宇宙影视，宇宙边缘的一个小故障，可以彻底重修现代物理学！

在太阳系的边缘，真的存在第九颗行星吗？

在太阳系的遥远的地方发生了什么？那里有一个行星9吗？在我们寒冷的太阳系系统里，有一些轨道上的天体，对于我们的八个行星太阳系来说，是没有意义的。那里似乎有一个未被发现的天体，其质量是地球的数倍，它塑造了一些柯伊伯带天体(KBO)的轨道

　　这是一个守旧得很好的隐秘，但我们知道生命、宇宙和一切的谜底。不是42，而是1/137。 　　这个稳固的数字决议了恒星是若何燃烧的，化学是若何发生的，甚至原子是否存在。物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)对此有所领会，称其为“物理学中最大的谜团之一：一个无法明白的神奇数字”。 　　现在它的谜团正在加深。有争议的示意解释，这个数字可能不是我们假设的普遍常数，而是随着时间和空间的玄妙转变而转变的。若是获得证实，这将对我们对物理学的明白发生深远的影响，迫使我们重新考虑关于现实结构的基本假设。虽然关于这些发现的真正意义的争论甚嚣尘上，但在实验室中深入研究宇宙和研究现实细密结构的实验，现在可能会给出一个明确的结论。 　　自然常数，好比光速、力和种种粒子的质量，可能不是那么恒定的看法，这一看法有着绚烂的历史。1937年，物理学家保罗·狄拉克(Paul Dirac)写信给“自然”杂志，质疑天文学家阿瑟·埃丁顿(Arthur Eddington)从零最先盘算常数的实验。我们怎么能确定它们没有随着宇宙学时间的转变而改变呢？ 　　精细结构常数，也称为阿尔法(alpha)，就是一个很好的例子。阿尔法位于狄拉克提议的理论的中央，费曼则致力于量子电动力学(QED)的研究。这是电磁力的量子理论，形貌了光和物质之间的相互作用。阿尔法决议他们的气力。它自己是由光速，电子的电荷，π-很少有物理理论是完全没有π的-和其他几个基本常数组成的，经由仔细的放置，它只是一个纯粹的数字，不受人的影响：0.00729735，离1/137号靠近。
　　只要稍微改变一下这个数字，你就能改变整个宇宙。它增添太多，质子相互排挤的气力太强，以至于小原子核不能连系在一起。再往前走一点，恒星内部的核聚变工厂就会住手运转，无法再发生碳，而碳正是生命赖以存在的基础。使阿尔法更小，分子键在较低的温度下盘据，改变了许多生命必须的历程。 　　一大把常量。 　　物理学家们的一个大难题是，我们的自然理论要求我们注入一组随便的数字，以使它们反映现实。这些数字似乎没有理由：它们就在那里，我们必须在实验中丈量它们。 　　·粒子物理的尺度模子需要至少19个这样的数字，包罗精细结构常数、希格斯玻色子的质量，以及形貌粒子质量和相互作用强度的一系列其它数字。 　　·要再现一样平常的物理，你必须加上引力常数(也叫“大G”)，光速和普朗克常数，它给出了量子物体的基本尺寸。 　　·尺度的宇宙学模子需要另外12个参数，包罗形貌宇宙膨胀速率的哈勃常数，以及与暗物质和暗能量密度有关的因素。 　　至少在地球上，阿尔法保持在严酷的范围内。实验室实验解释，转变最大的可能是百亿中的几个部门。这使得它比确定引力强度的常数“大G”正确100000倍。
