第五種力

這是怎么回事？在整個物理學(xué)史上，有四種力被認(rèn)為是足以解釋物質(zhì)之間的所有可能的相互作用：電磁力（造成異性電荷之間的吸引力）、強(qiáng)核力（將原子核約束在一起）、弱核力（造成放射性衰變）和引力（在整個宇宙范圍內(nèi)起作用的吸引力）。引力是四種力中最弱的，但在天文學(xué)家們關(guān)心的領(lǐng)域里它是最重要的。因為這是唯一在很遠(yuǎn)的距離上仍起作用的力（雖然電磁力也能產(chǎn)生長程作用，但因為物質(zhì)平均起來是電中性的，所以這種力被抵消了）。而一個加速中的宇宙需要一種先前未曾顯示出效應(yīng)的第五種力。

對于起這種作用的力已經(jīng)有了許多理論性的假設(shè)，基本上大多數(shù)都是才一提出即遭拋棄。它把我們帶入了奇異的真空力和虛粒子的世界。我們自然而然地把真空想象成不存在任何物質(zhì)的地方，但是量子物理學(xué)告訴我們，這種想法過于簡單了。任何真空都充滿了沸騰起伏的大量的“虛粒子”。它們總是以粒子和反粒子的形式成對出現(xiàn)。這些帶有相反電荷的虛粒子在互相碰撞湮滅之前只能存在不到10-43秒的短暫時間。這一過程可以描述為真空首先借來用以產(chǎn)生粒子的能量，然后在宇宙的其他部分覺察到之前，通過湮滅將能量返還。但在虛粒子短暫的存在期內(nèi)對其周圍卻會產(chǎn)生影響。實際上在實驗室中發(fā)現(xiàn)在某些情況下它們會產(chǎn)生斥力。這可能正是我們尋找的東西。而且，真空的體積越大，力就越強(qiáng)。所以我們預(yù)計隨著宇宙的膨脹力會變大——恰如我們觀測到的。

宇宙剪切

暗能量存在的進(jìn)一步證據(jù)來自意想不到的一個方面。通過觀察幾十萬個星愛因斯坦在黑板前。1923年12月6日系的形狀，天文學(xué)家能夠測量出自光線從每個星系發(fā)出后宇宙的膨脹。這種方于荷蘭萊頓。法被叫做宇宙剪切，它依賴于光線路經(jīng)質(zhì)量時產(chǎn)生的彎曲。這種效應(yīng)最壯觀的例子是愛因斯坦環(huán)。來自遙遠(yuǎn)星系的光在從近鄰系統(tǒng)的旁邊經(jīng)過時被嚴(yán)重扭曲，擴(kuò)散成一個環(huán)形。近鄰的系統(tǒng)位于中心。星系的圖像也常常被扭曲和拉伸成弧狀。除了這些極端的例子，我們看到的每個星系的圖像都存在某種程度的畸變，畸變的大小反映出光線在到達(dá)觀測者之前經(jīng)過的質(zhì)量總量。對大多數(shù)星系而言這種效應(yīng)很微弱，只表現(xiàn)為星系在天空中位置上的小小偏移。這就存在一個問題，我們只能看到星系發(fā)生偏移后的景象，而要測量出途經(jīng)的質(zhì)量及計算出膨脹的大小，我們需要與一個從星系發(fā)出后未經(jīng)任何畸變的光線作比較。對任何特定的星系，這都是不可能的。然而通過天文學(xué)家設(shè)計的對龐大數(shù)量星系的巡查，可以對很多星系作統(tǒng)計平均來提取出這類信息。其結(jié)論是明白無誤的：光線從星系到我們之間所走過的路徑需要用一個加速的膨脹來解釋。