三大基本力都被統一,只剩下引力沒有,它的本質是什麼?

2020-12-05 閒雲趣談科學

引力是物理學中的四大基本力之一,另外三個是強力、弱力和電磁力。後面三種已經統一,唯獨引力格格不入,沒有參與到統一的進程中。要知道,發現大一統理論最有可能的方法就是統一四大基本力。統一了它們,就有可能發現各種物理現象深層的規律,推動大一統理論誕生。然而現在就被引力給難住了,它到底是什麼?

牛頓被蘋果砸到腦袋後,就開始思考蘋果為什麼只垂直往下掉,而不是別的方向。他越研究越興奮,因為他發現了這種情況存在於整個自然界中,後來又把目光對準星空,發現了天體之間的聯繫,就這樣牛頓提出了萬有引力。每個物體之間都有引力,力的大小和物體的質量成正比。注意,牛頓是提出了萬有引力,不是發明,他也不知道引力的本質到底是什麼。

他在《自然科學的數學原理》中的表述很複雜,強調他考慮的引力是從數學角度,沒有從物理角度出發。牛頓的晚年依然被這個問題傷透了腦筋,以至於最後把它丟給了上帝,說是上帝創造了引力。

牛頓力學的漏洞引起了眾多科學家的注意,愛因斯坦首先發聲,指出牛頓力學在微觀領域漏洞百出,無法解釋微觀世界的運動。以太實驗的失敗,給了愛因斯坦靈感,不久相對論誕生。在相對論中,引力被解釋為時空扭曲產生的特殊現象,每個天體周圍的時空都發生了肉眼不可見的扭曲,引力的本質就是如此,這也是目前科學界的主流觀點。

黑洞也在相對論預言中出現,它是種擁有強引力的天體,它質量大體積小,周圍的時空彎曲到了難以想像的程度,連光也逃不出黑洞。除了黑洞,還有蟲洞引力波等,它們都是引力場方程的解。這個方程比較特殊,不止一個解,到現在還有眾多科學家嘗試用不同方法解它,想要發現新成果。

量子力學則試著從微觀層面解釋引力的本質。它假設出了引力子,將引力子之間的變換視為引力的本質。這種說法看似天衣無縫,完美結合了相對論和牛頓力學,但致命傷就是沒辦法用實驗驗證。實驗證明是科學界的鐵律,每種理論都要經過實驗的考核,不然它難以服眾,只是個假說。引力子到現在都沒法觀測,所以某種意義上來說,量子力學在解釋引力這塊是吃虧了,相對論略勝一籌。

在引力面前挫敗,在另外三個基本力面前,量子力學就厲害了。著名物理學家楊振寧聯合米爾斯提出了楊-米爾斯方程,用數學方法解釋了電磁力,同時引入了場理論。細膩的用量子力學的方式,解答了微觀粒子之間的聯繫運動。在它的基礎上,粒子物理的標準模型出現了,一下子統一了強力、弱力和電磁力,是物理學的大事件。

唯一的遺憾就是引力了,或許引力的特殊之處就在於它不能被統一,引力的本質到底是什麼我們至今沒有定論,相對論模型解釋引力是最能讓人接受的觀點。量子力學統一了另外三大基本力,它和相對論倒是分工明確,兩者的最大分歧也就是引力問題。未來的物理學將繼續解釋引力問題,等到引力被我們了解熟知,離突破地球的束縛也就不遠了。作為宇宙中最常見的力,引力能幫助我們遨遊太空,期待這一天的到來。

