ความเร็วแสงแปรผัน ( VSL ) เป็นลักษณะเฉพาะของกลุ่มสมมติฐานที่ระบุว่าความเร็วแสงอาจไม่คงที่ ในบางลักษณะ เช่น อาจแปรผันตามความถี่ในอวกาศ หรือตามเวลาทฤษฎีฟิสิกส์คลาสสิก ที่ได้รับการยอมรับ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ทฤษฎีสัม พัทธภาพทั่วไปทำนายว่าความเร็วแสงจะคงที่ในกรอบอ้างอิง เฉพาะ ที่ ใด ๆ และในบางสถานการณ์ ทฤษฎีเหล่านี้ทำนายว่าความเร็วแสงจะแปรผันไปตามกรอบอ้างอิง แต่บทความนี้ไม่ได้กล่าวถึงสิ่งนี้ว่าเป็นความเร็วแสงแปรผัน ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงและจักรวาลวิทยา ทางเลือกต่างๆ มากมาย ซึ่งหลายทฤษฎีไม่ใช่กระแสหลัก ได้รวมเอาการแปรผันของความเร็วแสงในแต่ละ กรอบอ้างอิงไว้ด้วย

โรเบิร์ต ดิคเคพยายามที่จะนำแนวคิดเรื่องความเร็วแสงที่เปลี่ยนแปลงได้มาประยุกต์ใช้ในฟิสิกส์ในปี 1957 และมีนักวิจัยอีกหลายคนเริ่มทำเช่นเดียวกันตั้งแต่ปลายทศวรรษ 1980 เป็นต้นมา

VSL ไม่ควรสับสนกับ ทฤษฎี ที่เร็วกว่าแสงซึ่งขึ้นอยู่กับดัชนีหักเหของตัวกลางหรือการวัดดัชนีหักเหในกรอบอ้างอิงของผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ห่างไกลในศักย์โน้ม ถ่วง ในบริบทนี้ "ความเร็วแสง" หมายถึงความเร็วจำกัดcของทฤษฎี ไม่ใช่ความเร็วในการแพร่กระจายของโฟตอน

แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วความเร็วแสงจะถือว่าเป็นค่าคงที่ แต่แนวคิดที่ว่า "ค่าคงที่" ทางฟิสิกส์อาจเปลี่ยนแปลงได้นั้นมีมาอย่างยาวนาน หนึ่งในข้อเสนอแรกๆ คือสมมติฐานจำนวนมากของ Diracการมองหาการเปลี่ยนแปลงในค่าคงที่เหล่านี้เป็นวิธีสำคัญในการทดสอบกฎทางฟิสิกส์^{[ 1 ] [ 2 ]}

หลักการสมดุลของไอน์สไตน์ซึ่ง เป็นพื้นฐานของ ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปกำหนดให้ในกรอบอ้างอิงท้องถิ่นที่ตกอย่างอิสระ ความเร็วแสงจะเท่ากันเสมอ^{[ 3 ] [ 4 ]}อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้เปิดโอกาสให้ผู้สังเกตการณ์เฉื่อยที่อนุมานความเร็วแสงที่ปรากฏในบริเวณที่ห่างไกลอาจคำนวณค่าที่แตกต่างกันได้ การแปรผันเชิงพื้นที่ของความเร็วแสงในศักยภาพโน้มถ่วงเมื่อวัดเทียบกับเวลาอ้างอิงของผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ห่างไกลนั้นมีอยู่ในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปโดยปริยาย^{[ 5 ]}ความเร็วแสงที่ปรากฏจะเปลี่ยนแปลงในสนามโน้มถ่วง และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง จะเป็นศูนย์ที่ขอบฟ้าเหตุการณ์เมื่อมองจากผู้สังเกตการณ์ที่อยู่ห่างไกล^{[ 6 ]}ในการหาค่าการเลื่อนความถี่ เนื่องจากแรงโน้มถ่วงอันเนื่องมาจากวัตถุมวลที่มีสมมาตรทรงกลม สามารถกำหนดความเร็วแสงในแนวรัศมีdr / dt ใน พิกัด Schwarzschild ได้โดยที่tคือเวลาที่บันทึกไว้บนนาฬิกาที่อยู่กับที่ที่ระยะอนันต์ ผลลัพธ์คือ

