来自遥远宇宙边缘的闪光，可能打碎人类已知关于 宇宙运行所想象到的一切清规戒律。本文作者迈克尔 · 布鲁克斯（Michael Brooks）则对物理学的未来忧心忡忡——

4年前，天灾降临地球时，对着的正是一束闪光。这束闪光源于约120亿年旅程的遥远类星射电源，它穿过了遍布金属（例如铁、镍、铬）的天际云层。当天文学家约翰 · 韦布（John Webb）和他在澳大利亚悉尼新南威尔斯大学的研究小组分析这束闪光时，他们发现这些原子吸收了某些光子。但根据已知的物理学定理，这种吸收既不合定理，也有违常规。

按照美国新泽西州拉特格斯大学的物理学家托马斯 · 班克斯（Thomas Banks）、迈克尔 · 道格拉斯（Michael Douglas）和圣克鲁斯大学的迈克尔 · 丹（Michael Dine）等人的理论，这项独一无二的观测结果，把人们所珍爱的宇宙运转的大多理论撕得粉碎。如果天文学家们真的要对他们所见闪光寻根研底的话，那么，我们对物质和力如何互相作用的最佳解释——标准模型——会令人遗憾地被证明是不充分的。最成功体现构成所有物质震动弦思想的M-理论，可能对此类观测的随便哪一项都会束手无策。班克斯、丹和道格拉斯在一篇公开论文中的这一断言，将会引起《物理评论快报》上的一场即将到来的大论战。但就个人而言，因3位都卷入了M-理论的发展，所以他们绝不会等闲视之。

作为论据事实，韦布所观察到的蕴涵是奇大无比的。把天文学家们的这个发现结合进M-理论或者标准模型的话，将意味着要大刀阔斧地改变这些理论，以使它们不能再解释诸如膨胀之类，即描述在宇宙起源大爆炸之后 宇宙如何快速膨胀的可接受的一些概念。意即把这些理论牵强附会到了面目全非的地步，以致长期追猎的希格斯粒子已经出现在我们的粒子加速器中。换言之，以人类目前对宇宙的认识，希格斯粒子是不可能被发现的。

一束闪光怎么可能造成如此严重的破坏呢？因为它暗示了现代物理学支柱之一——精细结构常数，即α并非全然是恒量。α是一个“耦合常数"，它支配着光子与粒子（如电子）的相互作用，如对金属原子云中电子会吸收光子的描述。现在，α大约为1/137。但是，在对采自类星射电源闪光的早期观察中，韦布却发现α瘦骨嶙峋的小到它目前值的百万分之一。而且在120亿年前，铁和镁吸收光子的能量也不同于今天它们所吸收的光子能量。

在1999年，当韦布第一次宣告α可能已经改变时，物理学家们当时对它的怀疑多于担忧。众口一词提的第一个问题：“是否是实验的误差？”那时班克斯也不例外，“我对此的第一个反应是，这个观察需要非常精心地核对。”韦布和他的小组所进行的观察是准确的。首先，由于1999年的观察结果，是第一次采用了一项改进的分析技术，所以他们对准了这束闪光的各个近点角。这就增进了夏威夷凯克天文望远镜的灵敏度，在此完成的所有观察结果都提高了10倍之多。目前，他们已经收集和分析了100多个类星射电源的闪光，而且，迄今为止的每一项观测都是支持α改变的。韦布打算在今年晚些时候公布新的观察数据，“要公开的这些结果一旦出现，真的会引起人们不少的大惊小怪"，他说。

然而，韦布也不会因此而故步自封。他的小组正在检查他们的设备可能引起的系统误差。“我们要尽最大努力找出我们所犯的错误，而且可能是系统出错"，他说。但到目前为止，他们还未发现为他们的观察结果所要辩解的错误。

作为一项最终的核对，他们开始对一个类星射电源闪光进行分析，而这束闪光是利用位于智利北部阿塔卡马沙漠里的南欧天文台甚大型天文望远镜捕捉到的。它包括一台不同的仪器、不同的观察人员和一种不同的技术，所以这些结果存在的任何系统误差都会被揭示出来。“我猜想，假如不是系统的影响，那便是α的改变”，韦布说。

一直与韦布一起从事研究的剑桥大学的约翰 · 巴罗（John Borrow）则更为乐观。他认为，必将存在一种连续性的难以想象的诸多巧合，才能处于那么连贯的一种“错误”状态。从如此多的类星射电源中测得α值的一致，是“不可思议的"，于是α的改变目前几乎是不可否认的。“在统计学上，比要求你在欧洲粒子研究中心测出一个基本粒子要重要得多。”如果韦布的各项测量都准确无误，那么α所涉及到的每个物理学领域都需要回访。α是由分子式2πe²/he给出的一个其他常数的集合体，这里h是普朗克常数，e是一个电子的电荷，c是光速。乍看起来，α可能改变的这一概念，使研究者们担心人们是否能接纳这一想法。例如，有些人就提出这种电子的电荷或者该闪光的速度在过去就已经改变。这是一个有极大争议的想法，但是，它有可能解释这些已观察到的事实并解开其他一些宇宙学之谜。

不过对理论家们来说，像这样过分简单的解释恰好是他们所不希望的。麻烦在于α的这个值会影响许多其他的变化过程，例如，弱核力的强度会引起太阳怎样燃烧和放射性β如何出现的问题。它在宇宙起源及大爆炸之后如何影响着宇宙的“膨胀"。也许，α提供了预示这些过程出现率的一种方法，于是在今天α基础上的所有预测，都是由各种试验来支持的。

