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為什么引力會(huì)扭曲時(shí)空,為什么一些人還要尋找引力子

扭曲時(shí)空的不是引力 , 而是引力是時(shí)空彎曲的表現(xiàn) 。其實(shí)是質(zhì)量造成了時(shí)空的扭曲 , 時(shí)空的扭曲相當(dāng)于重力 。這個(gè)機(jī)制并沒(méi)有解釋引力或者質(zhì)量導(dǎo)致時(shí)空扭曲的起源 , 所以為什么質(zhì)量會(huì)導(dǎo)致時(shí)空扭曲仍然是個(gè)謎 ?,F(xiàn)在很多問(wèn)答都會(huì)說(shuō)愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論重新定義了引力 , 但是很多人沒(méi)能搞清楚引力和時(shí)空扭曲的關(guān)系 。
到底是引力導(dǎo)致時(shí)空扭曲還是時(shí)空扭曲導(dǎo)致引力?

為什么引力會(huì)扭曲時(shí)空,為什么一些人還要尋找引力子


都不是 。實(shí)際上是質(zhì)量導(dǎo)致時(shí)空扭曲 , 而時(shí)空扭曲和引力是等效的 。時(shí)空的幾何扭曲與引力是同一個(gè)概念 , 它們描述的都是同樣一種物理現(xiàn)象 。而真正產(chǎn)生這種時(shí)空扭曲的根本原因是質(zhì)量 。而質(zhì)量的本質(zhì)到目前為止還沒(méi)有理論闡述清楚 , 目前有實(shí)證的最接近揭示質(zhì)量本質(zhì)的理論是希格斯玻色子——費(fèi)米子通過(guò)與希格斯玻色子相互作用而獲得質(zhì)量 。
但是這個(gè)機(jī)制并沒(méi)有解釋質(zhì)量產(chǎn)生引力或時(shí)空扭曲的根源 , 因此質(zhì)量為何能造成時(shí)空扭曲仍然是一個(gè)謎 。愛(ài)因斯坦只是通過(guò)了宏觀的思想實(shí)驗(yàn) , 以及數(shù)學(xué)原理的推演 , 通過(guò)場(chǎng)方程從邏輯上得出了引力與時(shí)空幾何扭曲的等效性 , 也仍然沒(méi)有解釋質(zhì)量造成時(shí)空扭曲的本質(zhì) 。上圖希格斯玻色子發(fā)現(xiàn)原理漫畫(huà)很有趣 , 因?yàn)楦締?wèn)題無(wú)關(guān)所以上面的文字就不翻譯了 。
人類(lèi)對(duì)質(zhì)量本質(zhì)的不理解 , 更表現(xiàn)在被動(dòng)引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量的等效性上 。愛(ài)因斯坦說(shuō)過(guò) , 被動(dòng)引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量相等的原因仍然是一個(gè)謎 。上圖被動(dòng)引力質(zhì)量和慣性質(zhì)量的等效性示意圖 。雖然慣性質(zhì)量被動(dòng)引力質(zhì)量和主動(dòng)引力質(zhì)量在概念上是截然不同的 , 但是沒(méi)有任何實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚝敛缓刈C明它們之間存在任何差異 。在經(jīng)典力學(xué)中 , 牛頓第三定律暗示主動(dòng)和被動(dòng)引力質(zhì)量必須始終相同或至少成比例 , 但經(jīng)典理論沒(méi)有提供引力質(zhì)量必須等于慣性質(zhì)量的令人信服的理由 。
它確實(shí)只是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)性的事實(shí) 。愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論就是建立在慣性質(zhì)量和被動(dòng)引力質(zhì)量之間的等價(jià)性的假設(shè)之上的 , 沒(méi)有實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)它們之間存在差異 。而在愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論中 , 系統(tǒng)的質(zhì)量甚至沒(méi)有辦法被定義 , 這正是因?yàn)橐Φ哪芰繘](méi)有被包括在廣義相對(duì)論場(chǎng)方程的能量-動(dòng)量張量?jī)?nèi) 。而我個(gè)人認(rèn)為 , 基于質(zhì)能方程 , 質(zhì)量與能量的等效性 , 以及引力與時(shí)空幾何的等效性 , 我們可以找到這么一條邏輯線索 , 即 , 很可能質(zhì)量就是一種蜷縮在微小尺度當(dāng)中的時(shí)空 。
如果我們把時(shí)空認(rèn)為是一張布 , 那么能量就是布的褶皺這符合愛(ài)因斯坦引力是時(shí)空幾何扭曲的提法 , 而質(zhì)量則是時(shí)空這張布在微小尺度內(nèi)強(qiáng)烈扭曲的結(jié)果 , 就像是布上打的一個(gè)個(gè)結(jié) 。于是 , 質(zhì)量可以在一定的激發(fā)條件下被展開(kāi)成能量質(zhì)能方程 , 也能在一定條件下聚集成大的結(jié)天體及黑洞形成 , 而這些結(jié)跟周?chē)臅r(shí)空幾何是連續(xù)的 , 因此必然會(huì)在結(jié)的周?chē)a(chǎn)生曲率的梯度漸變的彎曲度 , 這就是質(zhì)量產(chǎn)生的外延的引力 。
引力源自時(shí)空扭曲 , 應(yīng)該不屬于力的范疇 , 為什么一些人還要尋找引力子?
為什么引力會(huì)扭曲時(shí)空,為什么一些人還要尋找引力子


引力源自時(shí)空彎曲是廣義相對(duì)論的解釋 。廣義相對(duì)論中引力就等效于時(shí)空彎曲產(chǎn)生的加速度 , 因此也是力的范疇 , 并且是廣義相對(duì)論中出現(xiàn)的唯一的力 。引力子是從量子場(chǎng)論的視角出發(fā)來(lái)解釋引力 , 在量子場(chǎng)論中 , 時(shí)空是平直的 , 所有粒子之間的力都是通過(guò)交換玻色子完成的 。如果量子場(chǎng)論比廣義相對(duì)論更基本 , 那么時(shí)空彎曲應(yīng)該來(lái)自大量引力子聚集產(chǎn)生的宏觀效應(yīng) , 廣義相對(duì)論是量子場(chǎng)論的一種近似 , 不過(guò)引力的量子場(chǎng)論無(wú)法通過(guò)重整化解決發(fā)散問(wèn)題 , 這就導(dǎo)致了量子場(chǎng)論和廣義相對(duì)論無(wú)法統(tǒng)一 。

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