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宇宙中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最快的速度是光速 這一限制有沒(méi)有可能被打破？

來(lái)源：北京日?qǐng)?bào) ? 2022-02-23 11:42:42

愛(ài)因斯坦的相對(duì)論認(rèn)為，宇宙中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最快的速度是光速，這一限制有沒(méi)有可能被打破?這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)洛倫茲對(duì)稱性的破缺來(lái)檢驗(yàn)。近日，位于我國(guó)四川稻城的高海拔宇宙線實(shí)驗(yàn)LHAASO合作組利用其觀測(cè)的高能伽馬射線事例，對(duì)洛倫茲對(duì)稱性進(jìn)行了檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果將洛倫茲對(duì)稱性的破缺能量標(biāo)度提高了約10倍，這是迄今對(duì)此類洛倫茲對(duì)稱性的最嚴(yán)格檢驗(yàn)，并再次驗(yàn)證了愛(ài)因斯坦相對(duì)論時(shí)空對(duì)稱的正確性。

愛(ài)因斯坦的相對(duì)論原理要求物理規(guī)律具有洛倫茲對(duì)稱性。自愛(ài)因斯坦提出相對(duì)論后的100多年時(shí)間里，洛倫茲對(duì)稱性的正確性經(jīng)歷了無(wú)數(shù)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)。然而，描述引力的廣義相對(duì)論和描述微觀世界規(guī)律的量子力學(xué)之間存在難以調(diào)和的矛盾。理論物理學(xué)家為了把廣義相對(duì)論和量子力學(xué)統(tǒng)一起來(lái)，提出了弦論、圈量子引力理論等不同理論。這些理論預(yù)言洛倫茲對(duì)稱性在很高的能量下有可能被破壞，這意味著在高能量下相對(duì)論可能需要被修正。因此，在實(shí)驗(yàn)上尋找洛倫茲對(duì)稱性破壞的跡象就成為檢驗(yàn)相對(duì)論、尋找更基本物理規(guī)律的“突破口”。

然而，根據(jù)這些理論的推斷，洛倫茲對(duì)稱性破缺只有在所謂的普朗克能標(biāo)下才顯著，這個(gè)能標(biāo)高達(dá)1019 GeV，而人工加速器只能達(dá)到大約104 GeV能量。而在天體活動(dòng)中存在非常高能的過(guò)程，因而天體物理觀測(cè)便成為尋找洛倫茲對(duì)稱性破壞的天然實(shí)驗(yàn)室。

LHAASO是我國(guó)自主設(shè)計(jì)建造運(yùn)行的宇宙線觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，2021年建設(shè)過(guò)程中便探測(cè)到目前人類已知最高能量的伽馬射線光子。

在LHAASO觀測(cè)中，洛倫茲對(duì)稱性破缺會(huì)造成高能量的光子不再穩(wěn)定，能夠快速衰變?yōu)橐粚?duì)正負(fù)電子對(duì)或者衰變到3個(gè)伽馬光子。換句話說(shuō)，高能量的光子在飛往地球的旅程中自動(dòng)消失了。而LHAASO的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，目前未發(fā)現(xiàn)任何高能伽馬事例“神秘消失”的現(xiàn)象，表明洛倫茲對(duì)稱性在接近普朗克能標(biāo)下仍是正確的。

標(biāo)簽： 物質(zhì)運(yùn)動(dòng) 時(shí)空對(duì)稱 物理規(guī)律 宇宙線觀測(cè)

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