我希望我不会给实验物理学家们太多的震惊，如果我还加上一条好规则：不要对所提出的观测结果给予过多的信任直至它们被理论证实。
——阿瑟·斯坦利·爱丁顿[20]
说明精细结构常数在过去可能有不同值的证据是令人印象深刻的，但它是统计性质的证据。它是基于对近147个不同尘埃云块中由许多不同的化学元素产生的光吸收的天文学观测的全部数据。在未来会有更多的数据加进这个总体，因而这个问题将通过越来越精确的观测进行探索。理想的情况是，其他天文学家们应当重复我们的观测，并采用不同的仪器和不同的数据分析技术看看他们是否得到相同的结果。
然而，尽管这些观测合乎理想，更多的观测和更高的精确度不是万应灵药。在观测科学中，人们必须意识到有各种类型的不确定性和“误差”。首先是由测量过程的有限的精确度引入的不确定性。如果测量你的身高精确到最接近的厘米，并报出是1.85米，实际上它可能位于1.845米到1.855米之间的任何位置。这种类型的不确定性通常好理解，并可通过改进技术（采用更精细的刻度尺）逐渐地减少不确定性。其次，存在某种较难捉摸的不确定性，通常称作“系统误差”或者“偏差”，它扭曲了数据收集过程，以至你不知不觉地收集某类证据比收集其他数据更容易。更加严重的是，它可能保证你不观测你想要的观测的东西。[21]
一切形式的实验科学都受到这些难以捉摸的偏差的挑战。在务实的实验室课题中通常要用几种方法重复这些实验，每一次改变实验装置的某些方面，如此才能免除许多偏差。但是在天文学方面有一点儿问题。宇宙只有一个。我们能够观察它，但我们不可能用它做实验。为了代替实验，我们寻找诸客体不同性质之间的关联：例如，具有特定红移的一切云块，它们的某些吸收线之间有没有较小的谱线移动呢？人们可能意识到某一偏差，然而没有能力去完全校正它的影响，就像在编制一个大的星系目录的情况一样。这时人们认识到一个简单事实，明亮的星系比弱光的星系更容易看到。但是真正的问题是你并不知道的偏差。通常在研究精细结构的常数中的可能变差所用的数据已经经受了极大量的检验，并审慎地评估每一种想像偏差的效应。迄今为止，只发现一种明显的影响，考虑到此影响实际上会使导出的变差更大。[22]
对于精细结构常数在整个几十亿年间可能有微小量的变化这个观念，大多数物理学家或化学家的反应普遍是恐惧和断然地不相信。整个化学学科是建立在这样的理论信念上的，该理论假定精细结构常数是绝对不变的。可是，在100亿年间有百万分之几的变化不会有可察觉的效应影响地球上物理学或化学的实验。为了对这点有更清晰的了解，现正是提出以下问题的时候：有哪些最佳的直接实验限制恰好施加于精细结构常数的变化呢？(www.xing528.com)
最直接检验精细结构常数的不变性的实验是取一个原子并在给定的长时间里监测它，测量时间如同测量装置要求一样精确，典型情况达十亿分之几。这相当于比较不同的原子钟。这些监测不可能在很长时间中实现，因为需要保持其他事物不变，而最佳结果来自140天的运转期。[23]假定电子和质子质量之比是不变的，实验专家们得到氢和汞之间某一能量跃迁数值的稳定性，意味着如果精细结构常数是变化的，那么它的变化率一定小于每年10-14。这个结果听起来非常过硬。它允许在遍及宇宙整个年龄中常数变化大约为一万分之一，但是天文学的观测记录的变化大约比它更小100倍。实验室和外界空间之间的这个差距也说明天文学的观测在灵敏度方面有超过直接实验室的实验的巨大优势。他们不可能在灵敏度的技术极限下进行精细结构常数的测量，但他们探寻过去至如此遥远——130亿年而不是140天——以至他们提供了远超灵敏度的极限。[24]宇宙得有几十亿年之久，以便让恒星有充分的时间创造为让复杂的生命存在于它的范围中所需要的生物学的元素。如果那些复杂的化学作品恰巧就是天体物理学家，那么他们就是宇宙的悠长年龄的精美的副产品，这样他们定会利用这种属于大自然的恒常性的灵敏探测。
所以，似乎是我们不可能利用地球上的实验来复核精细结构常数的明显的变化能力——我们正好没有足够灵敏的仪器来收集达到天文学数据水平的变化。此刻，最佳的机会是从一个完全不同的方向进行独立证实，这方向似乎是进行某种其他天文学方面的探测。奥克洛矿告诉我们不应期望得到更近时期的（如过去的20亿年）相似的变化率，但是或许这类变化可能存在并在宇宙历史的很早期阶段有可观测的结果。类星体的历史可回溯到整个宇宙历史的80％的年代，但是我们用探测微波能够回顾比这更远的年代，这微波是从宇宙在膨胀之初遗留下来的。这就是通常说的宇宙微波背景辐射，而且当宇宙只有几百万年时，它就停止与物质相互作用。而我们正在观察的类星体其红移的数值高达3.5，微波辐射则在红移为1 100时能有效发射。它的结构为我们给出宇宙形状的一幅快照，而且当它只有30万年之远时是平坦的（见图12.5）。
最近几年里，天文学家们已成为全世界报纸的头条新闻，用气球和卫星携带的接收器极度详尽地绘出了这种辐射的分布图。我们知道该辐射有达到非常高度精确的纯粹热辐射谱，而且在天区各个方向，它的温度是相同的，达到约十万分之一的精确度。辐射的详细分布图按它的温度变化的统计数据被绘制于天区上。它们保持着星系和星团的什么秘密，像在它们极端年轻的时代。当时它们是比环绕其周围的宇宙其他部分略为浓密、多一点物质的胚胎岛。
图12.5 在空间向外看（而在时间上向后追溯）我们达到类星体形成的年代。再向外，我们达到表面，在那里背景辐射受阻止，并且所有原子因热辐射而肢解。这种情景发生在宇宙大约只有30万年之时，并且比今天的宇宙大约小1 000倍。
不幸的是，当微波向我们发送时，似乎并不存在一种简洁的诊断这精细结构常数的数值。然而，受我们从类星体得到的结果的鼓励，有几个宇宙学家的研究小组进行了一项复杂的重构工作，绘制了在红移为1 100时，若α取不同值时在天区上的统计的涨落图景。他们得利用关于如何涨落的最合理的一些理论，这些涨落渐渐发展成星系，影响天区上微波温度的状况。有意思的是，他们宣布最近的数据已得到了较好的理解，如果在高红移位置上精细结构常数有较小的数值。[25]要求变化的量是巨大的——10％[26]——而且当我们在时间上从类星体时代往后回溯到最后的微波辐射的散射阶段时，要求α的数值稳定下降。这不是一个很牵强的证据，如果关于星系形成的总体图景方面有大量的变异形式。真有太多的其他小效应影响到温度的格局。一切都相当合理，它们产生的总体效应好像可归之于精细结构常数有较小的数值。无须寻找有关的更多信息，这情况不像是一条有希望发现昔日精细结构常数的数值的途径。但是事情可能有变化。在2002年中，美国国家航空航天局的微波各向异性探测器（MAP）卫星将送回新的微波背景辐射的全天区图以及它的变差图景。有望从这个仪器获得的空前的精确度也许可让人们在2003年初得出新的结论。
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