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三大基本力都被统一,只剩下引力没有,它的本质是什么?

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引力是物理学中的四大基本力之一,另外三个是强力、弱力和电磁力。后面三种已经统一,唯独引力格格不入,没有参与到统一的进程中。要知道,发现大一统理论最有可能的方法就是统一四大基本力。统一了它们,就有可能发现各种物理现象深层的规律,推动大一统理论诞生。然而现在就被引力给难住了,它到底是什么?

牛顿被苹果砸到脑袋后,就开始思考苹果为什么只垂直往下掉,而不是别的方向。他越研究越兴奋,因为他发现了这种情况存在于整个自然界中,后来又把目光对准星空,发现了天体之间的联系,就这样牛顿提出了万有引力。每个物体之间都有引力,力的大小和物体的质量成正比。注意,牛顿是提出了万有引力,不是发明,他也不知道引力的本质到底是什么。

他在《自然科学的数学原理》中的表述很复杂,强调他考虑的引力是从数学角度,没有从物理角度出发。牛顿的晚年依然被这个问题伤透了脑筋,以至于最后把它丢给了上帝,说是上帝创造了引力。

牛顿力学的漏洞引起了众多科学家的注意,爱因斯坦首先发声,指出牛顿力学在微观领域漏洞百出,无法解释微观世界的运动。以太实验的失败,给了爱因斯坦灵感,不久相对论诞生。在相对论中,引力被解释为时空扭曲产生的特殊现象,每个天体周围的时空都发生了肉眼不可见的扭曲,引力的本质就是如此,这也是目前科学界的主流观点。

黑洞也在相对论预言中出现,它是种拥有强引力的天体,它质量大体积小,周围的时空弯曲到了难以想象的程度,连光也逃不出黑洞。除了黑洞,还有虫洞引力波等,它们都是引力场方程的解。这个方程比较特殊,不止一个解,到现在还有众多科学家尝试用不同方法解它,想要发现新成果。

量子力学则试着从微观层面解释引力的本质。它假设出了引力子,将引力子之间的变换视为引力的本质。这种说法看似天衣无缝,完美结合了相对论和牛顿力学,但致命伤就是没办法用实验验证。实验证明是科学界的铁律,每种理论都要经过实验的考核,不然它难以服众,只是个假说。引力子到现在都没法观测,所以某种意义上来说,量子力学在解释引力这块是吃亏了,相对论略胜一筹。

在引力面前挫败,在另外三个基本力面前,量子力学就厉害了。著名物理学家杨振宁联合米尔斯提出了杨-米尔斯方程,用数学方法解释了电磁力,同时引入了场理论。细腻的用量子力学的方式,解答了微观粒子之间的联系运动。在它的基础上,粒子物理的标准模型出现了,一下子统一了强力、弱力和电磁力,是物理学的大事件。

唯一的遗憾就是引力了,或许引力的特殊之处就在于它不能被统一,引力的本质到底是什么我们至今没有定论,相对论模型解释引力是最能让人接受的观点。量子力学统一了另外三大基本力,它和相对论倒是分工明确,两者的最大分歧也就是引力问题。未来的物理学将继续解释引力问题,等到引力被我们了解熟知,离突破地球的束缚也就不远了。作为宇宙中最常见的力,引力能帮助我们遨游太空,期待这一天的到来。

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