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重力是時空彎曲,無需媒介粒子,科學界為何還在尋找重力子?

2024-11-04科學
重力無處不在,任何具有品質的物體都具有重力,那麽重力到底是什麽呢?
第一個帶領人類走近重力的人是牛頓,萬有重力定律的提出第一次以科學的角度將重力展現在了世人面前,而且在地球這個宏觀低速環境之下,萬有重力公式對於重力的計算可謂極度精確,即便是在航天工程領域也已經完全夠用。既然重力是一種力,那麽就一定存在著一種媒介粒子,因為其它的三種基本力都是透過媒介粒子傳遞的,比如電磁力是透過光子傳遞,強力透過膠子傳遞,而弱力的媒介粒子則是中間玻色子。
那麽重力的媒介粒子是什麽呢?
科學家們將其假定為「重力子」並一直試圖透過某種方法找到它。遺憾的是,很多年過去了,科學家們並未發現重力子的蛛絲馬跡,但關於重力卻又有了新的進展。當人類離開地球走向宇宙,忽然發現萬有重力公式並不是萬能的,比如在計算水星進動的時候,計算值就與實際觀測存在著極大的差異,這說明萬有重力定律描述的只是重力在宏觀低速環境下的一種特例,而非其本質,於是一種新的理論出現了,它就是廣義相對論。
愛因史坦認為重力並不是一種實體力,它本質上是一種幾何效應,即時空彎曲。
任何具有品質的物體都會導致周圍的時空發生彎曲,品質越大,周圍時空的曲率就越大,其它的物體只能沿著彎曲的軌跡移動,於是就表現出了小品質物體向大品質物體靠近的趨勢。愛因史坦的理論看似天馬行空,但卻使有關重力的一切問題都獲得了完美的解釋,而在使用相對論公式計算水星進動值時,也能夠得出與實際觀測結果絲毫不差的數據,這充分說明了廣義相對論的正確性。
雖然知道了重力的本質是時空彎曲,不需要任何粒子作為媒介,但時至今日科學家們都沒有放棄尋找重力子,這又是為什麽呢?
因為廣義相對論只是帶我們無限接近了重力的本質,卻未必真的觸及到了重力的本質,為什麽這麽說呢?因為在宇宙之中,萬事萬物都應該遵循一個相同的物理規律,所有的理論都可以統一在一個框架之內,也就是我們經常聽到的「大一統理論」,愛因史坦畢生也都在尋找這一理論,遺憾的是並未能實作。
因為重力的本質是時空彎曲,所以它沒有辦法與其它三種基本力統一在一起,量子力學始終與廣義相對論格格不入。
正是基於這個原因,科學家們一直試圖在量子層面解釋包括重力在內的一切自然現象,而要想完成這一壯舉,最簡單的方法就是找到重力子。如果找到了重力子,人類對於重力的認知又會邁入一個新的層次,所有的理論也都有望統一在一起,人類也就能打破物理學接近百年的停滯。
重力子的尋找有進展嗎?
南京大學物理學院的杜靈傑教授率領團隊透過研究,在砷化鎵量子阱中觀測到了重力子模。什麽是重力子模?通俗一點來說就是重力子在凝聚態物質中的投影,當然,這並不是說就足以證明重力子的存在,其只是一種可能性,但它在實驗層面為證實重力子的存在向前推進了一步,要想最終證實重力子的存在還需要捕捉到直接證據才行。雖然人類現在還不能確定重力子是否真的存在,但重力子的尋找和研究還是能給人類帶來新的希望,畢竟一旦找到重力子,人類對於宇宙的理解將會邁入一個嶄新的階段,當然,也有可能最終證實了重力子是不存在的,那樣的話人類距離大一統理論的發現將會有更長的路要走。