引力的本质是什么?为什么迟迟不能与量子力学兼容?
【引力的本质是什么?为什么迟迟不能与量子力学兼容?】牛顿的引力观
在伟大的牛爵爷出现之前,不管是古希腊先贤们,还是世界各地的宗教都对引力有过思考,但是他们一开始就跑偏了,要么是只是用直觉上的考量,要么与造物主有深刻的关联。引力在此时,可以说还没有上升到科学的角度,就暂且不表了。
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直接过渡到牛顿时期,当一个苹果砸中牛顿时,牛顿突然发现苹果为什么都往下落,为什么不往上升呢?
在牛顿20多岁时,由于躲避瘟疫而在家待业,牛顿闲来无事开始思考这种看起来本该如此的自然现象,牛顿最终经过努力发现了万有引力定律。1687年,牛顿在《自然哲学数学原理》这本著作中详细描述了万有引力定律与牛顿三大定律,牛顿给出了引力的理论描述和数学公式,使人们对引力有了较为清晰的认识。
然而,牛顿并没有弄清楚引力到底是如何产生的,我们都知道中学课本里描述力的定义为:物体间的相互作用。很显然引力并不是适用这条定义。在牛顿看来,引力是一种超距作用的力,是一种瞬间产生的作用,速度无穷大。
就算到今天,牛顿的引力观其实在我们的生产生活中已经足够用了,能够很好地解释我们生活中的很多现象。
爱因斯坦的引力观
1905年,这一年被称为爱因斯坦奇迹年,因为在这一年爱因斯坦连续发表了四篇论文,这四篇论文都是具备拿诺奖级别的实力。
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到1915年,爱因斯坦发表了《广义相对论》基础。爱因斯坦认为时间与空间是一个统一的整体,爱因斯坦使用数学中黎曼几何来描述巨大的质量能够导致其附近的时空弯曲,而弯曲的曲率代表其引力作用。
四种基本力力统一了吗?
大家都熟悉四大基本力是强相互作用力、弱相互作用力、电磁力、引力。物理学家们一直试图统一这四种力,但是到目前为止并没有成功。
20世纪初,物理学家们开始研究和发展量子力学,物理学家通过对高速粒子的碰撞发现了很多基本的粒子包括各种夸克,轻子,光子,W玻色子和Z玻色子,胶子,以及它们对应的反粒子。
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到1967年至1970年,包括由格拉肖、温伯格、萨拉姆、盖尔曼、弗里奇、格罗斯等人共同建立了粒子物理的标准模型。这张表就像是元素周期表一样,我们都知道元素的不同是元素原子核中的质子与中子的数量不同。而标准模型中的基本粒子夸克可以组合构成上一级的粒子,如质子与中子,比如说质子是由两个上夸克与一个下夸克构成,π介子就是有上夸克和下夸克及其反夸克构成。
后来,物理学家们又发现物质之间的力与这些基本粒子息息相关,1973年,美国科学家格罗斯、波利茨、威尔茨克建立了量子色动力学(QCD)来描述强相互作用力。QCD解释了胶子(gluon)的存在(胶子是强子中的电中性粒子,其作用是使夸克粘合而形成强子,胶子有八种态)是强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,光子是电磁力的媒介粒子。
标准模型的基本粒子都找到了对应的力的源头,也标志着其统一了四种基本力中的三个,但是人们希望的“引力子”(一个传递引力的假想粒子)迟迟未找到
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