摘要:引力與其他三種力之間的關係和統一規範場理論說明。引力與其他三種力之間的關係和統一規範場理論說明。

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  引力與其他三種力之間的關係和統一規範場理論說明

  在所有的理論中,就目前的認識,引力是最根本的。它是一種時空性質,沒有比這個更廣的力。甚至將來人們會這樣說,宇宙中只有一種基本力,那就是引力!

  其餘目前所發現的電磁力,弱力,強力都是在引力範疇下的力,所以不應該不存在一種理論,可以將之收納在一個系統中。

  我們來看看其他三種基本作用的定義吧。

引力與其他三種力之間的關係

  引力:引力是一種時空性質,使得物體和能量具有相互吸引的作用叫引力。

  電磁相互作用:即是帶電粒子與電磁場的相互作用以及帶電粒子之間通過電磁場傳遞的相互作用。它是自然界的一種基本相互作用。電磁力遵循庫侖定律。

  強力作用:強相互作用是自然界四種基本相互作用中最強的一種。最早研究的強相互作用是核子(質子或中子)之間的核力,它是使核子結合成原子核的相互作用。自1947年發現與核子作用的π介子以後,實驗中陸續發現了幾百種有強相互作用的粒子,這些粒子統稱爲強子。

  弱相互作用(又稱弱力或弱核力)會影響所有費米子,還有希格斯玻色子;弱相互作用是除引力相互作用外唯一一種對中微子有效的相互作用。次原子粒子的放射性衰變就是由它引起的,恆星中一種叫氫聚變的過程也是由它啓動的。

  他們的特點:

  引力作用:1、長程力,無限長。

  電磁作用:1、長程力,無限長。

  強相互作用:1、短程力約爲10的負13釐米。

  弱相互作用1、短程力約爲10的負17米到10的負16米。

  引力與其他三種力之間的關係和統一規範場理論說明!

引力與其他三種力之間的關係

  接下來我再來了解一下統一理論的研究過程:

  首先是弱電統一理論

  60年代格拉肖、溫柏格、薩拉姆三位科學家提出弱電統一理論,把弱相互作用和電磁相互作用統一起來,這種統一理論可以分別解釋弱相互作用和電磁相互作用的各種現象,並預言了幾種新的粒子,他們因此榮獲1979年諾貝爾物理學獎,1983年實驗發現了理論中預言的粒子,進一步證明了理論的正確性。

  1973年,美國科學家帕提和薩拉姆提出了統一描述夸克和輕子的帕提-薩拉姆模型,預言了質子的衰變。

  今天我們已經知道自然界一共有4種相互作用,這4種相互作用強度大小和作用範圍都相差懸殊,也大相徑庭。例如,引力的強度只有強相互作用力的100萬億億億億分之一,引力的作用範圍卻非常大,從理論上說可以一直延伸到無限遠的地方;而強相互作用力的範圍卻很小很小,只有1釐米的10萬億分之一,說強相互作用力是短程力;弱相互作用力也是短程力,力程不到1釐米的1000萬億分之一,強度是強相互作用力的1萬億分之一;電磁力與引力一樣是長程力,但它的強度要比引力大得多,是強相互作用力的1/137。

  4種相互作用在性質上看來有明顯的差異,然而科學家們卻在思索:自然界爲什麼有這4種相互作用?這4種相互作用是否只有差異而無共同之處?

  這4種相互作用能不能在一定條件下得到統一的說明?從科學史來看,第一個認真思索並付諸行動的是物理學家愛因斯坦。愛因斯坦在完成廣義相對論的理論建設後,就一直在考慮能不能把引力相互作用和電磁相互作用統一起來。

  引力與其他三種力之間的關係和統一規範場理論說明!

引力與其他三種力之間的關係

  從60年代起,溫伯格就着手弱相互作用與電磁相互作用的統一。統一之路並不平坦,溫伯格甚至不清楚該從哪裏入手。從50年代末到60年代,在基本粒子理論領域裏,對稱性自發破缺理論獲得了較大的發展。例如,李政道和楊振寧在1956年就已發現弱相互作用裏的一種破缺對稱性(即破缺手徵對稱性)。所謂對稱性自發破缺理論,通俗地說,它認爲一些不同的現象或規律可追溯到同一源頭,最初有着共同的對稱性,後來由於種種原因對稱性被自發地破壞,這樣我們就可以從對稱性來研究它們的共性,從對稱性自發破缺機制來研究它們的特殊性。

  1965年起溫伯格也開始了關於對稱性自發破缺理論的研究,並漸漸意識到這將是通向相互作用統一理論的合適道路。1967年秋,溫伯格終於確定弱相互作用和電磁相互作用可根據嚴格的、但自發破缺的規範對稱性的思想進行統一的表達。他的理論結果發表在這一年的《物理評論快報》上,題目是“一個輕子的模型”。引力與其他三種力之間的關係和統一規範場理論說明!

