本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
质子相对于其轻得多的对应物电子的质量已知精度很高:质子的质量是电子的 1836.152672 倍。但一直以来都是如此吗?
根据一项新的研究,很有可能如此,这项研究将宇宙作为巨大的基础物理实验室。对一个遥远星系的研究强烈表明,质子与电子的质量比,用希腊字母 mu (µ) 表示,在至少宇宙一半的年龄内基本保持不变。该发现于 12 月 13 日在线发表于《科学》杂志。
阿姆斯特丹 VU 大学的 Julija Bagdonaite 和她的同事使用 100 米埃费尔斯贝格射电望远镜 [左上方] 来测量古代宇宙中甲醇(一种酒精)对辐射的吸收。由于分子的各种旋转状态,甲醇 (CH3OH) 在光谱上印记了多条吸收线,而这些状态之间的相互作用取决于构成电子和质子的相对质量。
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研究人员在一个被称为 引力透镜 系统 PKS1830-211 中检测到了甲醇吸收线——这是一个遥远星系 被更遥远的辐射源照亮的偶然排列。前景星系的红移为 0.89,这意味着它的光线在宇宙中传播了大约 137 亿年(自大爆炸以来)的一半时间。(红移是用于衡量巨大宇宙距离的经验测量方法。)该星系的引力弯曲了来自背景物体(一个被称为耀变体的耀斑超大质量黑洞)的无线电波,并在过程中由于星系中存在甲醇和其他分子而印上了自己的光谱特征。“无线电波的吸收发生在 70 亿年前,”Bagdonaite 在一份准备好的声明中说。“而到达地球的无线电波携带着遥远过去甲醇分子的指纹。”
她和她的同事确定,PKS1830-211 系统中的甲醇的行为与预测的一样——古代分子中的电子和质子具有与今天地球实验室中测量的质量无法区分的相对质量。他们得出结论,七十亿年前的 mu 值与现在的数值之间的差异不超过 0.00001%。
任何偏离稳定质子-电子关系的现象都会使 物理学的核心假设 无效——即自然法则无论你在哪里(或何时)观察都保持不变。因此,令人欣慰的是,至少在一个关键方面,宇宙变化越大,它就越保持不变。