${\displaystyle {\frac {dr}{dt}}=1-{\frac {2m}{r}},}$

โดยที่mคือMG / c ²และใช้หน่วยธรรมชาติ เพื่อให้ c ₀เท่ากับหนึ่ง^{[ 7 ] [ 8 ]}

ในปี พ.ศ. 2490 โรเบิร์ต ดิคเค ได้พัฒนาทฤษฎีแรงโน้มถ่วง VSL ซึ่งเป็นทฤษฎีที่ (ต่างจากทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป) ความเร็วของแสงที่วัดได้ในท้องถิ่นโดยผู้สังเกตการณ์ที่ตกลงมาอย่างอิสระสามารถเปลี่ยนแปลงได้^{[ 9 ]}ดิคเคสันนิษฐานว่าทั้งความถี่และความยาวคลื่นสามารถเปลี่ยนแปลงได้ ซึ่งส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของc ดิค เคสันนิษฐานดัชนีการหักเห(สมการ 5) และพิสูจน์แล้วว่าสอดคล้องกับค่าการเบี่ยงเบนของแสงที่สังเกตได้ ในความคิดเห็นที่เกี่ยวข้องกับหลักการของมาคดิคเคแนะนำว่า ในขณะที่ส่วนขวาของพจน์ในสมการ 5 มีขนาดเล็ก ส่วนซ้าย 1 อาจมี "ต้นกำเนิดมาจากส่วนที่เหลือของสสารในจักรวาล" ${\displaystyle c=\nu \แลมบ์ดา }$${\displaystyle n={\frac {c}{c_{0}}}=1+{\frac {2GM}{rc^{2}}}}$

เนื่องจากในเอกภพที่มีขอบฟ้าที่เพิ่มขึ้น มวลจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ มีส่วนทำให้ดัชนีหักเหข้างต้นเพิ่มขึ้น Dicke จึงพิจารณาจักรวาลวิทยาที่^cลดลงตามเวลา ซึ่งเป็นคำอธิบายทางเลือกสำหรับการเลื่อนแดงของจักรวาลวิทยา [ ^{9 ] : 374}

มีการตีพิมพ์สมมติฐานหลายประการเกี่ยวกับความเร็วแสงที่แปรผัน ซึ่งดูเหมือนจะขัดแย้งกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป รวมถึงสมมติฐานของ Giere และ Tan (1986) ^{[ 10 ]}และ Sanejouand (2009) ^{[ 11 ]}ในปี 2003 Magueijo ได้ทบทวนสมมติฐานดังกล่าว^{[ 12 ]}

แบบจำลองจักรวาลวิทยาที่มีความเร็วแสงที่แตกต่างกัน^{[ 13 ]}ได้รับการเสนอโดยอิสระโดย Jean-Pierre Petit ในปี 1988 ^{[ 14 ]} John Moffatในปี 1992 ^{[ 15 ]}และทีมของAndreas AlbrechtและJoão Magueijoในปี 1998 ^{[ 16 ]}เพื่ออธิบายปัญหาขอบฟ้าของจักรวาลวิทยาและเสนอทางเลือกอื่นแทน การขยายตัว ของ จักรวาล

หน่วยมีความสำคัญต่อการวัดเชิงทดลอง และการเปรียบเทียบผลการทดลองกับทฤษฎีจำเป็นต้องเกี่ยวข้องกับหน่วยและค่าคงที่ทางฟิสิกส์ ค่าคงที่ทางฟิสิกส์ที่มีหน่วยไม่ใช่สิ่งพื้นฐาน สมการใดๆ ของกฎทางฟิสิกส์สามารถแสดงในรูปแบบที่ปริมาณที่มีมิติทั้งหมดถูกทำให้เป็นมาตรฐานเทียบกับปริมาณที่มีมิติเดียวกัน (เรียกว่าการทำให้เป็นไร้มิติ ) ส่งผลให้เหลือเพียงปริมาณไร้มิติ เท่านั้น การเปลี่ยนแปลงของปริมาณไร้มิติเหล่านี้เท่านั้นที่จะเปลี่ยนธรรมชาติของฟิสิกส์^{[ 17 ]}ทฤษฎีทางฟิสิกส์ที่ตั้งสมมติฐานว่าค่าคงที่โครงสร้างละเอียด แปรผัน สามารถแสดงได้เป็นความเร็วแสงที่แปรผันหรือประจุไฟฟ้าที่แปรผัน^{[ 18 ]}

นักฟิสิกส์มักใช้หน่วยธรรมชาติซึ่งค่าคงที่ทางฟิสิกส์c , G , ħ  =  h /(2π) , 4π ε ₀และk _Bมีค่าเท่ากับหนึ่งส่งผลให้ปริมาณทางฟิสิกส์ทุกอย่างถูกทำให้เป็นมาตรฐานเทียบกับหน่วยพลังค์ที่ สอดคล้องกัน ^{[ 18 ]} เมื่อใช้หน่วยพลังค์และสมการของกฎทางฟิสิกส์ดังกล่าวถูกแสดงในรูปแบบไร้มิติค่าคงที่ทางฟิสิกส์ที่มีมิติ เช่นc , G , ħ , ε ₀หรือk _{B จะ} ไม่เหลืออยู่ มีเพียงปริมาณไร้มิติเท่านั้น^{[ 19 ]}ตามที่ทำนายไว้โดยทฤษฎีบท Buckingham π

