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科学家认为第五种自然基本力支配着宇宙

2017-12-16
第五种自然基本力,暗物质
科学家认为第五种自然基本力支配着宇宙

宇宙中存在一种不可见的暗物质,2018年有望得到第五种自然基本力是否存在的明确证据。

当前,我们对宇宙的理解主要基于爱因斯坦的广义相对论,依赖于四大基本自然力:引力、电磁力、弱核力以及强核力。这些力主宰着宇宙的一切,使恒星、行星、生物、分子甚至原子不会自我分裂,它们是宇宙物理规则的基石。

但近几十年来,有关第五大自然基本力的说法此起彼伏,如果它真的存在的话,可能会瓦解我们所知的宇宙运作方式。最近,有科学家已经发现了测试这第五种力究竟是否存在的终极方法。

四大基本自然力维系着物理学的标准模型——物理学家用来描述粒子和物质的行为。强核力使原子核保持在一起,弱核力导致某些原子的放射性衰变,电磁力将分子结合在一起,引力使行星、恒星和星系不被撕裂。

然而,这四大基本力的问题在于,自爱因斯坦的相对论横空出世以来,科学家发现爱因斯坦的引力理论也存在一些漏洞。在这四种力中,引力是人类尚不清楚如何创造和控制的最后一种。这个力并不能解释它所应该控制的一切,随着天文学家对宇宙的深入观测发现,宇宙的引力要比所有可见物质产生的还多。

到目前为止,科学家把这个差距解释为宇宙中存在一种不可见的暗物质,但科学家始终没能证明它的存在。由于缺乏暗物质存在的证据,一些物理学家认为,引力应从基本自然力中移除。但还有些物理学家则提出,宇宙中可能存在着第五种自然基本力,可弥补我们理解中的差距。

最近,一个研究团队提出了对第五种力理论的终极测试方法——追踪银河系中心的恒星。他们已经开始进行测量,并在接下来的二十年里持续追踪这些恒星,以获得关于引力和第五种力的明确结论。

目前关于宇宙如何运转的理论不足以解释黑洞是什么。

加州大学洛杉矶分校的银心小组(Galactic Centre Group)主任Andrea Ghez教授说:“爱因斯坦的理论很好地描述了引力,但有很多证据表明这个理论存在漏洞。超大质量黑洞的存在告诉我们,目前关于宇宙如何运转的理论不足以解释黑洞是什么。”

物理学家指出,在我们星系的中心存在一个超大质量黑洞,其引力的影响非常强大,使第五种力的迹象更容易被发现。该团队使用凯克天文台的望远镜捕获距离我们2.6万光年的银心细节。他们将跟踪靠近超大质量黑洞的恒星的运行轨道,以测量引力对恒星运动的直接影响。

如果第五种力影响到恒星的运动方式,那它们的方向将偏离使用标准物理模型的预言。通过连续20年追踪银心恒星的运动,科学家将能观测到引力的影响方式。

Ghez教授指出,如果引力是由爱因斯坦广义相对论以外的东西驱动的,那么恒星的轨道将会出现微小变化。这是第五种力理论在强引力场中的首次测试。历史上,科学家通过测量太阳系引力来探测第五种力,但由于太阳系的引力场相对较弱,所以很难取得结果。

目前,研究团队正期待着2018年的夏天,届时,一颗名为S0-2的恒星将运行至与银心超大质量黑洞最接近的位置,它将收到最强的引力作用。此时,爱因斯坦引力理论产生的偏差将可能达到最大,有望给出第五种自然基本力是否存在的明确证据。




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