宇宙大爆炸后7亿~90亿年(第五种力)

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这是怎么回事?在整个物理学史上,有四种力被认为是足以解释物质之间的所有可能的相互作用:电磁力(造成异性电荷之间的吸引力)、强核力(将原子核约束在一起)、弱核力(造成放射性衰变)和引力(在整个宇宙范围内起作用的吸引力)。引力是四种力中最弱的,但在天文学家们关心的领域里它是最重要的。因为这是唯一在很远的距离上仍起作用的力(虽然电磁力也能产生长程作用,但因为物质平均起来是电中性的,所以这种力被抵消了)。而一个加速中的宇宙需要一种先前未曾显示出效应的第五种力。

  对于起这种作用的力已经有了许多理论性的假设,基本上大多数都是才一提出即遭抛弃。它把我们带入了奇异的真空力和虚粒子的世界。我们自然而然地把真空想象成不存在任何物质的地方,但是量子物理学告诉我们,这种想法过于简单了。任何真空都充满了沸腾起伏的大量的“虚粒子”。它们总是以粒子和反粒子的形式成对出现。这些带有相反电荷的虚粒子在互相碰撞湮灭之前只能存在不到10-43秒的短暂时间。这一过程可以描述为真空首先借来用以产生粒子的能量,然后在宇宙的其他部分觉察到之前,通过湮灭将能量返还。但在虚粒子短暂的存在期内对其周围却会产生影响。实际上在实验室中发现在某些情况下它们会产生斥力。这可能正是我们寻找的东西。而且,真空的体积越大,力就越强。所以我们预计随着宇宙的膨胀力会变大——恰如我们观测到的。

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