的指數(shù)級(jí)的急劇膨脹階段，也就是所謂的“暴脹”。

在暴脹之前，可觀測(cè)宇宙還很小，不同區(qū)域之間完全有條件達(dá)到熱平衡，然后暴脹突然啟動(dòng)，在極短的時(shí)間之內(nèi)，讓已經(jīng)達(dá)到熱平衡的可觀測(cè)宇宙，瞬間擴(kuò)張到了宏大的宇宙尺度，而暴脹之后，宇宙的膨脹速度又急劇下降，并逐漸演化成了現(xiàn)在的樣子。

可以看到，暴脹理論可以很好的解釋視界問題，但問題是，這個(gè)理論描述的暴脹，實(shí)在是太離譜了，因?yàn)楦鶕?jù)該理論的描述，暴脹發(fā)生在大爆炸發(fā)生后的10^（-35）秒至10^（-33）秒之間，在這極為短暫的一瞬間，宇宙的尺度急劇增加了10^26倍。

這是什么概念呢？這樣說吧，假設(shè)在暴脹之前有一個(gè)尺度為1毫米的區(qū)域，那么在暴脹之后，這個(gè)區(qū)域的尺度就高達(dá)10^23米，換算一下就是大約1057萬光年，大概相當(dāng)于我們銀河系所在的本星系群的尺度。

那除此之外，還有沒有其他的解釋呢？這就要說到光速可變理論了。

這個(gè)理論最早由物理學(xué)家約翰·莫菲特于上世紀(jì)90年代提出，他認(rèn)為，如果早期宇宙中的光速曾經(jīng)比現(xiàn)在快得多，那么其粒子視界也就比現(xiàn)在大得多，在這樣的情況下，那些相隔遙遠(yuǎn)的區(qū)域就可以完成熱交換，溫度自然就是均勻的，如此一來，視界問題自然就解決了。

更有意思的是，該理論認(rèn)為，光速會(huì)隨著宇宙的演化而逐漸減小，而這樣的觀點(diǎn)，就解決了另一個(gè)巨大的謎題——暗能量。

關(guān)于暗能量，相信大家都不陌生，簡(jiǎn)單來講就是，科學(xué)家通過觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，宇宙處于一種加速膨脹的狀態(tài)，這就意味著，這背后有一種未知的能量在驅(qū)動(dòng)，但直到現(xiàn)在，我們都不知道這種能量到底是什么，而這種能量就被稱為暗能量。

該理論指出，如果光速是在逐漸變小的，那么當(dāng)我們觀測(cè)宇宙中的那些遙遠(yuǎn)天體時(shí)，這種速度差異就會(huì)使我們進(jìn)行紅移測(cè)算和距離估算時(shí)產(chǎn)生明顯的偏差，進(jìn)而讓我們誤以為宇宙在加速膨脹，而這也就意味著，暗能量根本就不存在。

可以看到，光速可變理論看上去還是合理的，然而迄今為止，這個(gè)理論都沒有得到科學(xué)界的普遍認(rèn)同，為什么呢？

首先來講，“光速是一個(gè)恒定不變的常數(shù)”這個(gè)概念，已經(jīng)是現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)，如果光速真的是可變的，那物理學(xué)中的相關(guān)理論都要重寫，而且重寫之后，還需要去驗(yàn)證它們是否依然與過去長(zhǎng)時(shí)間積累的海量數(shù)據(jù)吻合，這是一項(xiàng)極其龐大的工作。

而真正的問題不是工作量，而是這個(gè)理論目前自身的內(nèi)部困難，因?yàn)楦鶕?jù)該理論的估算，如果光速是逐漸變慢的，那想要以此解決視界問題，宇宙最初的光速就至少是現(xiàn)在光速的10^28倍，也就是1萬億億億倍。

那么，為什么光速會(huì)如此之快，為什么它又會(huì)逐漸變慢，它以什么樣的規(guī)律變化，背后又是什么機(jī)制在驅(qū)動(dòng)呢？實(shí)際上，要解答這些問題，就需要建立一整套的理論體系，確保它與所有實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)數(shù)據(jù)的自洽，但直到現(xiàn)在，該理論的支持者都沒有拿出令人信服的東西。

相對(duì)來講，暴漲理論雖然本身也存在需要進(jìn)一步探索的問題，但它與我們所觀測(cè)到的現(xiàn)象吻合度極高，而且與現(xiàn)有的理論幾乎完美地契合，也正因?yàn)槿绱耍q理論才得到了科學(xué)界的普遍認(rèn)同。