1万亿亿亿倍！光速可变理论认为，宇宙中的光速曾经比现在快得多

大家好，我是魅力科学君，今天我们来聊一下光速可变理论，该理论认为，宇宙中的光速曾经比现在快得多，甚至可以达到现在宇宙中光速的1万亿亿亿倍（10^28倍），下面我们来看看这具体是怎么回事。

在现代物理学中，光速（指真空中的光速，下同）被认为是一个恒定不变的常数，无论你在何时何处，又或者是处于哪种运动状态，你测量到的光速永远都是299792458米/秒，然而根据这样的理解，科学家在研究宇宙演化的过程中，却遇到了一个巨大的难题。

什么问题呢？我们可以先来看张图。

相信大家都觉得这张图很眼熟，没错，这就是大名鼎鼎的宇宙微波背景辐射，它们是迄今为止我们人类能看到的最古老的光子，由于光速是有限的，因此现在的我们仍然可以看到它们，只不过随着时间的推移以及宇宙的膨胀，现在的它们已经变成了微波。

通过长时间的观测，科学家发现了一个极为奇怪的现象，那就是宇宙微波背景辐射的温度实在是太均匀了，无论是哪个方向，甚至在可观测宇宙的两端，其温度差异都只是μK尺度（注：μK即微开尔文，1μK=0.000001开尔文）。

为什么说它奇怪呢？因为这就意味着，我们现在看到的宇宙微波背景辐射，曾经通过某种物理过程达到过热平衡。

但问题是，在大爆炸之后，宇宙一直在膨胀，如果光速永远都是299792458米/秒，那么从宇宙诞生到某个特定时点，光所能传播的最大距离就是一个特定的值，这个距离就被称为粒子视界。

而在现代物理学中，光速被认为是宇宙中的一种速度极限，任何能量和信息的传递速度都不能超过光速，所以如果在某一个时间点，两个区域之间的距离超过了粒子视界，它们之间就不可能再通过某种物理过程达到热平衡。

根据大爆炸宇宙论，在大爆炸发生之初，宇宙处于一种高温高密的等离子体状态，光子与电子、质子等微观粒子不断散射，无法自由传播，直到大约38万年后，宇宙冷却到了大约3000K，此时电子与质子结合成中性氢，光子不再被频繁散射，进而从中挣脱出来，形成了我们现在所看到的宇宙微波背景辐射。

从理论上来讲，在那个时期，宇宙的粒子视界对应的物理尺度大约为90万光年，而到了现在，由于宇宙的膨胀，其对应的物理尺度则大约为10亿光年。

也就是说，宇宙微波背景辐射的温度不应该像我们现在所看到的这样极致的均匀，因为即使是最理想的情况，也只可能是在10亿光年的尺度上是均匀的，这是为什么呢？

实际上，这就是前面我们提到的那个巨大的难题，这也被称为视界问题，它让科学家头疼了很长一段时间，为了对其进行解释，科学家提出了暴胀理论。

该理论的内容可以简单地描述为，在大爆炸之后，宇宙曾经经历了一次极为短暂的指数级的急剧膨胀阶段，也就是所谓的“暴胀”。

在暴胀之前，可观测宇宙还很小，不同区域之间完全有条件达到热平衡，然后暴胀突然启动，在极短的时间之内，让已经达到热平衡的可观测宇宙，瞬间扩张到了宏大的宇宙尺度，而暴胀之后，宇宙的膨胀速度又急剧下降，并逐渐演化成了现在的样子。

可以看到，暴胀理论可以很好的解释视界问题，但问题是，这个理论描述的暴胀，实在是太离谱了，因为根据该理论的描述，暴胀发生在大爆炸发生后的10^（-35）秒至10^（-33）秒之间，在这极为短暂的一瞬间，宇宙的尺度急剧增加了10^26倍。

这是什么概念呢？这样说吧，假设在暴胀之前有一个尺度为1毫米的区域，那么在暴胀之后，这个区域的尺度就高达10^23米，换算一下就是大约1057万光年，大概相当于我们银河系所在的本星系群的尺度。

那除此之外，还有没有其他的解释呢？这就要说到光速可变理论了。

这个理论最早由物理学家约翰·莫菲特于上世纪90年代提出，他认为，如果早期宇宙中的光速曾经比现在快得多，那么其粒子视界也就比现在大得多，在这样的情况下，那些相隔遥远的区域就可以完成热交换，温度自然就是均匀的，如此一来，视界问题自然就解决了。

更有意思的是，该理论认为，光速会随着宇宙的演化而逐渐减小，而这样的观点，就解决了另一个巨大的谜题——暗能量。

关于暗能量，相信大家都不陌生，简单来讲就是，科学家通过观测发现，宇宙处于一种加速膨胀的状态，这就意味着，这背后有一种未知的能量在驱动，但直到现在，我们都不知道这种能量到底是什么，而这种能量就被称为暗能量。

该理论指出，如果光速是在逐渐变小的，那么当我们观测宇宙中的那些遥远天体时，这种速度差异就会使我们进行红移测算和距离估算时产生明显的偏差，进而让我们误以为宇宙在加速膨胀，而这也就意味着，暗能量根本就不存在。

可以看到，光速可变理论看上去还是合理的，然而迄今为止，这个理论都没有得到科学界的普遍认同，为什么呢？

首先来讲，“光速是一个恒定不变的常数”这个概念，已经是现代物理学的基础，如果光速真的是可变的，那物理学中的相关理论都要重写，而且重写之后，还需要去验证它们是否依然与过去长时间积累的海量数据吻合，这是一项极其庞大的工作。

而真正的问题不是工作量，而是这个理论目前自身的内部困难，因为根据该理论的估算，如果光速是逐渐变慢的，那想要以此解决视界问题，宇宙最初的光速就至少是现在光速的10^28倍，也就是1万亿亿亿倍。

那么，为什么光速会如此之快，为什么它又会逐渐变慢，它以什么样的规律变化，背后又是什么机制在驱动呢？实际上，要解答这些问题，就需要建立一整套的理论体系，确保它与所有实验和观测数据的自洽，但直到现在，该理论的支持者都没有拿出令人信服的东西。

相对来讲，暴涨理论虽然本身也存在需要进一步探索的问题，但它与我们所观测到的现象吻合度极高，而且与现有的理论几乎完美地契合，也正因为如此，暴涨理论才得到了科学界的普遍认同。