宇宙第五种力的研究

具有深远意义的实验

17世纪，意大利物理学家伽利略曾在比萨斜塔上做过一次具有深远意义的实验，让两个重量不等的铁球从同一高度自由下落，结果两个铁球同时着地。

伽利略得出结论是，任何物体，不管是一个铁球还是一根羽毛，如果在真空中自由下落，其加速度必然是一样的，因而必定同时落地。这一观点直接推动物理学家牛顿总结出了关于力的三大定律。而爱因斯坦的相对论也是在这一基础上提出来的。

可是，300多年来这一颠扑不破的真理近来却受到了严重的挑战。一个以美国物理学家费希巴赫为首的科研小组经实验发现，不同质量的物体在真空中实际上并不具相同的加速度。费希巴赫推测，其原因很可能是在物体下落时除了受引力的作用外，还受到一种尚不为人所认识的作用。

多数科学家公认宇宙中存在着四种力：第一种是引力，它是一个物体或一个粒子对于另一个物体或一个粒子的吸引力，是四种力中最弱的一种；第二种力叫作电磁力，由于它的作用形成了不同的原子结构和光的运动；第三种是强相互作用力，它把原子核内各个粒子紧紧地吸引在一起；第四种是弱相互作用力，它使物体产生某种辐射。

又发现了一种力

按费希巴赫的看法，现在新发现的这种力应该是宇宙中的第五种力，它是一种排斥力，只能在几米到几千米的有限距离内对物体起作用。这可能是以一种“超电荷”形式出现的力。

从实验中可以推断出，“超电荷”抵消了一部分引力的作用，从而减缓了下落物体的加速度。减速的值取决于质子和中子的比，而且和原子的总质量、中子总数加上结合能值成反比。由于结合能的大小随原子而异，它所产生的这第五种力也就随结合能大小而异。

由此得出的结论是：两个体积不同的物体，如一个体积较小的铁块和一个体积较大的木块，即使它们的重量完全一样，也将因为它们结合能的不同而以稍稍不同的速度下落。铁原子的结合能要比木原子的结合能大，所以铁块下落的速度要比木块的稍慢。

第五种力是否存在

费希巴赫小组的新发现引起了许多科学家极大的兴趣。同时，围绕是否存在着第五种力在科学界也展开了激烈的争论。

许多科学家在进行各种有关引力的实验时，也同样遇到了无法单纯以引力解释的现象，因此一些科学家提出了一些支持费希巴赫的证据。但是，也有为数不少的科学家坚持声称，他们自己的实验表明还找不到存在新的力的证据。

美国加利福尼亚大学物理学家纽曼就做过这样一个实验：他把扭秤放在一个钢的圆筒内，让扭秤悬挂一块铜块，铜块刚好处于圆筒中心靠边的位置，然后使它变换不同的位置。整个实验是在真空环境中并且严格排除磁场的影响下进行的。记录表明，钢圆筒的引力并没有使变动位置的铜块所受的重力产生影响。

面对双方都持有证据、又难说服对方的情况，费希巴赫也承认，要做出定论还需要进行一系列的实验。已经有不少科学家正在摩拳擦掌，准备投入这场争论。

科学家的争论

美国舆论界认为，可能很快将掀起一个以现代先进技术重新证明伽利略论断和牛顿定律的高潮。

美国科罗拉多州的实验物理联合研究所计划重做伽利略的落体实验，并采用激光来监测物体下落的速度。他们准备把下落物体放在上一个盒子的真空轴内，以免在实验时受到气流的干扰，盒子下面装一面反射镜，可将光线沿射来的方向反射回去。

盒子中还另有装置，以确保在下落时，盒子及所装的各种物体保持相对稳定。物体下落时，一束激光被分割为二，有一半射向盒子，被反射回来，与另一半会合产生出各种投影，从而可以更加准确地描绘出一个下落物体在速度增加时所受到的各种干扰情况。

美国华盛顿大学的物理学家则计划把诺特费思实验移到靠近一个巨大的悬崖峭壁的地方进行。以观察一个庞大物体的质量对原子核中具有不同结合能的物体究竟有多大影响。

纽曼教授也准备重复他的扭秤试验，但将试验的铜块改成由两种不同材料各居一半的一个混合物，从而判断不同材料的物体下落时是否会有不同的速度。

科学家的推断

上述实验设想可以证明宇宙中确实存在着一种新的力吗？许多科学家并不感到乐观。

美国普林顿大学的一位科学家指出，证明伽利略论断的实验“在原则上是最简单的，但是在实践中是最复杂的”。因为人们在实验中很难照顾到全部复杂的因素，以及排除各种外部干扰。

科学家们对第五种力可能带来的影响的想法也不一致。多数人认为这将是物理学上的一次“革命”，会动摇爱因斯坦相对论的理论基础，而且可能对今后物理学发展的方向以及新兴的航天学都产生重大的影响。但也有人认为，这第五种力充其量是一种极其微弱只能在局部范围起作用的现象，它不见得能动摇爱因斯坦的相对论。

拓展阅读

比萨斜塔是意大利比萨城大教堂的独立式钟楼，位于意大利托斯卡纳省比萨城北面的奇迹广场上。比萨斜塔在比萨大教堂的后面。