　　但正如狄拉克所示意的那样，也许电磁相互作用在已往是较弱或较强的，或者在宇宙的遥远部门是差别的。在物理学家们试图展现关于现实的更深条理真相的起劲陷入僵局之际，这一点可能很主要。“我们有一套基本的方程，这套方程已有半个世纪的历史，从未与任何丈量方式相矛盾。”法国马赛艾克斯大学(UniversityofAIX-Marseille)的卡洛·罗维利(Carlo Rovelli)说，“若是我们发现一种与此差别的衡量尺度，那将是一件大事：终于有了真正的新器械。”在意大利的里雅斯特天文台研究常数转变的保罗·莫拉罗(Paolo Molaro)对此示意赞许。他说：“若是泛起变异，它们将展现出新的物理现象。” 　　例如，这可能包罗分外维度的存在。弦理论是对下一代物理学理论的有力支持，它提出了我们看不到的细小卷曲的维度的存在。对像阿尔法这样的器械有影响。剑桥大学的宇宙学家约翰·巴罗说：“若是你信赖存在分外的维度，我们称之为常数的物理量的职位就会有所下降。”“若是真的有九或十维的空间，只有三个大的，那么自然界真正永恒稳固的常量存在于总的维数上。我们考察到的三维阴影不是真的常数。” 　　对物理学家约翰·韦伯(John Webb)来说，二十年前，阿尔法转变的可能性险些成了人们痴迷的话题。1996年，他是一个年轻的研究员，从澳大利亚接见巴罗，然后在苏塞克斯大学。最先讨论狄拉克对不定常数的思索。韦伯想知道，由我们一些最壮大的望远镜网络的光是否可以解决这个问题。 　　立足点。 　　其中的一些光线已经流传了很长一段时间。夏威夷最高点莫纳克亚山顶上的凯克望远镜可以拍摄约莫120亿年前极其发光的星系焦点或类星体所发出的光。在它的地球之旅中，其中一些光已经穿过了吸收某些波长的气体云。这为阿尔法提供了一个至关主要的立足点。韦伯说：“若是你改变阿尔法，你就改变了电子和原子核之间的吸引力。”这改变了被给定原子吸收的波长，这意味着吸收光谱在光谱发生时发生了一种对阿尔法值唯一的条形码。 　　韦伯与新南威尔士大学的同事们开发了一种剖析这些庞大吸收光谱的新方式，并将其应用于类星体数据。到1998年，他和他的互助者，已经有了他们的第一个效果：在120亿到60亿年前，阿尔法的平均增长率是百万分之六。在那时，这还不足以对物理学发生重大影响。但这是个改变。 　　这是一个耸人听闻的效果，很少有人信赖–也许有充实的理由。“寻找差别的阿尔法证据在手艺上是异常难题的，”巴罗说(Barrow)。在剖析中只有23个光谱，它们都来自凯克望远镜，这就增添了仪器中的系统错误可能会扭曲数据的可能性。 　　这是一场旷日持久的猫捉老鼠游戏的劈头。韦伯和一组不停转变的互助者将揭晓一份新的剖析讲述，

