在基本粒子的作用中,引力虽然微弱但不能被忽略

majer @ 2021.02.22 , 23:58

理查德·费曼某次为加州理工的学生授课,正讲到引力是最弱的基本力,屋顶一根管灯突然掉落。费曼停顿几秒,补充道:“但是不能被忽略。”

如果我们从高处一跃而下,很快就会发现,重力与使地面坚实的力量相比,不足为道。重力与电磁和核力相比要弱上许多,但相应地,重力或引力拥有最广的覆盖范围,积沙成塔,成为大规模现象里最强的力量。

由于上述原因,外加结合广义相对论与量子物理学的需求,物理学家趋向于通过施加相当随意的校正因子来伪造引力波,从而使引力波在粒子的形成中发挥作用。

俄罗斯人民友谊大学引力与宇宙研究所(RUDN University)的两位物理学家现在正在重新思考引力在自然构造要素中的地位,寻找方程式的解法,以使这支基本粒子中的微弱势力发挥更大作用。

乍一看,这似乎是不必要的工作。对于像电子这样的典型基本粒子,其电磁力是引力的10^40倍。

描述电子在原子核周围的运动时考虑引力的影响,就像在讨论车祸时要考虑蚊子的影响一样。

研究人员艾哈迈德·阿尔哈西(Ahmed Alharthy)和弗拉基米尔·V·卡桑德罗夫(Vladimir V. Kassandrov)认为,蚊子可能比我们认为的要重要得多。

“重力可能在微观世界中起重要作用,这一假设已被某些数据证实,”卡桑德罗夫说。

在接近量子时空时,基本场论方程的既定解似乎为引力微小但非零的影响留出了空间。随着距离的缩小,重力的拉力最终变得与电磁力可比。

还有一些模型描述了在量子场中形成的孤立波,其中引力的微小影响可以很好地增强波。

他们二人回到了电磁场方程的半经典模型,换掉了通常使用的波校正,并应用了允许他们调整一些量而又确保其他量保持不变的规则。

在大多数情况下,至少对于已知粒子,没有明显的必要引入引力。

但是在某些情况下,对于质量为10^-5克的带电物体,当距离缩小到10 ^-33米左右,事情就发生了变化。

理论学家不确定他们的答案是否描述真实存在的现象,因为他们对条件里的半量子粒子(被称为极大子)相对应的光谱设置了一些限制。

随着电荷在最小尺度上消失为虚无,质量增长到恒星级,数学进一步发展,很明显,重力已成为某些物体从量子景观中涌现的关键因素。

这听起来像是一场白日梦,但这种中性物质波正是构成所谓的玻色子恒星的东西。

就目前而言,考虑引力的微小作用和数学上的复杂性,在模型里把它当做极小量约掉是更加明智的。

但未来有一天,我们可能仅需在宇宙最小尺度上给出四个基本力中最弱的一个即可。

卡桑德罗夫说:“将来,我们希望阐明这个问题,这对于物理学家来说很有趣,但是从数学的角度来看却极其复杂。”

这项研究发表在《宇宙》上。

https://www.sciencealert.com/gravity-could-be-more-important-on-the-smallest-scales-than-physicists-thought

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