我們知道，宇宙是由四個(gè)基本力控制的--強(qiáng)核力、弱核力、電磁力以及引力。但是，如果仍然存在一個(gè)或多個(gè)我們?nèi)晕粗獣缘奈锢砹?，那?huì)發(fā)生什么呢？就此，科學(xué)界面臨著這樣的挑戰(zhàn)：去發(fā)現(xiàn)一個(gè)可以顛覆或者質(zhì)疑這四個(gè)基本力的現(xiàn)象。

兩位天文學(xué)家考驗(yàn)牛頓定律

首先我們得稍微回顧一下物理課的內(nèi)容。伊薩克·牛頓是第一位真正探索重力問題的科學(xué)家。在他的一系列研究之前，我們認(rèn)為重力是理所當(dāng)然的，或者說是一種可預(yù)測(cè)的力。維基百科上載：萬(wàn)有引力定律描繪了萬(wàn)有引力是一種導(dǎo)致天體墜落和天體運(yùn)動(dòng)的力。

從這個(gè)原則開始，牛頓建立了解釋所有物體運(yùn)動(dòng)的法則，小到一個(gè)蘋果從樹上掉上來的過程，達(dá)到行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道。

然而，直到通過阿爾伯特·愛因斯坦和他所建立的廣義相對(duì)論，我們才能更深入地理解引力。就此，我們要稍微注意一下，愛因斯坦的理論認(rèn)為引力不是一種力，而是一種時(shí)空彎曲的表現(xiàn)。這種彎曲來自于以質(zhì)量或動(dòng)能形式的能量分配，這種分配隨著觀察者的參考系不同而有所差別。

但是，廣義相對(duì)論是一個(gè)不完整的引力理論，因?yàn)榇死碚摬⒉荒茉诹孔宇I(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用。反倒是弦理論在量子領(lǐng)域內(nèi)似乎更加適用。弦理論認(rèn)為隨著宇宙的擴(kuò)大和變化，自然基本常數(shù)可能會(huì)同時(shí)改變。

為了弄清這個(gè)問題，科學(xué)家們開始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

近幾年，科學(xué)家們進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)來深入研究地球和其附近地區(qū)的重力強(qiáng)度。這些實(shí)驗(yàn)顯示了重力常數(shù)G的嚴(yán)格變化，但也僅僅是在近些年來。也就是說，牛頓常數(shù)或許并不恒定，但卻沒有任何一次試驗(yàn)可以持續(xù)足夠長(zhǎng)的時(shí)間來讓科學(xué)家們觀測(cè)到這個(gè)事實(shí)。

宇宙背景輻射是一種在星空各個(gè)角度觀測(cè)都等值的電磁輻射，其輻射峰值在微波區(qū)間，微波（并非在廚房中的微波爐）是介于紅外線和廣播電波間的中等波長(zhǎng)。俄亥俄州立大學(xué)的天文物理學(xué)家保羅·蘇特表示，通過觀測(cè)宇宙背景輻射，我們可以看到牛頓常數(shù)的某些變化。

牛頓常數(shù)能否保持恒定？是否會(huì)隨著時(shí)間減弱？

近來，天文學(xué)家在arXiv期刊上發(fā)表了關(guān)于：用開普勒天文望遠(yuǎn)鏡觀星以測(cè)重力常數(shù)變化的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 這次高精度的試驗(yàn)同樣使我們認(rèn)識(shí)到了數(shù)百萬(wàn)年來恒星的演化。通過長(zhǎng)時(shí)間觀測(cè)恒星，他們發(fā)現(xiàn)某些重力常數(shù)變化是源于恒星亮度的變化。更具體來說，就好像是恒星在來自外部聲波作用下的閃爍和顫抖。這些聲波作用在恒星表面會(huì)影響恒星亮度。然而，我們需要知道，恒星的構(gòu)成會(huì)隨著它的質(zhì)量和年齡產(chǎn)生差異。在恒星演化過程中，他的內(nèi)核與所有內(nèi)部構(gòu)成層的動(dòng)力學(xué)會(huì)變化，而且這些變化會(huì)影響到其表面的變化。

說回牛頓常數(shù)。如果牛頓常數(shù)確乎恒定，那么恒星的亮度和溫度會(huì)隨著時(shí)間增長(zhǎng)，因?yàn)楹阈莾?nèi)核氫物質(zhì)的燃燒會(huì)在其的航跡上留下大量氦氣惰性氣體。這些氦氣阻礙了聚變過程，減弱了其效率，并迫使恒星加速燃燒以維持平衡，結(jié)果使其更加熱和明亮。但是如果說牛頓常數(shù)隨時(shí)間緩慢減弱，那么恒星亮度和熱度的加速本應(yīng)該以更快的時(shí)間尺度進(jìn)行。然而不巧，為了證實(shí)或是推翻這樣的假說，我們將需要在一段很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)觀測(cè)更多的天體。

目前，牛頓的萬(wàn)有引力常數(shù)似乎是顛撲不破的

然而，天文學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了新的方法，著手去觀察KIC7970740這顆星體，它的質(zhì)量是太陽(yáng)的四分之三，并且從至少110億年前就開始燃燒。通過多年來在開普勒天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)這顆星，天文學(xué)家們匯編了數(shù)據(jù)，通過這些數(shù)據(jù)比較了恒星演化的不同模型，也考慮了牛頓引力的變化模型。

他們的分析結(jié)果表明牛頓萬(wàn)有引力常數(shù)確實(shí)是恒定的，至少是基于對(duì)KIC7970740的觀測(cè)數(shù)據(jù)。 他們認(rèn)為在這顆星體存在的110億年內(nèi)，牛頓的重力常數(shù)是恒定的。在確認(rèn)了這件事后，我們可以提出一個(gè)問題：為什么這個(gè)常數(shù)會(huì)長(zhǎng)久不變？但是，至少現(xiàn)在，沒有一位科學(xué)家可以對(duì)此作出解釋。

BY: dailygeekshow

FY:?Sylvie穆涼

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