宇宙中“第五種力”之爭

早在17世紀，偉大的意大利物理學家G·枷利略，曾以一次具有深遠意義的實驗，挑戰亞里斯多德的經典信條。他在高高的比薩斜塔上，將兩個質量不等的鐵球同時投下，結果兩個鐵球同時著地。他得出結論說，任何物體，不管是一個鐵球還是一根羽毛，如果在真空中自由下落，其加速度必然是一樣的，因而必定同時落地。他的這一觀點，直接推動牛頓總結力學三大定律，而愛因斯坦的相對論也是在這一基礎上提出來的。

可是，這一300多年來顛撲不破的真理，終于受到了嚴峻的挑戰。一個以美國物理學家費希巴赫為首的科研小組，通過實驗發現，不同質量的物體，在真空中實際上并不具有相同的重力加速度。費希巴赫推測，其原因可能是在物體下落時除了受到引力的作用以外，還受到一種尚不為人知的力的作用。

迄今為止，多數科學家公認，在宇宙中存在著四種力：第一種是引力，它是一個物體(或粒子)對于另一個物體(或粒子)的吸引力，是四種力中最弱的一種。第二種叫做電磁力，由于它的作用，形成了不同的原子結構和光的傳播。第三種是強相互作用力，它把原子核內部各個粒子緊緊地吸引在一起。第四種是弱相互作用力，它使物體產生某種輻射。

按照費希巴赫的看法，現在新發現的這種力，應該是宇宙中的“第五種力”，它是一種排斥力，只能在幾英尺到幾千英尺的有限距離內對物體起作用。這可能是以一種“超電荷”形式出現的。從實驗中可以推斷出，“超電荷”抵消了一部分引力的作用，從而減緩了下落物體的加速度。減速的值取決于質子和中子的比，而且和原子的總質量，即質子、中子總質量加上結合能值成反比。由于結合能的大小隨原子而異，它所產生的這第五種力也就能隨結合能大小而異。由此得出的結論是：兩個體積不同的物體，如一個體積較小的鐵塊和一個體積較大的木塊，即使它們的重量完全一樣，也將因為它們結合能的不同而以稍稍不同的速度下落。鐵原子的結合能要比木結合能大，所以鐵塊的下落速度要比木塊的稍慢。費希巴赫小組的新發現，在科學界引起極大的興趣。同時，圍繞是否存在第五種力，也展開了激烈的爭論。

許多科學家在進行各種有關引力的實驗時，也同樣遇到了無法單純以引力解釋的現象。因此，一些科學家提出了一些支持費希巴赫的證據。但是，也有為數不少的科學家堅持聲稱，他們自己的實驗表明，目前還找不到存在第五種力的證據。

美國科羅拉多州的實驗物理聯合研究所計劃重做伽利略的落體實驗，并采用激光來檢測物體下落的速度。他們準各把下落物體放在一個盒子的真空軸內，以免在實驗時受到氣流的干擾，盒子下面裝一面反射鏡，可將光線沿射來的方向反射回去。盒子中還另有裝置，以確保在下落時，盒子及所裝的各種物體保持相對穩定。物體下落時，一束激光被分割為二，有一半射向盒子，被反射回來，與另一半會合，產生了各種投影，從而可以更加準確地描繪出一個下落物體在速度增加時所受到的各種干擾情況。上述實驗設想，可以證明宇宙中確實存在著一種新的力嗎?許多科學家并不感到樂觀。美國普林斯頓大學的一位科學家指出：證明伽利略論斷的實驗“在原則上是最簡單的，但是在實踐中是最復雜的”。因為人們在實驗中很難照顧到全部復雜的因素，也不可能排除所有外部干擾。實驗時即使近處地層發生一次難以察覺的運動，或者實驗者本人引力的影響，都可能使精心炮制的各種方案功虧一簣。

科學家們對第五種力可能帶來的影響的估計也是不一致的。多數人認為這將是物理學上的一次“革命”，動搖愛因斯坦相對論的理論基礎，而且可能對今后物理學發展的方向以及新興的航天學都會產生重大影響。但也有人認為，這第五種力充其量只是一種極其微弱的力量，它只能在局部范圍內起作用，不見得能動搖愛因斯坦的相對論。

責任編輯 蒲 暉