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萬有引力的本質是什么?

榮姿康2年前18瀏覽0評論

愛因斯坦在廣義相對論當中明確地提出了,萬有引力的本質是時空的幾何。一種作用力是一種幾何,這種宣稱完全顛覆了我們對“力”的認知方式。這也使得看待其他基本力的本質有了新的可能——或許所有力的本質都是某種能量造成的幾何結構。

如何來理解萬有引力是時空的幾何?

先用平面來比喻我們的宇宙,那么時空的幾何就可以簡單比喻為紙面上的褶皺,扭曲。但經常科普作品當中的那種用凹陷平面來演示引力扭曲時空的圖示容易造成誤解,讓我們誤以為實際宇宙中的引力也是這樣的凹陷。例如下面這個:

上圖:我們在科普作品上經常見到的說明物質形成時空扭曲的示意圖,常常引起誤解。

實際上,真實的宇宙中的引力應該理解為一種時空的密度,應該類似下面的這種三維的示意——質量導致時空的密度增大,時空的網格被扭曲,向內變得密實,因此才有了大質量物體附近的時間流逝相對緩慢的結論——這個是被實驗證實的,例如GPS定位衛星網格中不同的衛星上的原子鐘的時間會發生偏差,因此GPS衛星的原子鐘必須定期校時;此外,科學家曾經計算過地球的地核因為處于引力中心,實際上比地殼要年輕5歲。

上圖:實際上的時空扭曲應該以這樣的方式來展現,時空在質量周圍是變得更密實了。

質量與引力的關系

一切有質量物體周圍都有引力,這個事實似乎也透露了質量的某種本質。既然質量與引力的關系如此密切,或許質量本身也是時空的某種幾何。個人認為,質量可能就是蜷縮的高密度時空,是時空因能量的作用在小體積內以特定方式蜷縮形成相對穩定狀態的一種形式(比如打了一個結)。所有有質量的物體,包括微觀粒子,最終都會衰變為沒有質量的純能量形式,這是大量實驗所反復發現的客觀情況,雖然目前尚未有觀察到質子自然衰變的情況,但科學家認為質子必然也會衰變(平均壽命>2.1×10^29年)。在這種意義上講,引力可能只是質量本質的外溢表現,它與質量可能就是同一種東西!

而質量又與希格斯玻色子關系密切,那么我們似乎可以繼續推測,希格斯玻色子與引力子的關系。但希格斯玻色子不是度規玻色子,因此不是傳遞引力的粒子,而只是原位產生質量的標量粒子。目前科學界仍然沒有辦法對引力子的特征進行確定,如果能夠將確認引力子的存在,那么對于質量和引力的本質或許會有更清楚的認識。