  這是科學上第一個成功的相互作用統一理論。理論中所預言的中間玻色子W和Z,在1983年被歐洲核子研究中心找到。弱電統一理論的成功,肯定了相互作用統一思想的正確性,促使許多科學家進一步去研究把強相互作用、弱相互作用和電磁相互作用統一在一起的大統一理論,以及把引力相互作用也統一進去的巨統一理論。

  發展到後來的強、弱、電磁三種作用統一理論

  70年代中期,人們進一步提出強、弱、電磁三種作用統一的大統一理論。也就是規範場論,規範場論在物理學上具有非常重要性的地位,它精確地表述了自然界的三種基本力的實驗預測,它是一個規範羣爲SU(3) × SU(2) × U(1)的規範場論。規範場的理念最早由外爾提出,楊振寧的楊-米爾斯理論爲現代規範場論打下了基礎。

  規範場論 (Gauge Theory) 是基於對稱變換可以局部也可以全

  局地施行這一思想的一類物理理論。非交換對稱羣的規範場論有時也稱爲楊-米爾斯理論。物理系統往往用在某種變換下不變的拉格朗日量表述,當變換在每一時空點同時施行,它們有全局對稱性。規範場論推廣了這一思想,它要求拉格朗日量必須也有局部對稱性—應該可以在時空的特定區域施行這些對稱變換而不影響到另外一個區域。這個要求是廣義相對論的等價原理的一個推廣。

  上面就是關於宇宙四種基本力的定義,和統一理論簡單的過程。爲什麼引力不能納入到規範場論中來。

  就是我上面說的,引力是時空性質,其他三種裏都是物體,粒子在時空的具體物質性質表現。所以甚至可以說只有引力是宇宙基本力,其他的三種力爲附屬基本力!引力與其他三種力之間的關係和統一規範場理論說明!

  也就是說正確的思路,思維應該是這樣的。如何將其他三種力納入到引力範疇中來。

  有兩個攻克方向:1、引力是時空性質,時空是能量時空。所以將引力能量化,和量子力學去接近,纔是正途。2、能量時空必須量子化,建立一個微分的非線性波動方程,或者方程組,這樣才能將現有的規範場論規範羣SU(3) × SU(2) × U(1)的理論收納進來。

  任何量子粒子的波粒二象性和自發性破缺,不缺定性原理都告訴我們宇宙是一個即確定又不確定的宇宙。

  宇宙的不確定性在於它的“自發性”,這是一個真理! 就好像上一章討論的引力與電磁力的關係時,我們說光即是一種電磁波,又是一種質量波,能量波。那麼大質量物體偏轉它的時候,我們是說大質量物體作用的是質量,能量,而不是“電磁”,但電磁本身需要物質粒子作爲載體,就自身不可避免的被牽涉進來。自己又說不清自己,這就是宇宙的奇妙和矛盾之處。

  這種奇妙之處的具體體現是什麼呢?有一個就是平方反比定律。所以我也不認爲牛頓引力公式的平方反比和庫侖定律的平方反比是偶然。顯然不是偶然,是有深意在裏面的。就是上面我所說的,他們好像有糾纏,甚至是不可分離的。引力與其他三種力之間的關係和統一規範場理論說明!

  但它們不是同一種力,也就是引力和電磁力是兩碼事,不是同一種力,有本質區別!

  同樣我最先受啓發的慣性質量和引力質量相等也是的。正是因爲我不承認這些是偶然,所以我去用知識和想象來解釋它們。纔有了“引力是慣性的源泉”的描述!這樣纔有了這本書《變化》。應該是從13年到現在17年4月,大概10萬字的理論描述,我很不滿意,我也很滿意。

  而且我強調一定要把時空彎曲的背景用微分形式“平整化”。就是任何一個彎曲空間,可以由N片平整的能量塊拼接而成。接着將引力量子化,也就是能量化,以這樣來建立規範場論,一定可以將其他三種力收納進來。這個觀點,我在前面的章節中也有提到過。

  這一章的結尾是這樣的,我很滿意這本書,是因爲我完成了它。它是我初中,高中時期的一個夢。完成一個夢,是爲了下一個夢。

  我不滿意的原因不是這裏面沒有任何一個我的數字公式,不是的。我不認爲文字比數字弱,數學是一種邏輯,文字也是一種邏輯。我只是用我擅長的方式,說出宇宙本來的樣子。 如果我能像馬赫那樣,啓發一個“愛因斯坦”來成立新的理論,我也很高興。引力與其他三種力之間的關係和統一規範場理論說明!

  我滿意的是——我其實沒有完成什麼,沒有使得我自己走出地球,走出銀河系,什麼都沒有完成。文字有多大的力量,有時候就有多大的蒼白無力。

  但我依然在想,作爲人是值得驕傲的。本書的這些想法,想象你也許想過,你也許沒有想過。你想過,我恭喜你,我們是一樣好奇的孩子。你沒有想過,我也恭喜你,因爲我替你想了。

  我的工作就是替你我插上翅膀,勇敢去想象,勇敢去思考,以這樣的心態站在宇宙的一角,看看這個天體,看看那個星系。去欣賞這個宇宙,去認識一些不可能東西。要知道光速可以追上一切能跑的東西,但我們追上了光速! 不是嗎?

  摘自獨立學者,詩人,作家,國學起名師靈遁者物理宇宙科普書籍《變化》第三十三章。

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