引力子:量子力学和广义相对论的核心矛盾

葫芦科普 2023-11-04 14:07:27

引力子,这个神秘的粒子,一直是物理学家们追寻的目标。它是引力的载体,是时空的激发,还是不存在的幻影?它是量子力学和广义相对论的桥梁,还是它们的障碍?它是科学的真理,还是科学的近似?今天将带你探索引力子的奥秘,揭开量子力学和广义相对论的百年恩怨,展现科学的辉煌与困惑。

引力,是我们最早认识的一种基本作用力。它是牛顿在1687年提出的万有引力定律的核心,它是广义相对论在1915年诞生的灵感,它是引力波在2015年被探测到的证据。它无处不在,无时不有,它支配着宇宙的运行,它影响着我们的生活。

但是,引力也是最难理解的一种基本作用力。它是时空的弯曲,还是物质的相互吸引?它是经典的,还是量子的?它是连续的,还是离散的?它是如何传播的?它是如何与其他三种基本作用力统一的?为了回答这些问题,我们需要引入一个概念,那就是引力子。引力子是假设的引力场的量子,它是引力的传播子,它是时空的激发。如果存在引力子,那么我们就可以用量子力学来描述引力,就可以用量子场论来解释引力,就可以用量子引力理论来统一引力。

但是,引力子是否真的存在呢?这是一个没有答案的问题。因为引力子的能量太低,太难被探测到。我们只能通过理论推导,通过数学模型,通过逻辑推理,来探索引力子的可能性。

目前,有两种主流的理论试图解决引力子的问题,一种是弦理论,另一种是圈量子引力理论。这两种理论都认为,空间是有最小尺度的,那就是普朗克长度,约为10^-35米。在这个尺度上,空间不再是连续的,而是由一些基本的元素组成的。这些基本的元素,就是引力子的候选者。

弦理论认为,这些基本的元素是一维的弦,它们可以振动,可以相互连接,可以分裂,可以合并。不同的振动模式,就对应不同的粒子,包括引力子。弦理论的优点是,它可以将四种基本作用力都统一在一个框架中,它可以解释暗物质和暗能量的存在,它可以预测一些新的粒子和维度。弦理论的缺点是,它太复杂了,它需要10维或者26维的空间,它需要很多种类的弦,它需要很多种类的场,它需要很多种类的对称性。而且,弦理论还没有被实验验证过,它还只是一个纯理论的构想。

圈量子引力理论认为,这些基本的元素是二维的面,它们可以旋转,可以相互缠绕,可以形成网格。这些面就是时空的基本单元,它们的旋转就是引力场的量子激发,也就是引力子。圈量子引力理论的优点是,它不需要引入额外的维度,它不需要引入额外的粒子,它不需要引入额外的场,它只需要用量子力学和广义相对论就可以构建。圈量子引力理论的缺点是,它无法将其他三种基本作用力纳入其中,它无法解释暗物质和暗能量的存在,它无法预测一些新的现象和效应。而且,圈量子引力理论也没有被实验验证过,它也还只是一个纯理论的尝试。

这两种理论都是对引力子的探索,都是对引力的理解,都是对科学的贡献。但是,它们也都是不完美的,都是有局限的,都是有疑问的。它们都不能完全解释我们所观察到的宇宙,它们都不能完全满足我们的求知欲。

或许,引力子就在我们眼前,只是我们没有发现它。或许,引力子就在我们心中,只是我们没有创造它。或许,引力子就在我们之外,只是我们没有接触它。或许,引力子就在我们之内,只是我们没有感受它

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葫芦科普

简介:来自星星的小胖子