引力的本質是什么?為什么遲遲不能與量子力學兼容?
【引力的本質是什么?為什么遲遲不能與量子力學兼容?】牛頓的引力觀
在偉大的牛爵爺出現之前,不管是古希臘先賢們,還是世界各地的宗教都對引力有過思考,但是他們一開始就跑偏了,要么是只是用直覺上的考量,要么與造物主有深刻的關聯。引力在此時,可以說還沒有上升到科學的角度,就暫且不表了。
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直接過渡到牛頓時期,當一個蘋果砸中牛頓時,牛頓突然發現蘋果為什么都往下落,為什么不往上升呢?
在牛頓20多歲時,由于躲避瘟疫而在家待業,牛頓閑來無事開始思考這種看起來本該如此的自然現象,牛頓最終經過努力發現了萬有引力定律。1687年,牛頓在《自然哲學數學原理》這本著作中詳細描述了萬有引力定律與牛頓三大定律,牛頓給出了引力的理論描述和數學公式,使人們對引力有了較為清晰的認識。
然而,牛頓并沒有弄清楚引力到底是如何產生的,我們都知道中學課本里描述力的定義為:物體間的相互作用。很顯然引力并不是適用這條定義。在牛頓看來,引力是一種超距作用的力,是一種瞬間產生的作用,速度無窮大。
就算到今天,牛頓的引力觀其實在我們的生產生活中已經足夠用了,能夠很好地解釋我們生活中的很多現象。
愛因斯坦的引力觀
1905年,這一年被稱為愛因斯坦奇跡年,因為在這一年愛因斯坦連續發表了四篇論文,這四篇論文都是具備拿諾獎級別的實力。
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到1915年,愛因斯坦發表了《廣義相對論》基礎。愛因斯坦認為時間與空間是一個統一的整體,愛因斯坦使用數學中黎曼幾何來描述巨大的質量能夠導致其附近的時空彎曲,而彎曲的曲率代表其引力作用。
四種基本力力統一了嗎?
大家都熟悉四大基本力是強相互作用力、弱相互作用力、電磁力、引力。物理學家們一直試圖統一這四種力,但是到目前為止并沒有成功。
20世紀初,物理學家們開始研究和發展量子力學,物理學家通過對高速粒子的碰撞發現了很多基本的粒子包括各種夸克,輕子,光子,W玻色子和Z玻色子,膠子,以及它們對應的反粒子。
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到1967年至1970年,包括由格拉肖、溫伯格、薩拉姆、蓋爾曼、弗里奇、格羅斯等人共同建立了粒子物理的標準模型。這張表就像是元素周期表一樣,我們都知道元素的不同是元素原子核中的質子與中子的數量不同。而標準模型中的基本粒子夸克可以組合構成上一級的粒子,如質子與中子,比如說質子是由兩個上夸克與一個下夸克構成,π介子就是有上夸克和下夸克及其反夸克構成。
后來,物理學家們又發現物質之間的力與這些基本粒子息息相關,1973年,美國科學家格羅斯、波利茨、威爾茨克建立了量子色動力學(QCD)來描述強相互作用力。QCD解釋了膠子(gluon)的存在(膠子是強子中的電中性粒子,其作用是使夸克粘合而形成強子,膠子有八種態)是強相互作用力的媒介粒子。而W 及 Z 玻色子是弱相互作用力的媒介粒子,光子是電磁力的媒介粒子。
標準模型的基本粒子都找到了對應的力的源頭,也標志著其統一了四種基本力中的三個,但是人們希望的“引力子”(一個傳遞引力的假想粒子)遲遲未找到
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