宇宙可能真的存在方向性？

科学家发现，在宇宙的某些区域，精细结构常数存在差异。它不仅是时间的函数，也是方向的函数。

精细结构常数(α)是一个具有深刻内涵的常数。它是一个无量纲常数，与光速、普朗克常数和电子电荷有关，等于1/137。精细结构常数是电磁力的量度(另外三个是重力、弱核力和强核力)，这是自然界的基本力之一。在电磁力的作用下，电子围绕原子核旋转。没有电磁力，所有的物质都会分解。

精细结构常数α约为1/137，是自然界三个基本常数的组合。

电磁力被认为是一种不会在时间或空间上发生变化的力，但在过去的20年里，天体物理学家约翰·韦伯教授注意到精细结构常数的值似乎是异常的，他发现在宇宙特定方向测得的电磁力似乎略有不同。

如前所述，精细结构常数代表电磁相互作用的强度。如果这个值越大，电磁力越强，原子越小。但是另一方面，如果这个值变小，那么原子就会变大。

在最近发表在《科学进步》杂志上的一篇论文中，由韦伯领导的研究小组报道了精细结构常数的四个最新测量结果。新的结果是基于130亿光年以外的类星体发出的光。他们发现，在宇宙的某些区域，精细结构常数存在差异。它不仅是时间的函数，也是方向的函数。这样的测量结果似乎证实了精细结构常数确实有微小的变化。

面对这样的结果，韦伯自己也很难相信。当他第一次发现这些迹象时，他的第一反应是质疑设备是否有故障，或者他是否在计算或其他方面犯了错误，从而导致了这些异常值。当他们用一架非常大的望远镜(VLT)观察最远位置的类星体时，首次测量到了这种异常。

类星体是一类可以释放极高能量的天体。已知最远的类星体距离我们大约120亿到130亿光年。因此，研究这些遥远类星体发出的光实际上是研究宇宙的性质，当时宇宙只有10亿年历史。

在新的研究中，他们观察到了一个类星体，可以追溯到宇宙只有10亿年的时候。沿着类星体的一个方向，他们测量了精细结构常数四次。这四次测量并没有为电磁力中可检测到的变化的存在提供任何结论性的答案。然而，当他们把新的结果与许多其他科学家对遥远类星体进行的一些不必要的测量结合起来时，他们发现了精细结构常数的明显差异。

因此，研究人员得出了一个令人难以置信的结论:宇宙可能确实有一些方向。

这意味着宇宙可能不是各向同性的(统计上，它在所有方向上是相同的)，但是物理定律可能在某些方向上改变。换句话说，宇宙在某种意义上有一个偶极结构。

新的观测数据表明，电磁力似乎在宇宙的一个特定方向上逐渐增加，而在相反的方向上逐渐减弱。在宇宙的其他方向，精细结构常数保持不变。换句话说，我们认为星系、类星体、黑洞、恒星、气体云和行星是随机分布和分散的宇宙，突然之间似乎出现了“北极和南极”。

这确实是一个惊人的结论，它带来的结果可能是颠覆性的。在一次采访中，韦伯说在某种程度上他对此仍持怀疑态度。他想知道这种差异是否只是一种巧合，例如，它是由在地球上不同的地方、不同的时间和使用不同的技术进行测量而引起的。

然而，这真的是巧合吗？

有趣的是，在另一项研究中，来自波恩大学和哈佛大学的一组研究人员独立得出结论，在不知道韦伯工作的情况下，宇宙有一定的方向性。然而，他们测量的不是物理定律，而是星系和星系团的X射线特征和宇宙学距离。他们的研究还表明，宇宙的本质不是各向同性的，而是有一个偏好的方向，这与韦伯测量的方向一致。

对此，韦伯表示，他期待看到更多的观察结果，以表明电磁在宇宙的某些领域是有方向性的。如果这一点能在未来的研究中得到证实，它可能有助于解决为什么宇宙是什么以及为什么生命存在的大问题。

长期以来，人们一直认为自然法则似乎为生命的繁荣创造了完美的条件，而电磁力就是其中之一。如果它在宇宙中某个地方的值与我们在地球上测量的值不同，即使差异很小，它也会导致宇宙中完全不同的化学进化，从而使生命不可能开始。

我们的宇宙学标准模型是基于宇宙的各向同性，所以如果宇宙中有方向性，许多支持整个现代物理学的最基本的概念将需要被修正。

标准模型本身是以爱因斯坦的引力理论为基础的，而广义相对论本身明确假设了自然法则在空间和时间上的不变性。然而，如果这些基本原理只是最新结果所暗示的近似值，那么我们可能会欢迎物理学中一些令人兴奋的新观点。

参考来源:

http://news room . UNSW . edu . au/news/science-tech/new-discovery-implic-laws-nature-not-constant-before-think

资料来源:欧洲天文台

这个基本常数在宇宙的不同方向会不同吗？