既然引力與其他三種力不統一,可不可以認為它不存在,就是時空扭曲的結果?

愛因斯坦頓


物理學家的統一大業

按照目前主流的科學認識,近代科學起源於文藝復興時期的歐洲,從哥白尼革命開始,伽利略實現的近代實驗科學的奠基,第谷和開普勒讓天文學和占星術徹底分家,牛頓則是將那個時代的龐雜的知識進行集大成,確定了科學的範式。

從這時起,科學開始飛速發展,持續至今大概是300多年的時間。在這300多年的時間裡,物理學家這個群體一直都有一個夙願:大一統理論。無論是牛頓還是愛因斯坦都曾努力做出大一統理論,但他們都失敗了。

這個大一統理論指的就是僅僅利用一個理論,就可以解釋宇宙中所有的物理學現象。反觀我們現在的物理學體系,現代物理學有兩大支柱:相對論和量子力學。但是兩者之間只有狹義相對論和量子力學進行了很有效的結合,由此得到了量子場論。而廣義相對論和量子力學至今還格格不入。

按照目前的認知,宇宙中一共存在著四種基本作用力,分別是強相互作用、弱相互作用、電磁相互作用和引力相互作用。物理學家認為只要統一了這四種作用就可以得到大一統理論。

可是一直到現在,弱相互作用和電磁相互作用得到了統一,強力只能勉強算是和弱相互作用、電磁相互作用統一。但實際上這不是弱相互作用、電磁相互作用那樣的統一,更不要說引力相作用了。科學家一直是在試圖利用“引力子”理論來把引力相互作用也納入到其中,結果理論和實際現象相距甚遠,以至於科學家放棄了這個想法。

雖然“引力子”理論失敗了,但是科學家不可能放棄把四種作用力統一在一起。因為科學每一次躍進都是依靠著“統一”,這其實從引力的發展也能看出來。

格格不入的“引力”

最早的引力理論是牛頓的萬有引力定律。這個理論認為引力是一種超距作用,換句話說,引力是瞬間完成傳遞的。如果太陽突然消失了,那牽引地球的引力就會瞬間消失,這時候地球就會沿著軌道的切線方向飛出去。

牛頓的萬有引力定律讓我們知道,地球上的物理學定律和宇宙中的天體運動其實是一回事,這其實也是一次物理學理論的統一。

後來,麥克斯韋提出著名的麥克斯韋方程,這也是一個物理學理論的統一,實現了“電”和“磁”的統一。

再後來,1905年,愛因斯坦提出了著名的狹義相對論,在狹義相對論當中他實現了“時間”和“空間”的統一,在同年發表的質能等價理論當中,他又統一了“質量”和“能量”。

我們會發現,能夠躋身物理學前三的物理學家都實現了物理學理論的統一。到了1915年,愛因斯坦提出了著名的廣義相對論,這也是如今解釋引力的主流科學理論。在這個理論當中,愛因斯坦提出引力現象的產生,事實上這本質上是時空彎曲的結果。

我們來舉個例子,月球會繞著地球轉,按照廣義相對論,是因為地球壓彎了時空,而月球繞著時空的“側地線”在運動,這裡的“測地線”是四維時空的“直線”,也就是兩點之間的最短距離。

在廣義相對論中,愛因斯坦提出了著名的等效原理,把物體受到引力作用與物體在加速度狀態下的物理學規律進行了統一。

科技的“原動力”

物理學大廈的建立,依靠的就是一次次物理學理論的統一。即便現在解釋引力的是時空扭曲,但是科學家依然不會去放棄把四種作用力統一在一起。因為放棄這個觀念,就相當於放棄了科學的發展。我們也知道,如今世界各國都在大量投入科學經費,就是期盼著類似於牛頓、麥克斯韋、愛因斯坦提出的這種統一理論可以發生在自己的國家,這樣可以大幅度推進科學的進步。同時,科學一旦進步了,必然會作用於科技,使得科技突飛猛進的進步。

第一次工業革命就是得益於牛頓力學和熱力學的發展;第二次工業革命、第三次工業都是得益於麥克斯韋電磁學的發展;而近代的航天技術和通信技術的發展,得益於相對論和量子力學的發展。

每一次科學的發展所帶來的技術爆炸,都帶來了整個社會在效率上大幅度的發展,並且帶來巨大的經濟利益。在這些利益的驅使之下,無論是科學家還是政府都會熱衷於把科學理論進一步地發展。而廣義相對論和量子力學的統一就是科學理論發展路徑上極其重要的一環,因此,人類不會放棄這個想法。


