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为什么引力会扭曲时空,为什么一些人还要寻找引力子

来源:整理 时间:2022-06-05 15:42:27 编辑:科技知识 手机版

扭曲时空的不是引力,而是引力是时空弯曲的表现。其实是质量造成了时空的扭曲,时空的扭曲相当于重力。这个机制并没有解释引力或者质量导致时空扭曲的起源,所以为什么质量会导致时空扭曲仍然是个谜。现在很多问答都会说爱因斯坦的广义相对论重新定义了引力,但是很多人没能搞清楚引力和时空扭曲的关系。

到底是引力导致时空扭曲还是时空扭曲导致引力?

都不是。实际上是质量导致时空扭曲,而时空扭曲和引力是等效的。时空的几何扭曲与引力是同一个概念,它们描述的都是同样一种物理现象。而真正产生这种时空扭曲的根本原因是质量。而质量的本质到目前为止还没有理论阐述清楚,目前有实证的最接近揭示质量本质的理论是希格斯玻色子——费米子通过与希格斯玻色子相互作用而获得质量。

但是这个机制并没有解释质量产生引力或时空扭曲的根源,因此质量为何能造成时空扭曲仍然是一个谜。爱因斯坦只是通过了宏观的思想实验,以及数学原理的推演,通过场方程从逻辑上得出了引力与时空几何扭曲的等效性,也仍然没有解释质量造成时空扭曲的本质。上图希格斯玻色子发现原理漫画很有趣,因为跟本问题无关所以上面的文字就不翻译了。

人类对质量本质的不理解,更表现在被动引力质量与惯性质量的等效性上。爱因斯坦说过,被动引力质量与惯性质量相等的原因仍然是一个谜。上图被动引力质量和惯性质量的等效性示意图。虽然惯性质量被动引力质量和主动引力质量在概念上是截然不同的,但是没有任何实验能够毫不含糊地证明它们之间存在任何差异。在经典力学中,牛顿第三定律暗示主动和被动引力质量必须始终相同或至少成比例,但经典理论没有提供引力质量必须等于惯性质量的令人信服的理由。

它确实只是一个经验性的事实。爱因斯坦的广义相对论就是建立在惯性质量和被动引力质量之间的等价性的假设之上的,没有实验能够发现它们之间存在差异。而在爱因斯坦的广义相对论中,系统的质量甚至没有办法被定义,这正是因为引力的能量没有被包括在广义相对论场方程的能量-动量张量内。而我个人认为,基于质能方程,质量与能量的等效性,以及引力与时空几何的等效性,我们可以找到这么一条逻辑线索,即,很可能质量就是一种蜷缩在微小尺度当中的时空。

如果我们把时空认为是一张布,那么能量就是布的褶皱这符合爱因斯坦引力是时空几何扭曲的提法,而质量则是时空这张布在微小尺度内强烈扭曲的结果,就像是布上打的一个个结。于是,质量可以在一定的激发条件下被展开成能量质能方程,也能在一定条件下聚集成大的结天体及黑洞形成,而这些结跟周围的时空几何是连续的,因此必然会在结的周围产生曲率的梯度渐变的弯曲度,这就是质量产生的外延的引力。

引力源自时空扭曲,应该不属于力的范畴,为什么一些人还要寻找引力子?

引力源自时空弯曲是广义相对论的解释。广义相对论中引力就等效于时空弯曲产生的加速度,因此也是力的范畴,并且是广义相对论中出现的唯一的力。引力子是从量子场论的视角出发来解释引力,在量子场论中,时空是平直的,所有粒子之间的力都是通过交换玻色子完成的。如果量子场论比广义相对论更基本,那么时空弯曲应该来自大量引力子聚集产生的宏观效应,广义相对论是量子场论的一种近似,不过引力的量子场论无法通过重整化解决发散问题,这就导致了量子场论和广义相对论无法统一。

根据爱因斯坦相对论,大质量物体导致时空扭曲,时空扭曲是因为引力导致的吗?

正确的理解应该是——时空弯曲是引力的本质,引力只是时空弯曲的表象。其实可以这样理解,引力不是力,而是时空被弯曲的现象,与牛顿的时空观有本质的区别。在牛顿的时代,万有引力定律可以说是对现象的解释和归纳,但现象的本质确实超出了牛顿自己的解释,引力甚至变成了距离效应,这可能是牛顿晚年研究神学的重要原因。

文章TAG:为什么引力会扭曲时空引力时空扭曲寻找

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