物理學是人類用來認識這個宇宙的工具,物理學家們致力於探究」萬物背後的原理」
21世紀的今天,宇宙在物理學家們的眼裡已經不再複雜,就是一個從大爆炸開始,被四大基本作用力支配的物質世界。
強相互作用力
大多數人對它的了解,來自於《三體》中的「水滴」,因為水滴就是「強互作用力宇宙探測器」,它擁有極高的硬度和接近絕對光滑的表面,可以瞬間洞穿人類的恆星級艦隊,而現實中的強互作用力,負責把夸克以及質子中子們結合在一起,可以說它的主要作用範圍就是原子核附近。
弱相互作用力
弱力的主要成就,是提供放射性所需要的條件,包括中微子在內的眾多射線,背後都是弱力在發揮作用。
電磁相互作用力
帶電荷的粒子都會受到電磁力的影響,小到磁鐵大到地球,概莫能外,我們之所以能碰到物體,站在地上,而不會因為原子內部的巨大空間而「陷進去」,就是因為電磁力的原因,它讓人類能「觸摸」到這個世界。
引力相互作用
牛頓是第一個對引力現象進行總結歸納的人類,但他受限於時代,無法回答「引力為什麼產生?」這一問題,直到20世紀初,愛因斯坦廣義相對論的出現。
廣義相對論認為,引力是由時空彎曲引起的一種幾何跌落,而時空之所以彎曲,是因為質量,因此愛因斯坦認為,任何存在質量的物體都具有引力,都會引起時空彎曲,但一個人引起的時空彎曲,遠遠比不上地球引起的時空彎曲,所以人類才能站在地球上,而不會漂浮。
引力和其他三大基本力相比有一個最大的特點,那就是它的作用範圍是無限的,而不像其他三種力一樣,只能影響小範圍內的物質世界。
作用範圍無限的結果,就是「當大量物質堆積於時空一點」後,該時空區域的引力強度,就會讓逃逸速度大於光速,而大於光速的後果,就是這片時空區域在可見光波段「消失」,這種奇異的時空結構,就是黑洞。
宇宙中天然存在的黑洞,大都是由恆星晚年在引力作用下坍塌而成的,但物理學家們認為,黑洞的產生與否,和質量其實沒有太大關係,反而和「質量密度」息息相關,因為任何一個有質量的物體都有自己的史瓦西半徑,而只要把物體的體積壓縮到史瓦西半徑,可見光便無法逃逸,因此任何一個人,甚至是任何一粒沙子,只要壓縮得夠狠,就都能變成黑洞。
雖然引力無時無刻不在影響著宇宙天體運行,但人類對引力其實還「束手無策」
因為在目前的粒子物理學標準模型裡,強力弱力電磁力,都被統一到了一個框架中,但引力遲遲無法和其他三大基本力完成自洽,因此有物理學家相信,人類對引力的認知其實還存在進步空間,畢竟量子力學的「引力子」,就是目前唯一沒有被發現的粒子。
如果未來有物理學家能把引力和其他三大基本力,統一到一個理論中,那麼這個理論就是包括愛因斯坦在內,全體物理學家們夢寐以求的「大統一」理論,而提出這個理論的物理學家,物理學成就也將超過愛因斯坦。