相關焦點

  • 物理學的統一:力的本質是什麼?
    物理學是研究自然界存在的力學現象及運動規律的學科,近代物理學已發現宇宙中的四種基本作用力:強力、弱力、電磁力和引力。上世紀,物理學家實現了前三種力的統一。如何將引力統一是新世紀的物理學難題。「奇點」沒有時間、空間和物質,它是無限大的密度能量點,它具有單一特性——能量密度漲落(自然中所有力在「奇點」處被統一為「能量勢」)。註:按照相對論描述奇點具有無限大的密度和能量,按照量子理論奇點沒有物質形態處於能量漲落狀態。
  • 電磁力本質上是光子的交換,可卻看不見
    在經典場論中,兩塊磁鐵雖然沒有直接接觸,但是磁鐵周圍存在磁場,它們之間是直接靠電磁場進行相互作用的。電磁場擁有能量、質量和動量。在量子場論中,科學家們認為電磁力是由虛光子的交換產生的。那什麼是虛光子?此外,即使是實光子,人眼也只能看見可見光波段,餘下的波段都是人肉眼不可見的。除了電磁力,自然界中的其它三種力也是靠交換粒子產生的在自然界中一共存在4種基本力,它們是:電磁力、強核力、弱核力、引力。
  • 為什麼物理學追求四種基本力的統一?
    自從科學誕生之日起,科學家就一直走在統一的道路上,牛頓統一了天上地下的物體運動規律,麥克斯韋統一了電和磁,愛因斯坦統一了時間和空間,質量和能量,楊振寧統一了電磁力與弱核力;統一場論是物理學的終極夢想,如果誰真的能統一四種基本力,那麼他的功績是絕對是前所未有的。
  • 力的本質是什麼?只有知道力的本質才能將力統一
    後來發現引力和電磁力都不需要接觸就可以產生,是一種超距作用。並且認為力的作用不需要時間,是瞬時發生的。到後來場的概念被提出來後,人們知道引力,電磁力都是場的作用(場相干),力是通過兩個物體之間的場接觸產生,引力是由於兩個物體之間的引力場相互作用,電磁力是兩個物體之間的電磁場相互作用。而且力傳遞需要時間,力傳遞的速度是光速。
  • 誰統一了兩種基本力?
    無論是蘋果落地,還是吸附在冰箱上的磁鐵,都是它們在發揮著作用。相比而言,弱力和強力也許沒有那麼為人熟知,這兩種力都是短程力,不像電磁力和引力有無限大的作用範圍。弱力支配了粒子的衰變,在太陽的核聚變反應中扮演著重要的角色;強力則將構成質子的夸克緊緊地束縛在一起。
  • 誰統一了兩種基本力?
    無論是蘋果落地,還是吸附在冰箱上的磁鐵,都是它們在發揮著作用。相比而言,弱力和強力也許沒有那麼為人熟知,這兩種力都是短程力,不像電磁力和引力有無限大的作用範圍。弱力支配了粒子的衰變,在太陽的核聚變反應中扮演著重要的角色;強力則將構成質子的夸克緊緊地束縛在一起。
  • 力的本質是什麼?
    我們在生活中對力有很多的命名,例如拉力、推力、重力、摩擦力等等。但實質上這個宇宙中只有四種基本力(基本相互作用):強相互作用力、電磁力、弱相互作用力和引力。現在觀測到的所有物理現象都可以用這四種基本相互作用來解釋。
  • 宇宙四大基本力是什麼,連愛因斯坦都沒能統一它們
    推力,壓力,阻力,摩擦力,重力,洛倫磁力,隨便一說都有很多種不同名詞的力,這麼多形形色色的力為什麼說我們的宇宙目前發現的力只有4種基本力呢?那這4大基本力分別是什麼?它們分別又是怎麼定義的呢?鈾元素世界上的宏觀力有很多,但是變來變去,宏觀力除了天體之間的引力,基本都是電磁力,比如說你推我一把,我感受到了你的推力
  • 統一四大基本力將會在物理學史上擁有怎樣的地位?
    引力即萬有引力,是由引力子傳遞,與質量成正比,距離成反比,長程力,在四種力中最弱,而在愛因斯坦的相對論中被提出來其本質是時空的彎曲。強力是夸克之間的吸引力,由膠子傳遞,其中束縛質子和中子於原子核中的是其附加效果由π介子傳遞,在有效距離內,距離越大,力越大,短程力,是四種基本力最強的。對於物理學家,尤其是理論物理學家來講,他們最大的夢想就是提出一個大一統理論。
  • 什麼是四種基本力,在宇宙中起到了什麼作用?
    迄今為止物理學家們已經發現了宇宙可見物質中全部的四大基本力,所有觀察到的物理現象本質上都能用四種基本相互作用力得到描述和解釋。也正因為如此,無數物理學家們渴望把四種基本力綜合到一起,成為一個完善的物理學終極理論,也就是愛因斯坦晚年致力於的「大統一理論」由於我們的宇宙是由微觀粒子構成的,因此粒子之間的萬有引力、電磁力、強相互作用力、弱相互作用力決定了宇宙中的一切,相比其他三個基本力,引力是我們最為熟悉的,但它卻是最弱的力,日常生活中的小質量物體之間的引力作用基本忽略不計也感覺不到,但在天體運行中可以清楚的感覺到引力的存在以及帶來的影響
