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

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先聲明下，今天的文章很難懂，我光資料就準備了兩天，加上我平時的物理和天文學的積累，才總結出了這篇文章，在這裡我要提醒一下，本文主要說的是這些理論的聯繫，並不是講明白這些理論本身，當然我會嘗試著做一些解釋，如果看了之後有一種沒看懂或者世界觀崩塌的感覺，沒關係，這很正常，我也只是一知半解，不過咱的目的不是搞懂它，而是比別人多懂一點就行，那我們開始吧。

重力&引力

說到重力，其實就是牛頓發現了萬有引力的一種，而牛頓對萬有引力的解釋是，兩個有質量的物體之間有一根看不見的線，那這個解釋顯然是不能讓人滿意的，所以呢物理學家就花了數百年的時間，都一直在尋求這個問題的答案，很遺憾地告訴大家，目前的科學家還沒有給出一個標準的答案來解釋引力到底是如何產生的，無數的科學家都把這個問題視為目前物理學界的終極問題，雖然到現在還沒有標準答案，但是目前有一些非常有意思的未證實的理論，我們慢慢來說。

我們先來思考一個問題，引力的相互作用是不是瞬間產生的？也就是說不管距離有多遠，只要質量發生變化，引力的大小也會立即跟著發生變化，那這到底對不對呢？根據狹義相對論所證明的，沒有什麼信號或者能量的傳遞速度能夠超過光速，如果太陽突然爆炸，地球最快也要在八分鐘以後才能得知真相，引力的傳播絕對不能逾越光速這個極限，如果引力真的可以超距作用的話，那麼就可以靠有規律的改變質量的大小來向遠方傳遞信息，這就跟摩爾斯電碼一樣，這顯然違反了狹義相對論的理論。

那既然引力無法超距作用，那引力又到底是什麼呢？它的作用機理又是什麼樣的呢？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？愛因斯坦覺得肯定是這樣的，如果沒有地球引力，那這個小球會沿著直線一直飛下去，現在有了地球引力，這個小球走了一個拋物線以後，就落在地球上，它的運動軌跡就是一根曲線，那麼這根曲線就應該是小球認為在這個空間中的最短路徑。

我們這個空間是被地球引力包裹的空間，引力的實質並不是一種力，只不過是空間彎曲的外在表現而已，沒有什麼無形的線，只有彎曲空間這個實質，我們的宇宙空間就好像一張張張開的大網，地球就壓在這個大網上，網被壓得凹陷了下去，我們在地球邊上被凹陷的網上放一個玻璃球，那麼這個玻璃球當然會滾落到凹陷的最深處，直到和地球碰在一起，如果我們從遠處貼著往朝地球打一個玻璃球出去，當玻璃球滾到凹陷的地方時，如果速度不夠，它就會繞著地球一圈一圈的滾，一直滾到最深處，最後和地球撞在一起，但如果玻璃球的速度足夠快，它就會滾到凹陷的地方下沉一下，然後從另一頭出來，在凹陷的地方上的軌跡看上去就像是一條曲線。

引力波

還是剛才的那個小球，如果在這張網上，地球的質量發生了變化，就好像這個球在網上抖動了一下，於是下陷的深度就會產生變化，這個深度的變化就會從中心迅速地傳遞出去，但是不可能瞬間達到邊緣，必然會有一個傳遞的過程，就好像在空中泛起了一個波瀾，這個波瀾的傳遞速度也是光速，那這個波瀾就可以稱之為引力波，引力波的傳遞也應該是光速。

愛因斯坦在1916年和1918年分別發表了兩篇論文，預言了引力波的存在，這一套理論就是愛因斯坦著名的廣義相對論，那在一百年之後呢，也就是2016年2月11日，地球上最大的引力波探測器ligo正式宣布引力波被找到了，至此我們似乎已經完全解開了所有引力的秘密，那引力波就應該是萬有引力作用的機理了，但是等一等，好像還有一個什麼問題我們沒有解答清楚，這一套理論用在宏觀世界似乎非常有，到底但是在微觀世界呢，原子、質子、電子，甚至夸克，這些粒子之間的作用力又怎麼解釋呢？

