20世紀(jì)與萬(wàn)有引力相關(guān)的兩大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一是,1967年劍橋大學(xué)的女碩士研究生貝爾,與其導(dǎo)師休伊特發(fā)現(xiàn)一顆脈沖雙星。他們通過(guò)對(duì)這對(duì)脈沖雙星的運(yùn)動(dòng)周期的精確測(cè)定證實(shí),與愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論所預(yù)言的結(jié)果一致,這對(duì)脈沖雙星的運(yùn)動(dòng)周期的變慢速度與基于廣義相對(duì)論計(jì)算的引力輻射是一致的。
在經(jīng)典物理學(xué)框架內(nèi),貝爾與休伊特的觀測(cè)結(jié)果直接支持了愛(ài)因斯坦1916年發(fā)表的關(guān)于引力場(chǎng)理論的廣義相對(duì)論,但是,引力的本質(zhì)是什么,仍然是未知的。
到了20世紀(jì)80年代,理論物理學(xué)家們認(rèn)識(shí)到,要想真正揭示引力的本質(zhì),必須將引力場(chǎng)量子化,即將引力理論與普朗克提出的量子理論融合。在這種設(shè)想之下,理論物理學(xué)家提出了近10種將引力量子化的理論,其中最引人注目的是美國(guó)加州大學(xué)的青年理論物理學(xué)家愛(ài)德華·威騰提出的“宇宙弦理論”。該理論用“弦”的概念替代通常的“粒子”概念,將粒子之間的相互作用用弦的振動(dòng)描述,在此基礎(chǔ)上。將引力的本質(zhì)描述成“弦”的振動(dòng)態(tài)。
雖然威騰的理論從物理學(xué)家角度看是一個(gè)很合理的理論,但是,要想在實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到“弦”在目前看來(lái)根本不可能。因?yàn)樵谕v的理論中“弦”的幾何尺度只有10米~30米的尺度,近似所謂的“普朗克尺度”,所以到了20世紀(jì)末,理論物理學(xué)家們幾乎失望地又回到老路上,引力是否可以量子化的難題仍然如故。
俗話講.“柳暗花明又一村”,雖然引力量子化的各種努力目前看來(lái)仍然是徒勞的,但進(jìn)入20世紀(jì)90年代,天文學(xué)的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)為人類重新認(rèn)識(shí)引力打開(kāi)了一扇大門(mén)。這就是繼貝爾和休伊特的發(fā)現(xiàn)之后的可稱上20世紀(jì)關(guān)于萬(wàn)有引力的第二大發(fā)現(xiàn)——宇宙暗物質(zhì)與暗能量的存在。
由于暗物質(zhì)是目前采用光學(xué)與射電天文望遠(yuǎn)鏡都無(wú)法直接測(cè)知的物質(zhì),這里自然使物理學(xué)家們聯(lián)想到,這類物質(zhì)是不和電磁相互作用的傳播載體——光子相互作用的。而我們知道,通常情況下光子是直接與物質(zhì)發(fā)生相互作用。暗物質(zhì)的這種奇特性質(zhì)自然使物理學(xué)家們相信物質(zhì)與光子的作用方式還有未知的特性,這些未知預(yù)示著引力相互作用與電磁相互作用在宇宙中某種神秘的尚未知的聯(lián)系,這就為人類在大尺度上設(shè)想將引力與電磁力的統(tǒng)一提供了一個(gè)認(rèn)識(shí)的入口。
進(jìn)入21世紀(jì),新的天文觀測(cè)逐步證實(shí),暗物質(zhì)在宇宙中普遍存在。同時(shí),又發(fā)現(xiàn)了與暗物質(zhì)相伴的宇宙暗能量約占宇宙總質(zhì)量超過(guò)70%,也就是說(shuō),我們可視的宇宙中的物質(zhì)只有不到30%,其余大部分是暗物質(zhì)。
美國(guó)航空航天局已將探測(cè)宇宙暗物質(zhì)列入議事日程,預(yù)計(jì)2008年后5年內(nèi)將會(huì)發(fā)射宇宙探測(cè)器到太空去探測(cè)暗物質(zhì),一旦人類找到暗物質(zhì)為什么不與光子相互作用的實(shí)驗(yàn)證據(jù),則人類離揭開(kāi)引力之謎就為期不遠(yuǎn)了。