爱因斯坦错了:光速没有那么快?

1905年,爱因斯坦计算出,光在真空中以每秒18.63万英里(合每秒29.98万公里)的速度传播,且速度恒定不变。

据英国《每日邮报》网站报道,这个理论被认可了一个多世纪,但一项有争议的最新研究结果称,爱因斯坦其实弄错了,光速比我们认为的要慢。

这项研究是巴尔的摩物理学家詹姆斯·弗兰森开展的,他探究了为什么超新星SN 1987A的光粒子抵达地球的时间比预期要晚4.7个小时。

这颗星球的衰竭是1987年从地球上观测到的,它迸发出大量中微子——不带电荷、参与弱相互作用的亚原子粒子。

据爱因斯坦称,这应当发生在可见光迸发的大约三个小时以前,从那时起,脉冲波应当就齐步前进,两者都以光速传播。

然而,可见光抵达地球的时间比中微子晚了大约7.7个小时,迟到4.7个小时。

美国马里兰大学物理学家弗兰森认为,这一延迟可能是因为光在传播过程中由于“真空极化”而减速。

在“真空极化”现象中,光子在瞬间分解为所谓“正电子”和电子,随后重新结合到一起。

当它们分裂时,量子力学在这对“虚拟”粒子间形成一种引力势。

弗兰森表示,这个过程可能会逐渐影响光子的速度,也就是说,在超过16.8万光年的途中,光子的传播也许被延迟了近5个小时。

假如这位物理学家的观点是正确的,那就意味着科学家们不得不重新计算各种东西,比如我们与太阳之间的距离和其他星系中一些最遥远物体与地球间的距离。

弗兰森的论文已递交给英国《新物理学杂志》,目前正接受同行审查。

霍金称黑洞不“黑” 应该称其为“灰洞”

转载自:http://www.cnbeta.com/articles/270147.htm

斯蒂芬·霍金的黑洞理论为宇宙中最致密的天体行为提供了一种可能性的解释,但是日前这位大科学家在其作品中提到,宇宙中没有“黑洞”,有的只有“灰洞”。

该理论来源于一篇名为《黑洞的信息保存与气象预报》的调查论文中,是霍金对黑洞的研究成果之一,他认为黑洞其实是一个拥有极端物理环境的“灰色地带”,质能进入黑洞中后还会“回到”宇宙中,我们此前对黑洞的边界理论认识是有待改善的,黑洞或不会永久性地保存质能信息,在某个时候会“释放”出来。

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霍金此前提出了一种被称为“霍金辐射”的黑洞理论,是从量子效应的角度出发来研究黑洞,霍金辐射认为黑洞是可以失去质量,因此一些非常小的“迷你黑洞”可“蒸发”消失,该理论证明了黑洞并不是宇宙中最自私的天体,黑洞在吸积物质后可通过量子行为向宇宙空间中释放出内部的质能,天文学家也在寻找新的方法来探测这种行为。

黑洞之所以被认为是“黑”的,在于其引力行为和事件视界上,在事件视界之外的物质行为才会被我们所察觉,而之内并不存在任何定义,即便是光线也无法逃脱黑洞的引力控制,因此在我们看来黑洞是“黑”的,这就像是宇宙中的单行道,仅能进去而出不来。但是霍金提出的“灰洞”理论认为黑洞还可以进一步向外传递质能信息,这就是说黑洞不是宇宙中的单行道,进去后还能“出来”。

霍金认为事件视界的理论需要进一步完善,事件视界并不是黑洞的边界,黑洞可能存在一个明显的“地平线”,黑洞内部出现的量子涨落使得黑洞如同一个灰色地带,其也不违反任何广义相对论和量子力学,这也意味着黑洞可以从宇宙中吸积“物质信息”,同时也可以向外辐射出信息。传统的事件视界理论认为这是黑洞与外界的“界线”,如同一道防火墙,物质被黑洞吸积后落入黑洞中,并在两极释放出辐射。

