怎么看待物理学家发现精细结构常数在变化，宇宙或不具有“各向同性”？ 第1页

这一发现对于理论物理意义非凡：可能观测到了现有理论模型无法描述的现象。

Webb团队通过对于类星体的观测给出结论：宇宙各向不同性

（原文已OpenAccess^[1][2]）

这里的各向不同性，不是我们通常所说的天文观测中发现的物质能量分布以及微波背景辐射的各方向不同。而是指基本物理定律的各向不同性，在不同的方向上精细结构常数具有不同的数值。

精细结构常数 包含三个非常基础物理学常数，分别是电子的电荷量 ，光速 ，和普朗克常量 。这三个量，在已有的物理定律中认为在任何参考系在任何物理背景下都是一个标量常数，所以精细结构常数也是一个标量常数，标量就意味着各向同性。

通过测量氢原子的能级分裂，可以给出精细结构的具体数值，

它的数值在地球上很多地方都给出很精确的测量，都在误差范围内是一样的。简而言之，在地球上我们到目前为止还没发现精细结构常数是不对称的。

但是天文观测上就实锤发现了精细结构常数也是可以各个方向不一样的：从Webb这篇文章的原文中给出的结果，精细结构常数具有偶极分布这个结论偏离零假设有3.9 。

偏离零假设这是一个统计学的方法，先假设一个反向的结果，如果不出现“意外”，那么就证明零假设是对的。比如说我是一个每天不摸鱼的人，然后10次抽样检查发现9次我都在摸鱼，那么就说明“零假设”是错的，从而得到结论，我是一个经常摸鱼的人。

一般情况下我们说大于3 就是所谓“零结果”很不可靠的情况。所以这里基本上是可以实锤确实观测到了各向不同性。

观测方法也是测谱线，只不过是测量130亿光年外的类星体的观测谱线：

下图是文章中的Fig3，其中灰色虚线代表 ，而灰点是Webb团队观测给出的结果，前面彩色的点是其他观测的结果，黑点是综合分析的结果。

这篇文章中测量的4个数据点和之前文章综合起来构成一个323个测点的数据集，图中可以看出红移量大的测点（也就是距离地球更远的点，或者是更加古老的点）偏离地球上测到的精细结构常数的偏移量也更大，综合所有这些测点进行分析，得到的结论是精细结构常数的测量值存在偶极分布（偶极的相对幅度是 ），也就是说，精细结构常数在宇宙中的分布是不均匀的。

我非常期待有更多的这样的天文观测结果，这样理论物理学家就有的忙了【盛宴尚未结束】

想想精细结构常数 要真是一个张量那该是一件多有趣的事情，引入精细结构非对称张量A

，当 的时候退化回我们现在的样子。

非对角元上的元素的表达式将会是什么样子的，有什么更加高级的物理模型能描述这个不对称，我们离大一统理论（GUT）又远了一步23333333

【评论区引发的思考：】

精细结构常数如果真的非对称，那么它的非对称性形式（也就是矩阵A里的非对角元）是否随时间变化？

物理大厦没有必要崩塌，有可能我们现在用的常数标量 的是一种近似，其实是个张量，但是是个1张量，在1张量下我们发展出很多漂亮的理论，但是在巨大尺度上它的非对角元有微小变化，需要更高层的理论来描述，就像经典物理是相对论的低速近似一样。

不过这些猜想都建立在上述Paper中所说不均匀性存在的基础上，所以一方面可以异想天开新物理，一方面期待有更精确的仪器来观测更远测点的精细结构常数，来验证 到底是不是不均匀的。

最后，多说一句，在文章简介中还有一句让人有些担忧的话：

“A new AI analysis method is employed”

一个崭新的AI算法被应用进来，我没有详细检查作者使用AI的具体细节。

首先，这是一个趋势，万物皆可机器学习，它给我们带来了很多便利，在数据收集和处理上让我们获得很多便利。

其次，要谨慎，毕竟是个黑盒，在给出如此颠覆性结论的时候AI是否可靠是个非常值得探讨的问题。

题外话：

这个工作被PhysOrg报道，并引起较大关注。不过话说，我也是被PhysOrg报道过的人（嘻嘻）：

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参考

1. ^SA原文 https://advances.sciencemag.org/content/6/17/eaay9672
2. ^physOrg报道 https://phys.org/news/2020-04-laws-nature-downright-weird-constant.html

感觉国内和国外『火』的文章完全不一样。。。同样是说『宇宙可能有明显的各向异性』，前不久一组欧洲的X-ray星系团研究团队的文章引起了不小的争议（

），但这篇精细结构文章感觉完全没有反响。。。

这篇文章并没有强调是宇宙膨胀或者大尺度结构有各向异性，写得比较中规中矩。估计又是被报道带偏了吧。和之前星系团看到的那个一样，这个研究也不可能用来支持『宇宙在大尺度上不是各向同性的』这个结论。这个结论有宇宙微波背景辐射的各向异性功率谱研究来守护。CMB温度各向异性在宇宙学尺度上是十万分之一量级，这是一个已经被COBE，WMAP，Planck，以及众多地面CMB观测反复证实的，极难被另外一组观测推翻。如果宇宙膨胀具有更显著的各向异性，一定会在CMB观测中反映出来。

这也是我最近学到的很重要的一点：任何关于宇宙学模型的『惊人发现』，一定先看是否过得了CMB这一关。过不了，免谈。而且说是一关，其实是温度各向异性，偏振各向异性，温度x偏振，ISW效应等等一堆测试在等着你。

X-ray星系团的标度关系研究和这个精细参数演化研究本身都是非常重要的观测研究，而且难度极大。其实这两篇文章的作者感觉还是很用心的，不过在扎眼的结论面前都没忍住。。。这种难度的研究有一个很大的问题是『Unknown unknown』类型的系统问题，说白了就是『卧槽，真没想到这里也能出问题』那种。比如精细结构这篇文章里对光谱校准改正的要求就达到了变态的程度。即便作者以现有标准严格地完成了各种改正，也不意味着在其中有我们没有意识到的问题会产生各种假信号。

按你胃，如果已经杞人忧天到了担心宇宙非各向同的地步，就找下面这张图来看看: