一個世紀以來，愛因斯坦的狹義相對論，它描述了接近光速運動的粒子的運動，已經保持了驚人的良好狀態。但是，隨著科學家們利用新的測試來探測當前物理學知識的邊緣，他們可能會發現需要對這個受人尊敬的理論進行修改的效應。
目前的一些理論，旨在涵蓋黑洞、宇宙大爆炸和宇宙本身的結構的行為，可能導致違反狹義相對論。到目前為止，最近更新的百年實驗版本沒有顯示出愛因斯坦的願景正在達到極限的跡象。然而，各種測試正在進行中，新一代超精密、基於空間的實驗計劃在未來幾年內啟動，這提供了一些機會，儘管機會渺茫，但可以觀察到最終將取代相對論的定律的跡象。
印第安納大學的 V·艾倫·科斯特萊基說：“非常有趣的是，我們的技術已經達到了可以探測此類效應的程度。“我認為我們很有可能看到某種效應。”
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狹義相對論的關鍵是，對於一切事物來說，光都以相同的速度運動，無論它指向哪個方向，或者相對於任何其他事物運動得有多快。這有一些眾所周知的後果：空間和時間是聯絡在一起的，因此距離會縮短，時間在高速度下會減慢。愛因斯坦認為，如果電磁定律（它決定了光速）確實在整個空間和時間中都成立，那麼這些違反直覺的效應是不可避免的。（這種自然屬性的技術名稱是洛倫茲不變性。）
狹義相對論假設時空本身沒有結構，可以挑選出首選的方向。但物理學家認為，結合量子力學和引力的理論將表明，時空是由碎片組成的，就像光是由光子組成的一樣。這些碎片的結構，以及某些理論預測的迄今為止未被注意到的力，可能意味著空間具有輕微的顆粒性。
尋找偏差
研究人員不一定需要了解任何關於這種新物理學的知識來尋找偏差。20世紀40年代的一個測試理論提出，狹義相對論建立在三個支柱之上，因此需要三個不同的測試來證實它。其中兩個測試將使用指向不同方向或以不同速度移動的實驗室來尋找光速的變化。另一個測試將確保時間在高速度下適當減慢或加快。（有關第三個測試的更多資訊，請參見專欄。）
來自德國康斯坦茨大學和杜塞爾多夫大學的一個小組最近報告了前兩種實驗的結果。在邁克爾遜-莫雷實驗的更新版本中，該實驗可以追溯到19世紀80年代，研究人員將雷射束髮送到兩個光學腔中，這兩個光學腔彼此成直角放置。光在每個腔中形成駐波，其頻率取決於腔的長度和該方向的光速。如果光在一個空間方向比另一個方向傳播得更快，則旋轉裝置應將這種效應顯示為腔之間相對頻率的變化。該小組在5月份舉行的年度雷射與光電學會議上報告的初步結果表明，沒有偏離狹義相對論。
今年年初，研究人員還發現，愛因斯坦的理論通過了迄今為止最精確的肯尼迪-桑代克測試。肯尼迪-桑代克測試於20世紀30年代首次進行，是原始測試理論要求的三個測試中最不準確的，因此這裡的改進是關鍵，康斯坦茨大學的小組成員霍爾格·M·穆勒說。他們比較了駐波與原子鐘在190天期間的共振，在此期間地球的軌道速度變化了每秒60公里。結果是之前的肯尼迪-桑代克測量的三倍準確，該小組預計未來使用更精確的原子鐘進行的測試將獲得10倍更嚴格的界限。
“撥動”粒子
近年來，物理學家們發現他們有更多方法來尋找狹義相對論的崩潰。特別是，科斯特萊基和合作者已經基於弦理論制定了粒子物理學標準模型的“擴充套件”。該理論假設所有基本粒子實際上都是擴充套件的、一維的物體，它們在高維度中振動。除了熟悉的四維空間和時間之外的所有維度對於肉眼來說都是不可察覺的，但可能會導致可測量的效應。不同的粒子，包括那些負責自然界力的粒子，將對應於以不同模式撥動的弦。
這些振動中的一些可能會表現為額外的力場，比重力弱，因此更難探測。但是，如果這些場與某些粒子相互作用，它們可能會將自己顯示為這些粒子的狹義相對論的偏差。標準模型擴充套件目錄列出了質子、中子、電子和許多其他粒子的這些違規行為可能採取的形式。然而，弦理論還不夠先進，無法準確說明狹義相對論會在何時、何種程度上崩潰。而且，在很大程度上，這些測試是彼此獨立的，因此物理學家必須涵蓋所有方面。“這不像你會看到這個而不是那個，然後說，‘賓果’，”馬薩諸塞州劍橋市哈佛-史密森天體物理學中心的羅納德·L·沃爾斯沃思說。
許多小組已經開始撒下實驗網，至少是兼職的。例如，華盛頓大學E¿t-Wash小組的布萊恩·R·海克爾和他的同事使用靈敏的扭力測試來推斷電子是否偏愛空間中的特定方向。他們密切關注由磁性材料製成的測試質量，該材料的電子都具有相同的自旋或角動量，以檢視它在一個方向上的擺動是否比在另一個方向上更明顯。
為相對論計時
其他人，例如沃爾斯沃思，則監測高度穩定的原子鐘。這些是原子集合，它們以特定頻率輻射。狹義相對論的偏差將表現為它們的頻率變化，具體取決於地球指向哪個方向。沃爾斯沃思的小組使用氙和氫同位素（它們發射相干微波輻射）對質子和中子的相對論違規行為施加了最嚴格的限制。耶魯大學的弗農·休斯和他的同事對μ子偶素進行了類似的實驗，μ子偶素由繞帶正電荷的μ子旋轉的電子組成。
地面原子鐘在僅僅幾個小時後就開始變得不穩定。重力、日常溫度變化和機械退化都是誤差來源。因此，下一代原子鐘測量計劃在衛星或國際空間站上執行，那裡的微重力和更短的旋轉時間應該允許更高的精度。（有關空間測試列表，請參見專欄。）
這些測試構成了科學上購買彩票的等價物。“它成功的機率很低，但回報卻非常高，”沃爾斯沃思說。這將是全新理解空間和時間的第一步。而這是很少有人能夠抗拒的誘惑。
JR·明克爾常駐紐約市。