北京
为了解释它，物理学家不得不打破爱因斯坦。要回答奇怪的问题，就得给出（还算）奇怪的答案。
2022 年，天文学家探测到一次亮得离谱、持续时间极长的伽马射线暴，编号 GRB 221009A，绰号“BOAT”，即“Brightest of All Time”（史上最亮）——说真的。这簇光子如此古老、能量如此之强，以至于从理论上说，它本不该抵达地球。然而，它显然到了。可这是怎么做到的？
在昨天发表于《物理评论快报》的一篇论文中，两位物理学家为一个令人困惑的问题提出了一个令人困惑的解决方案：来自宇宙黎明时期的假想粒子。具体来说，研究人员提出，光子可以暂时转变为极轻的类轴子粒子，同时配合另一项单独修正，以解释光子在极端能量下的行为。
正是这第二部分，在技术上违反了所谓“洛伦兹不变性”——爱因斯坦狭义相对论的一条关键原则。但关键在于：利用这个模型，两人预测了光子旅途中会产生的一种次级效应。而结果发现，一个完全不相关的天文台实际上恰好观测到了这一点。换句话说，这个理论其实有实证支持。
“我们从一个非常简单的问题出发：按照已知物理学，这段旅程本应摧毁这个光子，可它究竟是如何幸存下来的？”该研究合著者、意大利国家天体物理研究所天体物理学家乔治奥·加兰蒂在一份声明中说。“因此，我们寻找一种理论情景，能够一致地描述我们观测到的现象，而无需对方程进行任意修正。”
“B.O.A.T.”
根据 NASA 的一篇解释性文章，由于 GRB 221009A 如此强大，它“暂时致盲了大多数天基伽马射线仪器”——因此有了“BOAT”这个绰号。但这个信号也异常持久，持续约 10 分钟。其闪光在接下来的 10 个小时里仍可探测到，很快天文学家就锁定了 BOAT 的一些关键统计数据。
它起源于距地球约 20 亿光年处，能量约为 300 太电子伏特（TeV）。作为参照，1 电子伏特是 1 个电子在 1 伏特电势差下获得的动能；1 太电子伏特等于 1 万亿电子伏特。当时，NASA 专家推测，这道光爆发来自一个新黑洞的诞生；随后对该信号的调查认为，这类明亮事件每 1 万年才会发生一次。
信号出问题了？
接下来，天文学家不得不面对那个无法回避的问题：GRB 221009A 究竟是如何一路抵达地球的。在论文中，加兰蒂和合著者、意大利国家核物理研究所的马可·龙卡代利解释说，GRB 221009A 与常规物理学“存在矛盾”。按照物理学法则，类似能量水平的光子本应与宇宙微波背景——宇宙最早时期辐射的遗迹——碰撞，并在这个过程中被湮灭。
在声明中，团队将此比作“射出一支箭，穿过一片绵延 20 亿光年的极密森林，却指望它不碰到任何一棵树”。所以，如果这个信号到了这里——我们知道它确实到了——那么光子一定找到了某种办法，要么躲开所有这些树，要么干脆无视它们。
两人认为答案是后者。一些量子引力模型允许爱因斯坦狭义相对论的一条基本规则，在最高能量水平下对物质表现出轻微弹性。两人将这一机制与类轴子粒子结合起来。结果就得到了研究人员所称的宇宙“快车道”：极轻、能量极强的粒子穿过障碍，仿佛它们不存在一样。
作弊码
可以理解，这听起来像是为这个问题临时拼凑的解决方案；毕竟，我们并没有类轴子粒子存在的确凿证据。团队在论文中承认了这一点，并解释他们的提议只是众多探究这一未解信号的思路之一。尽管如此，最新计算预测，在一簇较低能量光子到达与那个 300 TeV 光子到达地球之间，会存在一小时的间隔。而值得注意的是，这正是一个中国天文台当时捕捉到的现象。
“我们工作中最有趣的一点是，它首次将两个此前一直分别发展的想法结合到了一起，”龙卡代利在声明中说。“如果未来的观测证实了这一情景，宇宙将成为一个天然实验室，用于在远超地球上任何已建成加速器所能达到的能量下研究量子引力。”
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