物理學家在高能環境下測試光速的恆常性

科學家對光速進行了到現在為止最高能量的測試，即使在目前我們所能觀測到的最高能量下，愛因斯坦的狹義相對論仍然站得住腳。勞侖茲不變量（Lorentz invariance）是狹義相對論中的基本原理，它也代表著在宇宙的任何地方，光速及物理定律都是不變的，然而也有理論推測勞侖茲不變量將會在極高能量下被打破。

如果勞侖茲不變量在高能量時有所改變，出現與相對論不一致的情形，光速便有所不同，而能量最高的光，即伽瑪射線，它們是從超新星、中子星、恆星閃焰或黑洞周圍區域所發出，在抵達地球之前，這些高能光子一般都會衰變成低能光子，甚至收不到訊號。

世界上海拔最高的伽瑪射線探測器，是用來測量能量最高的光子，叫做高海拔水切倫科夫觀測站（High-Altitude Water Cherenkov Observatory），偵測的光子能量範圍從100GeV~100TeV，這個能量若以可見光呈現，僅憑一粒光子就會讓人失明。這個觀測站的觀測方式，是由一整排裝滿水的容器組成，裡面有可以探測光子的光電倍增管，當伽瑪射線抵達上層大氣時，由於與大氣分子的交互作用，它會失去能量而產生一連串的光速粒子。高海拔水切倫科夫觀測站的目的就是觀測這些粒子，它們以高速進入水中時，它們的速度會短暫地比光在水中的速度還快，此時即會產生光爆而發出輝光，這種現象被稱為切倫科夫輻射，但是這次所發出的輝光是紫外光波段，無法藉由肉眼見到，且其亮度已弱化很多，只能由光電倍增管接收到，而伽瑪射線的能量越高，產生的散射光速粒子就越多，這是物理學家的區分方法。

在這些高能量的極限下，光速的恆常性依然不變，但是這是地球上的觀測限制，若是有機會能夠再探測到更高能量的伽瑪射線，會使相對論得到更嚴格的檢驗，

【圖：美國太空總署；文：節錄自台北市立天文科學教育館網頁】研究全文刊登在已經出版的《物理評論快報》