第107章时与空
万有引力与电磁力如何融合,这是一个极其深刻且前沿的问题。
至今尚未在实验上成功融合,这是现代物理学最重大的未解难题之一。
当前的尝试主要围绕在“量子引力”理论的框架下,將引力也描述为一种通过“引力子”传递的量子力,从而在基本层面上与描述电磁力的“量子电动力学”统一。
以下是详细的解释:
1。根本性的困难:理论与框架的衝突引力和电磁力在本质上是两套截然不同的语言:
广义相对论:將引力视为时空几何的弯曲。它是一种经典的、连续的理论。大质量物体告诉时空如何弯曲,弯曲的时空告诉物体如何运动。
量子电动力学:將电磁力视为通过交换“信使粒子”来传递的量子相互作用。它是一个成功的量子理论,充满了概率性和离散性。
將这两者融合的尝试,就像试图用两种完全不同的语法写同一句话,会產生无法调和的矛盾。
2。主要的融合尝试与理论物理学家们提出了多种理论来尝试统一它们,其中最主流的是:
第一种,卡鲁扎-克莱因理论一一经典统一的开端,这是最早的伟大尝试。西奥多·
更新不易,记得分享101看书网
卡鲁扎提出,如果我们將宇宙想像成不是四维,三维空间加一维时间,而是五维,那么在这个更高维度的时空中,引力场方程可以自然地分解出我们熟悉的四维引力方程和四维的麦克斯韦电磁方程。
核心思想:电磁力实际上是引力在一个微小捲曲的额外维度中的表现。
意义:它开创了通过高维空间统一基本相互作用的先河,为后来的弦理论奠定了重要思想基础。
第二种,弦理论一一当前最有希望的候选者,弦理论试图通过一个更基本的概念来统一所有力和物质。
核心思想:宇宙的基本单元不是点状的粒子,而是微小振动的能量“弦”。不同的振动模式表现为不同的粒子。
至於如何统一?
弦理论必然预言了“引力子”的存在一一一种传递引力的信使粒子,这为引力提供了量子描述。
它同样描述了光子和其他粒子。
在弦理论的框架下,引力和电磁力都源於弦的不同振动方式,从而在根源上实现了统一c
要求:弦理论为了数学上的自洽,需要十维或十一维的时空,其中多余的维度都紧密地捲曲到极小的尺度。
第三种,圈量子引力一一另一条路径,这条路径不像弦理论那样试图统一所有力,而是专注於为广义相对论本身提供量子化的描述。
核心思想:时空本身是离散的,由极小的“时空原子”构成。它提供了时空的量子结构。
与统一的关係:它主要解决引力的量子化问题。要最终统一电磁力,可能需要將圈量子引力与描述其他力的標准模型以某种方式结合,但这仍是一个开放的研究领域。
结论:万有引力与电磁力的融合,本质上是將引力的几何论与其他力的量子论统一到一个单一的、自洽的数学框架中一一即量子引力理论。
虽然像卡鲁扎-克莱因理论和弦理论等方案提供了诱人的可能性,如通过高维空间將电磁力视为引力的一个侧面,但这至今仍是一个未解之谜,缺乏关键的实验证据。
找到这个“万有理论”或“大统一理论”,被认为是基础物理学的“圣杯”。
“三种可能—-或者说是两种可能,三种方法科学难以跨越的难题,我完全可以利用超凡来跨越找到引力子找到时空原子或是找到弦“让我用规则之力来试一下—””
超凡之力?从超凡能量开始,到概念之力,法则之力,规则之力这些力量仿佛最基础的超凡之力,在不断的升维。
就犹如概念之力是更高维度的超凡之力,法则之力是比概念之力更高维度的超凡之力,规则之力是比法则之力更高维度的超凡之力。
那么问题来了。
概念之力,法则之力,规则之力,在科学的定义中,究竟是属於什么维度的力量呢?
维度是一个很抽象的概念。
可以用一个简单的的比喻来解释的高维概念。
首先,想像自己是一只生活在细水管上的蚂蚁。
1。二维世界,也就是水管表面,对你来说,世界只有两个维度一一沿著水管的长度方向和绕著水管的圆圈方向。你只能前后或者绕圈爬行。
2。发现第三个维度:现在,假设这根水管其实非常细,细到像头髮丝一样。对你这只小蚂蚁来说,那个“绕著水管”的圆圈维度因为太小了,捲曲了起来,看起来就像一条一维的线。你根本意识不到这个维度的存在。