引力波的發現是不是證實了引力子也是存在的?

2020-11-22 刁博

1916年愛因斯坦給出了廣義相對論,按照廣義相對論,引力的本質是有質量的物體使時空發生了彎曲。物體運動時會給時空帶來擾動,這就會激發出引力波。2016年,美國的雷射幹涉引力波天文臺首次捕捉到引力波,引力波的存在得到了正式確認。

除了引力波,還有一個叫做「引力子」的概念。從名字上就能夠看得出,「引力波」強調的是波,發現引力波就是利用了波的幹涉性質。「引力子」則強調粒子的性質。由于波粒二象性,任何物體都有波的性質和粒子的性質,這已是被實驗證實的。那麼引力波的發現是否意味著引力子也被發現了?引力波是否就是引力子?

引力波完全不同於引力子,引力波的發現並不意味著引力子就是存在的。引力波是廣義相對論的產物,廣義相對論關於引力的描述在實際觀測中得到了不斷的驗證。引力子是量子場論為了描述引力而預言的粒子,至今未得到證實。

量子場論在描述電磁相互作用、強相互作用等方面取得了成功,建立起了量子電動力學和量子色動力學。在量子場論看起來,電磁相互作用是通過光子來傳遞的,繼而設想出萬有引力是通過引力子傳遞的。關於引力子傳遞引力相互作用的理論還存在很多問題,也就是說引力並沒有被量子化。

廣義相對論和量子力學之間還存在著無法協調的地方,正是因此,廣義相對論預言出的並被發現的引力波和量子場論預言的引力子並不是一回事。引力波的發現是廣義相對論的成功,與量子場論無關。如果引力子得到了發現,會使得人類對引力的認識大大加深,會促使四種相互作用力統一到一起。