ในปี พ.ศ. 2480 พอล ดิแรกและคนอื่นๆ เริ่มตรวจสอบผลที่ตามมาของการเปลี่ยนแปลงค่าคงที่ทางธรรมชาติเมื่อเวลา ผ่านไป ^{[ 20 ]}ตัวอย่างเช่น ดิแรกเสนอการเปลี่ยนแปลงเพียง 5 ส่วนใน 10 ¹¹ต่อปีของค่าคงที่แรงโน้มถ่วงของนิวตันGเพื่ออธิบายความอ่อนแอสัมพัทธ์ของแรงโน้มถ่วงเมื่อเทียบกับแรงพื้นฐาน อื่นๆ สิ่งนี้กลายเป็นที่รู้จักในชื่อสมมติฐาน จำนวนมากของดิแรก

อย่างไรก็ตามRichard Feynmanแสดงให้เห็น^{[ 21 ]}ว่าค่าคงที่แรงโน้มถ่วงไม่น่าจะเปลี่ยนแปลงมากขนาดนี้ในช่วง 4 พันล้านปีที่ผ่านมาโดยอาศัยการสังเกตทางธรณีวิทยาและระบบสุริยะ แม้ว่าสิ่งนี้อาจขึ้นอยู่กับสมมติฐานเกี่ยวกับ การเปลี่ยนแปลงของ Gที่เกิดขึ้นโดยลำพัง (ดูหลักการสมดุลที่แข็งแกร่ง ด้วย )

กลุ่มหนึ่งที่ศึกษาควาซาร์ที่อยู่ไกลออกไป อ้างว่าตรวจพบการเปลี่ยนแปลงของค่าคงที่โครงสร้างละเอียด^{[ 22 ]}ที่ระดับหนึ่งส่วนใน 10 ⁵ผู้เขียนคนอื่นๆ โต้แย้งผลลัพธ์เหล่านี้ กลุ่มอื่นๆ ที่ศึกษาควาซาร์อ้างว่าไม่พบการเปลี่ยนแปลงที่ตรวจจับได้ที่ความไวที่สูงกว่ามาก^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ธรรมชาติของโอโคล ถูกนำมาใช้เพื่อตรวจสอบว่าค่า คงที่โครงสร้างละเอียด ของอะตอมαอาจเปลี่ยนแปลงไปในช่วง 2 พันล้านปีที่ผ่านมาหรือไม่ เนื่องจากαมีอิทธิพลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ต่างๆ ตัวอย่างเช่น¹⁴⁹Smจับนิวตรอนเพื่อกลายเป็น¹⁵⁰Smและเนื่องจากอัตราการจับนิวตรอนขึ้นอยู่กับค่าของαอัตราส่วนของ ไอโซโทปซา มาเรียม สองชนิด ในตัวอย่างจาก Oklo สามารถใช้คำนวณค่าของαจาก 2 พันล้านปีก่อนได้ การศึกษาหลายชิ้นได้วิเคราะห์ความเข้มข้นสัมพัทธ์ของไอโซโทปกัมมันตรังสีที่หลงเหลืออยู่ที่ Oklo และส่วนใหญ่สรุปว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์ในเวลานั้นคล้ายคลึงกับในปัจจุบัน ซึ่งหมายความว่าαก็เหมือนกันด้วย^{[ 26 ] [ 27 ]}

พอล เดวีส์และผู้ร่วมงานได้เสนอแนะว่าโดยหลักการแล้วเป็นไปได้ที่จะแยกแยะว่าค่าคงที่มิติใด ( ประจุพื้นฐานค่าคงที่ของพลังค์และความเร็วแสง) ที่ประกอบเป็นค่าคงที่โครงสร้างละเอียดนั้นเป็นสาเหตุของการเปลี่ยนแปลง^{[ 28 ]}อย่างไรก็ตาม เรื่องนี้ได้รับการโต้แย้งจากผู้อื่นและไม่ได้รับการยอมรับโดยทั่วไป^{[ 29 ] [ 30 ]}

จากมุมมองทั่วไปGFR EllisและJean-Philippe Uzanแสดงความกังวลว่าค่าc ที่เปลี่ยนแปลงได้ จะต้องเขียนฟิสิกส์สมัยใหม่ขึ้นใหม่เป็นจำนวนมากเพื่อแทนที่ระบบปัจจุบันที่ขึ้นอยู่กับค่าc คงที่ ^{[ 31 ] [ 32 ]} Ellis อ้างว่า ทฤษฎี c ที่เปลี่ยนแปลงได้ใดๆ (1) จะต้องกำหนดนิยามใหม่ของการวัดระยะทาง (2) จะต้องให้การแสดงออกทางเลือกสำหรับเทนเซอร์เมตริกในทฤษฎีสั มพัทธภาพทั่วไป (3) อาจขัดแย้งกับความไม่แปรผันของลอเรนซ์ (4) จะต้องแก้ไขสมการของแม็กซ์เวลล์และ (5) จะต้องดำเนินการให้สอดคล้องกับทฤษฎีฟิสิกส์อื่นๆ ทั้งหมด จักรวาลวิทยา VSL ยังคงอยู่นอกกระแสหลักของฟิสิกส์

• ความเร็วแสงคงที่หรือไม่? "ค่าคงที่ที่เปลี่ยนแปลงได้"