科学家发现黑洞喷流神秘物质:接近光速66%

据国外媒体报道,宇宙中的黑洞是一个神秘天体,我们无法通过可见光波段发现黑洞的身影,但是探测黑洞并不是一件非常困难的事情,当黑洞开始“进食”的时候 就可以观察到黑洞周围的吸积盘结构,这些由被吸积天体物质形成的物质盘可以反映出黑洞的一些特征,比如黑洞在吸积过程中可释放X射线。科学家目前发现了黑洞释放的神秘光束的组成奥秘,揭示了其中存在镍和铁的证据,表明黑洞并非奇异物质的天堂,“正常”物质在其中发挥了更大作用。

科学家发现黑洞喷流神秘物质:接近光速66%

科学家在对比太阳大数倍的4U1630 – 47黑洞调查过程中发现黑洞释放的喷流中存在镍和铁的证据,速度大约为光速的66%,接近7.08亿公里每小时。


科学家已经发现,在黑洞形成的喷流中包含着电子等粒子,来自澳大利亚国际射电天文研究中心的科学家詹姆斯·米勒-琼斯认为其中还有正电荷的存在,但是目前为止我们还不清楚正电荷来自正电子(反物质)或者带正电荷的原子。新的调查显示黑洞喷流中出现了镍和铁,因此在这些普通物质可以作为正电荷的一个来源。

研究人员调查的黑洞编号为4U1630 – 47,其质量只比太阳大数倍,通过欧洲空间局的XMM-牛顿探测器对黑洞释放的X射线辐射进行观测,同时位于澳大利亚望远镜致密阵列(ATCA)也对黑洞进行了研究,科学家通过射电观测发现黑洞喷流突然出现,而XMM-牛顿探测器的数据显示在喷流中出现了镍和铁的谱线,巴塞罗那大学的研究人员Simone Migliari认为在观测报告中喷流的指向是朝向地球,因此另一个方向就背向地球,速度大约为光速的66%,大约为4.4亿英里每小时,或者7.08亿公里每小时。

科学家通过4U1630 – 47的观测记录发现了黑洞天体系统中的原子级物质,而这个级别的喷流在其他黑洞中也存在,因为带正电荷的原子比正电子重很多,使得喷流携带了更多的能量,比我们之前对黑洞喷流调查的记录值还大。

本次新发现有助于科学家回答黑洞喷流另一个长期存在的谜团:喷流是从黑洞的哪个位置释放出来的,一些科学家认为喷流与黑洞的自转存在关联,然而另外一些研究结论认为喷流与物质盘有关,因此本次发现的结果进一步证实了物质盘在其中发挥着关键作用,通过某个途径将物质“注入”喷流中,在后续的观测中我们还将对这一结论进行观察和验证。

太阳系正遭遇神秘“星系风暴”:已达4.5万年

众所周知,太阳系围绕在银河系公转,我们处于银河系一条被称为猎户座的旋臂上,在围绕银河系公 转的过程中可能遇到各种星际物质群,目前科学家经过十多年的调查发现,太阳系目前正在穿过一片比我们想象得更加复杂的“星系风暴”群,或为巨大的气体物质 云,太阳系已经在其中超越了大约4.5万年。穿过大面积的星系气体云可在一定程度上改变太阳系的边缘,我们的太阳系周围有一个被称为日光层的结构,其由来 自太阳的带电粒子“吹”起来,是太阳系最外层的一种保护屏障。

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科学家的调查告诉了我们关于太阳系公转轨道上存在令人惊讶的物质群,这团气体云的跨度很大,之前我们认为该气体云会相对平静一些,但事实并不是这样,形成的“风”向同一个方向吹了数百万年之久。新罕布什尔州达勒姆大学的研究人员埃伯哈德莫比斯认为气体云可能对地球上的大气环境造成一些影响,自20世纪70年代以来,科学家就发现太阳系正在穿过一片跨度大约为30光年的气体云,因此太阳系的外层无疑会受到星际粒子的撞击,而太阳系的磁场可将一部分星际粒子偏转,一些较重的中性原子会进入太阳系内部。

