大統一理論有誤?新研究發現宇宙可能有「方向性」

根據大約130億光年遠的類星體測量,科學家發現證據顯示,用於測量帶電粒子之間電磁的基本物理常數實際上可能是易變的。電磁力是將宇宙中所有事物編織在一起的四個基本力之一,另外三個是重力、弱核力和強核力。 基本粒子之間電磁相互作用的強度是藉助所謂的精細結構常數(fine-structure constant)來計算。不過,新的數據與其他研究的數據都顯示,該常數存在微小的變化,這可能會對我們如何理解周圍的事物產生重大的影響。最新的數據還顯示,宇宙可能以前隱藏了「北」和「南」的方位,這可以繪製電磁變化的明確方向。

澳洲新南威爾斯大學的天體物理學家John Webb表示:「 這項新研究似乎支持宇宙中可能存在方向性的觀點,這確實很奇怪。因此,宇宙的物理定律可能不是各同向性的,也就是統計上各個方向上都是相同的。反而,實際上宇宙定律可能會在某個方向或首選方向上發生變化,而不是在垂直方向上發生變化。換句話說,宇宙在某種意義上具有偶極結構。」

環繞我們的電磁力將電子束縛在原子核中起著至關重要的作用,如果沒有它的話,物質會直接崩解。 它為我們提供可見光,並且是電力能運作的主要原因。研究團隊利用智利甚大望遠鏡(Very Large Telescope,VLT)捕獲的圖像和數據,能夠測量這種力量出現在宇宙中更年輕與更接近它起源的時候。數據需要進一步的測試和驗證,但研究團隊表示,當前的結果提出了一個奇怪的問題,基本力在整個宇宙中是否達到了一種「適居」平衡狀態(剛剛好能讓生命存在)。

Webb表示:「將所有數據對起來時,電磁力似乎隨著我們的觀察而逐漸增加,而朝相反的方向,則逐漸減少。在宇宙中的其他方向上,精細結構常數只會保持不變。這些新而非常遙遠的測量將我們的觀測推向比以往都要更遠的地方。」

忙著研究X射線性質的美國獨立研究員們支持宇宙有方向性的想法。 他們還發現了一種宇宙排列,指向與新南威爾斯大學團隊所發現的方向相同。至於這對物理學有什麼更廣泛的意義,還為時過早。 這些發現至少絕對值得進一步研究,這表示大統一理論(一種尋找可以將電磁力、弱核力、強核力聯繫在一起的統一力量)可能會需要先被擺到一旁去。而去年發表的一項研究暗示,可能還有第五種基本力量的存在。 我們越深入宇宙與發現的越多,一切似乎就變得更加複雜和陌生。

Webb表示:「我們的宇宙學標準模型是基於一個各同向性的宇宙,統計顯示,各個方向都是相同的。該標準模型本身是建立在愛因斯坦的重力理論基礎上,重力理論本身明確地假定了自然定律的恆定性。如果這些基本原理最後被證實只是很好的近似值,那麼物理學將會出現一些非常令人興奮的新思想。」

參考資料: Science Advances

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