爱因斯坦的光速不变原理是永远正确的吗?

阿尔伯特·爱因斯坦的狭义相对论经受住了迄今为止最严峻的考验。洛伦兹不变性是一个以荷兰物理学家亨德里克·洛伦兹的名字命名的概念,它认为物理定律对整个宇宙的观察者都是一样的,不管他们在哪里,也不管他们移动的速度有多快。

洛伦兹不变性是狭义相对论的核心。狭义相对论预言,在真空中,无论在什么情况下,光速都是每秒299791公里的常数。在迄今为止的所有测量中,这个速度确实是恒定的,即使是在科学家可以用粒子加速器在地球上产生的最高能量水平下。

违反洛伦兹不变性可能会导致超高能光比这一最高速度传播得更快或更慢,而且这种违反可能会产生可观察到的影响。这些粒子会衰变或分裂,无法到达地球。这将表现为以足够高的能量撞击实验的光子数量的下降,这种能量是由剧烈的天体物理现象产生的。因此,位于墨西哥高海拔的切伦科夫天文台的物理学家们开始寻找这个信号。

研究小组分析了由高海拔切伦科夫观测站收集的数据,该观测站位于墨西哥普埃布拉州的一座火山的肩膀上,由300个水箱组成。这些容器内的灵敏探测器测量高能伽马射线撞击地球大气分子时产生的粒子级联。

基本上,高能粒子会与大气相互作用,从而形成粒子簇状,当它们与水相互作用时会产生小的闪光。光电倍增管将这些闪光转化为信号,科学家们可以根据产生信号的桶来重建导致闪光的粒子。

3月30日在线发表在《物理评论快报》的最新研究称,天文台已经探测到能量超过100万亿电子伏特的光子的迹象,这些光子的能量比可见光的能量高出约1万亿倍。

这是一件大事,因为它表明即使是那些极强的光子也没有超过宇宙的速度极限。研究小组成员说,如果它们的速度超过每秒299791公里,它们就会衰变为低能量粒子,永远无法到达水箱探测器。

新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室天体物理学家帕特·哈丁说:“相对论在非常高的能量下的行为对我们周围的世界有着真正的影响。大多数量子引力模型都说,相对论的行为将在非常高的能量下崩溃。我们对这种高能光子的观测,完全提高了相对论所能容纳的能量尺度,超过了百分之一。”

天文台的数据可能会在未来进一步推高这些限制,从而提供更严格的狭义相对论检验。

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