引力不是基本力.ppt
上传人:天马****23 上传时间:2024-09-11 格式:PPT 页数:23 大小:306KB 金币:10 举报 版权申诉
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對於整個理論物理學界而言,一名荷蘭科學家最近提出的關於引力的全新設想不啻一聲平地驚雷,打破了人們350年來的所有想像!令蘋果墜落地面的力難道只是一種幻覺?這重新點燃了關於物理學和現實之間關係的爭論,並掀起軒然大波。我認為,引力不是基本力是它令蘋果墜落,令行星旋轉。是它讓我們感受到重量,使我們腳踏實地,把我們如此密切地與周遭世界連在一起。從這個意義上說,還有什麼比引力更強大、更真實呢?正因如此,自從現代科學於17世紀誕生以來,物理學家一直都把這種力視作我們這個世界的一個基礎。誠然,在過去的幾個世紀,人們對它的理解有所改變,但是,不管是牛頓的萬有引力理論,還是愛因斯坦的廣義相對論,抑或最近30年才流行起來的弦理論,都把引力看作是一種真實而基本的相互作用,看作是構成我們這個世界的物質發出的一種無可質疑的力。理論學家的難題在物理學這個水潭裡扔下石頭掀起巨浪的人,是埃裡克.韋爾蘭德(ErikVerlinde)。在這位供職于阿姆斯特丹大學理論物理學院的學者看來,現在是對我們的引力觀加以重新審視的時候了。作為全球聞名的弦理論專家,他認為如今的物理學正在錯誤的道路上前進,他建議要在兩個方面作出徹底的轉變。不,引力並不是一種基本力。就像皮球內部的壓力,它只是作為封閉氣體原子的集體屬性存在於我們所處的宏觀層面上,而一旦我們深入分子層面去一探究竟,它便消失得無影無蹤。同樣,引力可能其實是某些隱蔽的微觀現象的宏觀表現。還不止如此!壓力還是有形的物質粒子機械碰撞的結果,引力卻可能只是某種近乎無形的非物體的抽象概念的化身,是在比我們所說的現實更深的層面上發生的現象導致的結果。在埃裡克.韋爾蘭德看來,這種令蘋果墜落的力可能就是一種巨大的幻象……這種想法瘋狂嗎?其實不然,要知道牛頓和愛因斯坦所闡述的引力雖然已經為人熟知,但對於理論學家們來說,仍然是一個難解之謎。正如法國巴黎綜合理工學校理論物理學中心埃米利安.迪達(EmilianDudas)所指出的那樣:“其他三種力,即電磁力、弱核力和強核力,被看作基本力是無可置疑的,因為在標準模型的統一範疇內,它們各自都與某種作用力的量子相關,而引力則要神秘得多。”困難在於為引力尋找一種既符合廣義相對論又合乎量子力學要求的闡述,而這對於描繪微觀現像是必須的。換句話說,必須找到一種在無窮小的世界裡也有效的引力理論。埃米利安.迪爾的同事埃爾維.帕爾圖什(HervePartouche)補充道:“歷史上一貫的邏輯都是把各種基本力統一在某一個單一的範疇內,所以我們的初衷就是將應用於其他力的做法應用於引力之上,即量子化和統一化。但到目前為止還沒有得到什麼令人信服的結論。”對微觀進行抽象僅僅因為這樣,就要把引力從基本相互作用力的名單上刪掉嗎?不管怎麼說,這樣做可以為解決這種不相容問題找到一條新的途徑—如果引力只是一種表面現象,那麼就不必撓破頭皮對廣義相對論進行量子化了。因為這種理論描繪的既然是一種宏觀的集體現象,那麼它止步於量子世界的邊界之外也就是可以理解的了。在這位荷蘭理論物理學家看來,十幾年來,許多理論都為這個思路提供了支援。比如在1995年,美國馬里蘭大學物理學系的特德.雅克布森(TedJacobson)發表了一篇著名的文章,證明廣義相對論與熱力學存在著令人驚奇的相似性。確切地說,愛因斯坦將時空扭曲及其物質內容相聯繫的方程可以詮釋為熱力學家們非常熟悉的一種方程,即“狀態方程”。基於熱力學成功的基礎,這些狀態方程放棄描述物理系統的微觀細節,而對整個物理系統的屬性進行描繪。正是因為無視氣體是一種由許多四處亂竄的分子構成的集合,這些方程才得以將壓力、體積及溫度等諸多隻在宏觀層面上才會浮現出來的參數聯繫起來。這種相似性促使人們對引力進行反思,或許應該把它當作一種表面現象而不是一種基本力?2002年,就職于印度天文及天體物理學大學中心的塔努.帕德馬納伯罕(ThanuPadmanabhan)又將這種模擬向前推進了一步。他解釋說:“2002年,當我開始對這個問題產生興趣時,我覺得熱力學與廣義相對論之間的類似可能只是一個形式上的巧合。而後來,我認為它表現了一種深層次的聯繫。”如果說通過這些證據我們理解了埃裡克.韋爾蘭德質疑引力基本性質的原因,那他為什麼又要懷疑引力與我們這個物質世界的聯繫呢?在這一點上,這位理論學家的想法與20世紀70年代初對黑洞進行的熱力學研究一脈相承。那可以說是熱力學與引力的第一次邂逅,並且得出了一個驚人的結論。在努力理解物質被黑洞這些引力怪獸吞噬之後會變成什麼的過程中,一些著名的物理學家,如雅各布.伯肯斯坦(JacobBekenstein)和斯蒂芬.霍金(StephenHawking)得以證明,黑洞吞噬的信息量總是與其視界的表面積成正比,任何物質,即便是光線,一旦越過視界便無法逃脫黑洞的吸引。換句話說,黑洞內