宇宙由四個(gè)基本力控制：重力，電磁力以及強(qiáng)弱核力。這些力量推動(dòng)著我們周圍事物的運(yùn)動(dòng)和行為。至少這就是我們的想法。但是在過去的幾年中，越來越多的證據(jù)表明有第五種基本力量。新的研究還沒有發(fā)現(xiàn)這第五種力量，但是它確實(shí)表明我們?nèi)匀粵]有完全理解這些宇宙力量。

基本力是粒子物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型的一部分。該模型描述了我們觀察到的所有各種量子粒子，例如電子，質(zhì)子，反物質(zhì)等?？淇?，中微子和希格斯玻色子都是模型的一部分。

模型中的“力”一詞有點(diǎn)用詞不當(dāng)。在標(biāo)準(zhǔn)模型中，每個(gè)力是一種載玻色子的結(jié)果。光子是電磁的玻色子。膠子是強(qiáng)子的帶子玻色子，被稱為W和Z的子帶是弱子的玻色子。從技術(shù)上講，重力并不是標(biāo)準(zhǔn)模型的一部分，但假設(shè)量子重力具有一個(gè)稱為引力子的玻色子。我們?nèi)匀粵]有完全理解量子引力，但是一個(gè)想法是引力可以與標(biāo)準(zhǔn)模型結(jié)合起來以產(chǎn)生一個(gè)大統(tǒng)一理論(GUT)。

我們發(fā)現(xiàn)的每個(gè)粒子都是標(biāo)準(zhǔn)模型的一部分。這些粒子的行為與模型非常精確地匹配。我們一直在尋找標(biāo)準(zhǔn)模型以外的粒子，但到目前為止，我們從未發(fā)現(xiàn)任何粒子。標(biāo)準(zhǔn)模型是科學(xué)理解的勝利。它是量子物理學(xué)的頂峰。

首先，我們現(xiàn)在知道標(biāo)準(zhǔn)模型無法以我們認(rèn)為的方式與重力結(jié)合。在標(biāo)準(zhǔn)模型中，基本力在較高的能量水平下“統(tǒng)一”。電磁和弱電結(jié)合成電弱，而電弱與強(qiáng)電結(jié)合成為電子核力。在極高的能量下，電子核力和重力應(yīng)統(tǒng)一。粒子物理學(xué)中的實(shí)驗(yàn)表明，統(tǒng)一能不匹配。

對(duì)星系的觀察表明暗物質(zhì)的分布。圖片來源：X射線：NASA / CXC /瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院/D.Harvey和NASA / CXC / Durham Univ / R.Massey;光學(xué)和透鏡圖：NASA，ESA，D。Harvey(瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院)和R. Massey(英國杜倫大學(xué))

更大的問題是暗物質(zhì)的問題。最初提出暗物質(zhì)來解釋為什么星系外緣的恒星和氣體運(yùn)動(dòng)得比重力預(yù)測的快。我們的萬有引力理論是錯(cuò)誤的，或者星系中一定有一些看不見的(暗的)質(zhì)量。在過去的五十年中，有關(guān)暗物質(zhì)的證據(jù)變得非常有力。我們已經(jīng)觀察到暗物質(zhì)如何將星系聚在一起，如何在特定星系中分布以及它的行為。我們知道它與常規(guī)物質(zhì)或自身之間的相互作用不強(qiáng)，并且在大多數(shù)星系中占了大部分質(zhì)量。

但是標(biāo)準(zhǔn)模型中沒有粒子可以構(gòu)成暗物質(zhì)。暗物質(zhì)可能是由諸如小黑洞之類的東西構(gòu)成的，但是天文學(xué)數(shù)據(jù)并不能真正支持該想法。暗物質(zhì)很可能是由一些尚未發(fā)現(xiàn)的顆粒組成的，這是標(biāo)準(zhǔn)模型無法預(yù)測的。