自然界是否存在第5種基本作用力?「暗光子」能竊取光的能量嗎?

2020-11-22 關注未來世界

現代的自然科學體系以四大基本作用力為基石,科學家依靠它們來描述宏觀與微觀世界中的「常規物質」。這四種基本作用力分別是:作用距離極短的強核力,它使原子核成為一個整體;蒙著神秘色彩而且十分微弱的弱核力,它掌控著放射性同位素衰變,並能對被稱為中微子的亞原子粒子產生作用;生活中常見的電磁力;還有一種是引力,它在4種已知力中是最弱的,卻又是產生的影響最為普遍的。

與「常規物質」相對的是暗物質。假如世界中存在第5種基本作用力,或許與暗物質有關。

當人們的視野上升到宇宙的尺度,根據地球上的「常規物質」總結出來的四大基本作用力就顯得不夠用了,科學家不得不將一些難以解釋的現象命名為暗物質。暗物質是一種假想的物質形態,據估算佔宇宙總質量的80%左右。

人們通過引力效應可以感知暗物質的存在。天文學家研究了星系內恆星的運動軌跡和星團內星系的運動軌跡,以及宇宙中大尺度結構的演化規律,得出了近乎一致的結論:宇宙中除了存在可見物質,還存在隱形物質。這些隱形物質不與常規物質發生除了引力之外的任何作用,甚至也不與光發生作用,它們無影無蹤卻又無處不在,它們組合起來產生的引力塑造了星系的命運。人們不知道這些無形的物質是什麼,在哪裡,怎麼產生的——唯一知道的就是它們具有舉足輕重的質量和強大的引力。

既然暗物質可以對常規物質施加引力,或許它與常規物質或者光之間,或者暗物質與暗物質之間,還存在第5種基本作用力。科學家十分渴望找到常規物質與暗物質之間神秘的相互作用。

有一個有趣的理論認為,暗物質偶爾可以通過弱核力與常規物質相互作用,光與暗物質之間的「橋梁」是所謂的「暗光子」,它可以通過與普通光子發生作用來「竊取」能量。我們不能直接看到暗光子,但它們可能會與我們可見的世界融合,我們可以通過檢測微弱的電磁相互作用來感知暗光子的存在。這樣的想法激發了當今世界各地的暗物質探測實驗,研究人員甚至使用大型強子對撞機(LHC)來尋找可能的第5種基本作用力,然而目前尚且一無所獲。

結語

如果真的存在第5種自然力,為何能對我們隱藏如此之久?不過,換個角度來看待這個問題,找不到第5種自然力其實也不是壞事,因為這說明我們學過的物理定律仍然成立。

然而,要解釋暗物質,或許需要更加顛覆性的思想來指引。

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