鍾銘聊科學


首先題主要明白,引力並非與其他三種基本力不統一,而是引力屬於宏觀力,在微觀世界裡表現得非常弱,而其他三種基本力,強核力、弱核力、電磁力屬於量子力,無法體現在宏觀世界。引力是相對論中,宏觀世界的表徵,而強核力、弱核力、電磁力是量子力學中,微觀世界的表徵,而各種證據都論證,相對論與量子力學都是符合實驗觀察的。

眾多科學家一生都在努力,將引力與其他三種基本力統一到一個統一力場中進行討論,量子力學甚至引入了引力子的概念。所以怎麼可能說引力不存在呢?目前量子力學中,將引力定義為通過引力子傳遞的一種基本力。

以下補充四大基本力的基本描述。

引力子

引力子,又稱重力子,在物理學中是一個傳遞引力的假想粒子(目前仍未知是否真正存在)。兩個物體之間的引力可以歸結為構成這兩個物體的粒子之間的引力子交換。為了傳遞引力,引力子必須永遠相吸、作用範圍無限遠及以無限多的型態出現。在量子力學中,引力子被定義為一個自旋為2、質量為零的玻色子。

其他三種基本力

又稱強相互作用力,簡稱強力。強核力是作用於強子之間的力,是目前所知的四種宇宙間基本作用力最強的,也是作用距離第二短的(大約在 10^(-15)~10^(-10) m 範圍內)。

弱核力是造成放射性原子核或自由中子衰變的短程力,作用於所有物質粒子,而不作用於攜帶力的粒子。它負責放射性現象,並只作用於自旋為1/2的物質粒子, 而對諸如光子、引力子等自旋為0、1或2的粒子不起作用。

電磁力是電荷、電流在電磁場中所受力的總稱。也有稱載流導體在磁場中受的力為電磁力,而稱靜止電荷在靜 電場中受的力為靜電力。電工中所關注的電介質在電磁場中受到的有質動力也是電磁力。

以上是我對問題“既然引力與其他三種力不統一,可不可以認為它不存在,就是時空扭曲的結果?”的回答,歡迎大家在評論中與我交流討論。


奧秘365


引力是一個很奇怪的力,在星際尺度上基本準確,但放到較小的尺度上卻完全不通,應該如何統一引力理論是個令人非常困惑的問題。

萬有引力公式直接除以距離的平方則導致當距離極小時,比如貼在一起,引力則趨向於無窮大,這與實際情況是不符合的,即使以質心之間的距離為標準,也很難與實際觀測相吻合,因此傳統的萬有引力公式一定是有問題的,可問題究竟出在哪,如何去解決,目前沒有定論。

個人以為,引力是與質量同時存在的,是質量的固有屬性,從我們的世界來看就是使組成物質的基本粒子,比如分子或原子互相擠壓的一種作用力,無論物質表面之外還是之內這種力都存在,或者等價於質量對空間的扭曲,同時,基本粒子間的另外一種力,斥力,類似於相同的電荷極性之間的斥力,平衡掉質量引力的影響,也使物質保持一定的形態,類似原子核之間的引力與核外電子之間的斥力保持平衡使物質保持一定形態。

如果這樣考慮,萬有引力公式就應該修正為現有的萬有引力減去斥力才是兩個有質量的物體實際上所受到的引力,而這個斥力值可能與距離的更高次冪有關,才導致距離較近時斥力更大而距離較遠時斥力極速衰減,但斥力最大也只能無限接近引力而不會超過引力,如果超過了就會出現反引力使質量互相排斥。

這樣也才能解釋在極小距離時,引力不會無窮大反而傾向於0。


一名普通老百姓


放棄將引力統一,只保留引力是空間彎曲的結果,那麼就是將相對論獨立於大統一之外,這個觀點是反物理學的。我相信,絕大部分物理學家,對此將持反對意見!

