簡單說明引力的時空彎曲解釋和量子化

2020-12-16 科學黑洞

回答這個問題之前我們先來看一下兩大物理學支柱和物理學的兩大基本問題。

二十世紀初期愛因斯坦橫空出世,憑藉一己之力在1905年發表五篇意義重大的論文,其中之一就是狹義相對論,其二是光電效應(後來獲得諾獎)。經過十年磨一劍在1916年把引力加入進來提出廣義相對論。愛因斯坦後來的時間就是忙著和量子力學哥本哈根派「吵架」,在某種意義上推動了量子力學的發展。

在物理學上還有兩個比較重要的基本問題:那就是物質的基本組成,隨著科技的進步我們發現分子、原子、原子核、中子質子、夸克那麼是否還能繼續往下分哪?第二個問題就是四大基本作用力的統一,其中三大基本作用力電磁力、強力、弱力都已經被量子化。

量子力學對引力進行量子化,提出了引力子的概念,但是並沒有出現期望的結果,這個數學過程非常複雜並且不能自洽,粒子物理標準模型中唯一一個尚未證明或者說是被放棄的。而廣義相對論的核心就是時空彎曲,這也是引力的本質解釋。因為物質質量的存在時空發生彎曲,因為時空彎曲的存在告訴物體如何運動。

