電磁力通過光子傳遞,引力是通過「引力子」傳遞的嗎?

2020-11-26 關注未來世界

#宇宙大揭秘#

1915年，愛因斯坦發表了著名的廣義相對論，啟發人們認識到空間和時間是可以扭曲的，也解釋了引力的由來。數年後，物理學家們走進由亞原子粒子組成的微觀世界，並建立了量子力學。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。

引力無處不在，它與電磁力、強核力、弱核力並稱為自然界的四大基本力，我們身在其中卻看不見摸不著，那麼，它的傳遞是哪種物質粒子在起作用呢？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。相反，假如引力子的質量不等於零，而是一個非常微小的數值，那麼引力的大小和作用距離就會有一個下限和上限。這些都是物理學家很渴望弄清楚的問題。

物理學家想要測量引力子的質量，主要通過兩種方法，一種方法是精確地觀測天體的運動軌跡和引力波，另一種方法是研究宇宙膨脹的速度。引力波的觀測數據表明，引力子的質量不可能大於5×10eV。宇宙膨脹的觀測數據更加精細，證實引力子的質量不可能大於10eV。近期，法國巴黎天文臺的Leo Bernus及其團隊進行了一個獨立的研究，他們分析了更多數量的太陽系天體，估算出引力子的質量上限為6.76×10eV，與使用引力波數據推算的數值更為接近。

結語

自然界四大基本力中有三種已經證實是通過物質粒子的交換來傳播的，只剩下一種引力。引力到底是不是通過所謂的「引力子」來傳播的呢？引力的大小和傳播距離是否存在上限呢？親愛的讀者們一定也很好奇，小編會為您繼續關注這個領域的最新研究的。

參考資料：Focus: Limits on the Graviton from Planetary Orbits, October 18, 2019 Physics 12, 113.

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    、引力、強核力以及弱核力。例如，讓磁鐵之間互相吸引的磁力、接觸力（包括摩擦力、彈性力）在本質上都是屬於電磁力。 理論上，每種基本力都由一種基本粒子來傳遞（傳遞引力的引力子尚未被發現），以電磁力為例，它的傳遞依賴於光子。既然電磁作用會交換光子，那麼，為什麼我們看不到兩塊相互吸引的磁鐵、或者推動物體時所發出的光呢？
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    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。
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    在天體層面上主導的的引力在分子和原子的尺度下主導的是電磁力在原子核和強子的尺度，主導的是強作用力在輕子和夸克的尺度內，主導的是弱項作用力當然引力可囊括一切，這理解並沒有錯，但在微觀尺度下，引力的作用基本是可以忽略的。
  • 阻礙大一統的「引力子」,或和「上帝粒子」有關
    引力正是通過以太來傳播相互作用的，並且是瞬時的。牛頓死後，人們發現了電磁力。在一塊磁鐵周圍放許多小磁屑，會發現磁屑呈現出一種曲線形式，這也是磁力線的啟發來源。法拉第解釋到，這表明在磁鐵周圍的空間存在一種均勻分布的場，磁鐵對磁屑的作用正是通過這種場作用的。
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    電磁力作用於帶電粒子之間；弱力支配著粒子的衰變；強力可以克服質子之間的排斥力，使原子核牢牢地束縛在一起；引力支配著天體的運行，以及宇宙的演化。激發特定的場就會產生相應的粒子，比如激發電磁場就會產生光子。在量子世界中，基本力是由被稱為規範玻色子的載力粒子傳遞的，比如我們熟悉的電磁力實際上是由光子傳遞的。
  • 量子 + 引力 = ?
    自然界中已知的四種基本力分別是電磁力、弱力、強力和引力。電磁力作用於帶電粒子之間；弱力支配著粒子的衰變；強力可以克服質子之間的排斥力，使原子核牢牢地束縛在一起；引力支配著天體的運行，以及宇宙的演化。量子場論解釋了電磁力、弱力和強力，它是現代物理學的一大支柱。根據量子場論，宇宙中瀰漫著各種粒子場，比如電子場、膠子場、希格斯場等。激發特定的場就會產生相應的粒子，比如激發電磁場就會產生光子。