1萬億億億倍！光速可變理論認為，宇宙中的光速曾經比現在快得多

大家好，我是魅力科學君，今天我們來聊一下光速可變理論，該理論認為，宇宙中的光速曾經比現在快得多，甚至可以達到現在宇宙中光速的1萬億億億倍（10^28倍），下面我們來看看這具體是怎么回事。

在現代物理學中，光速（指真空中的光速，下同）被認為是一個恒定不變的常數，無論你在何時何處，又或者是處于哪種運動狀態，你測量到的光速永遠都是299792458米/秒，然而根據這樣的理解，科學家在研究宇宙演化的過程中，卻遇到了一個巨大的難題。

什么問題呢？我們可以先來看張圖。

相信大家都覺得這張圖很眼熟，沒錯，這就是大名鼎鼎的宇宙微波背景輻射，它們是迄今為止我們人類能看到的最古老的光子，由于光速是有限的，因此現在的我們仍然可以看到它們，只不過隨著時間的推移以及宇宙的膨脹，現在的它們已經變成了微波。

通過長時間的觀測，科學家發現了一個極為奇怪的現象，那就是宇宙微波背景輻射的溫度實在是太均勻了，無論是哪個方向，甚至在可觀測宇宙的兩端，其溫度差異都只是μK尺度（注：μK即微開爾文，1μK=0.000001開爾文）。

為什么說它奇怪呢？因為這就意味著，我們現在看到的宇宙微波背景輻射，曾經通過某種物理過程達到過熱平衡。

但問題是，在大爆炸之后，宇宙一直在膨脹，如果光速永遠都是299792458米/秒，那么從宇宙誕生到某個特定時點，光所能傳播的最大距離就是一個特定的值，這個距離就被稱為粒子視界。

而在現代物理學中，光速被認為是宇宙中的一種速度極限，任何能量和信息的傳遞速度都不能超過光速，所以如果在某一個時間點，兩個區域之間的距離超過了粒子視界，它們之間就不可能再通過某種物理過程達到熱平衡。

根據大爆炸宇宙論，在大爆炸發生之初，宇宙處于一種高溫高密的等離子體狀態，光子與電子、質子等微觀粒子不斷散射，無法自由傳播，直到大約38萬年后，宇宙冷卻到了大約3000K，此時電子與質子結合成中性氫，光子不再被頻繁散射，進而從中掙脫出來，形成了我們現在所看到的宇宙微波背景輻射。

從理論上來講，在那個時期，宇宙的粒子視界對應的物理尺度大約為90萬光年，而到了現在，由于宇宙的膨脹，其對應的物理尺度則大約為10億光年。

也就是說，宇宙微波背景輻射的溫度不應該像我們現在所看到的這樣極致的均勻，因為即使是最理想的情況，也只可能是在10億光年的尺度上是均勻的，這是為什么呢？

實際上，這就是前面我們提到的那個巨大的難題，這也被稱為視界問題，它讓科學家頭疼了很長一段時間，為了對其進行解釋，科學家提出了暴脹理論。

該理論的內容可以簡單地描述為，在大爆炸之后，宇宙曾經經歷了一次極為短暫的指數級的急劇膨脹階段，也就是所謂的“暴脹”。

在暴脹之前，可觀測宇宙還很小，不同區域之間完全有條件達到熱平衡，然后暴脹突然啟動，在極短的時間之內，讓已經達到熱平衡的可觀測宇宙，瞬間擴張到了宏大的宇宙尺度，而暴脹之后，宇宙的膨脹速度又急劇下降，并逐漸演化成了現在的樣子。

可以看到，暴脹理論可以很好的解釋視界問題，但問題是，這個理論描述的暴脹，實在是太離譜了，因為根據該理論的描述，暴脹發生在大爆炸發生后的10^（-35）秒至10^（-33）秒之間，在這極為短暫的一瞬間，宇宙的尺度急劇增加了10^26倍。

這是什么概念呢？這樣說吧，假設在暴脹之前有一個尺度為1毫米的區域，那么在暴脹之后，這個區域的尺度就高達10^23米，換算一下就是大約1057萬光年，大概相當于我們銀河系所在的本星系群的尺度。

那除此之外，還有沒有其他的解釋呢？這就要說到光速可變理論了。

這個理論最早由物理學家約翰·莫菲特于上世紀90年代提出，他認為，如果早期宇宙中的光速曾經比現在快得多，那么其粒子視界也就比現在大得多，在這樣的情況下，那些相隔遙遠的區域就可以完成熱交換，溫度自然就是均勻的，如此一來，視界問題自然就解決了。

更有意思的是，該理論認為，光速會隨著宇宙的演化而逐漸減小，而這樣的觀點，就解決了另一個巨大的謎題——暗能量。

關于暗能量，相信大家都不陌生，簡單來講就是，科學家通過觀測發現，宇宙處于一種加速膨脹的狀態，這就意味著，這背后有一種未知的能量在驅動，但直到現在，我們都不知道這種能量到底是什么，而這種能量就被稱為暗能量。

該理論指出，如果光速是在逐漸變小的，那么當我們觀測宇宙中的那些遙遠天體時，這種速度差異就會使我們進行紅移測算和距離估算時產生明顯的偏差，進而讓我們誤以為宇宙在加速膨脹，而這也就意味著，暗能量根本就不存在。

可以看到，光速可變理論看上去還是合理的，然而迄今為止，這個理論都沒有得到科學界的普遍認同，為什么呢？

首先來講，“光速是一個恒定不變的常數”這個概念，已經是現代物理學的基礎，如果光速真的是可變的，那物理學中的相關理論都要重寫，而且重寫之后，還需要去驗證它們是否依然與過去長時間積累的海量數據吻合，這是一項極其龐大的工作。

而真正的問題不是工作量，而是這個理論目前自身的內部困難，因為根據該理論的估算，如果光速是逐漸變慢的，那想要以此解決視界問題，宇宙最初的光速就至少是現在光速的10^28倍，也就是1萬億億億倍。

那么，為什么光速會如此之快，為什么它又會逐漸變慢，它以什么樣的規律變化，背后又是什么機制在驅動呢？實際上，要解答這些問題，就需要建立一整套的理論體系，確保它與所有實驗和觀測數據的自洽，但直到現在，該理論的支持者都沒有拿出令人信服的東西。

相對來講，暴漲理論雖然本身也存在需要進一步探索的問題，但它與我們所觀測到的現象吻合度極高，而且與現有的理論幾乎完美地契合，也正因為如此，暴漲理論才得到了科學界的普遍認同。