Ifølge konceptet med den variable lyshastighed (VSS) antages det, at lysets hastighed i vakuum, sædvanligvis betegnet c , i nogle tilfælde muligvis ikke er en konstant . I de fleste situationer i det kondenserede stofs fysik sker udbredelsen af lys i et medium faktisk med en langsommere hastighed end i et vakuum. Derudover er det i nogle beregninger af kvantefeltteorien nødvendigt at tage højde for, at virtuelle fotoner skal bevæge sig over korte afstande, herunder med en hastighed, der er forskellig fra lysets hastighed, både ved en lavere og en højere. Herfra følger det dog ikke, at det er muligt for stof at bevæge sig med en hastighed, der er større end lysets hastighed . Selvom det generelt menes, at det ikke giver nogen mening at tilskrive dimensionelle størrelser såsom lysets hastighed til at ændre sig med tiden (i modsætning til dimensionsløse størrelser , såsom finstrukturkonstanten ), i nogle kontroversielle teorier om kosmologi, lysets hastighed varierer afhængigt af ændringen i postulater af speciel relativitet . Hvis dette koncept bekræftes, så vil der være behov for at omskrive det meste af moderne fysik - det der er bygget på lysets hastigheds konstanthed [1] .
Det menes, at en foton , som er en partikel af lys og fungerer som en bærer af elektromagnetisk kraft , ikke har en hvilemasse. Den såkaldte " Proca-ligning " beskriver teorien om en foton, der har masse [2] . Teoretisk set er en foton mulig, som er ekstremt let, men som ikke desto mindre har en lille masse, såsom for eksempel en neutrino . Sådanne fotoner kan rejse med mindre end lysets hastighed, som er defineret i den særlige relativitetsteori . Disse fotoner vil have tre polariseringsretninger . I kvantefeltteori er en ikke -nul fotonmasse imidlertid ikke i overensstemmelse med gauge-invarians eller renormalisering , og derfor ignoreres den generelt. Ikke desto mindre kan kvanteteorien for en massiv foton betragtes i den Wilsonske tilnærmelse af den effektive feltteori til kvantefeltteorien, hvor tilstedeværelsen eller fraværet af en fotonmasse genereres af Higgs-mekanismen, eller denne masse indføres i en speciel Proca Lagrangian. I et sådant tilfælde kan grænser for fotonens masse, som stammer fra forskellige observationer og eksperimenter, begrænse forskellige parametre i teorien [3] .
I kvantefeltteorien viser Heisenberg-usikkerhedsrelationen , at alle partikler kan bevæge sig med vilkårlige hastigheder i korte perioder. I Feynman-diagrammets fortolkning af teorien er sådanne partikler kendt som " virtuelle ", og de adskiller sig ved, at de forplanter sig uden for "masseskallen" ( en. ) og kan have enhver hastighed, enten mindre eller større end lysets hastighed . For at citere Richard Feynman :
"...Derudover er der en række hastigheder for lys, det kan rejse hurtigere (eller langsommere) end den normale lyshastighed. Du husker måske fra det forrige foredrag, at lys ikke altid rejser i en lige linje, men nu ser du, at det ikke altid rejser med lysets hastighed! Det kan overraske dig, at det er muligt for en foton at rejse hurtigere eller langsommere end den sædvanlige lyshastighed c » [4] .
Disse virtuelle fotoner overtræder dog ikke kausalitetsprincippet eller den særlige relativitetsteori, da de ikke er direkte observerbare, og information ikke kan transmitteres uden årsag. Feynman-diagrammer og virtuelle fotoner tolkes ikke som fysiske billeder af, hvad der faktisk sker, men derimod som et praktisk beregningsværktøj (som i nogle tilfælde kan tage højde for hastigheder, der er større end lysets hastighed).
I 1937 begyndte Paul Dirac og andre videnskabsmænd at studere konsekvenserne af at ændre naturens konstanter over tid. For eksempel foreslog Dirac en ændring i gravitationskonstanten G på kun 5 enheder af 10-11 om året fra dens værdi for at forklare den relative svaghed af gravitationskraften sammenlignet med andre fundamentale interaktioner . Dette kom ind i videnskaben som den store Dirac-talsformodning . Imidlertid viste Richard Feynman i sit berømte foredrag [5] på baggrund af geologiske data og observationer af solsystemet, at gravitationskonstanten højst sandsynligt ikke kunne ændre sig så meget i løbet af de sidste 4 milliarder år (selvom man kan antage en ændring konstant, der ikke påvirker andre konstanter). De nuværende (2011) grænser for ændringshastigheden af G er omkring 10 gange lavere end værdien foreslået af Dirac.
