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在漫长的宇宙史中，物理学基本常数是永恒不变的吗？

在数十亿年前，主宰电磁学的自然界基本常数要比今天略小一些——如果结论成立的话，这将是数十年间最伟大的发现之一，因为它公然挑战整个科学界最重要的一条定律——宇宙法则不论何时何地都是一样的。澳大利亚新南威尔士大学的John K．Webb领导的国际合作小组在4年前开始了一项对遥远的类星体传来的光的研究，获得了有关该基本常数改变的证据。在该小组收集了进一步的数据并改进了研究方法之后，他们依然得出这样的结论。

但大多数天体物理学家仍然对此表示怀疑。美国俄亥俄大学的Robert J．Scherrer说：对这样的观察结果，我总觉得会发现某种另外的解释。当然，我很愿意被证明是我错了，那真的很令人激动。”

Webb及其同事也表现得非常慎重，新南威尔士研究小组的理论学者Victor V．Flambaum说：“包含140个类星体吸收系统的三组独立数据，总是呈现出相同的变化(量)。然而，对于任何的首次观测结果，人们都有质疑的理由。在对目前的结果进行独立的审核之后，会做出严肃的结论的。”

所质疑的物理学家在方程中用希腊字母α表示。数据表明，在80～l10亿年以前，α常数比现在小大约l0万分之一。这会造成原子中的电子所受到的原子核束缚力比现在略小，从而增加了原子的发射光谱和吸收光谱的波长。天文学家能够通过观测遥远的类星体来研究这些距今久远的光。尤其是，他们重点研究了次级效用，即原子中各个谱线波长的数值不等的微小漂移。通过很精确地测量各个波长之间的间距，就可获得一种测量α常数的方法。

天文学家在20世纪60年代中期就开始了对α常数的研究，但似乎在所能达到的精度内没有测出变化。然而，Webb及其同事研究出一种同时观测许多化学元素原子光谱波长的新技术，从而提高了精度。结合实验数据和表征原子的量子状态的复杂计算机模型，从中找出α常数的微小变化是一个繁复的过程，许多似是而非的现象和测量误差都可能造成波长漂移的假象。Webb及其同事相信他们已经排除了各种导致错误结论的可能干扰，但其他研究者对此并不确信。

解决这个问题最好是用不同的方法做进一步的实验，但人们几乎还没有发现可以取而代之的方法。新墨西哥州美国国家射电天文观象台的Chtristopher L．Carilli及其同事研究了氢气对微波的吸收，但他们只研究了现在与60亿年前的红移随时间变化的情况。他们的数据表明在这个时间区间内没有探测到α常数出现变化，Webb也是这样认为的。

Carilli希望找到更大红移的适当氢气云来取得年代更久远的对比数据。他说：“一个主要的技术进展是在西弗吉尼亚Green Bank安装了一台新型望远镜，这是世界上最大的可转向射电望远镜，已经在2001年8月投入使用。”

通过对大爆炸后仅仅30万年的宇宙微波背景的奇异性的研究，人们可以测量大约l40亿年前的常数。葡萄牙Porto大学的Pedro P．Avelino及其同事采用最新的数据资料没有发现α常数变化的证据，他们的误差约为l0％，今后的几年内，从最近发射的MAP卫星发回的数据可能将误差减小到0.1％。

这是一个留待21世纪来解开的科学之迷。常数的变化不是发生在宇宙初生期(那是预料会发生大变化的时期)，而是在80至110亿年前发生了10万分之一的微小变化。Carilli说：“即使他们的结论最终不成立，也肯定激发了人们在这个领域的兴趣，激发了许多实验者在他们的基础上继续努力。”

步履维艰的“α常数之变”

已经研究出了几种测定基本常量——α常数稳定性的方法：

l 宇宙中大量存在发光元素（如氦和锂）说明，在大爆炸后这些元素形成的数分钟内α常数的变化不到2%。

l 1994年原子钟显示，在140天内α常数的变化不到100万亿分之1.4。据此推断，它在10亿年间的变化应不到10万分之4，一种叫“原子喷泉”的实验又将精度提高了5倍。

l 在加蓬的Oklo，18亿年前一次自然的核反应形成了铀的沉积层。这些铀同位素的存留物提示α常数从那时到现在的变化在100万分之几以内，精度是目前的天体物理学测量结果的100倍左右。

【王涛／译 曾少立／校】