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    自然界中的引力是如何產生的?

    引力是若何發生的,或者說引力的素質是什么?

    今朝科學界的本家兒流不雅點認為,引力的素質是時空彎曲,這一不雅點來自愛因斯坦的廣義相對論,而且顛末了很是多的天文不雅測證實,還在理論上起到了很好的展望感化。

    在人類對引力的熟悉過程中,本家兒要呈現了三大理論。下面別離介紹一下。

    牛頓經典引力理論

    據傳,因為一個蘋果失落下來砸到牛頓的腦殼,牛頓是以悟出了萬有引力定律。宿世間一切物質都存在彼此吸引的感化力,這就是萬有引力。萬有引力的巨細,除了與兩個物體的質量有關,還與兩個物體之間的距離有關。這是經典力學中關于引力的描述。

    在牛頓的理論中,他認為時空是平直的,而且不管距離有多遠,引力的感化都是剎時完當作的。現代物理學研究表白,牛頓的引力理論是廣義相對論的一種局域近似,它只合用于弱引力場情況。

    牛頓的引力理論對于展望天體活動已經很切確了,好比,天文學家操縱萬有引力定律預言了海王星的存在。不外在解決某些問題時,卻碰到了堅苦,好比水星近日點進動問題。

    愛因斯坦的引力理論

    1915年,愛因斯坦在狹義相對論的根本上正式完當作廣義相對論,將引力詮釋當作時空彎曲,認為時空與物質的關系十分緊密親密。而在牛頓的理論中,時空與物質無關。是以,廣義相對論認為引力并不真實存在,只是一種時空彎曲效應。

    該理論將時空幾何化,存在于三維空間中的物體可以或許使空間甚至時候發生彎曲,這就是時空彎曲。如下圖所示:

    有質量的物體能使時空彎曲,質量越大,時空彎曲的越厲害。而且單元空間中包含的質量越多,該區域的時空曲率也就越大。引力彼此感化的傳遞速度與光速半斤八兩。廣義相對論中最主要的方程即是引力場方程,它描述了物質與時空的關系。

    廣義相對論不僅解決了水星近日點進動(物體在強引力場中活動)的問題,還獲得了良多嘗試撐持,好比光線在引力場中的彎曲,光譜線的引力紅移等。此外,廣義相對論的良多天文展望也已經被證實,好比黑洞,物質在時空中活動時會激起漣漪形當作引力波,引力對光線的彎曲會形當作引力透鏡等。廣義相對論的降生對現代天文學的成長起到了很大的感化。

    上圖為人類拍攝的第1張黑洞照片

    量子引力理論

    量子力學和相對論是現代物理學的兩大支柱。量子力學致力于研究微不雅宿世界中物質的活動紀律,其研究成果獲得了嘗試的切確撐持。量子力學試圖將引力量子化,但卻并沒有獲得當作功。

    宿世界是物質的,物理學家認為天然界中存在4種根基感化力:電磁力、強力、弱力、引力。量子力學與狹義相對論、經典場論連系,形當作了量子場論,并在楊米爾斯理論的根本之上成長出了尺度模子理論,當作功的將前三種力同一,可卻遲遲不克不及將引力納入此中,即量子力學與廣義相對論不兼容。

    科學家們發現,電磁力、強力、弱力都是經由過程互換粒子(規范玻色子)形當作的,故而提出了引力子的概念,并預言了該粒子的性質,可是至今也未在嘗試中發現引力子。在量子力學中,粒子被界說為質量為0、自旋為2的玻色子。

    量子力學固然未能解決引力的問題,可是卻解決了質量的發源問題。科學家認為,時空平分布著希格斯場,并經由過程希格斯機制付與這些粒子質量。今朝,科學家已經當作功在嘗試室中不雅測到了由希格斯場激發的希格斯粒子。

    不外,今朝科學家們并沒有拋卻引力量子化的訴求,因為萬有理論其實太誘人。超弦理論是今朝最有但愿的理論,它兼容了量子力學和廣義相對論。

    竣事語

    經由過程上面的介紹,相信大師已經知道,今朝關于引力的素質,因為量子力學和廣義相對論不兼容,這意味著還有良多問題有待解決,應該需要一個全新的理論兼容量子力學和廣義相對論。不外這并不料味著量子力學和相對論是錯誤的,如同相對論并沒有推翻牛頓力學一樣。出格是現有的物理理論,對暗物質和暗能量知之甚少。

    不成否定,現有的嘗試證據表白,廣義相對論是今朝最為切確的一個引力理論,而且有良多主要的應用。今朝,時空彎曲是關于引力的最好詮釋。

    • 發表于 2020-05-28 02:00
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