當然這只是目前的解釋,隨著理論的發展例如弦理論中的M理論,可以更好的統一量子力學和相對論,以及統計四大基本作用力和解釋物質的基本組成。

文/科學黑洞,圖片來源網絡侵刪。

相關焦點

  • 時空彎曲與引力的關係
    時空會彎曲是真的,這是毋容置疑的。引力波能被探測到就是最好的證明。因為引力波是時空的漣漪,是時空的振動,這說明空間是具有彈性的,不是純剛體的東西。還是把場方程的圖,放在開頭。那麼空間是如何彎曲的,就是我們應該深挖的內容。
  • 時空彎曲產生引力改為引力使時空彎曲,能不能解釋相對論的問題?
    詭異相對論實際上,相對論不是簡單的E=mc2,它只是當年狹義相對論發表後,愛因斯坦幾個月後做的一點補充,但由於簡潔明了而深入人心。同學們誤會很深啊,真正的廣義相對論涉及許多微分方程、洛倫茲變換和其他複雜的數學表達形式,當年愛因斯坦都需要和其他數學家合作才弄了出來發表。
  • 愛因斯坦將引力解釋為「時空彎曲」,到底有啥證據可以證明?
    前面幾篇文章我重點講解了廣義相對論關於黑洞的相關知識,但是很多網友表示:無法接受將引力解釋為時空彎曲,認為引力就是一種真的力。哈哈,這沒關係,因為愛因斯坦的很多理論都是於我們的常識相違背的,所以無法接受時空彎曲很正常,不過這期我將從實驗角度來分析,給時空彎曲理論提供有力的證據。
  • 引力到底是什麼?是時空的彎曲還是引力子?
    引力關於「引力」的解釋,歷來說法有很多,而且引力至今也是科學家在思考和研究的對象。我們可以先簡單描述一下引力的作用,如果從宇宙的大尺度上來看,引力是星系的粘合劑,如果沒有它們,宇宙中的物質會成一盤散沙。正是因為引力有趨勢物質相互靠近的作用。
  • 為什麼引力會導致時間和空間「彎曲」?聽完科學家的解釋恍然大悟
    雖然引力很常見,但引力是四大基本力中最弱的一種,特別是對於我們的日常生活來說,引力無處不在,但是除了地球的重力以外,我們幾乎感受不到其他引力的存在。其實,任何物質之間都會產生引力,引力的大小和物體的質量有關,質量越大的物體產生的引力就越強,因為日常生活中大部分物質的引力都達不到要求,產生的引力基本都是可以忽略的,那麼引力的本質到底是什麼,引力又是怎麼讓空間和時間產生「彎曲」的呢?
  • 廣義相對論對時空的解釋,時空必須是彎曲的
    基於我之前四篇文章對廣義相對論概要,本文談彎曲時空的故事。牛頓和愛因斯坦關於引力的爭論歸結為關於慣性參照系的相互矛盾的概念。牛頓說地球表面的一個框架是慣性的,相對於這個框架,一個自由下落的蘋果會加速下降,因為它是由引力拉動的。但是愛因斯坦說是蘋果的框架在深空中表現得像一個框架。
  • 引力是如何產生的?
    愛因斯坦的引力理論1915年,愛因斯坦在狹義相對論的基礎上正式完成廣義相對論,將引力解釋成時空彎曲,認為時空與物質的關係十分密切。而在牛頓的理論中,時空與物質無關。因此,廣義相對論認為引力並不真實存在,只是一種時空彎曲效應。
  • 光和引力的本質和哲學認識
    物理哲學界存在一種流行的觀點,牛頓和愛因斯坦的引力理論沒有掲示引力的本質,揭示引力本質的歷史重擔落在了量子力學家的身上,量子引力理論將揭示引力的本質。準確說來,牛頓和愛因斯坦從宏觀的物質和時空層面揭開了引力的本質,到目前為止,包括海森堡和薛丁格、費曼和費米在內的量子物理學家未能發現量子引力,以揭開量子引力的本質。
  • 質量與引力,誰讓空間彎曲了?相對論認為是質量,弦論認為是引力
    本文參加百家號科學#了不起的基礎科學#系列徵文這是大多數朋友的理解,但其實引力和空間彎曲都是一個現象的兩種不同說法,愛因斯坦的廣義相對論告訴我們,時空是一個不可分割的整體,所以我們在解釋「引力」與空間之間的關係時必須要和時空一起說明,否則這個觀點就是不完整的。
  • 愛因斯坦指出牛頓錯誤,直言引力並不存在,只是「時空的彎曲」
    直到今天,仍然有大部分的世界觀是建立在牛頓的經典力學之上,認為量子力學和相對論「不靠譜」,這樣的觀點並不錯誤也不正確,因為現代物理學相互矛盾,不能自圓其說,在描述宇宙的過程中有很多漏洞,存在一些現象無法解釋。
  • 時空彎曲是廣義相對論核心,理解了空間彎曲,如何理解時間彎曲?
    愛因斯坦的廣義相對論為我們描述了一種不同於牛頓定律的新的引力觀,根據愛因斯坦的觀點,引力實際上就是空間和時間的彎曲。在牛頓的引力理論裡,太陽將地球限制在固定的軌道上,依靠的是一根「看不見的繩子」。似乎從太陽或者地球生出了一根隱形的「引力之繩」,將兩者拴在了一起。
  • 時空發生彎曲其實是密度在搗鬼
    密度不同導致熱浪「愛因斯坦的廣義相對論認為,由於有物質的存在,物質和時間(時空)會發生彎曲,時空彎曲的是質量(能量)造成的結果,萬有引力是時空彎曲的表現。」好了,其實這就是光在時空中前進時候,遇到大天體會發生彎曲。如果說到這裡還沒有明白,我繼續往下解釋。
  • 時空是彎曲的 之三
    鐵球受到地球的引力作用,愛因斯坦認為,地球對鐵球的作用不是直接超距的,是地球周圍產生一引力場,引力場作用於鐵球,引起鐵球的下落運動。質量不同兩鐵球同時落地,表明在引力場中,物體獲得的加速度與其質量無關。根據牛頓第二定律和萬有引力,愛因斯坦發現一個原理:慣性質量等於引力質量。
  • 彎曲時空,重力,它們的關係是什麼?
    相反,它是在彎曲時空。如果沒有力,該如何解釋重力產生的加速度?物體只有在受到力的作用時才會加速;否則它們應該保持恆定的速度。我在網上找到的一些解釋是關於等價性的,以及一個人站在地球上的體驗與一個人在火箭中被加速在太空中的重力相同的思想實驗。我明白為什麼這些條件是一樣的,但我看不出這如何解釋一個磚塊從一棟建築物上以9.8米/s2的速度下落。同樣,在那個思想實驗中,一個力被施加(火箭的推力)。
  • 牛頓萬有引力定律與愛因斯坦時空彎曲理論有什麼聯繫和區別?
    牛頓發現了萬有引力定律,其表達式為:F=GMm/r式中,F表示萬有引力值,G為引力常數(6.67x10^-11N·m/kg),M和m為引力相互作用的大小物體,r為M和m的距離。這個定律說明了引力的大小與兩個相互吸引的物體質量乘積成正比,與兩個物體距離平方成反比。
  • 引力為什麼沒有被成功量子化?
    在愛因斯坦提出廣義相對論一個多世紀之後,如何給出和量子力學自洽的引力描述依然是一個謎團。為什麼引力的量子化如此困難?有證據表明,問題不僅僅是技術上的困難,而是有一些深層次的物理起源。正如Bekenstein和Hawking所指出的,為了保證黑洞引力系統的熱力學第二定律成立,黑洞應該具有熵
  • 【科技專題】在真相與後真相之間——量子引力理論蘊含的時空觀
    廣義相對論和量子力學所揭示出的關於引力或時空和量子化的認識經受了經驗檢驗,稱之為真相。廣義相對論將引力等價於時空,度規既是引力場的結構,也是時空的結構,時空結構隨著物質的分布而變化,而變化的時空結構又規定著物質的運動,因而廣義相對論並不依賴於固定的時空度規結構,是一種背景無關的理論。與之相反,量子力學預設了一個不動的經典時空背景,量子化及其漲落是相對於該時空背景來定義的,是一種背景相關的理論。一旦將兩種理論結合起來,將引力進行量子化,會得到時空的量子化,即存在漲落的時空。
  • 一文看懂:重力、引力、引力子、弦理論、圈量子引力論之間的關係
    愛因斯坦發現引力可以引起光線的彎曲,因為光要走最短的路徑,在一個彎曲的空間裡,光的最短路徑看起來就像是一條曲線,既然光總是走最短的路徑,那麼物理規律都是一樣的,一個扔出去的小球是不是也應該走最短的路徑呢?
  • 牛頓和愛因斯坦是怎麼看引力的?
    (有時你會感覺引力很強,但是別忘了地球時刻以 6x10^24 kg得力在拉著你)在大多數情況下,牛頓的引力定律是十分精確的。然而,牛頓的理論還是有很強的局限性,不論是在實驗(水星軌道上的存在的微小異常)還是理論方面(和相對論的不兼容)。這些局限導致愛因斯坦修正了引力定律,即提出了廣義相對論(在此簡稱GR),相對論大致把引力解釋為時空曲率的結果。
  • 時空不是連續的?這些科學家在實驗室裡模擬量子時空
    一個名為「圈量子引力」的量子理論,就提出了離散時空的概念。現在,一項由多位華人科學家主導的研究,讓該理論進入全新的階段——在實驗室中模擬圈量子引力中的時空量子態。20世紀上半葉,量子理論的出現讓物理學進入全新的階段。這時,離散化成為物理學的新潮流。