引力遠比電磁力復雜(比如愛因斯坦的引力場方程是典型的非線性偏微分方程組,而麥克斯韋描述電磁場的方程是線性的,這是廣義相對論深奧的壹個重要原因——涉及的數學太難)。萬有引力是比電磁力更本質的東西(電磁力、弱力、強力已經被納入量子規範場論的框架中,並被很多實驗所證明,但引力至今仍頑固不化,難以與量子理論相提並論。
廣義相對論把引力幾何化了——它認為物質及其運動引起的時空彎曲就是萬有引力,廣義相對論的計算中不存在引力這種力。而是研究時空是如何具體彎曲的,物體是如何在這個彎曲的時空裏沿著最短路徑(測地線)做慣性運動的,以及如何在特定的坐標系裏看待這個慣性運動(往往看起來是加速運動)。量子場論壹如既往地將力視為介質粒子傳遞的相互作用,它猜測引力是由引力子傳遞的。
廣義相對論是當代引力理論。和牛頓的引力理論壹樣,只是不完善的相對真理,未來壹定會有更好的引力理論超越它。雖然還不清楚未來的理論將采取什麽樣的具體形式,但它的壹些特征已經開始形成:簡而言之,大多數物理學家都同意它應該包含量子力學,引力場應該是量子化的,引力應該由實或虛的引力子來傳遞。
作為現代物理學的兩大基石之壹,量子力學的核心是海森堡的測不準原理。它告訴我們,在有限的時間內,任何物體的能量都不是絕對確定的。由此,我們可以簡單地估算出太陽發出的束縛地球的單個虛引力子的大小。總之,太陽發出壹個引力子,相當於把它的能量減少了壹點。如果太陽能量在壹段時間t內恢復了壹個同樣大小的引力子,並且e和t的乘積不大於普朗克常數h,那麽就沒有人能測出太陽在這段時間內把e的能量減少了這麽多。(這並不是說人類的測量手段不足,而是原則上不能測量,否則就違背了量子力學的第壹原理——測不準原理。所以只能認為太陽壹直是能量守恒的,它吐出來吞進去的引力子都是空的。引力子也以光速飛行,它往返太陽和地球的最短時間是16分鐘,對應的單個引力子的質量上限是10-53kg量級。為了了解引力子有多小,我們不妨比較壹下太陽發出的光子。以發射最多的黃綠色光子為例,其質量約為4 * 10-36 kg,比電子質量小幾十萬倍,卻比上述引力子大18個數量級——幾十億倍!與太陽對地球的光壓相比,太陽與地球之間的引力是極其巨大的;而承受這兩種力的粒子卻有相反的對比——單個引力子與單個光子相比是多麽的小...
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