NASA在琢磨这18项太空探索技术：开采月球水冰、太阳冲浪和衍射光

从开采月球水冰到智能航天服，再从“太阳冲浪”飞船到先进的系外行星搜寻者，美国宇航局选定了一系列处在早期研发阶段的太空探索技术，将在2019年提供资金以进行进一步研究。

使用新的或差别的数据显示一个转变，而其他一些小组将反驳这一效果。每一次，韦伯的团队都在为自己寻找系统错误的泉源而驳倒这些反驳。与此同时，他们还获得了另一台望远镜的数据，那就是位于智利安第斯山脉高处的甚大望远镜(VLT)。
　　他们关于阿尔法的最新发现是，它随着距离地球的距离而逐渐和近似线性地转变。韦伯说：“若是我们旅行的距离与宇宙大爆炸以来光所走过的距离相对应，我们就会发现自己处在一个物理刚刚最先显著差别的地方。”然而，宇宙自信爆炸以来一直在膨胀，因此宇宙的扩展甚至更远。线性希望解释，在这些看不见的区域，阿尔法可能转变得足够大，以至于宇宙自己会最先变得异常差别。韦伯说：“那里的情形可能很不一样，我们所知道的生命不可能存在。” 　　他认可，这仍然具有很高的投机性。数据的误差幅度很大，随着更好的丈量，这种转变可能会消逝。 　　澳大利亚斯温伯恩大学(Swinburne University)的迈克尔·墨菲(Michael Murphy)固然以为会这样。墨菲已经从事阿尔法项目多年，韦伯是他的博士导师。除了韦伯，没有人对硬件、数据或剖析手艺有更好的领会。2014年，墨菲声称最终发现了一个错误，该错误推翻了关于阿尔法变量的说法。 　　他和斯温伯恩大学的同事乔纳森·惠特莫尔(Jonathan Whitmore)意识到，校准他们的剖析仪器所用的灯发出的光并不像宇宙光那样曲折。当他们用四周的天文天体(如太阳、类太阳恒星或反射光线的小行星)发出的光重新校准仪器时，效果就改变了。墨菲说：“我们发现它扭曲了光谱，将一些线移向其他线，而另一些线则偏离其他线，这取决于你在光谱中的位置。”这就足以制造出一个转变的阿尔法的假象。 　　2017年，韦伯与加州大学伯克利分校的文森特·杜蒙特互助，驳倒了这一说法。他们声称，数据剖析是有缺陷的，而且只适用于从VLT获得的效果的子集，而不是来自凯克的原始效果。墨菲认可了这一点，但他示意，他对这些效果的信心受到了“损坏”。 　　然而，他并没有走开。“我们仍然不明白基本常数：念头没有改变。”他说，“我们应该尽可能最好地丈量这些器械，无论我们在那里。我们只需要在未来以差别且更好地的方式去做一些事情。” 　　这种情形已经在发生。新的实验旨在实验室中比以往任何时候都更正确地丈量阿尔法。同时，在11月份，一种关于VLT的新仪器将上线，用于岩石外行星和稳固光谱考察的Echelle光谱仪，或称ESPRESSO。在墨菲的估量中，它是用来丈量类星体光谱的梦幻机械。他说：“这是一台超稳固的摄谱仪，它将解决这个问题。” 　　“它可能在宇宙的某些部门是云云的差别，以至于我们所知道的生命不可能存在。” 　　该仪器的首席研究员弗朗西斯科·佩佩(Francesco Pepe)示意，ESPRESSO的操作并非一帆风顺 – 他们首先必须对其举行校准，而且通常能够掌握它。“我们的感受是，到2019年年底，我们将能够确认或清扫现在声称的精细结构常数[阿尔法]在百万分之几的水平上的变异性，”他说。ESPRESSO应该能够搜索已往100亿年的转变，并探索整个可考察到的宇宙。“我以为现在取得重大希望的远景异常好。”巴罗说。
　　与此同时，韦伯在科学方面是盲目的。从类星体光谱中得出阿尔法的值，涉及到对光谱的哪些部门包罗的主观决议。有时候，人们很容易忽略光谱中一些不“有趣”的区域，由于它们的吸收线太少，但这些简化可能会扭曲效果。为了制止这种情形，韦伯和学生马修·班布里奇创建了一种机械学习算法，对原始数据举行彻底、客观的考察。韦伯说：“我们已经改变了所有的手工决议，并把这个问题抛给了一系列的超级盘算机。” 　　只有在机械举行了1000次丈量之后，他才会看到效果，这是一个“密封的信封”，消除了淡化不符合假设的单个丈量的诱惑。韦伯说，现在袋中约莫有500项丈量，这项事情应该和ESPRESSO的剖析差不多同时完成。 　　只管存在争议，约翰·韦伯(John Webb)关于常数阿尔法变体的开创性事情，使宇宙自然法则可能不是恒量的，而是在空间和时间上转变的这一看法成为主流。 　　去年6月，美国国家尺度与手艺研究所的查尔斯·克拉克(Charles Clark)和他的同事们提出了一套实验室实验方案，可以寻找物理常数的转变。一个简朴的方式是同步两个原子钟，考察同步是否会随时间漂移。 　　这些实验可能提供一个黄金尺度，可以用来对照未来任何关于变异的说法，并提供线索，辅助物理学家逾越粒子物理的尺度模子。粒子物理是我们现在对宇宙若何运行的最一致的形貌。克拉克说：“我们知道，尺度模式一定会在某个地方失败。转变与盛行的物理学理论是不一致的。” 　　今年早些时候，这些实验提供了迄今为止地球上最正确的阿尔法丈量效果。加州大学伯克利分校的Holger Müller和他的同事们考察了光子和铯原子之间的相互作用，从而将阿尔法值降低到十亿分之一以上。这是靠近清扫某些建议后尺度模子物理。而且还会有更多的事情要发生。穆勒说：“我们正在举行一项新的实验，信赖在未来几年内，我们可以获得一个数量级的数据。” 　　然则韦伯以为陆地实验是错误的。他说，阿尔法的任何转变都可能只有在宇宙学的时间尺度上才气检测到。韦伯说：“例如，早期宇宙的转变是迅速的，但今天险些没有转变。若是是这样的话，地面实验永远不会发现任何转变，无论何等正确。”