5個關(guān)于引力的重要事實

樸語林

我們平時很少去考慮引力，也許在冰面上滑倒或在樓梯上絆倒時，我們才會想到它。對于許多古代思想家來說，引力更是不被看作一種力——它只不過是使物體朝著地球中心落下的一種自然傾向，而行星等天空深處的物體卻不受影響。

當(dāng)然，我們現(xiàn)在知道引力能做的事情可不只是讓我們摔倒。例如，它控制著行星繞太陽的運動，能把星系結(jié)合在一起，還決定著宇宙的基本結(jié)構(gòu)。我們還把引力與電磁力、弱核力和強核力一起看作是自然界中四種基本作用力。

今天，我們?nèi)匀粵]有掌握關(guān)于引力的一切，包括它如何與其他作用力協(xié)調(diào)在一起。但在這里，有5個我們所知道的關(guān)于引力的重要事實。

① 引力是我們所知道的最弱的力

靜電力有吸引力也有排斥力，但引力只會吸引，并沒有排斥版本的力，而且作用范圍沒有距離的限制。盡管引力強大到足以使星系成為一體，但是它是如此之弱，你每天都可以戰(zhàn)勝它——你拿起一本書，你就成功地抵消了地球?qū)囊Α?/p>

與其他作用力相比，引力實在是太弱了。例如，原子內(nèi)一個質(zhì)子和一個電子之間的電磁力，大約是它們之間引力的1030倍。事實上，引力太弱了，以至于物理學(xué)家都不知道它究竟弱到了什么程度。

② 引力會產(chǎn)生能以光速傳播的波

廣義相對論預(yù)言出了引力波。如果兩顆恒星、中子星或黑洞互相繞著對方旋轉(zhuǎn)，那么它們就會輻射出引力波。引力波攜帶能量，這樣兩顆星體就會因損失能量而彼此靠近。事實上，地球繞著太陽時也會輻射出引力波，但損失的能量實在是微不足道。

之前，我們只是有一些間接證據(jù)證明引力波的存在。而最近，美國的激光干涉引力波天文臺（LIGO）直接檢測到了引力波。探測到的引力波是兩個黑洞在10多億年前合并時產(chǎn)生的。

廣義相對論認為，引力波的傳播速度為光速。如果太陽發(fā)生的劇烈變化，產(chǎn)生的引力波，會從發(fā)生地點以光速傳播出去。比如說，如果太陽突然發(fā)生坍縮，其產(chǎn)生的影響會在8分鐘后才到達地球。

③ 為解釋微觀世界的引力，物理學(xué)家

開始迷戀圈和弦

大自然中其他三個基本作用力，可以用描述微觀尺度的量子理論來分析，具體地說，這個量子理論叫做標(biāo)準模型。然而，我們?nèi)匀粵]有一個完善的理論，來解釋微觀下的量子引力，盡管物理學(xué)家正在嘗試尋找中。

一種量子引力理論的候選者，叫做圈量子引力論，它使用了來自量子物理學(xué)中的技術(shù)來描述時空的結(jié)構(gòu)。它提出時空在最微小的尺度上是由一塊塊分散的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，與物質(zhì)是由一堆粒子構(gòu)成的類似。物質(zhì)只能在類似柔軟網(wǎng)格的時空結(jié)構(gòu)中，從一點跳到另一點。在這種假設(shè)下，圈量子引力論可有效地描述遠小于原子尺寸的空間中引力的性質(zhì)。

另一個著名的量子引力理論候選者，就是弦理論。它認為粒子都是振動著的微小的弦。但不管是圈量子引力論、弦理論還是其他的理論，目前都無法提供微觀世界下引力的可檢測的細節(jié)。

④ 可能存在傳遞引力的粒子

在標(biāo)準模型中，粒子之間的作用力，都是借助其他粒子進行傳遞的，例如傳遞電磁力的粒子就是光子。在量子引力理論中，傳遞引力的粒子被稱為引力子。

目前，我們還無法確定引力子是否真的存在。不過，我們可以根據(jù)一些量子引力理論，推測出引力子的一些性質(zhì)。例如，如果引力子有質(zhì)量，實驗人員可能早就會發(fā)現(xiàn)一些蛛絲馬跡，因此它們可能應(yīng)該與光子一樣是沒有質(zhì)量的，但仍不能排除它們會具有非常微小的質(zhì)量。

⑤ 量子引力在最小尺度下現(xiàn)身

引力很弱，但當(dāng)兩個物體靠近時，它就會變強。在普朗克尺度（約為1.62×10-33厘米，理論上宇宙中可檢測到的最小長度）下，引力最終會趕上其他作用力，強度變得與其他的力差不多。這意味著量子引力可能會強大到足以被檢測的地步，但是普朗克尺度太小了，當(dāng)前實驗技術(shù)很難觸及到這個地方。

也有一些理論認為，量子引力在靠近毫米尺度時就能顯現(xiàn)，但是我們還沒有檢測到這種影響。其他人正使用更具創(chuàng)造性的辦法，來放大量子引力效應(yīng)，例如檢測超冷溫度下的原子集合，或檢測巨大的金屬條的振動等。

看來，從最小的尺度到最大的尺度，引力都吸引著科學(xué)家的注意。當(dāng)你下次摔倒時，可以想想引力的這些方面，也許會感到一絲安慰。endprint