引力简史

本文来自微信公众号：新原理研究所（ID：newprincipia），文：大大，图：潘潘

引力，是我们最熟悉的概念之一，但我们却很少会去思考它的存在。只有在看到苹果从树上掉落，或者想要飞檐走壁逃离地球表面，又或者在某一天地球真的要开始流浪飞掠木星时，我们才可能真真切切地感受到引力在发挥作用。

那么，究竟什么是引力？

这个故事，要从开普勒时代说起......

现在，你或许会认为我们已经完全搞清楚了跟引力有关的一切。但事实却是，我们对它仍然知之甚少。虽然在过去的100年中，广义相对论完美地通过了所有的实验检验，但它依然让物理学家头疼不已。这不仅仅体现在广义相对论的核心方程极难求解（任何学过这门课的学生都应该深有体会），还因为它与物理学的另一基石——量子理论无法兼容。基于量子理论，物理学家在上个世纪发展出了“标准模型”。该模型成功地描述了所有已知的基本粒子和其他三种基本力——电磁力、弱核力和强核力，唯独不能将引力囊括进来。

爱因斯坦告诉我们，引力是时空的弯曲。但在标准模型中，粒子之间的相互作用是由载力粒子传递的，比如电磁力是由光子传递的，强核力是由胶子传递，弱核力是由W和Z玻色子传递的。那么，引力有可能也是由某种粒子交换而产生的吗？为了连接引力和量子理论，物理学家提出了一种全新的假想粒子——引力子（就像光子一样，引力子没有质量）。

引力子很难被探测到，主要是因为它太弱了。是的，引力作为自然界中已知的四种基本力之一，它要比其他三种力弱得多。比如一块小磁铁可以抵抗整个地球的引力——轻而易举地从桌面上吸起一枚曲别针，可见磁力远比引力强大。可这是为什么？没有人知道。有物理学家认为，很可能是因为引力会进入额外维度，从而强度被稀释。虽然这是一种可能性，但仍只是假想。

当我们想要理解宇宙大爆炸和黑洞的奇点时，就迫切需要一个能统一广义相对论和量子理论的量子引力理论。在过去的几十年，物理学家发展了许多理论，包括弦理论、圈量子引力、因果动态三角剖分、渐进安全等等，这都是一些雄心勃勃的尝试，但它们至今都没能得到过任何实验的支持。

引力不仅使我们牢牢地站在地面，它也支配了行星的运动，将星系束缚在一起，并且决定了宇宙自身的结构以及最终的命运。因此，揭开引力的谜题对我们理解宇宙至关重要。或许有一天我们终会找到假想的引力子，理解黑洞内部发生的事情，以及解开宇宙的起源之谜。

本文来自微信公众号：新原理研究所（ID：newprincipia），文：大大，图：潘潘