五大联赛揭幕战/曼联 乌龙球/篮球直播360/2026世界杯在哪

    近日，原子能院核物理所核物理基礎研究室開展的精細結構常數變化與宇宙成分關聯研究取得新進展。研究結果揭示了精細結構常數變化與宇宙成分之間的內在關聯，暗示了精細結構常數的變化可能是宇宙膨脹的結果。

    該成果于3月12日發表在影響因子高達4.833的美國物理學會著名期刊Physical Review D的第103卷第6期上，期刊評審專家認為這是一篇有意思的研究論文，得到了一些令人關注的結果。該項工作得到了國家自然科學基金重大項目和財政部穩定支持經費的資助。

    精細結構常數(α)是物理學中極為重要的無量綱常數，表征著電磁相互作用的耦合強度，反映了自然界的某種根本屬性。精細結構常數的可變性的研究對于深刻理解自然規律和揭示新物理有著深遠的影響。

    2020年9月以來，在原子能院李志宏研究員的指導下，李歌星博士后開始研究精細結構常數變化與宇宙成分演化之間的內在關聯。他們假設精細結構常數的變化是由宇宙的膨脹引起的，再利用描述宇宙演化的弗里德曼方程將兩者聯系起來。由于描述均勻、各向同性的平直宇宙的弗里德曼方程中的兩個自由參數有多種組合方式，要發現其背后的演化關系非常困難。

    經過夜以繼日的奮戰，他們終于發現了通過量綱分析可以約束精細結構常數變化率的可能形式，并通過擬合觀測數據導出精細結構常數相對變化量與宇宙膨脹率之間的關系，再基于冷暗物質模型得到了精細結構常數的相對變化量與當前宇宙中暗能量所占比重的關系。基于他們建立的模型估算，精細結構常數變化的實驗數據與當前宇宙中暗能量所占的比重 70%左右相符，并可以根據標準宇宙學模型估計當前的宇宙年齡約為136億年。這些結果與普朗克合作組2018年公布的結果一致。

    研究結果顯示，精細結構常數隨宇宙的演化關系是先逐漸增大，后趨于不變。宇宙早期的精細結構常數比當前值約小十萬分之一，該結果與大爆炸核合成和宇宙微波背景輻射的研究給出的上限是符合的。對于當前宇宙，模型估計精細結構常數正以6.0×10-16/年的速度在逐漸增大，也符合原子鐘實驗的測量結果。這些實驗結果都有力地支持了該模型建立的關系。

    根據模型預測，遙遠的未來宇宙將幾乎完全由暗能量主導，宇宙的膨脹率幾乎不再發生變化，精細結構常數也將逐漸停止變化。

精細結構常數的變化量隨宇宙時間的變化，H0t表示哈勃常數與宇宙年齡的乘積。

    小鏈接：

    精細結構常數被發現以來一直是個謎，許多優秀的科學家都把它貼在墻上，并為它大傷腦筋。

    精細結構常數不但與原子結構密切相關，也與萬有引力常數之間存在著某種神秘的聯系；原子鐘的振蕩頻率可以表示為精細結構常數的冪級數形式；精細結構常數的倒數近似為137，正好與宇宙的年齡接近……

    國際上很多大科學家都很熱衷于精細結構常數的研究：美國物理學家勞倫斯認為，數字137將是地球人發給外星人的重要信號，以表明我們對地球的掌握程度。諾貝爾獎獲得者沃爾夫岡·泡利一生都對精細結構常數都十分著迷，他臨終時住的病房號就是137，他還開玩笑地說：“我見到上帝的第一個問題就要問精細結構常數的真正含義是什么？”

    自從狄拉克1937年發現微觀和宇觀尺度之間的聯系并提出大數假說以來，精細結構常數的不變性也受到了質疑。近一個世紀以來，人們利用原子鐘、同位素比例、白矮星等實驗來檢驗精細結構常數的不變性。1999年，J.K.Webb團隊通過對類星體吸收譜的測量和分析發現了精細結構常數隨時間和空間變化的證據。

    精細結構常數的變化將導致現有物理規律隨時間和空間的變化，暗示著自然界隱含的內在規律即將曝光，所以精細結構常數的可變性的研究對于深刻理解自然規律和揭示新物理有著深遠的影響。