宇宙中的相互作用

  • 格式:doc
  • 大小:23.50 KB
  • 文档页数:2

宇宙中的相互作用

当今科学界公认,宇宙中总共存在四种相互作用:万有引力、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。但如今随着暗能量、“第五种力”的发现,这一经典理论受到了严峻的考验。

先简单地介绍一下四种相互作用:万有引力是物体与物体之间表现出的吸引关系,是四种力中最弱的一种。电磁相互作用也称电磁力,由于它的作用,形成了不同的原子结构和光的传播。强相互作用把原子核内部各个粒子紧紧地吸引在一起。最后一种是弱相互作用,它使物体产生某种辐射。从作用范围上分析,万有引力主要在从分子到星体范围的宏观世界起作用,电磁相互作用主要控制原子核到分子的范畴,强相互作用与弱相互作用则作用在原子核内部更微观的世界。这样,四种强度悬殊、性质各异的基本力,从宏观世界到微观世界,完全控制了我们的宇宙。

不过,物理学家们很早就怀疑这四种基本力在宇宙混沌初开的某一阶段可能原来是一种作用力,后来随着宇宙的演化而各种成家了。长期以来,不少物理学家就致力于这四种基本力的统一工作,以还其庐山真面目。爱因斯坦晚年一直在建立他的“大统一理论”,可惜最后没有成功。1967年温伯格和萨拉姆成功地把电磁相互作用与弱相互作用统一起来,建立了弱电统一理论【在这里我有一个疑问:既然弱电统一理论早已建立,而且如今也已证实了暗能量是与万有引力相抗衡的作用,那么为什么我们读初二时物理教科书还写着经典理论的四种相互作用?】目前,物理学家们正乘胜追击,致力于建立所谓的大统一理论,“弦理论”便是最著名的统一理论,但可惜它一直没有在实验上得到证实。

下面接着说一下还未被公认的“第五种力”,它是人们在对落体运动的研究中发现并提出的假说。关于落体运动,人类经历了从亚里士多德的“重物比轻物下落得快”到伽利略的“轻物和重物下落速度相同”的变革。然而,随着科技的进步,测量仪器变得越来越精确,在1992年,匈牙利的劳伦特.冯.富佛斯等在一次实验中发现:不同重量物体的下落速度略有不同。后来,美国的朗格对富佛斯的实验重新进行分析后发现:羽毛的下落速度要略大于铁块。朗格根据自己的实验及1891年以来有相当可靠程度的七组实验结果认为,在实验室尺度上,牛顿的引力平方反比定律和实验相比有一系统的偏差。这个偏差,可以表示为引力常数随距离的变化,以后对大量的物理实验结果的分析证实了它的存在。由此,“第五种力”的假说诞生了。它是一种排斥力,只能在几米到几百米的有限距离内起作用。它的大小取决于质子与中字的比,与质子、中子总质量加上结合能值成反比。由于结合能的大小随原子而异,所以1Kg的铁块下落速度要比1Kg的木块稍慢,1Kg的铁块和10Kg的铁块下落速度相同。原因就是铁原子的结合能要比木头的结合能大。

目前,探索第五种力的实验大致可以分为以下三种。

第一类实验是把地球作为引力源,测量离地心不同距离处重力加速度的变化,以此和按牛顿平方反比定律算得的理论值相比较。

第二类实验是测量同一引力源【如大山崖】对质量相同而成分不同的物体的引力作用差别。

第三类实验是测量反物质--目前用的是反质子和正电子--在地球引力作用下的加速度,如果存在与重子数和轻子数相关的第五种力,则其加速度将和质子、电子的不同。实验计划已获得批准,但还未取得结果。

关于第五种力可能带来的影响,多数人认为这将是物理学上的“革命”,动摇爱因斯坦相对论的理论基础。但也有人认为,这第五种力充其量只是一种极其微弱的力量,它只能在局部范围内起作用,不见得能动摇爱因斯坦的相对论。

现在,科学界关于第五种力,还处在讨论之中。有些科学家正在忙于设计更为精密的

实验。随着时间的流逝,对于是否存在第五种力的问题可能会有一个明确的答案。我们拭目以待。