03.06 引力为什么在四大基本力中是最弱的?

刘世好


引力为什么在四大基本力中最弱,我们要从标准模型说起

现在基本粒子和四大作用力的标准模型已经构成了现代物理学的两大支柱之一,随着希格斯玻色子的发现,我们已经解释了基本粒子质量的来源。可以说标准模型是一套很成功的科学理论,但这并不意味着科学已经结束,我们已经获得了宇宙真理的标准。只能说标准模型只完成了宇宙这个谜题的一部分。

我们知道在四大基本力中,弱力、电磁力和强力都非常重要,而且一个比一个强。这三种力的大小取决于相互作用的能量。但万有引力并非如此,我把这个问题称为理论物理学中最大的未解决问题:力的等级问题。

万有引力实际上比宇宙中所有已知的力平均要弱40个数量级。这意味着引力比其他三种力弱10^40倍。把这个数字写出来就是这样的:10 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000,这个数字足够让我们感到震撼。

如果要让两个质子克服它们之间的库仑力,在万有引力的作用下聚集在一起,那么我们就需要“制造”一个重量是正常质子的10^20倍的质子。

如果我们想让上图中的反应发生,也就是将两个质子融合在一起,就需要10^56个质子提供的万有引力才能克服库仑力,这个质量也是一个恒星最少的质量!

我们不知道宇宙为何是这样运作的?为什么引力比其他力弱这么多?为什么“引力电荷”(即质量)比电荷或颜色电荷弱(夸克色荷)得多?

这就是力的等级问题。其实我们也有一些不错的解决方案,并且有一个工具可以帮我们验证方案的可行性!

大型强子对撞机能否为我们解决这个问题

到目前为止,大型强子对撞机(人类有史以来能量最高的粒子对撞机)已经在地球上的实验室条件下创造了前所未有的能量,并且收集了大量数据,准确地重建了碰撞点发生的一切。

大型强子对撞机包括创造以前从未见过的新粒子(如希格斯粒子)、我们熟悉的老标准模型粒子(夸克、轻子和规范玻色子),如果新粒子存在,大型强子对撞机可以产生任何可能超出标准模型的粒子。

目前有四种可能的方式可以解决层次问题。对于实验来说,如果这些解决方案中有任何一个是大自然所选择的,那么LHC将会找到它!目前还没有显著的统计结果有力地表明,在标准模型之外还观察到了任何新的物理现象。那么什么是可能的、合理的解决等级结构的方案?

1、超对称性,简称SUSY。

超对称性是一种特殊的对称性,它会导致正常物质的质量变大,引力的强度会变得与其他力相当,差异会被高度精确地抵消。超对称性还意味着,标准模型中的每个粒子都有一个对称的超粒子伙伴,并且有5个希格斯粒子和5个希格斯超级伙伴。这样就会给我们带来额外的质量。但是目前我们并没有发现超对称粒子的存在。

2、扭曲的额外维度。

这个理论认为引力和其他的力一样强大,但在我们的三维宇宙中不是这样。引力处在一个不同的三维空间中,引力与我们的宇宙在第四空间维度上有10^-31米的距离,这说明引力可能不完全作用在我们的宇宙中。而且这个理论可以提供一个可能的解释,解释为什么我们的宇宙一开始呈现出指数膨胀。

扭曲的额外维度就需要一组额外的粒子,称为卡鲁扎-克莱因粒子,这是存在额外维度的直接后果。值得注意的是,一项太空实验暗示,可能存在一个能量约为600 GeV的卡鲁扎-克莱因粒子,相当于希格斯玻色子质量的5倍。

当LHC达到最大能量时,一个质量低于1000gev的新粒子应该在这台机器的范围内。希望我们能发现这个额外维度的粒子。

3、大的额外维度。

额外的维度可以是“大的”,而不是扭曲的,因为大的维度相对于扭曲的维度只有10^-31米这么大。“大的”额外维度大约是毫米大小,这意味着新的粒子将开始出现在LHC能够探测到的范围内。同样,会有新的卡鲁扎-克莱因粒子,这可能是等级问题的一个可能的解决方案。

当然,对于力的等级问题,要么有一个完全不同的解决方案,要么根本没有解决方案;这可能只是自然界的一种方式,可能没有任何解释。


量子科学论


这个问题尝试用最简单的个人观点浅答一下吧!引力是四大基力的统称,是强力、弱力、万有引力以及磁力的总称,是微观正负粒子世界正负电动力学演译出来的结果。强力是核子内部正负粒子之间的直接量子电动力学,弱力是原子核与核外电之间的量子电动力学,万有引力是原子核内部质子对电子的量子电动力学作用之后不饱和超级微弱作用的空间时空延续。磁力是核外电子运动空间电动力学分布态。在这四种共同的微观正负粒子电动力学中,都是超距作用的,其中,万有引力就是一种超级微弱的不饱和电动力学作用时空的延展。所以,万有引力是人们称为四大引力中最弱的引力。


平SS


恕本民科直言,以为引力是最弱的力,恰恰是物质思维的错误结果! 物质引力弱的原因是质量和引力被能量囚禁在了物质之中。如果站在超越物质的高度,那么质量奇点(黑洞)的原始引力却是宇宙中最强的力,没有原始引力,物质就不能诞生!


外星文明新时代


引力之所以弱,是因为它是由压力差产生的。类似于把两个物体放在均匀光场中,这两个物体之间一定会产生相互吸引的力,但这力不是基本力,而是光压力差而产生的现象力,且相当弱。引力产生的原理是一样的,但要把施力者从光能改变成宇宙能。


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一个长程力,一个短程力,没有可比性吧。好比一个马拉松冠军,一个短跑冠军。


揮灑FLY


个人感觉引力最特殊又最恐怖,这个问题过于深奥,不敢乱说话,坐等大家解读。


张修远


我听过一种说法:引力会在多维空间里都产生作用,所以我们所在的三维空间只能感受到引力的一部分作用。


令狐令狐令狐


看距离。


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