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引力为什么是四种基本力中最弱的力?研究者:引力或来自高维空间

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  我们探索行星、恒星、中子星、超新星、星系、星系团、超星系团等,探索黑洞、白洞、虫洞,探索空间,探索时间,直至探索整个宏观宇宙;我们也探索分子、原子、电子、质子、中子、中微子、夸克等,探索媒介子,探索强子、轻子,探索费米子和玻色子,探索正粒子和反粒子,直至探索整个微观宇宙。

  可是,人类在探索两个极端世界的过程中,却惊奇地发现,宏观世界与微观世界是截然不同的两个世界,它们各自的物理规律以及表现出来的物理现象,不但相差迥异,有时候简直南辕北辙。这困惑了无数的科学家和物理研究学者——为什么宇宙会如此的极端?无论宏观宇宙,还是微观宇宙,都属于“宇宙”这个整体不可分割的一部分,可是,为什么它们却不遵循统一规则?为什么找不到一个统一的理论将它们囊括为一体?

  爱因斯坦曾为此伤透了脑筋,因为微观世界里的量子理论与他的宏观世界里的相对论格格不入,被世人誉为“最聪明头脑”的他,怎甘于将名声丢在量子世界里,故此他将后半生的大部分时间都花在了寻找“大统一理论”上,遗憾的是,直至他离开世界也未能如愿。

  难道真的无法在宏观世界与微观世界之间架起一座连通的桥梁吗?也许我们物理学家和科学研究者们的探索方向不正确呢?探索科学,探索宇宙,水木长龙与您继续我们的探索之旅。

  我们知道,自然界存在四种基本作用力:引力,电磁力,强核力,弱核力。四种作用力中,电磁力,强核力,弱核力,都可以统一到一个理论框架内,可是,偏偏我们最为熟悉的一种力——引力,无论如何都无法融入到其它三种力的团队里。这令古今中外无数物理研究学者们困惑不解,为什么“引力”如此的特殊?

  与其它三种力对比,引力是最弱的一种力,与排在它后面的电磁力相比,相差10^11量级,其弱可以想象。引力虽然为自然界四种力中最弱的力,却几乎无处不在。只要有质量的两物体,之间就存在有引力(F=G*M*m/(r^2),G代表引力常量,M和m代表两物体质量,r代表两物体之间的距离)。

  如此普遍存在的一种力,为什么却与其它三种力如此的不合群?

  研究者推测,引力不只具有普遍存在性,而且可能具有超光速性。这种超光速性,并非体现在三维空间,而是普遍存在于多维空间。越高维的空间,其引力传播速度也越快。也就是说,引力之所以在我们三维空间是四种作用力中最弱却又最普遍存在的力,是因为当它从高维空间不断降维流泻下来直至到达我们三维空间时,已经被削弱到了非常小。如果是二维空间,可以想象,引力将被削弱到几乎为0 。

  而这种有关“引力”的理论,也可以解释为什么空间维数越高,相对的空间也越小。比如,超出我们三维空间的四维空间、五维空间、六维空间……直至物理科学界根据M理论(或称膜理论)推导出的11维空间,我们都是看不到的。而科学家的推测是,四维以上(包括四维)的维度空间都蜷缩在了普朗克尺度(1.6×10^35米)以内。

  为什么四维空间会变得那么小,连我们最先进的科学仪器都检测不到其存在?这或许就可以用最新的“引力理论”来给予解释。

  前面我们分析了,引力具有普遍性,而且在高于我们空间维数的高维空间里,会随着维数的增多而逐渐变强,并且传播速度也会变得更快。也就是说,引力在整个宇宙的所有空间(11维空间)里普遍存在,并且引力的强弱以及传播速度并不是固定不变的,而是随着空间维数的增加而逐渐增强和变快。

  既然引力具有普遍存在性(相对所有维度空间而言),又具有超光速性(相对高于我们三维空间的高维空间而言),那么,不难推测,在高维空间里,因为引力增强了(可以这样思考,每多一个维数,引力就会增强一些,如同流水又多出了一个流通渠道),物体之间的相互引力作用就会变得比三维空间更大。在超强引力(相对于我们三维空间而言)的相互作用下,高维空间的物体不会太大。可以想象一个引力比地球小几十倍的星球,如果上面也有智慧生命体,它们的体积大小会是怎样的?毋庸置疑,一定比地球人个头小。更何况,高维空间里的引力可能比地球强n个数量级,整个高维空间当然都不会太大,它们可能在超强引力的作用下被挤缩到很小,直至普朗克尺寸,甚至比普朗克尺寸还要小很多(因为越高维的空间,其引力越大)。

  由于所有的质量都被浓缩挤压到了极小的尺度上,根据爱因斯坦的质能方程,质量可以转化为能量,实则,质量也就相当于能量,所以,我们还能得出另一个推论:越高维的空间,其尺度越小,但其蕴藏的能量也越大。换句话也可以这样理解,不要小瞧看似不起眼的微观世界,它们里面蕴藏的能量有可能是我们宏观世界的指数倍。如果不相信,可以想想核弹爆炸时释放出的能量。

  通过以上分析探讨,我们不难得出结论:如果将引力放诸所有维度空间进行思考的话,它与微观世界的力就会挂钩联系起来。因为高维空间在超强引力的作用下,被挤压到普拉克尺寸以下,此时的引力也就相当于强核力,起着结合凝聚的作用。高维空间也就可以用微观世界的量子理论进行讨论分析了,四种作用力也就相当于统一了起来。

  今天的分享就到这里,感谢对水木的支持。

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