我們知道宇宙存在四大基本力,分別是強核力(Strong nuclear force)、弱核力(weak nuclear force)、電磁力(electromagnetic force)以及引力(gravitation)??梢哉f自愛因斯坦起(愛因斯坦時代就只發(fā)現(xiàn)了引力和電磁力),科學家就一直想要實現(xiàn)宇宙的大一統(tǒng)。
但是近日,匈牙利科學家克拉斯納霍凱聲稱,他們發(fā)現(xiàn)了大自然的第五種基本力,它可能會改變我們對宇宙運行方式的理解,這是一種“將可見世界與暗物質聯(lián)系起來”的能量。
因為之前理論物理學家提出,可能存在帶有電磁力的奇特粒子,如“暗光子”(dark photons)。
克拉斯納霍凱團隊為了尋找暗光子,就用光子轟擊薄鋰片。當鋰吸收了光子,就變成了不穩(wěn)定的鈹,鈹衰變之后產生電子和正電子??死辜{霍凱團隊在實驗中發(fā)現(xiàn),以140度角轟擊薄鋰片,可以產生更多電子和正電子。
克拉斯納霍凱稱,當粒子以一種奇怪的方式分裂時,他們看到了一個興奮的、衰變的氦原子發(fā)出的光,而這種方式是目前物理學所不能解釋的,它不同于目前我們所知的四大基本力。
克拉斯納霍凱認為,這些多出來的粒子是由質量為電子34倍的某種粒子產生的。他們稱之為X17,所以他在一封電子郵件中說,“X17可能是一種粒子,它將我們的可見世界與暗物質連接起來?!?/p>
據報道,三年前,當克拉斯納霍凱團隊第一次在實驗中發(fā)現(xiàn)這種不同尋常的放射性衰變現(xiàn)象時,他們就推測這是一種新型粒子,這是自然界存在的“第五種力”。
他們的研究論文于2015年底刊發(fā)在著名的《物理評論通訊》(Physical Review Letters)上,
《自然新聞》(Nature News)也做了報道,不過當時并沒有引起學界多大的反響。這一次,情況大有不同了,因為這是第二次探測到這種新的粒子。
暗物質(Dark matter)是理論上提出的可能存在于宇宙中的一種不可見的物質,它可能是宇宙物質的主要組成部分,但又不屬于構成可見天體的任何一種目前已知的物質。大量天文學觀測中發(fā)現(xiàn)的疑似違反牛頓萬有引力的現(xiàn)象可以在假設暗物質存在的前提下得到很好的解釋。
現(xiàn)代天文學通過天體的運動、牛頓萬有引力的現(xiàn)象、引力透鏡效應、宇宙的大尺度結構的形成、微波背景輻射等觀測結果表明暗物質可能大量存在于星系、星團及宇宙中,其質量遠大于宇宙中全部可見天體的質量總和。結合宇宙中微波背景輻射各向異性觀測和標準宇宙學模型(ΛCDM模型)可確定宇宙中暗物質占全部物質總質量的85%、占宇宙總質能的26.8%。
但是目前科學家并沒有直接探測到暗物質,如果真的存在第五種基本力,將我們的可見世界與暗物質連接起來。
那么首先會對愛因斯坦的理論造成影響,自愛因斯坦的相對論橫空出世以來,科學家發(fā)現(xiàn)愛因斯坦的引力理論存在一些漏洞。
因為在這四種力中,科學家至今對為什么產生引力目前沒有詳細解釋。廣義相對論認為萬有引力是由于時空彎曲而產生,但是這個解釋還存在一些問題。而引力理論所存在的問題,科學家就解釋為宇宙中存在一種不可見的暗物質。

如果暗物質真的存在的話,那么將驗證愛因斯坦的引力理論,究竟是新發(fā)現(xiàn)的基本力取代引力成為第四種基本力,還是更加驗證引力的正確性,而從四大基本力變成五大基本力。
除此之外,那么它將顛覆現(xiàn)有的物理體系,我們都知道,楊振寧的楊·米爾斯理論為基礎的規(guī)范場論發(fā)展成為基本粒子的標準模型,在粒子物理學里,標準模型是一套描述強力、弱力及電磁力這三種基本力及組成所有物質的基本粒子的理論。即使是尚未統(tǒng)一到標準模型中的引力,也有可能包括進規(guī)范場的理論之中。由此實現(xiàn)了三大力的統(tǒng)一。

強核力使原子核保持在一起,弱核力導致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、恒星和星系不被撕裂,標準模型下的物理宇宙井然有序。
楊·米爾斯理論可以說是20世紀后半葉最偉大的物理成績之一,由楊·米爾斯理論發(fā)展的標準模型準確地預言了在世界各地實驗室中觀察到的事實,其應用已經深入在物理學的其他分支中,諸如高能物理、統(tǒng)計物理、凝聚態(tài)物理和非線性系統(tǒng)等等。

而如果這項發(fā)現(xiàn)成真,那么將對現(xiàn)有的物理體系造成無法預知的影響,究竟標準模型能否適用于第五大基本力,如果不適用,規(guī)范場論是不是需要進行修改,新基本力的發(fā)現(xiàn)會不會與現(xiàn)有科學原理引發(fā)矛盾,這些都未可知。
不過,如果真的成真的話,這將毫無疑問是一項諾獎級的成就,該項研究成果將增進人類對于宇宙運行機制的理解,尤其是解答“暗物質”為何的謎團。