相關焦點

  • 引力波被檢測存在,那麼存不存在「引力子」?專家:有可能
    圖片來源:美國宇航局雷射幹涉引力波天文臺已探測到其第一個引力波信號,愛因斯坦理論中預測空間本身應該有波紋的部分得以證實。這帶來了各種有趣的問題,包括讀者喬·拉託內提出的問題,他問:引力波是否有望表現出波粒二象性?如果是,雷射幹涉引力波天文臺的物理學家是否已經構思出測試方法,如雙縫實驗?
  • 引力波被探測到了,但引力子可能並不存在!
    那麼有引力場,一定就有引力波,有引力波意味有組成引力波的引力子。這也是愛因斯坦先生的預言。 而引力波在2016年被探測到了,這多麼讓我們驚喜!隨著對引力波的研究,我相信會有更多的發現。我們這樣推理,是因為我們不相信「無物質」的作用,就是引力這樣的作用不是虛無中誕生的。但是我們這樣推理也很頭疼,頭疼主要來源於兩點:第一引力作用的速度理解;第二引力子尚未被直接觀測到。
  • 引力子存在嗎?科學家把難題交給了黑洞合併
    近日,一項發表在《物理評論快報》的研究指出,在兩個黑洞合併而導致的引力波碰撞中,可以通過觀測引力子轉化為光子的現象,來尋找引力子。引力子是什麼?引力波的碰撞如何幫助我們尋找引力子?證明引力子的存在對於我們有何意義?近日,科技日報記者就上述問題採訪了相關專家。
  • 引力子存在嗎? 科學家把難題交給了黑洞合併
    引力波的碰撞如何幫助我們尋找引力子?證明引力子的存在對於我們有何意義?近日,科技日報記者就上述問題採訪了相關專家。        「三缺一」的相互作用粒子        引力子是什麼?        「宇宙中存在4種相互作用:電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用以及萬有引力相互作用。
  • 假想的「引力子」是否真的存在?
    --「引力子」(graviton),許多物理學家都相信引力子的存在,但很少有人認為我們會看到它們。愛因斯坦利用布朗運動推導了原子的存在。同樣地,許多引力子的集體行為也可能微妙地重塑著引力波。最簡單的引力波探測器可以視為相隔一定距離的兩個質量。當引力波經過時,這兩個質量之間的空間會隨著引力波而伸展或壓縮,使二者的距離發生相應的變化。然而,如果再增加引力子,你就會發現常見的時空漣漪中出現了新的運動。當探測器吸收並發射引力子時,其質量會隨機抖動,這就是引力子噪聲。
  • 假想的「引力子」是否真的存在?
    」(graviton),許多物理學家都相信引力子的存在,但很少有人認為我們會看到它們。愛因斯坦利用布朗運動推導了原子的存在。同樣地,許多引力子的集體行為也可能微妙地重塑著引力波。最簡單的引力波探測器可以視為相隔一定距離的兩個質量。當引力波經過時,這兩個質量之間的空間會隨著引力波而伸展或壓縮,使二者的距離發生相應的變化。然而,如果再增加引力子,你就會發現常見的時空漣漪中出現了新的運動。當探測器吸收並發射引力子時,其質量會隨機抖動,這就是引力子噪聲。
  • 真的存在引力子嗎?我們有可能找到引力子嗎?
    通過將光視為波,我們可以很好地描述與光有關的許多現象,而引力很快就成為一種眾所周知的類似物:引力波。正如帶電粒子在電磁場中移動會發出電磁波(以光子的形式)一樣,在彎曲時空區域(類似於引力場)中移動的質量也會發出引力輻射或引力波。先進的LIGO探測器於2015年開始採集數據時,便迅速開始發現宇宙空間中幹涉儀最敏感的最強引力輻射源:合併黑洞。
  • 電磁力通過光子傳遞,引力是通過「引力子」傳遞的嗎?
    他們在探索了微觀世界之後才發現,自然界的三種基本力在本質上是相同的,力的傳遞過程其實都隱含著物質粒子的交換——電磁力是通過光子傳遞的,強核力是通過膠子傳遞的,弱核力則是W和Z玻色子。物理學家提出,或許存在一種粒子——引力子。假如真的存在引力子,它有質量嗎?我們該怎樣感知它?目前,關於引力子的假說中還欠缺一個很重要的數據,那就是引力子的質量。物理學家認為引力的傳播速度是光速,假如引力子有質量,它不可能移動得這麼快,所以推測引力子的質量應該是零。
  • 引力子存在嗎?看完證明,恍然大悟
    網上看了個帖子,很多人宣稱引力子的存在受到了質疑,接下來以科普的語言為大家呈現引力子如何從理論上去預言,看完還會懷疑引力子的存在嗎?目前尚未完善的量子引力理論指出,引力由場的激發態——引力子所傳遞。同樣一個力,卻可用三種截然不同的理論體系去描述,這在物理學中是一個奇蹟。 牛頓的引力定律表明,任何有質量的物體間都存在引力,兩個物體間的引力,取決於它們的質量與距離。一個沒有質量的物體和有質量的物體間,或兩個沒有質量的物體間,不存在引力。
  • 引力波是怎麼發現的_引力波有什麼實際意義(引力波對人類的意義)
    在過去的六十年裡,有許多物理學家和天文學家為證明引力波的存在做出了無數努力。其中最著名的要數引力波存在的間接實驗證據——脈衝雙星PSR1913+16。1974年,美國物理學家家泰勒(Joseph Taylor)和赫爾斯(Russell Hulse)利用射電望遠鏡,發現了由兩顆質量大致與太陽相當的中子星組成的相互旋繞的雙星系統。
  • 引力波有什麼實際意義?科學家想知道1000光年外有沒有引力子
    量子引力理論推測,自然界存在一種「引力子」(graviton),它是引力傳播的媒介,就如同光子是電磁力的載體。然而這種引力子比光子更加神秘,隱藏在一個人類目前無法觸及的尺度或維度。黑洞是宇宙中的引力怪獸,假如引力子真的存在,那麼在黑洞附近引力子肯定是最多的,到那裡找準沒錯。然而,黑洞離地球非常遠,最近的黑洞也在1000光年外,相隔這麼遠的距離,一般只有電磁波能傳播到地球,帶來一點有限的信息。
  • 「引力子」是否真的存在?科學家想了個辦法
    這種理論上的粒子即「引力子」(graviton),許多物理學家都相信引力子的存在,但很少有人認為我們會看到它們。這些假設的基本粒子是量子引力理論的基石,但在自然界中很難觀測——或許不可能被觀測。如果引力真的遵循量子力學的規則,那麼被稱為「引力子」的粒子就會與常規物質不斷碰撞
  • 引力子也有「性別」之分嗎?
    【互動問答示例】互動:這裡就可以自由發揮你的答案啦~作者:Lisa Zyga翻譯:Propagator審校:山寺小沙彌藉助去年首次發現的引力波的數據, 連同理論分析, 物理學家發現引力波可能在兩種不同形式的
  • 引力子存在嗎?黑洞合併產生的光可能帶來了引力子的信息
    用科學儀器觀察微觀世界,可以發現萬物都是由粒子構成的。我們的身體,還有呼吸的空氣都是由大量夸克組成的,陽光其實是一些光子,手機正常工作主要是基於電子流動。物理學家已經探測到構成物質、光的粒子,也證實了很多類型的力也是由粒子構成的,但迄今為止還沒有實驗能夠探測到構成引力的粒子。
  • 引力是空間彎曲的幾何效應,為何科學家還要尋找引力子?
    引力子是量子力學的產物,相對論和量子力學本身就存在衝突,所以尋找引力子成為調和量子力學和相對論力學的途徑之一。在上世紀五十年代前後,強力和弱力相繼被發現,更是激起了物理學家們對大統一理論的熱情,要知道從萬有引力到電磁力的發現經歷了100多年的時間,而距離電磁力的發現已經有100多年了,每次新基本力的發現,都會讓一位大物理學家名留青史(前者是牛頓和庫倫)。
  • 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?
  • 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
    ,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。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?
  • 引力子存在嗎?科學家在合併的黑洞中尋找答案
    樹木是由大量夸克構成的,太陽光其實是由光子匯聚而成的,就連手機的功能也是基於電子流動產生的。物理學家已經探測到了組成物質、光線以及大部分作用力的微粒,但是,至今也沒有實驗能夠探測到構成引力的顆粒。大多數物理學家認為引力源於基本粒子,但這些無質量的「引力子」與已知粒子間的作用力太過微弱,以至於無法被探測到。
  • 看待宇宙全新方式:引力波或可解決六大宇宙問題
    17世紀末,牛頓發現了萬有引力,有質量的物體就有這種引力;20世紀初,愛因斯坦發表廣義相對論,提出引力其實是質量引起的時空變形;2012年,歐洲核子研究中心通過大型強子對撞機發現希格斯玻色子,解釋了粒子為何會有質量,將希格斯場、質量和時空聯繫在一起。
  • 引力波知多少
    這次引力波貨真價實的發現,讓廣義相對論的正確性更加毋庸置疑了。那麼,關於引力波這樣的新鮮事物,我們其實還有不少問題要問。相比天文望遠鏡,引力波觀測有什麼優越之處?引力波的發現讓天學家在探測宇宙的手段上提升到了一個新臺階。就拿此次探測到的引力波來說吧,它來自距離我們13億光年處的兩個黑洞的合併。