美国国防部STP 72-1卫星在1972年发现地球正在穿过积聚中性氦原子的气体云,由于气体云内部密度不同,因此地球上探测到的中性氦原子峰值强度也会发生变化,星际边界探索者( IBEX)在2009年升空后也发现一些奇怪的现象,证实太阳系正在超越中性氦原子气体云,并采集了来自地球周围空间弥散的中性氦原子气体云物质,科学家通过几十年的统计认为,这如此短的时间尺度上,“风”(来自星际气体云)的方向出现了明显变化。20世纪90年代的“尤利西斯”飞船直接对空间氦原子进行探测,目前科学家还没有看到太阳系是否接近星际气体云的边缘。

科学家称:宇宙或许是马鞍形而不是一个平面

研究人员调查了大爆炸余辉的主要异常现象后提出,空间和时间的构造或许是像马鞍一样弯曲,这或许将颠覆目前的主流概念。主流概念认为光线和任何物体都是以直线在一个“平面”宇宙的时空中旅行。但是在马鞍状宇宙中,任何似乎与其它物体平行旅行的物体都会在遥远的距离之后出现偏离。然而科学家警告称,这种异常的出现或许有着其它的解释。我们的宇宙或许在大爆炸不久之后就与其它宇宙发生了碰撞,或者这种异常有可能只是一种统计学意外。

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研究人员在近十年间分析宇宙微波背景以及大爆炸余波释放的热量时,开始注意到这种异常现象。科学家们能够通过研究宇宙微波背景中冷热点的波动来更多的了解宇宙结构和发展。

美国宇航局威尔金森宇宙微波各向异性探测卫星(WMAP)收集到的数据意外表明,宇宙或许是不平衡的,宇宙一侧的冷热点比另一侧更加炎热和寒冷。随着时间的发展,这种异常的存在已经不断得到证实,而且欧洲航天局普朗克卫星的数据也证实存在同样的异常现象。

苏格兰爱丁堡大学的宇宙学家Andrew Liddle说道:“宇宙微波背景中观察到的异常现象,也有可能是早期宇宙发生新型物理过程的一种迹象。”纽约大学的一位理论物理学家Matthew Kleban并未参与到研究当中,他说道:“提高对宇宙曲率的理解是非常重要的,那种解释当然不能作为宇宙弯曲的直接证据,但是它是非常诱人的。”

Liddle说道:“大多数宇宙学家认为观察到的异常现象是一种统计学意外,而不是真正的宇宙特性。”到2014年,普朗克卫星的研究团队公布宇宙微波背景数据时,就有可能揭开这种异常现象究竟是不是意外了。如果宇宙的温度分布规律并不遵循贝尔曲线的话,马鞍形宇宙的观点或许就会得到支持。”

神秘的冷斑时空暗示宇宙学理论或重新修改

今年春天,欧洲航天局的普朗克探测器绘制出有史以来最详细的宇宙“地图”,根据观测结果,科学家发现宇宙大爆炸之后遗留下来的温度波动,这就是宇宙微波背 景辐射(CMB)。最近,普朗克团队的科学家宣布在微波背景辐射图中发现了宇宙神秘时空,其中就有一种被称为冷斑的区域,这是宇宙中密度异常高的区域。这 些发现意味着什么呢?是否改变传统的宇宙理论,或许我们应该思考宇宙是从何开始的。

