當前,我們對宇宙的理解主要基於愛因斯坦的廣義相對論,依賴於四大基本自然力:引力、電磁力、弱核力以及強核力。這些力主宰着宇宙的一切,使恆星、行星、生物、分子甚至原子不會自我分裂,它們是宇宙物理規則的基石。

但近幾十年來,有關第五大自然基本力的說法此起彼伏,如果它真的存在的話,可能會瓦解我們所知的宇宙運作方式。最近,有科學家已經發現了測試這第五種力究竟是否存在的終極方法。

四大基本自然力維繫着物理學的標準模型——物理學家用來描述粒子和物質的行為。強核力使原子核保持在一起,弱核力導致某些原子的放射性衰變,電磁力將分子結合在一起,引力使行星、恆星和星系不被撕裂。

然而,這四大基本力的問題在於,自愛因斯坦相對論橫空出世以來,科學家發現愛因斯坦的引力理論也存在一些漏洞。在這四種力中,引力是人類尚不清楚如何創造和控制的最後一種。這個力並不能解釋它所應該控制的一切,隨着天文學家對宇宙的深入觀測發現,宇宙的引力要比所有可見物質產生的還多。

到目前為止,科學家把這個差距解釋為宇宙中存在一種不可見的暗物質,但科學家始終沒能證明它的存在。由於缺乏暗物質存在的證據,一些物理學家認為,引力應從基本自然力中移除。但還有些物理學家則提出,宇宙中可能存在着第五種自然基本力,可彌補我們理解中的差距。

最近,一個研究團隊提出了對第五種力理論的終極測試方法——追蹤銀河系中心的恆星。他們已經開始進行測量,並在接下來的二十年里持續追蹤這些恆星,以獲得關於引力和第五種力的明確結論。

加州大學洛杉磯分校的銀心小組(Galactic Centre Group)主任Andrea Ghez教授說:“愛因斯坦的理論很好地描述了引力,但有很多證據表明這個理論存在漏洞。超大質量黑洞的存在告訴我們,目前關於宇宙如何運轉的理論不足以解釋黑洞是什麼。”

物理學家指出,在我們星系的中心存在一個超大質量黑洞,其引力的影響非常強大,使第五種力的跡象更容易被發現。該團隊使用凱克天文台的望遠鏡捕獲距離我們2.6萬光年的銀心細節。他們將跟蹤靠近超大質量黑洞的恆星的運行軌道,以測量引力對恆星運動的直接影響。

如果第五種力影響到恆星的運動方式,那它們的方向將偏離使用標準物理模型的預言。通過連續20年追蹤銀心恆星的運動,科學家將能觀測到引力的影響方式。

Ghez教授指出,如果引力是由愛因斯坦廣義相對論以外的東西驅動的,那麼恆星的軌道將會出現微小變化。這是第五種力理論在強引力場中的首次測試。歷史上,科學家通過測量太陽系引力來探測第五種力,但由於太陽系的引力場相對較弱,所以很難取得結果。

目前,研究團隊正期待着2018年的夏天,屆時,一顆名為S0-2的恆星將運行至與銀心超大質量黑洞最接近的位置,它將收到最強的引力作用。此時,愛因斯坦引力理論產生的偏差將可能達到最大,有望給出第五種自然基本力是否存在的明確證據。

──轉自《譚老師地理工作室》

(責任編輯:劉玉)

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