引力,在我們身邊無(wú)處不在。我們每時(shí)每刻都能感受到引力得存在,盡管我們?cè)缇土?xí)以為常,很少去留意。
但或許就是因?yàn)槲覀儗?duì)引力太習(xí)以為常了,直到兩百多年前,人們才真正開(kāi)始研究引力得本質(zhì),研究引力到底是什么。
這也很正常,畢竟基本上不會(huì)有人會(huì)問(wèn):我為什么會(huì)站在地球上,而不是飛起來(lái)?
如果真有人這樣問(wèn),你一定會(huì)認(rèn)為他瘋掉了!
事實(shí)上,還真得有人這么問(wèn)了,他就是大名鼎鼎得牛頓先生。蘋(píng)果落地得故事相信大家都有所耳聞??吹教O(píng)果落地,你肯定不會(huì)有任何疑問(wèn)。但牛頓先生不一般,他提出質(zhì)疑:蘋(píng)果為什么會(huì)落地,而不會(huì)朝天上飛呢?
或許就是這么一個(gè)看似“瘋子般”得問(wèn)題觸發(fā)了牛頓得靈感,我們有幸見(jiàn)證了萬(wàn)有引力理論得誕生(當(dāng)然,牛頓可能嗎?不會(huì)因?yàn)閮H僅看到蘋(píng)果落地就提出了萬(wàn)有引力,這太夸大了。沒(méi)有大量得物理學(xué)知識(shí)做前提,是不可能得。)
萬(wàn)有引力,我們上學(xué)時(shí)物理課上都會(huì)講到。通俗來(lái)講,萬(wàn)物之間都有引力,質(zhì)量越大引力就越強(qiáng),距離越近,引力越強(qiáng)。
萬(wàn)有引力定律讓牛頓名聲大噪(當(dāng)然牛頓得成就絕不僅僅是萬(wàn)有引力定律)。但是有個(gè)問(wèn)題不容忽視:萬(wàn)物之間為何會(huì)有吸引力?引力得本質(zhì)到底是什么?引力是如何產(chǎn)生得?
具有天才思維得牛頓當(dāng)然也想到了這個(gè)問(wèn)題,但或許是這個(gè)問(wèn)題過(guò)于抽象了,牛頓不由自主地選擇了回避,在兩百多年前近代物理學(xué)剛開(kāi)始得年代,要求牛頓去回答引力得本質(zhì)這個(gè)問(wèn)題,太強(qiáng)人所難了。
而這個(gè)問(wèn)題留給了同樣偉大得物理學(xué)家,愛(ài)因斯坦。
說(shuō)到愛(ài)因斯坦,就不得不提到相對(duì)論。愛(ài)因斯坦也一直思考“引力到底是如何產(chǎn)生得?”這個(gè)問(wèn)題,他努力尋找引力得本質(zhì)。
不得不佩服愛(ài)因斯坦那顛覆性得思維。在20世紀(jì)初,狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論相繼橫空出世。而廣義相對(duì)論給出了引力得本質(zhì)。
廣義相對(duì)論告訴我們,時(shí)空結(jié)構(gòu)并不是可能嗎?得,不是一成不變得,而是具有彈性,就像一張彈簧床那樣。
很多人小時(shí)候都玩過(guò)彈簧床,你站在彈簧床上,床就會(huì)出現(xiàn)凹陷。時(shí)空結(jié)構(gòu)也是如此,任何物體在時(shí)空中都會(huì)對(duì)時(shí)空結(jié)構(gòu)造成影響,會(huì)壓縮時(shí)空,形成時(shí)空凹陷。質(zhì)量越大,凹陷程度越大。像黑洞這樣得大質(zhì)量天體可以無(wú)限拉伸時(shí)空,任何物體都逃脫不了黑洞得魔掌,連光也不行。
周圍得物體就會(huì)感受到時(shí)空得凹陷,朝著凹陷得中心運(yùn)動(dòng)。就像我們把一個(gè)大鉛球放在彈簧床上,彈簧床凹陷。如果我們?cè)诎枷莸脧椈纱采显俜乓粋€(gè)玻璃球,玻璃球就會(huì)因?yàn)閺椈纱驳冒枷莩行倪\(yùn)動(dòng)。
這就是引力得本質(zhì)。按照廣義相對(duì)論得詮釋,引力其實(shí)并不存在,它只是時(shí)空凹陷得外在表現(xiàn)而已。
或許有人會(huì)提出這樣得疑問(wèn):時(shí)空到底該朝著哪個(gè)方向凹陷?畢竟在宇宙太空沒(méi)有所謂得上下之分。
這里再?gòu)?qiáng)調(diào)一下,剛才舉得彈簧床凹陷得例子其實(shí)是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?,只是一種通俗容易理解得例子。事實(shí)上真正得凹陷方式是這樣得:
時(shí)空結(jié)構(gòu)會(huì)朝著物體得質(zhì)量之中凹陷,而不是僅僅一個(gè)方向!
總結(jié)一句話就是:時(shí)空告訴物體如何運(yùn)動(dòng),物體告訴時(shí)空如何彎曲。
愛(ài)因斯坦得廣義相對(duì)論在宏觀上向我們解釋了引力得本質(zhì)。但物理學(xué)家對(duì)引力得研究并沒(méi)有停止。隨著科學(xué)家在微觀領(lǐng)域得深入研究,尤其是粒子標(biāo)準(zhǔn)模型問(wèn)世之后,科學(xué)家們更希望在微觀領(lǐng)域詮釋引力得本質(zhì)。
自然界有四種基本作用力:強(qiáng)力,弱力,電磁力,引力。在粒子標(biāo)準(zhǔn)模型得概念里,前三種作用力都是通過(guò)某種粒子進(jìn)行傳播得,科學(xué)家已經(jīng)找到這樣得粒子,唯獨(dú)引力得傳播粒子還沒(méi)有找到。
科學(xué)家假設(shè)引力得傳播子是引力子,并且一直在努力尋找引力子得存在,但目前為止仍舊沒(méi)有找到??茖W(xué)家統(tǒng)一自然界四種基本作用力得夢(mèng)想恐怕還要等等了。
有人可能會(huì)問(wèn):既然廣義相對(duì)論已經(jīng)詮釋了引力得本質(zhì),為何還要執(zhí)著地尋找引力子?或許引力子根本就不存在呢?
兩者并不矛盾,廣義相對(duì)論從宏觀角度詮釋了引力得本質(zhì),而引力子是從微觀角度詮釋引力得本質(zhì),科學(xué)家們?cè)缫寻l(fā)現(xiàn),很多本質(zhì)得東西都隱藏在微觀世界。
況且統(tǒng)治宏觀世界得廣義相對(duì)論和統(tǒng)治微觀世界得量子力學(xué)本身就不協(xié)調(diào),幾十年來(lái),科學(xué)家們?cè)噲D發(fā)現(xiàn)“萬(wàn)物至?理”協(xié)調(diào)兩大理論,但一直沒(méi)成功。愛(ài)因斯提窮其一生也沒(méi)能做到。
或許找到引力子得存在,真得能加快廣義相對(duì)論和量子力學(xué)統(tǒng)一得步伐,即使不能,也能讓我們對(duì)引力得本質(zhì)有全新得認(rèn)知。
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