神秘的冷斑时空暗示宇宙学理论或重新修改

普朗克探测器发现的神秘冷斑,之所以称为冷斑是因为该时空内温度极低,只有70 µK,而微波背景辐射图中其他时空平均温度为2.7K

Kavli基金会对此举行了一次会议,研究团队对宇宙论的主要问题进行讨论,其中一个重要的问题是新的发现是否需要对宇宙诞生理论进行修改,或者从根本上改变当前的宇宙论。剑桥大学天文学教授、剑桥宇宙学Kavli研究所研究员乔治·艾夫斯塔休认为根据暴涨理论,今天宇宙的演化结果应该在所有方向上显示出统一性,这种均匀性出现的波动也应该在宇宙微波背景辐射图中体现,但是来自普朗克探测器的调查结果显示,宇宙明显存在异常时空,比如大型冷斑的存在,这说明宇宙诞生过程并不是我们所预计的那样。

乔治·艾夫斯塔休一直参与普朗克探测器任务,该卫星的建造计划于1993年提出,他认为冷斑的发现使得宇宙学理论面临危机,这与暴涨理论不太符合。普朗克核心团队成员、剑桥大学天体物理学和宇宙学教授安东尼·拉塞卜认为暴涨理论可能使用范围有限,将来或发展出替代性的模拟来解释冷斑的存在。喷气推进实验室研究人员克日什托夫·哥尔斯基认为我们可以对普朗克的发现进行进一步分析,这些结果可能预示着宇宙学另一扇大门被打开,宇宙结构理论或面临重新调整。

科学家首次得到大爆炸后10万年宇宙图像

近日美国研究人员对宇宙大爆炸后残余的热辐射——也就是俗称的宇宙微波背景(CMB)辐射——进行了广泛的分析,这项分析支持了之前的理论,即宇宙大爆炸发生在137.98亿至3700万年前,它创造了后来的宇宙。“我们发现了早期宇宙的标准图片,当时辐射的支配地位随后被物质支配所取代,通过新的数据我们能够对其进行测试。” 劳伦斯伯克来国家实验室的理论物理学家Eric Linder这样说道。

科学家捕捉大爆炸后10万年宇宙图像

相对粒子存在的背后原因主要是早期的中微子

“但研究也暗示了辐射的支配地位并没有如预想的那样轻易的让给物质。”Eric Linder补充说道。“似乎存在辐射量的过度猛冲,而这并非因为CMB光子。”目前我们对宇宙大爆炸和宇宙早期形成的知识几乎全部来源于对CMB的测量。当宇宙足够冷却到让辐射粒子和物质粒子相分离时,就释放了原始光子。

这些测量解释了CMB对当今宇宙观测到的大规模结构的生长和发展所产生的影响。利用欧洲航天局普朗克任务和美国宇航局威尔金森微波各向异性探测器(Wilkinson Microwave Anisotropy Probe,简称WMAP)最先进的卫星数据,Eric Linder和Alireza Hojjati以及Johan Samsing以更高的分辨率、更低的噪音以及更广的天空覆盖率分析了CMB测量数据。

“利用普朗克和WMAP的数据,我们向前推进了研究的边界,回顾了宇宙的历史,了解了之前无法触及的高能量物理学区域。”Eric Linder补充说道。“我们的分析显示,如预期所示,宇宙大爆炸余辉的GMB光子遗迹后紧随着的主要是暗物质,但与标准之间的偏差也暗示着CMB光以外的相对粒子。

Eric Linder表示,这些相对粒子存在的背后原因主要是早期的中微子,一种幽灵般存在的亚原子粒子,它是当今宇宙里第二广泛存在的粒子。另一项理论是暗能量,一种推动宇宙加速扩张的反引力力量。

“早期暗能量是某些高能量物理学模型里宇宙加速起源的一种解释,”Eric Linder说道。“虽然传统的暗能量,例如宇宙常数,在CMB最后散射时期被稀释为全部能量密度的几十亿分之一,但早期暗能量理论暗示了1-1000万倍的能量密度。”

Eric Linder认为早期暗能量可能是引起70亿年后当今宇宙加速的驱动力量。这项发现不仅提供了有关宇宙加速起源的新见解,还可能提供弦理论和高能量物理学里的其它概念的新证据。“测量CMB分化的实验正在进行中,例如POLARBEAR和SPTpol望远镜,它将帮助我们进一步探索原始物理学。”