Det er ikke klart, hvad konsekvenserne af kvantitative ændringer i dimensionalitet er, da enhver sådan ændring vil føre til en ændring i måleenheder. John Barrow skriver:
En vigtig lektie, vi lærer af, hvordan dimensionsløse konstanter som α definerer verden, er, hvor forskellige verdener faktisk kan være. Den dimensionsløse konstant, som vi kalder finstrukturkonstanten og betegnes med α, er en kombination af elektronladningen e , lysets hastighed c og Plancks konstant h . A priori kan vi tro, at en verden, hvor lysets hastighed vil være mindre, vil være en anden verden, men det er en fejl. Hvis c , h og e alle blev ændret, så de værdier, de har i det metriske system af enheder (eller et hvilket som helst andet system) i vores tabeller med fysiske konstanter var forskellige fra de eksisterende, men værdien af α forblev samme, denne nye verden ville eksperimentelt ikke kunne skelnes fra vores verden. Det eneste, der betyder noget for at definere verden, er værdierne af naturens dimensionsløse konstanter. Hvis alle masser fordobles, [inklusive Planck-massen m P ], vil du ikke kunne finde noget, fordi alle de dimensionsløse konstanter defineret af forholdet mellem et hvilket som helst par af masser forbliver uændret.
Originaltekst (engelsk)[ Visskjule] [En] vigtig lektie, vi lærer af den måde, hvorpå rene tal som α definerer verden, er, hvad det virkelig betyder for verdener at være anderledes. Det rene tal, vi kalder finstrukturkonstanten og betegner med α, er en kombination af elektronladningen, e, lysets hastighed, c, og Plancks konstant, h. Først kunne vi være fristet til at tro, at en verden, hvor lysets hastighed var langsommere, ville være en anden verden. Men dette ville være en fejl. Hvis c, h og e alle blev ændret, så de værdier, de har i metriske (eller andre) enheder var forskellige, da vi slog dem op i vores tabeller med fysiske konstanter, men værdien af α forblev den samme, dette Den nye verden ville observationsmæssigt ikke kunne skelnes fra vores verden. Det eneste, der tæller i definitionen af verdener, er værdierne af naturens dimensionsløse konstanter. Hvis alle masser blev fordoblet i værdi [inklusive Planck-massen m P ] kan du ikke sige, fordi alle de rene tal defineret af forholdet mellem et hvilket som helst par af masser er uændrede. — John Barrow [6]Enhver ligning, der beskriver en fysisk lov, kan skrives på en sådan måde, at alle dimensionelle størrelser normaliseres, hvilket resulterer i, at skalastørrelserne (såkaldt ikke- dimensionelle ) indgår i dimensionsløse størrelser . Faktisk vælger fysikere ofte deres måleenheder, så de fysiske konstanter c , G og h /2π antager en enhedsværdi, som et resultat af hvilken hver fysisk størrelse kan normaliseres af den tilsvarende Planck-enhed . Mange fysikere mener således, at det at udstyre egenskaben med udviklingen af dimensionelle størrelser i bedste fald er meningsløst og i værste fald selvmodsigende [7] . Når Planck-enheder bruges og ligningerne for fysiske love er udtrykt i en sådan ikke-dimensionel form, så forsvinder alle dimensionelle fysiske konstanter såsom c , G eller h og efterlader kun dimensionsløse mængder. Frataget deres antropometriske afhængigheder, vil måleenheder, blandt hvilke der ikke længere vil være lysets hastighed , gravitationskonstanten eller Plancks konstant , forblive i de matematiske udtryk for den fysiske virkelighed af en bestemt hypotetisk mulighed. For eksempel, i tilfælde af gravitationskonstanten G , vil de tilsvarende dimensionsløse mængder i sidste ende være lig med forholdet mellem Planck-massen og massen af elementarpartikler . Nogle nøgledimensionsløse størrelser (som anses for at være konstanter), der afhænger af lysets hastighed, såsom finstrukturkonstanten , vil have betydelige uoverensstemmelser, og deres mulige ændringer er genstand for forskning.