物理學的最高教義就是大統一

從牛頓創立現代科學至今,每一代物理學家最大的榮光,是能用簡潔優美的數學公式,來闡述自然界隱藏的客觀規律。並根據這些規律,通過初始的參數條件,做出世間萬物運轉規律的預測。

科學家們相信,宇宙的最終極的奧秘,必然是相通的,是可以用一種最基本的形式來解釋的,否則,必將有違自然規律簡潔和優美。物理界流傳一牛二愛三麥惡傳說,就是對物理學統一做出巨大貢獻的人物的最大嘉獎。

所以,將引力獨立出來,置之不理,每一個有著科學傳統的科學家,都不會甘心放棄追逐大統一夢想的。

大統一是物理學的歸宿

現代物理,發展到今天,我們已經將人類的目光透過組成物質的材料,推進到材料的材料——物質之間四個基本相互作用關係中了。它們分別就是強力、弱力、電磁力、引力。牛頓創立了引力,然後麥克斯韋將電磁力統一,愛因斯坦、狄拉克、波爾、楊振寧等利用相對論以及量子論,形成了標準粒子模型,將電磁力、強力、弱力進行了統一。這是人類文明科學的最偉大成就。

引力雖然仍舊遊離於標準粒子模型之外,但是,綜合了引力的超弦理論以及M理論,都極有希望完成人類的夙願,所以沒有理由現在放棄前面的努力,功虧一簣。

人類文明要進一步進入宇宙空間,大統一是必須邁過的山峰!

人類雖然已經取得輝煌的成就,但是人類仍舊被困在地球上,無法向星辰大海遠航!人類是好奇的種族,我們終歸屬於星空,目前化學燃料為主的能源利用方式,是無法滿足我們夢想的!將引力納入標準粒子模型,無論是超弦理論,還是M理論,我們必須要將其拿下。

只有清楚引力的機理,才能利用和使用引力!引力以及引力場,是人類航空速度接近光速的關鍵,也是人類進入高維空間的唯一理論支撐,無論如何,我們都不會滿足於現在的結論。

能否避開大過濾器,引力是關鍵的鑰匙!

人類一直沒有發現地外文明,很可能是宇宙中超新星爆發發揮著生命大過濾器的作用!靠近銀河系中心,平均200-300年就會發生超新星爆發,α射線爆發將清洗一切100光年內的生命可能。而地球之所以得以爆發生命,是由於太陽系處於銀河系邊緣,恆星稀疏所致。但是,最近發現距離我們100光年內有可能50萬年內發生超新星爆發的恆星。所以,引力的突破,更是關係到人類生存的大事!只有吃透引力,才可能進入高維空間,到達接近光速的航行速度。否則,人類對於此距離下的超新星爆發,人類將毫無辦法,只能坐以待斃。


貓先生內涵科普


什麼是時空彎曲?時空彎曲又怎麼測量?

先談純粹的空間彎曲。如果空間中兩點之間的距離公式符合勾股定理,則空間就是平直空間,空間中成立的幾何就是歐氏幾何,否則,空間就是彎曲的,空間中成立的幾何就是非歐幾何。所以,我們所在的空間究竟是平直的還是彎曲的,只有經過實測才能確實。通過對一個實際存在的直角三角形進行測量,才能知道它究竟符不符合勾股定理。

顯然,在對這個直角三角形所進行的測量中,沿x軸、y軸的測量,以及沿斜邊的測量,都是長度測量,測量的方法、測量用的標準直尺,都是相同的。如果我們在這個三維空間上,再增加一個維度,變成四維,但第四維的含義是房價,或者是溫度,某個給定的三維空間區域上的第四維的高度,代表某一地段、某一樓層的房價,或者代表某一個微小的三維空間區域中的溫度,則這個四維座標系,數學上可以存在,可以畫出來,但我們卻不能稱它為“四維空間”。即使我們能人為的定義出一個這種“四維空間”中兩點之間的距離公式,但這個“四維空間中的兩點之間的距離”卻無法實際測量,因為第四維的測量方法與前三維完全不同,物理含義完全不同。由於斜邊的長度無法測量,我們也就不能進一步說,如果這個“四維空間中的距離”符合勾股定理,這個“四維空間”就是平直的,空間中成立的幾何是歐氏幾何,否則,這個“四維空間”就是彎曲的,空間中成立的幾何是非歐幾何。

同樣,把時間與三維空間合併成一個所謂的“四維時空”,這個“四維時空”中的兩點之間的距離也無法實際測量,我們也無法說,這個“四維時空”是平直的還是彎曲的。無法測量四維時空中兩點之間的距離,無法判定四維時空究竟有沒有彎曲的原因,就是增加的第四維是時間,與前三維的空間,物理含義完全不同,測量方法完全不同。

按照廣義相對論,當ds^2=dx^2+dy^2+dz^2-c^2dt^2時,四維時空就是平直的,否則,如果ds^2=gijdxidxj,四維時空就是彎曲的。請問,ds怎麼測量?測量了什麼才算是測量出了ds?

