人类了解宇宙演化规律的工具是物理学定律,很多物理学基本定律中都存在相应的物理学常数,比如光速、万有引力常数、基本电荷数、普朗克常数等等,有时候我们会好奇,这些常数在我们宇宙的不同地方,或者不同时间线上是相同的吗?
比如光速是宇宙的极限速度,人类定义的单位光速为299792458米每秒,我们认为,光速在宇宙中是不变的,基本物理定律在宇宙的各个角落都适用,无论是地球上,还是几十亿光年外的星系中,光速都是299792458米每秒,当然这只是人类科学中的一个假设而已。
在物理学中,精细结构常数α是一个极为特殊的常数,它是由基本电荷e,普朗克常数h,光速c,以及真空介电常数ε0构成的一个无量纲数,这意味着无论我们使用人类的度量方式,还是外星文明的度量方式,得到的精细结构常数值都是一样的。
α≈1/137.0359997,那么1/α的值近似为137,也称之为上帝之数。精细结构常数在原子能级中非常重要,我们也可以通过原子光谱测量出精细结构常数的值。
比如氢原子的核外电子处于基态时,其经典的绕核运动速度就是光速的137分之一,如果精细结构常数的值增大,那么化学元素将变得不稳定,当>0.1时,碳原子将无法稳定存在,生命也将不复存在。
最近的一份科学研究对精细结构常数α做了精确测量,测量了来自8亿光年外的类星体J1120 + 0641,该类星体的光在到达地球前穿过了几片星际气体云,研究人员测量光线穿过四个不同距离区域时的光谱,发现精细结构常数并没有发生变化,这意味着精细结构常数不随时间的变化而变化。
但是该研究小组发现,他们得到的精细结构常数值与其他类似研究中的值存在差异,暗示着精细结构常数可能在宇宙中不同空间是有差异的,不过目前发现的这种差异非常小,不排除是测量误差或者其他原因导致的误差,鉴于该团队只测量了一个类星体的数据,所以该结论还有待进一步的研究。