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时空中的皱纹

探索宇宙射线能量的奥秘以及它们穿越宇宙的旅程,挑战我们对爱因斯坦理论的理解。

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极其强大的宇宙射线——以子弹般的速度飞行的原子碎片——从数十亿光年外的类星体到达地球。这让宇宙学家感到困惑,他们的计算表明这些射线应该与弥漫在宇宙中的微波辐射发生碰撞,并在到达之前就被摧毁。一些研究人员认为这个难题非常奇怪,只能通过抛弃爱因斯坦的相对论来解决。但阿拉巴马大学亨茨维尔分校的天体物理学家理查德·刘说,一旦你理解如何将其与量子理论结合起来,这个理论就很好。

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刘用时钟和移动火车来解释当前思维中的缺陷。根据爱因斯坦,移动火车上的时钟对于站在站台上静止的观察者来说,似乎走得比正常情况下更慢。此外,移动时钟测量的任何时间误差都会被放大;以光速的99.5%的速度,一个落后一秒的时钟对于静止的观察者来说,看起来会慢10秒。在这种解释中,宇宙射线移动得太快了,以至于量子抖动——最小可能的时间单位——似乎膨胀成巨大的时间不确定性,从而掩盖了宇宙射线的确切速度或能量。

如果无法测量宇宙射线的速度,刘认为,我们就无法预测它们将如何与微波辐射相互作用。事实上,这种根本的不确定性可以提供一种逃脱,使它们根本不发生相互作用。“如果是这样,那么宇宙射线就可以穿过微波背景,”他说。因此,宇宙射线的持续存在并不是对爱因斯坦的攻击,而是对他思想的另一种赞美。

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