产生这种在“空的”空间里的波动——量子真空，即在一真空状态里，粒子和反粒子连续不断地成对跃入存在状态，然后几乎是立刻湮灭。但是，一对阴阳电子产生和湮灭的变化过程，还产生和湮灭一个光子。“因此，α控制着这一变化过程的强度"，道格拉斯说。物理学家们可能根据试验数据，来检验他们对这些过程需要多少能量的计算，以及此后这些过程出现的几率。但是迄今为止，采用现在α值的这些试验结果与计算结果是相符的。

仅仅α的变化与韦布的观察结果一致，即引起α变化历时过久，于是物理学就不能简单地加盖封顶。物理学家们的计算，也不再会适于他们实验中的测量。因真空能量直接与描述宇宙加速膨胀的宇宙常数λ有关，所以真空能量尤其重要。λ对α的强度极为敏感，而且，任一变化都会使物理学家早期推想的有关宇宙的理论，不合常理地迅速崩溃。“总的说来，与观察结果的不一致，在某种程度上会影响整个传统宇宙学”，班克斯说。

然而，物理学家们迫使自己沉湎于一点创造性思维来进行他们的各种相象，也并非初来乍到。理论物理学就预示，λ的值要高于观察值10¹²⁰倍。但是，科学家们争辩道，这真正意味着还存在一个到目前为止未被发现、可降低观察值的物理机制。当他们把这个“捏造因数”结合进他们的模型时，他们可把真空能量减少到符合于观察结果，而不影响其他任何值的程度。

但是，这并不涉及到α的变化，由于α的改变，你不得不以某种方式在理论模型中窜改其他几个参数的变量——包括捏造因数，以使宇宙常数如此巧妙的符合于观察结果。

因此，如果韦布的观察数据和理论家们的观测都准确，那么只有一种可能的结果：人们可能摆手与他们的宇宙“知识”再见。“倘若这些观察结果被进一步证实，那么必将发明一种很奇特的物理学来解释它们”，班克斯说。

不过，α的变化并非一无是处，它也会带来某些益处。例如，它可解释宇宙学的“视界问题”。对辽阔宇宙各部分为什么大致都处于相同温度的解释，使物理学家们陷入了极大的困惑。就通过这些区域间的能量说来，它暗示了这些区域从前是足够紧密的，后期各部分的温度才逃逸出来。在早期宇宙的模型中，物理学家还提防这个温度的偶然出现。

α的变化，并非是个唯一的永存之谜，终将会被解开。美国宾夕法尼亚大学的波尔 · 朗加克尔（Paul Langacker）、金诺 · 西格雷（Gino Sengre）和马修 · 斯特拉勒（Matthew Strassler），已经证明α的各种转变可能改变在早期宇宙中形成元素（如氦）的有效方法。由于宇宙在大爆炸之后开始冷却，所以，对弱核力而言，有充足能量把光子变成中子并把中子变成光子的时代不会再到来。从那时起，就决定了光子和中子的相对丰富。

天文学家们推测这个事件，可确定氦核数量的最高升限，其中的每个氦核含有可能产生的两个光子和两个中子。但是，正是在宇宙大爆炸之后，周围浮游氦的数量却大大高于这些理论的预测——即已经改变的弱核力强度除外。α的值决定着粒子弱互相作用的影响。如果α已改变，那么在宇宙大爆炸之后，就会产生相对丰富的氦和氢。朗加克尔说，事实上，人们或许能以逆向研究的方法，来确定早期宇宙中形成了多少氦的数量并发现那时的α值。

作为一位弦理论家的朗加克尔，却并不相信α的变化对我们所有的宇宙模型是一个疑难问题。他认为班克斯、丹和道格拉斯是反应过度，并指出像M-理论之类的一些弦理论也承认物理的“各种常数”，例如变化过久的α。他争辩道，研究这些常数的变化方式，在它们之后还可提供人们更基础物理学的一个思路。

但是道格拉斯则不同意，他认为像韦布的那类观察数据所暗示的变化，将是一个重大的问题，而M-理论所描述的各种耦合常数变化，是对照真实世界观察接受检验时的主要问题之一。在M-理论的许多方案中，耦合常数的变化正好同实验观察结果相矛盾。扩大各种想象来关注这一问题，看来是一个主要的研究目标。

然而，他认为α的变化可能终被证明是件好事。在过去，像这样的一类转折点也促进了物理学的精准化。“它可能正好是真正理解这些问题的一个关键”，道格拉斯说。班克斯则少有乐观，如果α是变化的，那么，他不明白物理学怎么能使人们弄清过去的问题。“如果观察结果站得住脚，而且对它的唯一解释是α的变化，那么我认为这意味着我们目前的理论知识有着严重的缺陷。”

因此，如果物理学家们像他们自称的一样客观，而且像确有根据一样地接受这些观察结果的话，那么，到今年年底为止我们很可能就与某些新的“事实”和平共处了：我们的很多基本常数毕竟不是恒量；M-理论肯定在其试验的栅栏前首先落马；而且该标准模型对这个超原子世界的解释，也是虚有其表和支离破碎的。诸如此类，皆因来自宇宙那边某种奇异闪光所引起。

“如果对这些结果的证实还另有蹊径的话，那么这场争论将移师到物理学的最前沿”，丹说。“某些惊人的——而且目前未知的——物理机制或者原理必然还在运行之中。”

[New Scientist，2002年5月11日]