我们都知道引力,那么它是如何产生的呢?
牛顿不仅用万有引力定律解释了行星运动的规律,还用它解释了木星和土星的卫星围绕行星的运动规律是一样的。他认为月球不仅受到地球的吸引,还受到太阳的吸引,这解释了月球运动中发现的二进制平均偏差和运行规律。此外,他还解释了彗星的轨道和地球的潮汐现象。
然而这种最早被人类认识到的互动,却是困扰人类最久的谜团。早在笛卡尔时代,人类就试图寻找万有引力的根源,但至今仍没有答案。
爱因斯坦的广义相对论提出了引力的起源。但爱因斯坦的理论仍然是一种“唯象”理论,用新的表达式代替了引力问题,用四维空间的曲率来描述引力问题。但是,就引力的来源,也就是质量而言,爱因斯坦的理论与牛顿的引力理论相比并无进步。
目前人类已知的所有粒子都有质量,甚至被称为“宇宙幽灵”的中微子,其质量在前几年也有测量。所以可以说引力可以和所有的基本粒子相互作用。
也许正是引力的这一特性启发了苏格兰理论物理学家希格斯玻色子,他认为质量的来源是真空涨落。由于所有粒子都存在于真空背景中,真空涨落可以作用于任何粒子。似乎可以用真空波动来解释质量的来源,就像生活在海上的渔民每天都能感受到海浪的冲击一样。
希格斯的想法是在上世纪80年代提出的。人们对这一理论进行了扩展,甚至在理论上预言了希格斯粒子,一种可以产生任何粒子质量的粒子。
这种特殊的粒子(希格斯玻色子)在2012年首次被观测到。
是大自然在和人类捉迷藏,还是人类的认识有偏差?答案似乎很清楚。大自然每天都在和人类捉迷藏,人类的理论摸不到万有引力的起源。
如今,引力的起源已经成为物理学史上最大的未解之谜。
大自然或许真的愚弄了人类,让人类先了解了重力,但重力的根源却深埋在大自然中,花了四个世纪与人类捉迷藏。
目前,理论物理学家回溯过去,梳理人类探索引力起源的历程。他们一致认为引力的起源在于质量,即牛顿引力方程中的引力常数。这个常数也出现在爱因斯坦广义相对论引力方程的右边。
现在,人类的认识已经深入到质子和中子的基本单位——夸克,已经确定自然界有六种夸克,夸克具有“渐近自由”的基本性质。但是夸克是由什么组成的呢?夸克的电荷机制是什么?这些更基本的问题仍然没有答案。
虽然弦理论声称能够解释夸克的性质和粒子上电荷的机制,但是它并没有提供任何可行的方法让人类通过实验来验证这些机制。因此,弦理论看起来更像是“数学游戏”,而不是物理理论。
从笛卡尔到牛顿到爱因斯坦,直到今天,引力的本质已经成为物理天空中最大的迷雾。量子物理的发展不仅帮助我们解开了引力之谜,也让它变得更加复杂。尤其是上世纪90年代宇宙中发现暗物质之后,引力与暗物质的关系变得更加神秘。可以肯定的是,暗物质与引力的起源有着最直接的关系。但是暗物质是什么呢?它是由什么粒子或量子态构成的?这些问题试图揭开引力的新奥秘。
重力似乎是一个由拼图组成的神奇盒子。打开外面的大盒子,发现里面有几个小盒子。打开一个小盒子,发现里面的小盒子是无限的。
引力的本质已经成为对人类智力的最大挑战。游戏从笛卡尔和牛顿开始,表演一直持续,看不到尽头。