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引力探索有“进行时”没有“完成时”

作者:佚名    来源:互联网    发布时间:2019-11-14 23:51    

2015年,科学界开展了广义相对论诞生100周年的纪念活动,一百年前的1915年,爱因斯坦发表了改变人们对宇宙理解的一组方程,“爱因斯坦方程组”替代了几个世纪流传的牛顿力学,引力在牛顿的引力理论中表现为大质量物体的相互作用力,引力在爱因斯坦的引力理论中不是人们对物体相互作用的直观感受,而是大质量物体弯曲宇宙时空的特性。牛顿的引力概念直到爱因斯坦的出现才发生改变,广义相对论告诉人们,引力不是牛顿力学设想的简单明了。广义相对论建构了一种理论框架,无论物体怎样运动,物理学定律对每一时刻的每一个人都同样适用,爱因斯坦认为引力是宇宙的特性,它不取决于单个物体的相互作用。广义相对论将万有引力描述为几何学的特征,宇宙结构由四维时空描述。

在广义相对论发表之后的一百年年,引力的奇异性依然挑战了人们的科学思维,爱因斯坦曾经预言,在“大变动”的宇宙诞生事件中产生了穿越宇宙时空的引力波,迄今为止,科学家没有发现引力波的任何蛛丝马迹,引力波的谜底没有揭晓,对引力波的观测和猜测从未停止,引力波理论成为了现代物理学“皇冠上的明珠”。2015年,两个主要的科学探测项目继续探索引力波的奥秘,第一个科学项目是 LIGO,它将会恢复引力波的观测实验,第二个科学项目是LISA,太空飞船的未来使命是在太空捕获引力波信号。

科学曙光也许照耀最大的科学难题:广义相对论和量子力学的不协调、不融合。人们不能期待科学家在2015年给出最大难题的答案。引力在原子世界的尺度表现得十分微弱,人们似乎忽略了它们在原子世界的存在,人们的“省略法则”也许错误,很难想象相对论遭遇量子物理学的困局,引力在量子世界也许扮演了关键作用,它的存在是自然运行的主要作用,人们只是对引力的微观认识十分有限。人们不可能在2015年得到引力悬疑的一切答案,但是,广义相对论悬而未决的谜题在解决问题的路上,最终的解决方案只是时间问题。

引力在人们的身边,人们看不到它们,却感受到它们的存在,人们感受了它们的存在,这不意味着人们发现了引力的性质,人们“脚踏实地”、“走在大路上”,天体引力将地球“锁定”在太阳周围,我们的地球不会飞往极寒的遥远太空,引力是人类生命的“压仓石”,人们从未感谢引力的牵引作用。走进引力的世界,一切确定性的描述似乎“不欢而散”,这说明在自然的四种基本力中,人们对引力的了解最少。物理世界最神秘的现象之一:引力是什么?从原地跳起,人们不会飞向天空,引力将他们拉回地球。登上山顶之后下山时,引力加速了人们的下山速度。引力作用好像牛顿对力学的思考方式,它影响和改变了物体的运动。

其它三种自然基本力存在它们的反力,例如:电磁力存在吸引和排斥的两种作用,相互吸引和排斥取决于电荷的性质。什么因素导致引力的不同?如何回答引力的单向作用?,量子场论也许提供了问题的线索,传递强力、弱力和电磁力的粒子表现了不同的电荷类型,诸如:电荷、或色荷,电荷或正、或负,直接导致了力的方向不同的可能性,相互作用或吸引、或排斥。引力的情形却不是如此,从量子场理论推出了一种粒子、或引力子,假设的粒子传递了引力的作用,引力子与能量密度有关,它总是采取正的符号。然而,人们不知道为什么引力严格地采取了吸力方式,还不能回答引力仅仅采取了吸引效应。

引力的另一种神秘性在于它为什么表现的极其微弱?设想一下我们用力跳到地面以上的空气,为了跳离地面几厘米的高度,我们用上了一点跳动的力气,人体的少量肌肉只有几公斤的重量,肌肉力量足以克服地球对我们身体形成的引力,我们的肌肉力量“抬起”了比身体重得多的物体,非常弱的引力比电磁力小了1040倍,而电磁力将原子束缚成分子结构。自然基本力的作用范围、或力程不同,它们在不同类型粒子之间的作用形式不同,三种基本力的强度大体上彼此匹配,为什么引力例外、与其它三种自然基本力不相匹配?微弱的引力最终改变了世界,它在天体世界是一种主要的束缚力量。目前最好的统一理论为弦理论,它是“万物理论”的主要候选者,弦理论的多维时空超越了四维时空的限制。

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