I relativitetsteorien har rum-tid 4 dimensioner af samme fysiske egenskab: det er tredimensionelt rum og endimensionelt tid. Omregningsfaktoren for tid til længde er lig med lysets hastighed ifølge relativitetsteorien. Hvis definitionen af måleren i SI returneres til sin præ-1960-formulering, da den blev defineret som længden af en standardprøve , så er det tænkeligt at definere ændringen i c (som den gensidige af den tid, det tager for lys til at rejse gennem denne længdestandard). Måske er det vigtigere at tolke denne ændring som en ændring i den dimensionsløse mængde af forholdet mellem længden af standardmeteren og Planck-længden , eller som en ændring i den også dimensionsløse mængde af forholdet mellem SI-sekundet og Planck . tid , eller som en ændring i begge disse mængder. Hvis antallet af atomer, der udgør meterstandarden forbliver uændret (som det burde være for en stabil standard), så vil en mærkbar ændring i værdien af c være resultatet af en mere fundamental ændring i det dimensionsløse forhold mellem Planck-længden til størrelsen af atomet ( Bohr radius ), eller det dimensionsløse forhold mellem Planck-tiden og perioden cæsium-133-stråling , eller begge dele .
En gruppe videnskabsmænd, der studerede fjerne kvasarer, annoncerede deres opdagelse af en ændring i finstrukturkonstanten i størrelsesordenen 10 −5 [8] . Mange bestrider disse resultater og mener, at instrumenter med meget højere følsomhed er nødvendige for at opdage sådanne ændringer [9] [10] [11] . Ydermere indikerer endnu strengere restriktioner, fundet i undersøgelsen af indholdet af nogle isotoper i en naturlig atomreaktor i Oklo , i øjeblikket, at der ikke er nogen ændringer [12] [13] .
Paul Davies og kolleger foreslog, at det i princippet er muligt at bestemme, hvilke af dimensionskonstanterne ( elementær elektrisk ladning , Plancks konstant og lysets hastighed ), hvoraf finstrukturkonstanten er kombineret, der er ansvarlige for ændringer [14] . Dette er imidlertid blevet bestridt af andre videnskabsmænd og er ikke i øjeblikket accepteret [15] [16] .
Kosmologien for variabel lyshastighed blev foreslået uafhængigt af Jean-Pierre Petit i 1988 [17] [18] [19] [20] , John Moffat i 1992 [21] og den videnskabelige tandem af Andreas Albrecht og João Mageijo i 1998 [ 22] [23] [24] [25] [26] [27] for at forklare det kosmologiske horisontproblem og foreslå et alternativ til kosmisk inflation . En alternativ PSS-model er også blevet foreslået [28] .
I Petits PSS-model er ændringen i c ledsaget af en fælles ændring i alle fysiske konstanter , kombineret til ændringer i skalafaktorerne for rum og tid, således at alle ligninger og mål for disse konstanter forbliver uændrede gennem hele universets udvikling. Einsteins ligninger forbliver invariante under fælles variationer af c og G , som indgår i Einsteins gravitationskonstant. Denne model begrænser ændringen i konstanter til den øvre værdi af energitætheden i det tidlige univers, helt i begyndelsen af energidominansens æra , hvor rum-tid identificeres med rum-entropi i metrikken for en konform flad manifold [ 29] [30] . Det skal dog bemærkes, at det på det tidspunkt var den første offentliggjorte PSS-model og den eneste til dato, der giver evolutionens lov om den fælles variation af konstanter i tid og efterlader processens fysik uændret. Senere fik disse værker en række referencer i litteraturen om PSS.
Ideen om Moffat og Albrecht-Mageijo-teamet er, at lyset i det tidlige univers forplantede sig 60 størrelsesordener hurtigere, og derfor havde dets fjerne regioner tid til at interagere i den indledende fase af universets udvidelse. På nuværende tidspunkt er der ingen kendte måder at løse horisontproblemet med en ændring i finstrukturkonstanten, fordi ændring af den ikke ændrer den kausale struktur af rum-tid . Dette ville sandsynligvis kræve mulighed for en ændring i gravitationskonstanten eller en revision af den særlige relativitetsteori . For at omgå dette problem foreslås det i kosmologien af den variable lyshastighed at variere dimensionen af c , især ved at annullere Lorentz-kovariansen generelt og speciel relativitet [31] [32] . Mere moderne formuleringer bevarer lokal Lorentz-kovarians [24] .