一个世纪以来，爱因斯坦的狭义相对论，它描述了接近光速运动的粒子的运动，已经保持了惊人的良好状态。但是，随着科学家们利用新的测试来探测当前物理学知识的边缘，他们可能会发现需要对这个受人尊敬的理论进行修改的效应。
目前的一些理论，旨在涵盖黑洞、宇宙大爆炸和宇宙本身的结构的行为，可能导致违反狭义相对论。到目前为止，最近更新的百年实验版本没有显示出爱因斯坦的愿景正在达到极限的迹象。然而，各种测试正在进行中，新一代超精密、基于空间的实验计划在未来几年内启动，这提供了一些机会，尽管机会渺茫，但可以观察到最终将取代相对论的定律的迹象。
印第安纳大学的 V·艾伦·科斯特莱基说：“非常有趣的是，我们的技术已经达到了可以探测此类效应的程度。“我认为我们很有可能看到某种效应。”
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狭义相对论的关键是，对于一切事物来说，光都以相同的速度运动，无论它指向哪个方向，或者相对于任何其他事物运动得有多快。这有一些众所周知的后果：空间和时间是联系在一起的，因此距离会缩短，时间在高速度下会减慢。爱因斯坦认为，如果电磁定律（它决定了光速）确实在整个空间和时间中都成立，那么这些违反直觉的效应是不可避免的。（这种自然属性的技术名称是洛伦兹不变性。）
狭义相对论假设时空本身没有结构，可以挑选出首选的方向。但物理学家认为，结合量子力学和引力的理论将表明，时空是由碎片组成的，就像光是由光子组成的一样。这些碎片的结构，以及某些理论预测的迄今为止未被注意到的力，可能意味着空间具有轻微的颗粒性。
寻找偏差
研究人员不一定需要了解任何关于这种新物理学的知识来寻找偏差。20世纪40年代的一个测试理论提出，狭义相对论建立在三个支柱之上，因此需要三个不同的测试来证实它。其中两个测试将使用指向不同方向或以不同速度移动的实验室来寻找光速的变化。另一个测试将确保时间在高速度下适当减慢或加快。（有关第三个测试的更多信息，请参见专栏。）
来自德国康斯坦茨大学和杜塞尔多夫大学的一个小组最近报告了前两种实验的结果。在迈克尔逊-莫雷实验的更新版本中，该实验可以追溯到19世纪80年代，研究人员将激光束发送到两个光学腔中，这两个光学腔彼此成直角放置。光在每个腔中形成驻波，其频率取决于腔的长度和该方向的光速。如果光在一个空间方向比另一个方向传播得更快，则旋转装置应将这种效应显示为腔之间相对频率的变化。该小组在5月份举行的年度激光与光电学会议上报告的初步结果表明，没有偏离狭义相对论。
今年年初，研究人员还发现，爱因斯坦的理论通过了迄今为止最精确的肯尼迪-桑代克测试。肯尼迪-桑代克测试于20世纪30年代首次进行，是原始测试理论要求的三个测试中最不准确的，因此这里的改进是关键，康斯坦茨大学的小组成员霍尔格·M·穆勒说。他们比较了驻波与原子钟在190天期间的共振，在此期间地球的轨道速度变化了每秒60公里。结果是之前的肯尼迪-桑代克测量的三倍准确，该小组预计未来使用更精确的原子钟进行的测试将获得10倍更严格的界限。
“拨动”粒子
近年来，物理学家们发现他们有更多方法来寻找狭义相对论的崩溃。特别是，科斯特莱基和合作者已经基于弦理论制定了粒子物理学标准模型的“扩展”。该理论假设所有基本粒子实际上都是扩展的、一维的物体，它们在高维度中振动。除了熟悉的四维空间和时间之外的所有维度对于肉眼来说都是不可察觉的，但可能会导致可测量的效应。不同的粒子，包括那些负责自然界力的粒子，将对应于以不同模式拨动的弦。
这些振动中的一些可能会表现为额外的力场，比重力弱，因此更难探测。但是，如果这些场与某些粒子相互作用，它们可能会将自己显示为这些粒子的狭义相对论的偏差。标准模型扩展目录列出了质子、中子、电子和许多其他粒子的这些违规行为可能采取的形式。然而，弦理论还不够先进，无法准确说明狭义相对论会在何时、何种程度上崩溃。而且，在很大程度上，这些测试是彼此独立的，因此物理学家必须涵盖所有方面。“这不像你会看到这个而不是那个，然后说，‘宾果’，”马萨诸塞州剑桥市哈佛-史密森天体物理学中心的罗纳德·L·沃尔斯沃思说。
许多小组已经开始撒下实验网，至少是兼职的。例如，华盛顿大学E¿t-Wash小组的布莱恩·R·海克尔和他的同事使用灵敏的扭力测试来推断电子是否偏爱空间中的特定方向。他们密切关注由磁性材料制成的测试质量，该材料的电子都具有相同的自旋或角动量，以查看它在一个方向上的摆动是否比在另一个方向上更明显。
为相对论计时
其他人，例如沃尔斯沃思，则监测高度稳定的原子钟。这些是原子集合，它们以特定频率辐射。狭义相对论的偏差将表现为它们的频率变化，具体取决于地球指向哪个方向。沃尔斯沃思的小组使用氙和氢同位素（它们发射相干微波辐射）对质子和中子的相对论违规行为施加了最严格的限制。耶鲁大学的弗农·休斯和他的同事对μ子偶素进行了类似的实验，μ子偶素由绕带正电荷的μ子旋转的电子组成。
地面原子钟在仅仅几个小时后就开始变得不稳定。重力、日常温度变化和机械退化都是误差来源。因此，下一代原子钟测量计划在卫星或国际空间站上运行，那里的微重力和更短的旋转时间应该允许更高的精度。（有关空间测试列表，请参见专栏。）
这些测试构成了科学上购买彩票的等价物。“它成功的概率很低，但回报却非常高，”沃尔斯沃思说。这将是全新理解空间和时间的第一步。而这是很少有人能够抗拒的诱惑。
JR·明克尔常驻纽约市。