光速可變理論

愛因斯坦在1907年著手研究光速可變。[1]他在1911年更深入的探討了這個觀點。[2]在介質中，較短的波長${\displaystyle \lambda }$因爲${\displaystyle c=\nu \lambda }$而導致其傳播速度更慢。與此類似，愛因斯坦假設引力場中的時鐘更慢，其對應的頻率${\displaystyle \nu }$受到引力勢能的影響（公式2，p.903）： ${\displaystyle \nu _{1}=\nu _{2}(1+{\frac {GM}{rc^{2}}})}$.

愛因斯坦說：

在一篇1912年的論文中，[3]他總結道：

但是，愛因斯坦推導出在太陽附近的光線偏轉為“將近一弧秒”，僅為後來其廣義相對論得到正確數值的一半。1919年，愛丁頓的測量驗證了廣義相對論的預測結果。但是愛因斯坦卻因其它原因放棄了光速可變理論。值得注意的是，他在1911年僅考慮了時間可變。在廣義相對論中，在不同的理論語境下，空間和時間的測量都可能受到附近質量的影響。

1957年羅伯特·迪克提出了一種光速可變的引力理論。[4]和愛因斯坦不同的是，迪克假設不僅光的頻率會變，其波長也會改變。因爲${\displaystyle c=\nu \lambda }$，因此迪克理論中c的相對變化是愛因斯坦推導出的兩倍。迪克假定折射率${\displaystyle n={\frac {c}{c_{0}}}=1+{\frac {2GM}{rc^{2}}}}$（公式5）並證明此公式同光偏轉的觀測值一致。在一篇與馬赫原理相關的評論中，Dicke指出公式5中的右邊那項很小，左邊的1也許“起源于宇宙中的其他物質”。

在一個視界不斷膨脹的宇宙中，越來越多的質量對折射率有貢獻，因此迪克認爲宇宙中c隨時間而減慢，這給宇宙學的紅移提供了一個另一個解釋（p. 374）。[4]應當指出的是，迪克的理論同國際單位制中的定義c=299792458米/秒並無衝突，因爲時間（秒）和長度（米）單位和皆可以變化（p. 366）。

雖然迪克提出了廣義相對論的替代理論，光速隨空間變化的概念並不違反廣義相對論。其實這個概念隱含在廣義相對論的坐標空間描述中。若干教科書中曾提及，比如威爾[5]書中的公式6.14和6.15，以及溫伯格[6]書中的公式9.2.5（${\displaystyle \phi }$代表引力勢能-GM/r）：

“...注意光子速度是... ${\displaystyle |u|=1+2\phi +O(v^{3})}$”。

根據這個公式，有人提出了與廣義相對論所有已知測試結果相一致的光速可變模型，[7]但在高階測試中仍有些差別。[8]還有的模型聲稱能夠解釋等效原理，[9]或者與狄拉克的大數假說有關聯。[10]

爲了解釋宇宙學中的視界問題并找到能解釋宇宙膨脹的新理論，讓-皮埃爾·伯蒂特于1988年、[11][12][13][14]约翰·莫法特于1992年[15]以及二人小組安德烈亚斯·阿尔布雷克特和若昂·马盖若于1998年[16][17][18][19][20][21]獨立的提出了光速可變宇宙學理論。胡安·卡薩多等人也建立了一種新型的光速可變宇宙學模型。[22]

在伯蒂特等的理論中，所有物理學常數協同變化而導致時間和空間標度因子的變化與c的變化同時發生。因此所有物理方程和物理常數在宇宙的演化中保持不變。愛因斯坦場方程因愛因斯坦常數中c和G的同時變化而保持不變。後來的模型將物理常數的變化限制在宇宙早期的更高能量密度，比如在輻射主控時期的起始階段，那時的時空等同于度槼共形平直的空間-熵。[23][24]值得注意的是，雖然這是第一個公開發表、至今唯一一個不用改寫現代物理學公式的光速可變模型，伯蒂特等的論文在後世的光速可變文獻中很少得到引用。

莫法特和阿尔布雷克特-马盖若二人組理論之要義是在早期宇宙中光速可以是現在的10⁶⁰倍，因此膨脹中宇宙的遙遠區域在宇宙開始時曾有時間相互所用。通過改變精細結構常數，視界問題目前尚無已知的解法，因爲其變化並不改變時空的因果結構。若要改變此因果結構，則必須通過變化牛頓引力常數或重新定義狹義相對論來變更引力。歷史上，光速可變宇宙學爲了繞過這一阻礙，提出以某種特定方式變化量綱量c以打破愛因斯坦的廣義及狹義相對論中的洛倫玆不變性。[25][26]現代理論則保持了局域洛倫玆不變性。[18]

• The University of New South Wales, School of Physics, Is the speed of light constant? "Varying constants"（Beyond Relativity 2） （页面存档备份，存于）