1887 年实验改写宇宙观——从迈克耳孙-莫雷到现代宇宙学的“光速常数”之谜
一项 19 世纪的实验、一个世纪的理论创新以及近日的宇宙射线观测，连续为我们提供了关于光速不变性和相对论基本假设的深刻见证。本文梳理从 1887 年迈克耳孙‑莫雷实验到当代量子引力模型的最新验证，探讨为何即便是最根本的物理原则也仍需要不断检验。
1887 年，美国物理学家 艾伯特·迈克耳孙（Albert Michelson） 与 爱德华·莫雷（Edward Morley） 为了探测地球在宇宙中的运动，测定光在不同方向上的传播速度。实验结果显示，两方向上的光速完全没有差异。这个出乎意料的“零结果”在科学史上产生了深远影响，促使 阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein） 在 1905 年提出“光速不变”这一核心概念，奠定了特殊相对论的基石。
Lorentz 不变性：现代物理的核心假设特殊相对论基于一个原则：无论观测者相对彼此的运动如何，物理定律保持不变，即 Lorentz 不变性（Lorentz invariance）。随着时间推移，Lorentz 不变性已成为量子理论，尤其是量子场论与粒子物理标准模型（Standard Model）的基础假设。
量子场论 与 标准模型：迄今为止检验最为严密的科学理论，实验误差仅为几千分之一。
既然如此成熟，为什么会有人想挑战 Lorentz 不变性？
这种想法的动机来自爱因斯坦的另一次突破——广义相对论，其将重力解释为时空本身的弯曲。广义相对论与特殊相对论同样被多种环境下验证，从微弱引力场到极端宇宙条件，都显示出惊人的一致性。
量子理论与引力的冲突量子物理利用概率波函数描述现实；广义相对论则描述物质与能量如何塑造时空几何。当粒子在弯曲时空中运动并同时影响该弯曲时，二者难以平滑共存。试图将两者统一为量子引力框架的努力，常常面临相同障碍：许多提出的解决方案都需要微小的 Lorentz 不变性违背。
这些违背可能极其微妙，却为揭示超越当前理论的新物理提供线索。
用宇宙高能 γ 射线检验爱因斯坦假设若 Lorentz 不变性被破坏，某些量子引力模型预言光速会随光子能量略有变化。要与已有实验限值匹配，这种效应必须极其细微，但在极高能 γ 射线（尤其是能量最高的光子）中可能可观测。
一支由 Mercè Guerrero（前 UAB 学生）与 Anna Campoy‑Ordaz（UAB IEEC 博士生）领衔的研究团队，联合来自 阿尔加维大学（Robertus Potting） 与 马德里物理系讲师 Markus Gaug（UAB/IEEC 关联），利用天体观测检验该预测。
方法概述：光子在宇宙中的时差测量光子在跨越宇宙尺度的长距离传播过程中，即使能量不同、速度微差也会在到达地球前累积成可测量的时间延迟。团队采用新统计技术，将已有的极高能 γ 射线测量合成，检视 标准模型扩展（SME） 中支持 Lorentz 不变性违背的参数。
目标：寻找爱因斯坦假设在极端条件下是否失效。
结果：未发现 Lorentz 不变性违背，实验结果再次证实爱因斯坦的预言。
更重要的是，新分析比之前的限制提升了 一阶十倍，大幅收窄了可能隐藏“新物理”的空间。
前景与后续探索搜索尚未结束。下一代观测设施——切伦诺夫望远镜阵列（Cherenkov Telescope Array Observatory）——正在设计中，目标是以更高灵敏度捕捉极高能 γ 射线。借助这些仪器，科学家将继续测试物理学最深层的基础，并把爱因斯坦的思想推向极限。
勇编撰自论文"Bounding anisotropic Lorentz invariance violation from measurements of the effective energy scale of quantum gravity".Physical Review.2026相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。
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