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万物之间为何有引力 它是如何产生的

2023-05-04 大全 49 作者:考证青年

万物之间为何有引力  它是如何产生的

这是关于物质本源的终极性问题,很可能距离其真正解决还有无穷遥远的路要走。

为了说明物质间存在万有引力,爱因斯坦认为宇宙就相当于一张“网”,一个物体的存在,就会将这张网“压”得变形——使物质周围的时空发生弯曲,从而让另一个物体存在相对运动的趋势,这种运动趋势相当于前一个物体对后一个物体存在作用力——万有引力。

万有引力远比电磁力复杂(比如爱因斯坦引力场方程是典型非线性偏微分方程组,而描述电磁场的麦克斯韦方程组则是线性的,这也正是广义相对论深奥难解的一个重要原因——它涉及到的数学太难),万有引力是比电磁力更本质的东西(电磁力、弱力、强力已可纳入量子规范场理论的框架,并已得到不少实验的证明,而万有引力还很顽固,至今难以与量子理论协调,只有一些纯理论方面的猜测,比如超弦理论,离实验佐证还甚为遥远)。

电磁场的场量子就是光子,光子有能量、有动量、也有质量(这是所谓的动质量),光子所没有的只是所谓的静质量(这意味着要么光子总以光速飞行,要么它就根本不存在——不仅没有静止的光子,就连速度稍稍比光速慢的光子也没有),所以,光子照样要受到万有引力的作用。

有人居然把万有引力解释成光子的信息场的相互作用,这是双重误导:首先,物理中没有所谓的“光子的信息场”这么个概念,信息论中或许有信息场的概念,但它不是一个物理概念;其次,我上面已说过,万有引力是更本质更复杂的存在,用更表象的光子来解释更内在的万有引力显然是一种本末倒置。

广义相对论将引力几何化——认为物质及其运动所导致的时空弯曲就表现为万有引力,广义相对论的计算中根本就不出现引力这么个力,取而代之的是研究时空怎样具体的弯曲,物体在这一弯曲时空里怎样沿着最短的路径(测地线)作惯性运动,以及在特定的某个坐标系里怎样看待这一惯性运动(看上去就往往变成是加速运动了)。

量子场论则一如既往地把力看成是由媒介粒子传递的相互作用,它猜测引力是由引力子来传递。

广义相对论是当代的引力理论,它同牛顿的引力理论一样只是并不完美的相对真理,未来必有更好的引力理论来超越它。

尽管尚不清楚未来理论会有怎样的具体形式,但它的部分特征已初见端倪:简言之,就是多数物理学家都同意其中应含有量子力学的成分,引力场应是量子化的,引力应由或实或虚的引力子来传递。

作为现代物理两大基石之一的量子力学,其核心就是海森堡的测不准原理。

它告诉我们,在一个有限的时间里,任何一个物体的能量都不是绝对确定的。

由此,我们可以简单地估算一下太阳发射的用以束缚地球的单个的虚引力子会有多大。

具言之,太阳发射出一个引力子就相当于自身减少了一点能量e,如果太阳能在一段时间t内又收回同样大小的一个引力子,并且e与t的乘积不大于普朗克常数h,那么就没人能测出在t这段时间里太阳曾减少过e这么多的能量。

(这不是人类的测量手段不够,而是在原则上也测不出的,否则就违反了量子力学的第一原理——测不准原理。)

于是,我们就只能认为太阳一直是能量守恒的,而它吐出又吞下的引力子是虚的。

引力子也以光速飞行,它往返日地的最短时间是16分钟,相应的单个引力子的质量上限是10^-53kg这个量级。

要体会这种穿梭于日地间的引力子有多小,不妨对比一下太阳发出的光子。

以发射最多的黄绿光子为例,其质量约4*10^-36kg,这已比电子质量小了数十万倍,但却又比上述引力子大了18个数量级——百亿亿倍!相比于太阳对地球的光压,日地间的引力极其巨大;而承载这两种力的微粒却又有着截然相反的对比——相比于单个光子,单个引力子是何等渺小……

前路漫漫,若有足够的兴趣,请不懈地探索一生吧!

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