  • 物理學界為何要統一四種基本力?否則人類文明將遭遇滅頂之災!
    愛因斯坦晚年一直在追尋這樣一個理論,那就是所謂的大統一理論或著說統一場論,他希望這個理論能使自然界中的四種基本力(即:引力、強核力、弱核力, 和電磁力)成為一體。然而,他苦心研究近30年,最終卻無功而返,一直到他1955年去世,它依然沒有研究出統一場論。
  • 為了統一四大基本力,科學家耗費了多少心血,未來有可能統一嗎?
    科學家們經過數百年來的研究發現,宇宙中所有現象都可以歸結為四種基本力的作用,即強力、弱力、電磁力和引力。眾所周知,牛頓是經典力學的奠基者,後世的科學家在經典力學的基礎上有所創新甚至是超越。除此之外,他認為引力也是另一種幾何效應,由此可見他想像幾何化引力那樣將電磁力幾何化,雖然到最後他都沒有成功,但為後人留下了寶貴的經驗。在強力和弱力相繼被發現之後,科學家又試圖將它們與原有的引力和電磁力統一起來。雖然這項工作至今還沒有完成,但它一開始就有一個恢弘的名字,那就是「大統一理論」。
  • 無比強大,卻又無比弱小的引力,它的本質到底是什麼?
    ,由於這三種基本力都已經找到了對應的媒介粒子,所以也就實現了統一,唯獨引力與它們格格不入。然而另一方面,引力又是無比弱小的,是四種基本力中最弱的一個,它幾乎無法與任何力量相抗衡。這是一件很有趣的事情,引力這種無比強大又無比弱小的力到底是什麼呢?它的本質是什麼呢?最初給引力一個準確定義的人就是牛頓,它的萬有引力定律第一次讓人類如此接近了引力的真相。
  • 無比強大,卻又無比弱小的引力,它的本質到底是什麼?
    引力是宇宙間普遍存在的一種基本力,其餘的三種基本力分別為電磁力、強核力和弱核力,由於這三種基本力都已經找到了對應的媒介粒子,所以也就實現了統一,唯獨引力與它們格格不入。引力是一種非常強大的力,它遍布於宇宙之中,小到一磚一石,大到宇宙天體,無一不受引力的作用,我們的地球能夠圍繞太陽穩定運行也是託了引力的福。然而另一方面,引力又是無比弱小的,是四種基本力中最弱的一個,它幾乎無法與任何力量相抗衡。
  • 大家一起來聊聊四種基本力的統一問題
    小編比較關注頭條上有關物理、天文知識,但發現無論是問題還是答案,都是照本宣科的課本知識範圍以內的東西,不新穎、沒深度、更沒啥探究上的吸引力,於是小編日夜苦思冥想,希望超越李永樂老師、媽咪叔的知識範疇,終於,腦中靈光乍現,一篇關於引、弱、電、強四力統一地文章噴薄而出!
  • 基本作用力有:引力、電磁力,你還知道什麼「力」?
    那麼到底是什麼作用在改變著物體的運動狀態呢?兩個小球相撞,雖然兩個小球各自的運動狀態都改變了,可是從整個系統的角度來看,兩個小球仍然符合動量守恆,其實並沒有什麼「力」摻和在這起小球相撞事件中,只不過是「速度」從一個小球轉移到了另外一個小球身上。宇宙中的第一種基本的力是萬有引力。
  • 宇宙中的四種基本力,在自然界中到底起什麼作用?
    在過去的兩千年以來,科學家們逐步發現宇宙中的所有現象都可以劃歸為四種基本力。這四種基本力量從一開始就不同,但本質上是不可缺少的,它們是電磁力、強核力、弱核力和重力。下面簡要介紹這四種基本力量在自然界中的作用。
  • 宇宙為什麼有四種基本力?破解玄機,統一四種基本力前路漫漫
    在過去的幾百年裡,物理學家們積累了大量證據,說明了所有我們身邊尋常遇到的事物間的相互作用、以及隱秘的不同事物之間的相互作用,都可以歸結為自然界四種基本力的組合——引力、電磁力、強核力和弱核力。引力是大家最熟悉不過的,它不但讓我們能牢固地腳踏大地,而且還維持著我們的地球不停地繞著太陽轉。兩個物體質量有多大,決定著能產生多強的引力。
  • 為什麼宇宙會有四種基本力?它們能夠統一嗎?未來之路很艱辛
    自然界的風雨雷地,四季變換,人們在快速前進過程中產生的阻力,產生的發熱現象等等,這一切都可以用科學來解釋。大自然中的一切都逃脫不了科學的範疇,它們的背後並沒有神,而是科學背後的法則來主導著這一切。而科學的核心也是各種法則,也就是我們通常所說的四種基本力。它們分別是引力、電磁力、強核力和弱核力。
  • 萬有引力如果不是一種力,為什麼會被稱為四種基本力之一?
    萬有引力定律是物理學的基本原理,它在17世紀首先由艾薩克·牛頓提出,它指出所有物體都受到引力的吸引。牛頓的發現被愛因斯坦的廣義相對論所取代。然而,對於大多數實際應用來說,牛頓的萬有引力通常情況下仍然是可以準確描述的。