引力子

微觀世界當然得用量子力學來解釋，可是量子力學又與廣義相對論是矛盾的，那難道是我們宇宙中有兩套物理法則嗎？那這樣的矛盾呢讓物理學家非常難受，所以物理學家相信一定存在著一种放之四海而皆準的理論，可以把這兩種模型結合起來，同時適用於微觀世界和宏觀世界，那這個時候量子引力就橫空出世了，量子引力就是一種量子力學，結合廣義相對論來解釋引力的一種理論，其中有一個概念就叫做引力子，引力子呢是一個假設的基本粒子，負責向其他的粒子傳遞微觀粒子之間的作用力一樣，引力子權力宏觀物質之間的引力，如果引力子真的存在，它不會有質量或者電荷，並且是引力的產生源，不過這個是個假設的理論，雖然可以完美的解釋引力的來源，把宏觀世界和微觀世界都統一起來，但還是有非常大的實驗證實的問題，因為引力子這個東西可以說是基本上不可被測的，那量子引力理論又有兩派不同的意見，分別是弦理論和圈量子引力論。

弦理論

弦理論是目前最被看好的一種可以解釋整個宇宙的萬有理論，或許是最有希望將自然界的四種相互作用力統一起來的理論，大概意思是說，宇宙剛開始的時候呢，宇宙之間的四種基本力就是一個統一的基本力，所有的粒子以及各種相互作用力都在最最小的微觀大小裡，也就是普朗克長度裡，它們都是圍繞在六維的全區空間中振動的弦，根據這些弦不同的振動而產生了不同的粒子的質量以及相互作用，說到這裡，是不是想到了牛頓關於萬有引力的解釋，弦理論是不是就是那一根看不見的線？

圈量子引力論

圈量子引力論也在嘗試著統一量子力學和廣義相對論，圈量子引力則認為世界本沒有時空，無數關係性循環織出的網絡交織在一起就形成了時空結構，這些網絡就是時空結構中不可再分的最小空間，每條邊的長度呢是普朗克長度，在普朗克尺度下，時空充滿著隨機的量子漲落，圈量子引力通過自旋網絡來表現量子態和實現引力的量子化，換句話來說，圈量子引力論的概念是宇宙時空本身就是量子化的，也就是普朗克長度大小的粒狀，宇宙就好像一圈一圈交織在，引力就是有某種特徵的圈圈而引起的。

引力的熵力假說

另外呢還有一個非常有名的理論叫做引力的熵力假說，引力的熵力假說是由荷蘭的弦理論家埃裡克韋爾蘭德於2009年提出的，韋爾蘭德這一理論也提供了一種可能的假說來描述引力的來源，所謂熵力，簡單的來說就是一個讓整個系統趨於平衡的力，比如說拉橡皮筋的時候，橡皮筋有一個反向的彈力，讓橡皮筋恢復它的狀態，這就是熵力。

那根據韋爾蘭德的推導，他得出的結果是引力不是一種基本力，而是一種宏觀力，來源於熵力，本質上和橡皮筋的彈力和彈簧的拉力都是相同，韋爾蘭德的熵力可以大概解釋為兩個物體之間存在著一個假想的全息表面，這個全息表面可以理解為是三維空間的物體在二維空間不損失任何信息的投影，而當兩個物體的距離發生變化的時候呢，這個全息表面上的熵也會改變，從而導致系統能量的改變，而系統總是趨於熵增的，於是引力則體現為對這種變化的響應。

這種解釋中全息原理才是最基本的原理，而廣義相對論則是成長出來的，韋爾蘭德也通過統計物理學與全息原理，推導出了牛頓的萬有引力與愛因斯坦的廣義相對論，根據它的原理，全息原理的量子力學才是最基本的原理，而愛因斯坦的理論則是一種可以根據基本原理推導出來的推論。

在韋爾蘭德的論文發布到網上的二十多天內，就已經相繼出現了十幾篇論文，進一步討論這一個假想，其中包括了這一理論在宇宙學，暗能量、膨脹宇宙、圈量子引力論等方面的探討，另外還有相關的微觀模型也已經被提出。

結語

其實除了宏觀和微觀，納米的世界其實也很特別，作為一個普通人，單就一個世界的理論我都難以接受，但是在諸多證據的支持下，我知道這個結論是對的就夠了，畢竟面對海量的信息噪音，能過抓住論證嚴謹的真理已然不易。