有人說,測量物體運動過程中的固有時,就等價於測量ds。在隨物體一同運動的參照系中,上述的兩個表達式分別簡化為ds^2=-c^2dt^2和ds^2=g00c^2dt^2,如果第一個表達式成立,則時空就是平直的,否則,第二個表達式成立,時空就是彎曲的。測量出了固有時dt,不知道ds,能判定出時空是平直還是彎曲的嗎?而且,一般情況下,g00還是時空座標的函數,請問,dt能等價於是ds嗎?

上面的回答似乎是說,由時間和空間合併成的“四維時空”的彎曲,無法實測驗證,但純粹的時間彎曲,純粹的三維空間彎曲,也許是可以測量驗證的。

先來看純粹的時間能不能彎曲。請問,測量了什麼才算是測量出了時間彎曲?是指標準時鐘的走時變快或變慢了嗎?假設標準時鐘的走時變快或變慢了,請問,是與誰比較的?如果你有一個更標準的時鐘,第一,那個不標準的時鐘測量出的時間,就不是標準時間,它的變快或變慢就不是時間的變快或變慢。第二,請問,你這個更標準的時鐘會不會變快或變慢?如果會,它還能是標準時鍾嗎?如果會,請問,又該怎麼測量?有人說,時間彎曲,是指不同的地點,不同的引力場中,標準時鐘的走時速度不同。既然你已經測量出引力場中的時鐘走時變慢了,請問,那個引力場中的時鐘還能是引力場中的標準時鍾嗎?它測量出的時間還能是引力場中的標準時間嗎?你測量出它變慢的那個時鐘,才是你心目中的,包括引力場在內的整個宇宙中的標準時鍾,這個時鐘所測量出的時間,才是包容引力場在內的整個宇宙中的標準時間。

三維空間的彎曲,討論起來稍微複雜一點。但至少,當你說空間彎曲時,你不是隨口胡說,你肯定是測量後才這麼說的。你通過測量後發現,勾股定理不成立了,所以你說,空間彎曲了。請問,你能在一片空虛的空間中進行測量嗎?你的測量可以沒有測量的對象嗎?如果空間中空無一物,你測量出的那個使勾股定理不成立的三個長度值,從何而來?它們是誰的長度?你說,你在平面上畫出了一個三角形,然後進行測量,這至少要有一個實際存在的,由實體構成的平面,另外,還要有三條你畫出的畫痕,這個畫痕也是以實物形式而存在的。顯然,你測量的不是純粹的空間,而是具體的實物,你測量出的是這個實物,這三條畫痕這個實物,所具有的一個屬性。如果這三條畫痕不遵守勾股定理了,也許是這個實物受到了什麼影響,例如,畫痕所在的實物的平面因受潮而變形了。在引力場中,光線彎曲了,由三條光線所圍成的三角形不遵守勾股定理了,請問,這究竟是空間中的光線彎曲了,還是空間本身彎曲了?如果光子運動軌跡的彎曲被認為是空間彎曲,那麼,子彈運動軌跡的彎曲算不算空間彎曲?我跑步的軌跡的彎曲算不算空間彎曲?

純粹的空間究竟是什麼?我認為,純粹的空間,應該是指三維空間座標系。這個座標系是我們測量長度用的那個標準直尺的延長。如果這個座標系彎曲了,請問,怎麼測量?用標準直尺來測量這個座標系中的座標軸,但這顯然是自己對自己的測量,一個直尺,它能測量出自己在引力場中彎曲了嗎?用這個標準直尺的稜邊圍成一個三角形,再用另一個完全等價的標準直尺去測量這個三角形,假設符合勾股定理(注意,我這裡用的是“假設”一詞),再把這個由標準直尺圍成的三角形拿到引力場中,再用那個標準直尺去測量,它能測量出在引力場中,這個由標準直尺圍成的三角形彎曲了,不再遵守勾股定理了嗎?

如果說這個標準直尺在引力場中本身就彎曲了,如同前面說的標準時鍾在引力場中不標準了,請問,怎麼測量?


董加耕


4種基本力完全是一個機理,誰能幫我發表?


手機用戶53122562831


希格斯玻色子被發現了,引力馬上要被統一了,樓主的問題就不存在了。


專業啃蘋果


引力是弱核力的延長


鬼谷35


現在有科學家就在努力吧引力,弱力,強力,磁力都統一成空間扭曲力,就缺一個公式了。


空間沉降力


引力不是力,而是空間彎曲導致的結果,彎曲是因,引力是果,所以追求大一統本身就值得商榷。而空間彎曲是因為有質量,因此更應該探究質量引起彎曲的機理才對。。


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