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如果科学预言的这种粒子被发现,玻尔和爱因斯坦的世纪争论将结束

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发表于 2019-5-3 08:48:11 | 显示全部楼层 |阅读模式

大家都知道我们自然界存在着“四大基本力”,这四种力构建起宇宙万物和运行规律,也可以称其为四大造物主,其中电磁力、强核力、弱核力,这三种力均已量子化,唯独引力在我们生活中最常见,也是最神秘的,我们赖以维生,却对它知之甚少。我们尊敬的爱因斯坦1918年为我们预言了引力波的存在,所以科学家预测关于引力是否也存在一种载体和传递媒介,类似于光子的粒子,我们称它为引力子。这个粒子如果真的被发现,引力将被量子化,意味着玻尔和爱因斯坦一个世纪的争论将结束,那我们的科学在神秘的宇宙面前将会是一次阶段性的胜利。

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预言引力波

我们知道震动的电荷可以产生电磁波,广义相对论预言,经历振动的质量应该同样产生引力波。引力波是引力场中的微小变化,从来源中传播出去,就像无线电波从发射器中发射出来。这些时空中的涟漪应该以光速传播。

引力波的来源

这好理解,就拿一对互相绕着对方旋转的恒星来说吧。这样的双星在宇宙中很常见,其实像我们太阳系这种单星星系其实算个小另类吧。(会不会真的和我们的后羿有关啊,开个玩笑)当双星环绕移动时,任何特定点受到的联合引力拖拽都将不断变化,而这要归因于双星位置的改变。附近空间的扭曲将使双星的运动颤动。这些颤动应该作为波在时空中传播。如果波即刻抵达了遥远的一点,那么我们获得关于双星的信息要快于光速。然而,根据狭义相对论,信息传播的速度不能超越光速障碍。

太阳消失我们地球8分钟后才能感觉到

这意味着,在太阳突然消失(极为不可能)的事件中,不仅我们将在八分钟后才再也看不到它,就连地球也将绕着不存在的太阳继续旋转,直到引力信息抵达。水星和金星获得信息 的时间要早一些,但地球会不管不顾地继续运行。考虑到太阳造成的扭曲时空,我们可以想象这将需要时间来拉直。空间它不可能突然翻转出原本的扭曲形式,而是扭曲的拉直将以光速在时空中传播。

发现引力波

引力波的探测从预言到发现经历了一个漫长的过程,花费大量的人力财力几十年内没有任何结果,值得庆幸的是在2015年9月14日来自黑洞相互合并的引力波被LIGO捕捉到,成为人类首次直接探测到的引力波。

引力的载体和传递媒介—引力子?

如果引力波存在,并且与电磁波有任何相似性,那么我们就能够预计把它们当作粒子对待。电磁波常常被设想为光子,而光子提供了电磁力与物质相互作用的载体。但是,能够对引力波采取一种量子方法吗?正如我们已经看到的那样,完全的量子引力理论现在已经难倒了科学界。但是,这并不意味着不可能找到一种爱因斯坦1918年方程式的允许引力波存在的变体。

就在40多年后,英国物理学家保罗·狄拉克创造了一种引力场方程式,预言应该存在引力载体的引力子,就像携带电磁力的光子那样。在被视为波时,和光一样,这种量子粒子的能量与频率成正比。它们拥有相同的能量关系,即普朗克常量乘以频率。这里可能会存在一些困惑。光子在电磁力中扮演了两种角色。它们组成了光,光可以被视为电磁波。但是,作为电磁力的载体,它们也以“虚拟的”形式存在(因为它们从来没有被直接观测到)。举个例子,当一块磁铁吸引一块铁时,我们看不见光子在它们之间流淌,只有虚拟的光子连接它们。与之相似的是,引力波并非引力的固有特征,而是引力中的振动变化的结果,就像被释放的光,但引力子也将是所有引力的载体,不仅仅是引力波的载体。

引力量子化—科学家的一厢情愿?

你可能会认为既然引力波已经被探测到,那引力子的发现可能已经近在咫尺,但是目前没有任何实验数据或感测结果表明存在这种粒子。科学家提出引力子,是因为现在的量子力学现在已经趋近完美,它可以很好的解释和描述其他三种自然力,科学家更是希望能量引力量子化,发展出量子引力理论。很多科学家为此也付出了巨大的努利,但引力子真的存在吗?它究竟在何处,仍然是个谜?这会是科学家的一厢情愿还是上帝的最后一扇门?

总结一下:如果哪天引力子真的被确认存在,我认为这个发现的轰动效果不亚于前段时间的黑洞照片。因为引力将被量子化,人类将统一四大基本力,大统一场理论也将应运而生。量子力学和相对论一个世纪的争论也将结束,爱因斯坦的梦想也终究得以圆满,宇宙起源问题也将得到更好的解释。

来源:量子科学
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