愛因斯坦錯了嗎？觀察銀河系核心尋找第五種自然力|引力|恆星|愛因斯坦

07-25

　　物理學認為自然界存在四大基本力：引力、電磁力、強核力和弱核力。這些基本力的作用讓大到天體，小到分子甚至原子的物體不至於將自己撕成碎片，也是構成整個宇宙物理學規律的基石

　　兩顆銀河系近核區恆星的運行軌跡圖。目前研究組正期待2018年夏季的到來，因為那是一顆編號為S0-2的近核區恆星最接近銀河中心超大質量黑洞的時機

　　愛因斯坦的理論對引力做了非常優美的描述，但有很多證據顯示這一理論中存在一些漏洞。僅僅是超大質量黑洞的存在本身就表明我們目前有關於宇宙如何運行的理論是不完善的，它似乎並不能夠很好的解釋黑洞的本質

　　新浪科技訊北京時間6月1日消息，目前我們對於宇宙的認識基本上是基於愛因斯坦的廣義相對論，這一認識依賴於自然界存在的四大基本力：引力、電磁力、強核力和弱核力。

　　這些基本力的作用讓大到天體，小到分子甚至原子的物體不至於將自己撕成碎片，也是構成整個宇宙物理學規律的基石。但在最近幾十年間，有一種觀點認為自然界中可能存在著第五種基本力，如果這一觀點得到證明，那這將徹底顛覆我們之前的許多觀點，也將重塑我們對於宇宙運行基本規律的認識。

　　現在，科學家們認為他們終於有辦法能夠最終去檢驗這第五種力是否是真實存在的，而他們所採用的這種方法涉及對星系核心區域恆星運動的監測。

　　自然界的四種基本力構建了粒子物理學標準模型的基礎，這是目前我們用於描述微觀粒子世界的最佳工具。在這四種基本力當中，強核力和弱核力相對是屬於微觀世界的。強核力讓原子核牢牢聚合在一起，而弱核力讓某些原子的放射性衰變得以發生。

　　而相比之下，引力和電磁力發揮作用的尺度比較宏觀。電磁力讓分子能夠結合在一起，而引力讓行星和恆星不至於四分五裂。但這裡存在的問題就在於，在我們理解引力本質的道路上，愛因斯坦的廣義相對論似乎顯現出一些令人困惑的地方。

　　引力是四大基本力中最後一種人類目前還在努力了解如何創造以及控制它的力。這種力本身不能解釋它理應起作用的全部現象，比如測量顯示宇宙中的引力總強度似乎無法用宇宙中全部已知物質的質量之和來解釋。

　　直到現在，科學家們也只能用一種掩蓋自身無知無奈的名詞「暗物質」來指代那些產生了額外引力的宇宙「隱形質量」——科學家們認為它們應當存在，儘管我們對於它們的任何性質幾乎都還是一無所知。

　　而由於目前嚴重缺乏能夠有力證明暗物質存在的直接證據，有一部分科學家甚至主張應該將引力從四大基本力中拿掉，但是更多的科學家則持有相反觀點，他們猜想，或許存在著第五種尚不為我們所知的基本力，能夠填補上這個漏洞。

　　一個研究組近日提出了檢驗是否真的存在第五種基本力的終極驗證方法，這一方法涉及對星系中心區域恆星運行方式的追蹤測量。

　　該研究組表示，他們目前已經開始了相關測量工作，並計劃將在未來20年內持續進行這項工作，最終他們將能夠給出關於第五種基本力是否存在確定無疑的答案。美國加州大學洛杉磯分校星系核心研究組主管安德里亞·葛茲（Andrea Ghez）教授指出：「愛因斯坦的理論對引力做了非常優美的描述，但有很多證據顯示這一理論中存在一些漏洞。僅僅是超大質量黑洞的存在本身就表明我們目前有關於宇宙如何運行的理論是不完善的，它不能夠很好的解釋黑洞的本質。」

　　超大質量黑洞一般存在於星系的核心，這樣的區域內引力作用極為強烈，於是在該區域如果存在第五種自然力的作用，將更加容易被注意到。

　　研究組目前已經調閱了由夏威夷凱克望遠鏡所拍攝的迄今質量最高的銀河系核心區域圖像進行分析工作。他們將追蹤距離銀河系核心的超大質量黑洞最近的大量恆星的運行軌跡，以觀察引力作用對於恆星運行軌道的影響。

　　如果真的有第五種自然力對恆星運行產生了影響，研究組將能夠注意到。葛茲教授指出：「這真的令人興奮。我們對於銀河系核心區域恆星運動的研究正在開啟引力研究的嶄新方式。通過對20年間這一區域恆星運行方式的追蹤研究以及凱克望遠鏡提供的高精度數據，我們將能夠觀察並為引力作用給出很多限定條件。」她說：「如果引力是由某愛因斯坦廣義相對論之外的力量所驅動，我們將在恆星運行軌道中觀察到與相對論預言相偏離的情況。」

　　這是首次在一個強引力場中對設想中的第五種力進行驗證。在此之前，有研究組曾經嘗試利用太陽系檢驗第五種基本力是否存在，但是最終發現這樣做極端困難，因為太陽系的引力場太弱，檢測難度會非常高。

　　葛茲教授表示：「我們非常興奮能夠開展這樣的研究，因為我們可以問自己一個非常基本的問題：引力的如何工作的？」

　　目前葛茲教授和加州大學洛杉磯分校的研究組正期待2018年夏季的到來，因為那是一顆編號為S0-2的近核區恆星最接近銀河中心超大質量黑洞的時機，屆時它將受到最為強烈的引力作用。這一時刻也將是任何違背愛因斯坦廣義相對論的現象最容易露出蛛絲馬跡的時機。（晨風）